Ingeniería Civil IC 597 mayo 2019 by Helios Comunicación

Espacio del lector

Consejo Editorial del CICM Presidente

Ascensión Medina Nieves Vicepresidente

Alejandro Vázquez Vera

Este espacio está reservado para nuestros lectores. Para nosotros es muy importante conocer sus opiniones y sugerencias sobre el contenido de la revista. Para que pueda considerarse su publicación, el mensaje no debe exceder los 900 caracteres.

sumario PORTADA: ARCSPACE.COM

Número 597, mayo de 2019

3 4

MENSAJE DEL PRESIDENTE

INGENIERÍA ESTRUCTURAL / IMPORTANCIA DE LA INTEGRIDAD ESTRUCTURAL / AMADOR TERÁN GILMORE

ENERGÍA / LA GEOTERMIA EN MÉXICO / JOSÉ MANUEL ROMO JONES

TECNOLOGÍA / USO DE DRONES EN LA INGENIERÍA CIVIL Y EN LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN / SELENE GARCÍA RUIZ

Consejeros

Órgano oficial del Colegio de Ingenieros Civiles de México, A.C.

Felipe Ignacio Arreguín Cortés Enrique Baena Ordaz Luis Fernando Castrellón Terán José Manuel Covarrubias Solís Mauricio Jessurun Solomou Roberto Meli Piralla Manuel Jesús Mendoza López Regino del Pozo Calvete Javier Ramírez Otero Luis Rojas Nieto Jorge Serra Moreno Édgar Oswaldo Tungüí Rodríguez Óscar Valle Molina Miguel Ángel Vergara Sánchez Luis Vieitez Utesa Dirección ejecutiva Daniel N. Moser da Silva Dirección editorial Alicia Martínez Bravo Coordinación editorial José Manuel Salvador García Coordinación de contenidos Teresa Martínez Bravo Contenidos Ángeles González Guerra Diseño Diego Meza Segura Dirección comercial Daniel N. Moser da Silva

TEMA DE PORTADA: MEDIO AMBIENTE / EDIFICACIÓN SUSTENTABLE Y RESILIENTE / DAVID MORILLÓN GÁLVEZ

Comercialización Laura Torres Cobos Victoria García Frade Martínez Dirección operativa Alicia Martínez Bravo

/ CIUDADES INTE24 DESARROLLO LIGENTES Y SUSTENTABLES

Administración y distribución Nancy Díaz Rivera

EN UN MODELO DE ECONOMÍA CIRCULAR / VÍCTOR M. LARIOS ROSILLO Y ARI VIRTANEN

Realización HELIOS comunicación +52 (55) 29 76 12 22

/ LA FORMACIÓN DE INGENIEROS CIVILES EN PROGRA29 ACADEMIA MAS DE CALIDAD EN MÉXICO: UN RETO / MARÍA ELENA BARRERA BUSTILLOS

GREMIO / CÓDIGO DE ÉTICA PROFESIONAL DEL CICM

ALREDEDOR DEL MUNDO / CARRETERA KARAKÓRUM

CULTURA / LIBRO 100 EDIFICIOS DEL SIGLO XX / THE NOW INSTITUTE

AGENDA / CONGRESOS, CONFERENCIAS…

Su opinión es importante, escríbanos a ic@heliosmx.org IC Ingeniería Civil, año LXIX, número 597, mayo de 2019, es una publicación mensual editada por el Colegio de Ingenieros Civiles de México, A.C. Camino a Santa Teresa número 187, Colonia Parques del Pedregal, Delegación Tlalpan, C.P. 14010, México, Distrito Federal. Tel. 5606-2323, www.cicm.org.mx, ic@heliosmx.org Editor responsable: Ing. Ascensión Medina Nieves. Reservas de Derechos al Uso Exclusivo número 04-2011-011313423800-102, ISSN: 0187-5132, ambos otorgados por el Instituto Nacional del Derecho de Autor, Licitud de Título y Contenido número 15226, otorgado por la Comisión Calificadora de Publicaciones y Revistas Ilustradas de la Secretaría de Gobernación. Permiso Sepomex número PP09-0085. Impresa por: Helios Comunicación, S.A. de C.V., Insurgentes Sur 4411, 7-3, colonia Tlalcoligia, delegación Tlalpan, C.P. 14430, México, Distrito Federal. Este número se terminó de imprimir el 30 de abril de 2019, con un tiraje de 4,000 ejemplares. Los artículos firmados son responsabilidad de los autores y no reflejan necesariamente la opinión del Colegio de Ingenieros Civiles de México, A.C. Los textos publicados, no así los materiales gráficos, pueden reproducirse total o parcialmente siempre y cuando se cite la revista IC Ingeniería Civil como fuente. Registro en el Padrón Nacional de Medios Certificados de la Secretaría de Gobernación. Para todo asunto relacionado con la revista, dirigirse a ic@heliosmx.org Costo de recuperación $60, números atrasados $65. Suscripción anual $625. Los ingenieros civiles asociados al CICM la reciben en forma gratuita.

Mensaje del presidente XXXVII CONSEJO DIRECTIVO

Planificar garantiza eficacia

Presidente Ascensión Medina Nieves Vicepresidentes

Sergio Manuel Alcocer Martínez de Castro

econocemos que la realización de los proyectos para mejorar, expandir y conservar la infraestructura de la Ciudad de México implica superar

Felipe Ignacio Arreguín Cortés Roberto Duque Ruiz Luis Rojas Nieto Jorge Serra Moreno Edgar Oswaldo Tungüí Rodríguez

enormes desafíos.

Alejandro Vázquez Vera

Entendemos que era imprescindible corregir anomalías y frenar posibles

malos manejos; aceptamos sin cuestionamientos que deben cumplirse todos los trámites y gestiones de las leyes y los reglamentos aplicables. Sin embargo, consideramos que para enmendar situaciones indebidas no resulta necesario detener prácticamente la concreción de proyectos definidos que es urgente realizar en beneficio de la población.

José Arturo Zárate Martínez Primer secretario propietario Juan Guillermo García Zavala Primer secretario suplente Pisis Marcela Luna Lira Segundo secretario propietario Carlos Alfonso Herrera Anda

El Colegio de Ingenieros Civiles de México confirma su convicción de que el gobierno, en todos sus niveles, debe desarrollar una planeación estratégica de largo plazo para la infraestructura nacional y contar con un banco de proyectos listos para ejecutarse.

Segundo secretario suplente César Alejandro Guerrero Puente Tesorero Mario Olguín Azpeitia

Con una planeación estratégica se facilita acceder de manera oportuna y

Subtesorero

efectiva a las inversiones necesarias, a las fuentes de financiamiento, los pro-

Regino del Pozo Calvete

gramas de ejecución, las modalidades de operación y flujos de repago, entre

Consejeros Aarón Ángel Aburto Aguilar

otros recursos.

Ramón Aguirre Díaz

Por medio de sus comités técnicos, nuestro colegio tiene la mejor disposición

José Cruz Alférez Ortega Luis Attias Bernárdez

de colaborar con las autoridades de la CDMX para desarrollar la planeación de

Renato Berrón Ruiz

infraestructura, formular el banco de proyectos y llevar a cabo la programación

Ernesto Cepeda Aldape

de acciones que se requieren para avanzar en la solución de muchos de los

Salvador Fernández del Castillo

problemas de infraestructura que padece nuestra urbe.

Jesús Campos López Celerino Cruz García Verónica Flores Déleon Francisco García Álvarez Mauricio Jessurun Solomou Simón Nissan Rovero Alfonso Ramírez Lavín Juan Carlos Santos Fernández Óscar Valle Molina

Ascensión Medina Nieves XXXVII Consejo Directivo

www.cicm.org.mx

ENERGÍA

La geotermia en México Nuestro país tiene una necesidad, cada día más apremiante, de aprovechar fuentes de energía limpia como la geotermia. Son muchas las evidencias que permiten afirmar que la era de los hidrocarburos está concluyendo. El pico máximo de la producción petrolera ocurrió hace por lo menos cuatro décadas en la mayor parte de los países productores de petróleo, incluido México, y en todos ellos la declinación de la producción está claramente documentada. La búsqueda de nuevas fuentes de energía es un factor estratégico para el desarrollo socioeconómico del país. JOSÉ MANUEL ROMO JONES Doctor en Ciencias de la Tierra con especialidad en Geofísica aplicada. Es investigador del Departamento de Geofísica Aplicada del CICESE y responsable técnico del Centro Mexicano de Innovación en Energía Geotérmica.

México es pionero en el aprovechamiento del calor proveniente del interior del planeta. Tiene cerca de 70 años explorando y utilizando fuentes geotérmicas para generación eléctrica. Las primeras exploraciones se remontan a 1951, y en 1959 inicia operaciones la primera planta geotermoeléctrica, que fue también la primera en América, en el poblado de Pathé, Hidalgo, con una capacidad instalada de 3.5 MW. Aunque esta planta sólo llegó a operar a un 15-20% de su capacidad nominal, tuvo un papel crucial en la formación de la generación de ingenieros mexicanos que encabezó el subsecuente desarrollo geotérmico del país (Gutiérrez et al., 2000). Actualmente ocupa el sexto lugar mundial en generación de energía geotérmica por su capacidad instalada (982 MW), distribuida en cinco campos geotérmicos (véase tabla 1), los primeros cuatro operados por la CFE y el último por un desarrollador privado. En 2017 estas plantas generaron en conjunto cerca de 6,000 GWh de electricidad, el equivalente a apenas 2% del total generado ese mismo año en el país, y 11.6% de la generación eléctrica con energías limpias (Romo et al., 2018). Nuestro país tiene una necesidad, cada día más apremiante, de aprovechar fuentes de energía limpia como la geotermia. Son muchas las evidencias que permiten afirmar que la era de los hidrocarburos está concluyendo. El pico máximo de la producción petrolera ocurrió hace por lo menos cuatro décadas en la mayor parte de los países productores de petróleo, incluido México, y en todos ellos la declinación de la producción está claramente documentada. La búsqueda de nuevas fuentes de energía es un factor estratégico para el desarrollo socioeconómico del país. Desafortunadamente, todo indica que las energías renovables, por sí solas, no bastarán para sustituir a los combustibles fósiles; será necesario impulsar cambios de fondo en los hábitos de consumo energético de los países y de sus sociedades para paliar la resaca, después del derroche energético auspiciado por una época de abundancia petrolera.

Tabla 1. Capacidad instalada en energía geotérmica en México 2017 Capacidad (MW) Instalada En operación

Campo Cerro Prieto, Baja California

570.0

Los Azufres, Michoacán

247.9

224.8

Los Humeros, Puebla

118.9

93.9

Las Tres Vírgenes, Baja California Sur

10.0

Domo San Pedro, Nayarit

35.5

17.5

982.3

916.2

Total Datos de Romo et al., 2018.

Tabla 2. Potencial geotérmico (MW) Tipo de reserva

Alta entalpía

Media entalpía

Baja entalpía

Total

Reservas probadas (1P)

186

Reservas probables (2P)

1,644

220

213

2,077

Reservas posibles (3P)

5,692

881

850

7,423

Total

7,522

1,101

1,063

9,686

Datos de Ordaz et al., 2011.

Potencial Las estimaciones más conservadoras indican que el potencial de recursos geotérmicos explotables en México está entre 887 y 948 MW, considerando solamente una veintena de zonas geotérmicas promisorias en donde se tienen estudios previos (Hiriart et al., 2011); es decir que la capacidad instalada actual podría duplicarse, tomando en cuenta sólo este grupo de sitios conocidos. Ordaz et al. (2011) estiman reservas a partir de 1,380 manifestaciones termales documentadas en el territorio nacional. Estos autores clasifican las reservas siguiendo las categorías usadas en la industria petrolera: reservas

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La geotermia en México

PETROQUIMEX.COM

unas 20 veces la capacidad instalada (véase tabla 3). En algunas perforaciones en el campo geotérmico de Los Humeros se han encontrado fluidos con temperaturas mayores de 380 °C. Este tipo de recursos, con fluidos supercalientes, presentan retos tecnológicos muy importantes, debido a la alta temperatura y a la agresividad de su composición química. Su aprovechamiento puede resultar muy productivo: en Islandia se ha calculado que la energía producida por un solo pozo de este tipo es 10 veces maEl campo geotérmico de Cerro Prieto inició operaciones en 1973, y a la fecha es el yor que la que produce un pozo mayor productor en México y el segundo en América. convencional (Friðleifsson y Elders 2005). Actualmente la capaprobadas (1P), probables (2P) y posibles (3P). Las recidad para aprovechar este tipo recursos en México es servas 1P tienen la mayor certeza, con una probabilidad limitada; será necesario asimilar y generar mayor conoal menos del 90% de que lo recuperado iguale o exceda cimiento científico y desarrollar tecnología adecuada. lo estimado; las reservas probables (2P) tienen 50% de El Golfo de California es una zona de extensión activa probabilidad, y las reservas 3P, solamente 10% de procon una litosfera adelgazada y muy alto flujo de calor. babilidad. Estos autores estiman 186 MW, 2,077 MW y Aunque la tecnología actual todavía no permite aprove7,423 MW para las reservas 1P, 2P y 3P, respectivamente, char recursos geotérmicos en el fondo marino, es claro que hacen un total de 9,686 MW, unas diez veces la que el potencial energético es enorme, como lo es el capacidad instalada actual. Los resultados se resumen reto tecnológico para aprovecharlos de manera efectiva, en la tabla 2, donde las reservas se dividen además en eficiente y cuidadosa del ambiente marino. recursos de alta (> 200 °C), media (150-200 °C) y baja La transformación de energía térmica en energía entalpía (90-150 °C). Solamente las reservas 1P y 2P eléctrica es sólo una manera de aprovechar el calor de de alta entalpía, es decir, aquéllas más susceptibles de la Tierra, y en particular los recursos de alta entalpía. transformarse en electricidad, suman 1,830 MW, el doble La energía térmica de media y baja entalpía se puede de la capacidad instalada actual. aprovechar directamente en aplicaciones variadas: cliPor su parte, la expectativa plasmada en el Mapa matizar espacios, deshidratar alimentos, acondicionar de Ruta Tecnológica en Geotermia (Sener, 2017) es invernaderos, desalar agua marina, usos terapéuticos incrementar la capacidad instalada actual en 750 MW y balneología, entre muchos otros. Estos recursos se para el año 2030, una meta relativamente conservadora, encuentran distribuidos ampliamente en el territorio considerando las estimaciones antes descritas. nacional. Iglesias et al. (2011) estiman su energía térmiEstas estimaciones consideran únicamente el poca en 1,220 ± 30 EJ (1 EJ = 1,018 joules) a partir de tencial en sistemas geotérmicos hidrotermales, que son 1,797 manifestaciones hidrotermales localizadas en recursos convencionales que se explotan en el país y en 918 sistemas geotérmicos en 26 estados de la Repúbliel mundo. Sin embargo, México tiene también un gran ca. Actualmente estos recursos son aprovechados casi potencial de recursos geotérmicos no convencionales. exclusivamente en balnearios. Los usos directos del calor En esta categoría se cuentan los sistemas de roca seca caliente, también conocidos como sistemas geotérmicos uuEn algunas perforaciones en el campo geotérmimejorados o EGS (enhanced geothermal systems). co de Los Humeros se han encontrado fluidos con Con base en un estudio hecho para Estados Unidos, temperaturas mayores de 380 °C. Este tipo de reHiriart et al. (2011) estiman que en México el potencial cursos, con fluidos supercalientes, presentan rede EGS podría ser de 24,700 MW, unas 25 veces la tos tecnológicos muy importantes, debido a la alta capacidad instalada actual. Recientemente, Hernández et al. (2019) estimaron un potencial de 47,350 MW, temperatura y a la agresividad de su composición considerando profundidades de entre 3 y 7 km y un química. Actualmente la capacidad para aprovefactor de recuperación del 2%, es decir, el equivalente charlos en México es limitada; será necesario asia 47 veces la capacidad instalada actual. Tomando en milar y generar mayor conocimiento científico y decuenta únicamente temperaturas mayores de 150 °C, y sarrollar tecnología adecuada. profundidades máximas de 6 km, se estiman 20,500 MW,

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La geotermia en México

Tabla 3. Potencial EGS en México (GW) Intervalo de profundidad (km)

Tr > T > 150 °C

3-4

345.6

94.4

0.3

4-5

203.1

327.6

48.6

0.3

5-6

94.9

294.1

231.5

6-7

38.1

197.5

Total

681.7

913.6

13.63

150 ≤ T < 200 °C

18.27

200 ≤ T < 250 °C

250 ≤ T < 300 °C

300 ≤ T < 350 °C

T > 350 °C

Total

440.3

579.6

28.0

0.3

648.8

288.6

157.6

16.6

0.3

698.7

569.0

185.9

16.9

0.3

2,367.4

11.38

3.72

0.34

0.01

47.35

Datos de Hernández et al., 2019.

Retos Para aprovechar el potencial es necesario utilizar el conocimiento científico y la capacidad tecnológica que existe en el país, pero sobre todo destinar inversión pública y privada al desarrollo de nuevos proyectos y activar políticas públicas que garanticen la rentabilidad de las inversiones. En la actualidad, la Secretaría de Energía (Sener) ha otorgado seis concesiones de explotación, que incluyen los cinco campos productores y un campo ya probado que no ha entrado en operación (Cerritos Colorados, Jalisco). Adicionalmente, se han otorgado 26 permisos de exploración en áreas en las que se deben realizar estudios geocientíficos y obras de perforación que permitan probar la presencia del recurso. El alto costo de las perforaciones y la incertidumbre de éxito, sobre todo en las etapas tempranas de la exploración, son las principales barreras a vencer. El uso de nuevas y mejores técnicas de exploración y el desarrollo tecnológico enfocado en reducir costos de perforación son factores estratégicos que deben atenderse para lograr nuevos hallazgos. Una vez que se encuentra el recurso, el reto es cuantificar el volumen, la profundidad, la extensión y la calidad de los fluidos, información necesaria para optimizar la recuperación y mantener un balance entre extracción y recarga natural en el yacimiento. Cuando este manejo es apropiado, la geotermia proporciona energía confiable para carga base, con factores de planta cercanos al 90% durante decenas de años. Como ejemplo puede citarse el campo geotérmico de Larderello, en Italia, el cual tiene cerca de 100 años proporcionando energía eléctrica a la población de la Toscana. En México, el campo geotérmico de Cerro Prieto inició operaciones en 1973, y a la fecha es el mayor productor en México y el segundo en América. En este campo, como en otros casos en el mundo, es necesario adoptar medidas preventivas para contrarrestar los signos de agotamiento y garantizar, en la medida de lo posible, su sostenibilidad en el futuro.

GOB.MX

geotérmico pueden convertirse en oportunidades para el desarrollo socioeconómico de comunidades rurales, fuentes de empleo y proyectos productivos comunitarios que reduzcan el rezago social en muchas regiones del país.

Se puede planear el uso alternativo de perforaciones que resultan con temperatura o permeabilidad insuficiente para la generación eléctrica.

Cada vez es más necesario que en las plantas geotérmicas mexicanas, después de aprovechar los recursos de alta entalpía para generar electricidad, se construyan proyectos que utilicen el calor disponible en el fluido residual, para aprovecharlo en aplicaciones directas –lo que se conoce como “utilización en cascada” de la energía geotérmica–. Se trata de planear desarrollos que utilicen de manera más integral los recursos disponibles: generación eléctrica, uso industrial o agroindustrial del calor, climatización de espacios, ecoturismo, hidroterapia, etc. En este mismo sentido se puede planear el uso alternativo de perforaciones que resultan con temperatura o permeabilidad insuficiente para la generación eléctrica. Éstas pueden usarse en aplicaciones directas en vez de abandonarse como pozos fallidos. Para desarrollar los recursos EGS el reto es mejorar las técnicas de detección de zonas del subsuelo con alta temperatura, poco permeables y sin manifestaciones o evidencias en superficie. Adicionalmente, es necesario encontrar mejores técnicas para incrementar la permeabilidad y recuperar el calor mediante la circulación de algún fluido, o idear otros medios para recuperar la energía térmica de manera eficiente y con mínimo impacto ambiental. Para aprovechar los sistemas con fluidos supercalientes es necesario asimilar conocimiento científico originado en otros países y realizar investigación científica propia, que nos permita crear modelos

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La geotermia en México

termodinámicos y fisicoquímicos útiles para simular los procesos de interacción agua-roca que tienen lugar en los sistemas supercalientes mexicanos. También es necesario desarrollar y probar nuevos materiales, más resistentes a los efectos de corrosión y erosión que provocan estos fluidos en tuberías, válvulas y otro equipo de producción.

tructura analítica más completa y moderna de América Latina. El SLE no sólo ofrece análisis de rocas, fluidos y gases para el sector geotermia, sino también análisis especializados a sectores diversos: medio ambiente, energía, agroindustria y agua, entre otros. Se trabajó en cuatro líneas estratégicas: evaluación de los recursos geotérmicos nacionales; desarrollo e innovación de técnicas de exploración; desarrollos tecnológicos para explotación, y usos directos del calor geotérmico (https:// colecciondigital.cemiegeo.org/xmlui/). En cinco años, las instituciones del consorcio llevaron a cerca de 150 estudiantes a graduarse en niveles de licenciatura y posgrado, con temas directamente relacionados con las líneas estratégicas. Se ofrecieron cursos cortos impartidos por expertos nacionales e internacionales, y se abrió un curso masivo en línea (https://www.coursera.org/learn/geotermia), con más de 6,000 personas inscritas hasta la fecha. Se generaron

COMMONS.WIKIMEDIA.COM

Estrategias En los últimos años, la administración pública mexicana hizo un esfuerzo sin precedentes para acelerar el desarrollo de las energías renovables. En relación con la geotermia, se promulgó la Ley de Energía Geotérmica para regular y brindar seguridad jurídica a las inversiones. Se establecieron mapas de ruta tecnológica que hacen un diagnóstico del estado actual y establecen metas, acciones estratégicas y actividades específicas para lograrlas (Sener, 2017 y 2018). Se constituyeron los Centros de Innovación en Energías Limpias (CeMIE) a partir de alianzas academia-industria, para fomentar la aplicación del conocimiento científico en los problemas de la industria. El consorcio de instituciones que integra el CeMIEGeo tiene entre sus propósitos ampliar y fortalecer la capacidad para realizar investigación científica y tecnológica en materia de geotermia; promover la innovación y la creación de empresas de base tecnológica, y fomentar la educación y la formación de especialistas para la academia y para la industria. La iniciativa del Fondo de Sustentabilidad Energética Sener/Conacyt permitió al CeMIEGeo consolidar, en un Sistema de Laboratorios Especializados (SLE), la infraes-

uuLa transformación de energía térmica en energía eléctrica es sólo una manera de aprovechar el calor de la Tierra, y en particular los recursos de alta entalpía. La energía térmica de media y baja entalpía se puede aprovechar directamente en aplicaciones variadas: climatizar espacios, deshidratar alimentos, acondicionar invernaderos, desalar agua marina, usos terapéuticos y balneología, entre otros. Estos recursos están distribuidos ampliamente en el territorio nacional.

En Islandia, la energía producida por un solo pozo con temperaturas mayores a 380 °C es 10 veces mayor que la que produce un pozo convencional.

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La geotermia en México

FLICKR / THINKGEOENERGY

instalada en el país, y hoy en día existen 13, todas ellas en proyectos demostrativos para climatizar espacios e invernaderos, desalar agua y deshidratar alimentos.

La transformación de energía térmica en energía eléctrica es sólo una manera de aprovechar el calor de la Tierra.

uuCada vez es más necesario que en las plantas geotérmicas mexicanas, después de aprovechar los recursos de alta entalpía para generar electricidad, se construyan proyectos que utilicen el calor disponible en el fluido residual, para aprovecharlo en aplicaciones directas –lo que se conoce como “utilización en cascada” de la energía geotérmica–. Se trata de planear desarrollos que utilicen de manera más integral los recursos disponibles. bases de datos y mapas regionales con información básica necesaria para el dimensionamiento y caracterización de los recursos geotérmicos nacionales; se desarrolló metodología para procesar, modelar e interpretar datos geológicos, geofísicos y geoquímicos: las principales herramientas de exploración. Los desarrollos tecnológicos culminaron en prototipos, proyectos demostrativos y paquetes tecnológicos que incentivan el desarrollo de una ingeniería mexicana especializada en geotermia, un elemento ausente hasta ahora en la cadena de valor del sector. Los proyectos demostrativos de usos directos del calor sentaron precedente en México, tanto para aprovechar el calor residual de plantas de generación geotermoeléctrica como para la utilización de bombas de calor geotérmicas, una tecnología con crecimiento exponencial en el mundo y desconocida en México. Hace cinco años no había una sola bomba de calor

Conclusiones México tiene un potencial geotérmico extraordinario, como pocos países en el mundo. Posee además capacidad técnica y el conocimiento científico necesario para desarrollar los sistemas hidrotermales en las zonas más promisorias. Hace falta más inversión, pero, sobre todo, una visión de largo alcance, capaz de planear el aprovechamiento integral de los recursos disponibles para generar electricidad, y también para usar la energía térmica en proyectos productivos que impacten en el desarrollo social y económico de las comunidades locales. Para aprovechar los recursos no convencionales, que también son extraordinarios en el país, hay que enfrentar desafíos importantes, pero los beneficios pueden ser enormes. La tarea es de más largo plazo; requiere la formación de jóvenes mexicanos preparados para asimilar el conocimiento internacional y usarlo en beneficio del país. Se tiene el diagnóstico y la ruta trazada, con metas y acciones necesarias para que México aproveche sus recursos geotérmicos (Sener, 2016, 2017, 2018). Su implementación requiere una mayor disponibilidad de recursos financieros, liderazgo y visión de futuro

Referencias Friðleifsson, G. O. y W. A. Elders (2005). The Iceland Deep Drilling project: A search for deep unconventional geothermal resources. Geothermics 34: 269-285. Gutiérrez-Negrín, L. C. A., V. H. Garduño-Monroy y Z. CasarrubiasUnzueta (2000). Tectonic characteristics of the geothermal zone of Pathé, Mexico. Proceedings of the World Geothermal Congress: 1189-1193. Kyushu-Tohoku, Japón. Hernández-Ochoa, A. F., S. López-Blanco, A. Paredes-Soberanes, R. J. Torres y E. R. Iglesias (2019). Estimación del potencial de generación eléctrica de los Sistemas Geotérmicos Mejorados (SGM) en México. Reporte interno. Proyecto P07 CeMIEGeo. Hiriart Le Bert, G., L. C. Gutiérrez-Negrín, J. Quijano, A. Ornelas, S. Espíndola, e I. Hernández (2011). Evaluación de la energía geotérmica en México. Informe para el BID y la CRE. Iglesias, E. R., R. J. Torres, J. I. Martínez-Estrella y N. Reyes-Picasso (2011). Resumen de la evaluación 2010 de los recursos geotérmicos mexicanos de temperatura intermedia a baja. Geotermia (24)2: 39-48. Ordaz Méndez, C. A., M. Flores Armenta y G. Ramírez Silva (2011). Potencial geotérmico de la República Mexicana. Geotermia (24)1: 50-58. Romo-Jones, J. M., L. C. Gutiérrez-Negrín, C. Sánchez-Cornejo, N. González-Alcántar y A. García-Gutiérrez (2018). IEA Geothermal Annual Report. México. Disponible en: http://iea-gia.org/publica tions-2/annual-reports/ Secretaría de Energía, Sener (2016). Prospectiva de energía renovables 2016-2030. México. Sener (2017). Mapa de Ruta Tecnológica en Geotermia. Sener (2018). Mapa de Ruta Tecnológica para los Usos Directos del Calor Geotérmico. ¿Desea opinar o cuenta con mayor información sobre este tema? Escríbanos a ic@heliosmx.org

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INGENIERÍA ESTRUCTURAL

Importancia de la integridad estructural Un diseño sismorresistente responsable debe aplicarse a un tipo de arquitectura que, sin renunciar al goce de la belleza y la creación artística, se obsesione con la idea de hacer bien las cosas en un marco de responsabilidad social y planetaria. Desde la perspectiva del ingeniero estructural, ser responsable implica garantizar la seguridad y bienestar de los ocupantes del entorno construido a corto, mediano y largo plazos. Surge la pregunta: ¿la responsabilidad estructural da lugar a edificios carentes de belleza y sentido artístico? En países sujetos a elevados niveles de peligro sísmico, es necesario pensar en una belleza propia derivada de la eficiencia y la seguridad estructural. La segunda mitad del siglo XIX y la primera del XX vieron surgir el uso extensivo de materiales estructurales de alta resistencia, como el concreto reforzado y el acero. Esto posibilitó que una generación de arquitectos e ingenieros civiles concibieran y construyeran edificios estructurados con base en marcos resistentes a momento, los cuales empezaron a reemplazar las construcciones de baja altura estructuradas con base en muros de mampostería en el centro de varias ciudades europeas y estadounidenses. En una época de franca innovación y rebeldía, el uso de los marcos permitió librar espacios internos con grandes claros y construir edificios con altura sin precedente en la historia de la humanidad. Surgieron así los “rascacielos”, que en ciudades como Nueva York y Chicago empezaron a crear nuevos horizontes para los grandes centros urbanos.

Adopción de estructuras irregulares en zonas sísmicas Los sistemas estructurales que nacieron en zonas no sísmicas empezaron a migrar, en las primeras décadas del siglo XX, a regiones geográficas expuestas a elevados niveles de peligro sísmico. A partir de la adaptación a zonas de alta sismicidad de los marcos resistentes a momento y de los principios arquitectónicos que abogan por la unicidad a través de la extravagancia geométrica, el daño estructural excesivo ha sido el sello reiterado con que la naturaleza ha caracterizado el comportamiento de edificios irregulares. El entorno construido en centros urbanos que se han desarrollado en zonas de alta sismicidad ha sido objeto de grandes daños y elevadas pérdidas a lo largo del siglo XX y principios del XXI, con un aumento considerable del problema a partir a b del decenio de 1970. Varios eventos sísmicos mostraron, uno tras otro, la alta vulnerabilidad de las estructuras irregulares ante la acción sísmica. Así, los grandes sismos del siglo XX fueron testigos de la falla espectacular de estructuras modernas diseñadas conforme a la práctica del diseño sismorresistente. De forma curiosa, y a la par, en las grandes urbes del mundo surgía y florecía el concepto del edificio individual, con sus grandes Figura 1. Inestabilidad local de miembros estructurales de concreto: a) falla fráirregularidades y espacios abiertos gil de columna del hospital San Salvatore (Augenti y Parisi, 2010); b) confinaen la planta baja para introducir zonas miento del concreto. comerciales –los muy apreciados

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AMADOR TERÁN GILMORE Ingeniero civil con maestría y doctorado en Estructuras. Profesor investigador en la Universidad Autónoma Metropolitana, donde también es jefe del Grupo de Desarrollo Tecnológico y Sustentabilidad en Ingeniería Civil.

Importancia de la integridad estructural

mezanines– y dar cabida al automóvil, nuevo medio de transporte individual universal. El edificio que aspiraba a reflejar la individualidad de sus ocupantes fomentó la búsqueda de configuraciones extremas, y, dado que se concebía como un sistema prácticamente autosuficiente con capacidad de aislarse de su entorno natural, pronto requirió el trabajo integrado de un equipo de expertos de diferentes disciplinas con alto grado de especialización. Mientras que la información recabada durante los eventos sísmicos expresaba claramente las necesidades de limitar las irregularidades y discontinuidades geométricas en los marcos resistentes a momento, y de integrar la labor de arquitectos e ingenieros estructurales, las modas de la sociedad moderna requerían pasos agigantados en la dirección contraria, particularmente en lo que se refirió a configuraciones cada vez más irregulares y arriesgadas, y a la desarticulación de la labor conjunta que debían desarrollar arquitectos e ingenieros durante la concepción del sistema estructural. Pronto las decisiones aisladas que tomaba el arquitecto empezaron a contraponerse con la ansiedad del ingeniero estructural, deseoso de aportar un sistema estructural regular al edificio. El divorcio entre las dos profesiones fue inevitable una vez que las aspiraciones de la escuela arquitectónica moderna contrastaron con las lecciones derivadas del mundo real y sus fenómenos naturales. Lecciones aprendidas Con el fin de entender los requerimientos básicos para un sistema estructural sismorresistente, es necesario hacer referencia a una complicada historia de prueba, acierto y error. De entrada, ha de decirse que el sistema estructural de un edificio sismorresistente tiene que proporcionar una forma adecuada de bajar las acciones sísmicas, desde el punto en que se generan hasta el punto final de resistencia (sistema suelo-cimentación). Tanto las cargas verticales como las laterales suelen generarse al nivel de las losas, que se encargan de distribuirlas entre los diferentes miembros y subsistemas verticales. Para hacer posible la estabilidad del sistema estructural, éstos deben constituirse en un camino simple, directo y confiable por el cual bajen las cargas. De manera dolorosa, el medio de la ingeniería estructural aprendió que los sistemas estructurales deben poseer estabilidad local, entendida como la capacidad que tienen los miembros y subsistemas estructurales para mantener su resistencia a grandes deformaciones. Entre las experiencias vividas se observaron casos como el de la figura 1a, en que los miembros estructurales, en el caso mostrado de concreto reforzado, prácticamente se desmoronaron a bajos niveles de deformación y esfuerzo. Una vez superada la conmoción de entender que los miembros estructurales que se usaban exitosamente en zonas de baja sismicidad exhibían un comportamiento altamente deficiente cuando formaban parte de sistemas sismorresistentes, se llegó a la comprensión de que la estabilidad local de un

Zoom B

Zoom C Zoom A

Figura 2. Colapsos debidos a carencia de integridad estructural: a) edificio PGC, Nueva Zelanda (Kam et al., 2011); b) estacionamiento de concreto reforzado, Los Ángeles (ADN, 2018).

sistema estructural no ocurre por sí sola, sino que debe concebirse, diseñarse y construirse. Esto implica proporcionar a los miembros estructurales individuales un detallado refinado que, entre otras cosas para el caso del concreto reforzado, aporte un confinamiento adecuado a un volumen importante de concreto. De acuerdo con lo mostrado en la figura 1b, un espaciamiento adecuado de los estribos y la distribución correcta del acero longitudinal en el perímetro del miembro estructural mantienen en su sitio (evitan el desmoronamiento de) un volumen importante de concreto, y aportan confinamiento que resulta, primero, en un incremento en la resistencia del concreto, y segundo, en la posibilidad de mantener su capacidad resistente a elevados niveles de deformación. Una segunda lección aprendida de manera dolorosa fue que los sistemas estructurales deben poseer integridad estructural, entendida como la capacidad que tienen los miembros del sistema estructural para resistir como conjunto, de manera eficiente y confiable, la acción sísmica. Entre las experiencias vividas se observaron casos en que marcos resistentes a momento que exhibían daño leve o nulo en sus miembros estructurales sufrieron colapsos espectaculares. Y eso no sólo sucedió, como el caso mostrado en la figura 2a, en sistemas que ex-

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Importancia de la integridad estructural

b Volteo

Conexión B

B A A Dirección de movimiento del terreno

Dirección de movimiento del terreno

Figura 3. Sistema estructural sencillo (IITK, s/f): a) sin integridad estructural; b) con integridad estructural.

uuLa capacidad de supervivencia de un sistema estructural sometido a la acción de una excitación sísmica severa depende de su capacidad para ingresar de manera estable en su rango plástico de comportamiento; a pesar de los grandes avances que se han tenido en el ámbito del diseño sismorresistente, esto puede garantizarse sólo para sistemas estructurales con configuraciones relativamente simples y regulares. hibieron bajas demandas de deformación a nivel local, sino en sistemas estructurales que, como el mostrado en la figura 2b, fueron capaces de exhibir una estabilidad local notable. El sistema estructural sencillo mostrado en la figura 3 permite entender la importancia de la estabilidad estructural. Cuando los cuatro muros trabajan de manera independiente (véase figura 3a), el sistema estructural es especialmente vulnerable a la acción del sismo debido a la elevada susceptibilidad al volteo fuera del plano de sus muros. En estas circunstancias, sismos de baja intensidad son capaces de provocar el colapso del sistema estructural. Sin embargo, cuando los muros se conectan entre sí, conforme a lo mostrado en la figura 3b, surge la integridad estructural, y el sistema estructural exhibe propiedades emergentes atractivas que ninguno de sus miembros estructurales posee en lo individual. En particular, la capacidad resistente del sistema se incrementa sustancialmente debido a que prácticamente se elimina la posibilidad de una falla fuera del plano de los muros. Nótese que dos muros perpendiculares entre sí se aportan apoyo mutuo, y que esto resulta en una resistencia espacial (tridimensional) notable para el sistema estructural. Como en el caso de la estabilidad local, fue necesario sobreponerse a errores espectaculares para entender que la integridad estructural no ocurre por sí sola, sino que es necesario concebirla, diseñarla y construirla. Sabemos ahora que, para ello, es necesario evitar daño excesivo en las conexiones, que por lo ge-

neral representan puntos de discontinuidad geométrica en que la estructura concentra esfuerzos y, a veces, deformaciones. En lo que se refiere al aprendizaje de cómo evitar fallas sísmicas catastróficas, en tercer lugar se entendió que los sistemas estructurales deben exhibir estabilidad global, entendida como la capacidad que tiene un sistema para resistir la acción sísmica sin perder su geometría original. En este contexto, se observó un número casi interminable de fallas catastróficas en sistemas estructurales que perdieron su geometría durante la excitación sísmica. En la figura 4a se puede observar el caso de un sistema en que la pérdida de la geometría original de un miembro estructural se propaga a otros miembros y resulta en daño excesivo en varias conexiones. La figura 4b muestra una falla muy común en México, conocida como planta baja débil, que resulta de la pérdida de la estabilidad global del edificio producto de la pérdida en la geometría del sistema estructural. Las técnicas de análisis estructural utilizadas para el diseño sismorresistente consideran ecuaciones lineales de equilibrio y compatibilidad. Esto implica suponer que las fuerzas y deformaciones estimadas en los miembros estructurales están orientadas conforme a la geometría original del sistema estructural. Cuando un miembro o subsistema estructural pierde su geometría, cambia la dirección en que induce fuerzas y deformaciones al resto del sistema estructural. Dado que estos posibles cambios no se toman en cuenta durante el análisis, los miembros y conexiones no se diseñan para acomodarlos. En estas circunstancias, es posible que el daño de un miembro o conjunto de miembros estructurales se propague sin control a otros miembros y conexiones. A pesar de los grandes avances en el ámbito del diseño sismorresistente, hoy en día sólo es posible procurar estabilidad global a sistemas estructurales con configuraciones relativamente simples y regulares. Cambios drásticos de rigidez y resistencia en planta y elevación fomentan que el sistema estructural exhiba concentraciones importantes de esfuerzo y deformación y, por ende, de daño excesivo en algunos de sus

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miembros estructurales y conexiones. La pérdida de la geometría original que resulta de esto termina, en muchos casos, en el colapso del sistema estructural.

La filosofía actual de diseño sismorresistente contempla que las estructuras desarrollen daño importante durante sismos intensos, lo que conlleva su ingreso al rango plástico de comportamiento. Por un lado, esto aporta un mecanismo extra de disipación de energía que ayuda para el control de la respuesta dinámica del sistema estructural y hace posible una reducción sustancial de sus demandas de resistencia lateral. Por el otro lado, es importante entender que, en última instancia, la capacidad de supervivencia de un sistema estructural sometido a la acción de una excitación sísmica severa depende de su capacidad para ingresar de manera estable en su rango plástico de comportamiento, y que, a pesar de los grandes avances que se han tenido en el ámbito del diseño sismorresistente, esto puede garantizarse sólo para sistemas estructurales con configuraciones relativamente simples y regulares. Hoy en día, el medio mexicano de la ingeniería estructural ha entendido la importancia de aportar estabilidad local e integridad estructural a sus sistemas estructurales. En contraste, el ejercicio de esta profesión se da en medio de batallas inacabables, perdidas en su mayoría, por lograr sistemas estructurales regulares con configuraciones aptas para la sismorresistencia. En vista de que es posible afirmar que las deficiencias de estructuración causan problemas serios a los sistemas estructurales sismorresistentes, surge la pregunta: ¿por qué, si sabemos esto, seguimos usando configuraciones estructurales irregulares? En los extremos, pueden encontrarse dos razones: a) falta de entendimiento, y b) falta de conciencia. La realidad se encuentra en algún punto intermedio entre estos dos extremos. Cualesquiera que sean las verdaderas razones del problema, este artículo aspira a contribuir a reducir la vulnerabilidad del entorno construido mexicano, ya sea aportando al conocimiento profesional de ingenieros y arquitectos o coadyuvando al planteamiento de una ética profesional que considere inadmisible incrementar el nivel de riesgo sísmico con el que conviven los mexicanos

Algunas conclusiones Finalmente pueden hacerse tres afirmaciones. Primera, que un sistema estructural sismorresistente debe procurar estabilidad local, poseer integridad estructural y exhibir estabilidad global durante la excitación sísmica. Segunda, que, aunque se ha hecho un esfuerzo por entender cada una de estas propiedades de manera independiente, en muchos casos existe una fuerte dependencia entre ellas. En particular, a veces resulta difícil entender si un problema de estabilidad global dio lugar a la pérdida de la integridad estructural o si, por el contrario, dicha pérdida resultó en la inestabilidad global del sistema. Tercera, es necesario concebir y diseñar la estabilidad local, la integridad estructural y la estabilidad global del sistema estructural. Para ello, cada miembro estructural debe detallarse para exhibir un comportamiento estable; los miembros y subsistemas estructurales que lo componen deben quedar firmemente amarrados entre sí, y deben evitarse configuraciones irregulares que resulten en la pérdida de la geometría original del sistema estructural. a

A) OLIVER UBANDO. B) HÉCTOR GUERRERO

Figura 4. Comportamiento deficiente debido a pérdida de geometría original: a) torre de transmisión; b) edificio multinivel que desarrolló una planta baja débil.

Referencias Anchorage Daily News, ADN (2018). That jumpy aftershock feeling? Here’s how it played out in other big earthquakes. Fotografía: United States Geological Survey. Disponible en: https://www.adn. com/opinions/2018/12/12/that-jumpy-aftershock-feeling-hereshow-it-played-out-in-other-big-earthquakes/ Augenti, N., y F. Parisi (2010). Learning from construction failures due to the 2009 L’Aquila, Italy, earthquake. Journal of Performance of Constructed Facilities 24(6): 536-555. Indian Institute of Technology Kanpur, IITK (s/f). Earthquake tip 12. Learning earthquake design and construction. How do brick masonry houses behave during earthquakes. Disponible en: http://www.iitk. ac.in/nicee/EQTips/EQTip12.pdf Kam, W. Y., S. Pampanin y K. Elwood (2011). Seismic performance of reinforced concrete buildings in the 22 February Christchurch (Lyttelton) earthquake. Bulletin of the New Zealand Society for Earthquake Engineering 44(4): 239-278. ¿Desea opinar o cuenta con mayor información sobre este tema? Escríbanos a ic@heliosmx.org

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TECNOLOGÍA

Uso de drones en la ingeniería civil y en la industria de la construcción Las técnicas fotogramétricas han sido utilizadas ampliamente desde hace algunas décadas, con fotografías tomadas desde aviones o con imágenes satelitales. Uno de los ejemplos más comunes es la cartografía proporcionada por el Instituto Nacional de Estadística y Geografía en escala 1:50000, que fue generada con vuelos fotogramétricos realizados desde aviones. Sin embargo, desde hace unos años ha comenzado a extenderse el uso de los vehículos aéreos no tripulados, mejor conocidos como “drones”, para realizar levantamientos topográficos, o en este caso fotogramétricos. SELENE GARCÍA RUIZ Ingeniera en Geomática con maestría en Geociencias. Docente en la Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma de San Luis Potosí. Cofundadora y directora ejecutiva de Geodrones, Ingeniería y Consultoría.

Como parte del quehacer de la ingeniería civil, que abarca el diseño, construcción y mantenimiento de diversas infraestructuras, la topografía es una herramienta indispensable para la planeación y ejecución de todo proyecto constructivo. A lo largo del tiempo, el equipo utilizado para levantamientos topográficos ha ido variando, pero en los últimos años, como consecuencia del avance de la tecnología y de su abaratamiento, se han visto cambios drásticos en las metodologías de levantamiento. De las mediciones del terreno con brújula y cinta, pasando por los teodolitos, se ha dado paso a las estaciones totales, Imagen aérea para seguimiento de obra de proyecto de edificación en Zapodespués a las estaciones totales ropan, Jalisco. bóticas y a los escáneres láser. Para complementar la topografía surgió la fotoproporcionada por el Inegi en escala 1:50000, que fue grametría. Basada en el principio de estereoscopía, la generada con vuelos fotogramétricos realizados desde fotogrametría es la técnica que utiliza al menos dos imáaviones. Sin embargo, desde hace unos años ha cogenes del mismo punto en la superficie, tomadas con un menzado a extenderse el uso de los vehículos aéreos ángulo ligeramente distinto, para permitir la percepción no tripulados (VANT), mejor conocidos como “drones”, de profundidad, y por lo tanto elevaciones y distancias. para realizar levantamientos topográficos, o en este caso De tal manera, al tener cubierta una superficie con una fotogramétricos. Los drones han ayudado a economizar serie de imágenes sobrepuestas, tanto lateral como esta actividad, ya que la renta de un avión representa longitudinalmente, se pueden recrear las características una inversión elevada. Sin embargo, serán las caractey detalles del terreno en tres dimensiones. rísticas del proyecto las que determinen cuál es la mejor Las técnicas fotogramétricas han sido utilizadas ammetodología a seguir: vuelo con dron, vuelo con avión pliamente desde hace algunas décadas, con fotografías o topografía tradicional (o un complemento de ellas). tomadas desde aviones o con imágenes satelitales. Actualmente, el uso de los drones crece de manera Uno de los ejemplos más comunes es la cartografía exponencial en todo el mundo. Tan sólo en 2017, la

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Uso de drones en la ingeniería civil y en la industria de la construcción

venta de drones de uso civil creció 34.3%. Construcción, seguridad, medicina y agricultura son los rubros en los que más se utilizan. México es uno de los grandes mercados para los fabricantes chinos de este tipo de equipos; el DJI es un ejemplo, que actualmente domina el mercado mundial. En nuestro país se realizan compras masivas y crecientes para distintos rubros. En cuanto a la construcción y la ingeniería civil, su uso ha ido profesionalizándose con el tiempo para la obtención de productos de alta precisión. Cuando se habla de drones en nuestro país se utilizan algunos términos que pueden considerarse homólogos. La Dirección General de Aeronáutica Civil (DGAC) de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT) utiliza la abreviación RPAS, que hace referencia a la descripción en inglés de este tipo de vehículos (remote piloted aerial system). También son comunes los conceptos VANT o UAV (unmanned aerial vehicle). El término aceptado más ampliamente es “dron”. Es importante mencionar que no todos los drones son necesariamente adecuados para llevar a cabo cualquier tipo de levantamiento topográfico. Dependerá de la superficie a levantar, la precisión y nivel de detalle deseado, así como los productos topográficos que se desee obtener en el levantamiento. Tipos de drones para la industria de la construcción En general, es posible clasificar los drones en dos categorías: multirrotores y de ala fija. Los multirrotores pueden ser de cuatro motores (cuadricópteros) y hasta de ocho motores (octacópteros) o más. Normalmente, entre más motores tienen, mayor es su capacidad de carga, por lo que pueden montarse en ellos diferentes tipos de sensores –infrarrojos, lidar– o incluso algunos equipos geofísicos, como magnetómetros. Los drones de ala fija se asemejan a la figura de un avión, y su diseño aerodinámico les permite permanecer más tiempo en vuelo, aun cuando normalmente utilizan sólo un motor. Algunas de las diferencias más relevantes entre los drones multirrotores y los de ala fija se describen en los siguientes apartados. Autonomía La autonomía es el tiempo de vuelo que puede tener un dron con una batería. Los drones multirrotores suelen tener una autonomía máxima de 30 minutos, lo cual les permite abarcar una superficie menor en un vuelo en comparación con un dron de ala fija, que puede llegar a alcanzar una autonomía de más de una hora. De tal manera, para superficies mayores de 500 hectáreas podría considerarse el uso de un dron de ala fija. Para superficies menores, el dron multirrotor sigue siendo una opción viable. Aterrizaje y despegue Es importante mencionar que una de las grandes ventajas de los drones multirrotores es su capacidad de des-

Dron multirrotor en vuelo fotogramétrico. Guadalajara, Jalisco.

pegar y aterrizar en espacios muy limitados. Ya que su mecanismo de aterrizaje y despegue es completamente vertical, este tipo de drones tiene una gran flexibilidad para establecer el punto de trabajo. Un dron de ala fija, por otro lado, requiere un espacio abierto, sobre todo para el momento del descenso, que le permita aterrizar directamente en el piso; corre el riesgo de colapsar contra objetos que se encuentren en la superficie, y llega a sufrir daños fácilmente por el tipo de material del que está hecho. Por lo anterior, es importante realizar un análisis previo del área a levantar; si se trata de una zona urbana, por ejemplo, será complicado utilizar un dron de ala fija, o tendrá que establecerse una zona de despegue y aterrizaje fuera del área de estudio para no sufrir complicaciones. En muchos casos, las ráfagas de viento han afectado también el momento de aterrizaje de este tipo de drones. Estabilizador El estabilizador de la cámara suele tener tres motores que controlan el movimiento en tres ejes, de manera que cuando el dron se inclina ligeramente, el estabilizador (cardán o gimbal) equilibra y compensa este movimiento para que la cámara permanezca estable. Normalmente, los drones de ala fija no cuentan con estabilizador, a diferencia de los drones multirrotores, por lo cual es más común que las imágenes de los drones de ala fija puedan salir distorsionadas o ligeramente “barridas”. Resolución Es de suma importancia mencionar que la resolución que se puede obtener al realizar levantamientos con drones es centimétrica; es posible alcanzar hasta 1 cm de resolución, considerando la altura de vuelo y la resolución del sensor o la cámara con que cuente el dron. Aun cuando los puntos de apoyo terrestre sean tomados con receptores (sistema global de navegación por satélite, GNSS) o estación total, que pueden llegar a tener resolución milimétrica, es imposible que el producto final conserve esta resolución, ya que el tamaño de pixel será siempre de 1 cm o más. En general, los drones multirrotores pueden generar productos con mayor resolución,

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Uso de drones en la ingeniería civil y en la industria de la construcción

ortomosaicos, perfiles, secciones, volumetrías, modelos digitales de elevación y de superficie, nubes de puntos y modelación arquitectónica. Debido a que a través de los levantamientos fotogramétricos se pueden reconstruir los objetos y la superficie en tres dimensiones, ello sumado al uso de puntos de apoyo obtenidos con receptores GNSS de alta precisión, se pueden obtener todos los productos mencionados con precisiones adecuadas para la realización de obras civiles. Es decir, dependiendo del tamaño de pixel, se podrían obtener curvas de nivel cada 10 cm, por ejemplo.

Curvas de nivel cada 5 m y curvas maestras cada 20 m obtenidas de levantamiento fotogramétrico con dron para proyecto minero en Zimapán, Hidalgo.

ya que vuelan a elevaciones menores sin problemas. Los drones de ala fija pueden dar resultados de hasta 5 cm de tamaño de pixel. Por todo lo anterior, es indispensable analizar de manera específica para cada proyecto la superficie de levantamiento, el objetivo de éste, la resolución esperada y el presupuesto disponible, para así elegir la mejor opción entre el dron multirrotor o el de ala fija. Cabe mencionar que para ambos tipos de drones se cuenta con versiones RTK (real time kinematic), es decir, es posible corregir las imágenes en tiempo real disminuyendo hasta en 80% el número de puntos de control terrestre que se hubieran colocado con receptores GNSS. Productos que pueden obtenerse de levantamientos con drones En la actualidad aún existe un gran escepticismo respecto a los productos que pueden ser obtenidos con drones. Debido a la falta de información y capacitación, algunas dependencias y empresas que ya cuentan con los equipos consideran que únicamente sirven para generar productos como fotografías y videos. Sin embargo, el provecho que se puede sacar de este tipo de equipos es mucho mayor y debe ser difundido. El flujo de trabajo para generar productos topográficos de alta precisión a través de drones no es sencillo, ni tampoco económico. Es importante mencionar que, además del dron, se requiere equipo de cómputo especializado, diversas licencias de software y receptores GNSS de al menos dos bandas. Además, es indispensable tener conocimientos de topografía y fotogrametría para poder manipular la información de manera óptima. Una vez que se cuenta con todo lo anterior, el proceso será sencillo, e incluso podría automatizarse la generación de los productos de gran utilidad cuando se lleva a cabo una obra civil, como curvas de nivel,

Los drones como complemento Una de las grandes incertidumbres que genera la incursión en el uso de drones para realizar actividades como levantamientos fotogramétricos/topográficos es suponer que llegaron para sustituir la tecnología que se usa actualmente, como la estación total o los receptores GNSS, mejor conocidos como GPS. Sin embargo, debe considerarse a los drones en la medida de sus propios alcances, y es ahí donde resulta justo decir que son sólo un complemento que permitirá ahorrar tiempo y recursos en algunos casos, donde las circunstancias lo permitan. En ciertos proyectos será necesario complementar con el uso de estación total, y en todos los levantamientos con dron es indispensable colocar puntos de apoyo y control terrestre con receptores GNSS que permitan dar al trabajo la mayor precisión posible. Los proyectos con vegetación extremadamente densa o los puntos no visibles desde el aire son los que requerirán forzosamente la estación total. Drones como el Phantom 4 RTK o el eBee RTK ayudarán a realizar levantamientos donde no es posible colocar un gran número de puntos de apoyo terrestre, ya que las imágenes se corrigen en tiempo real. Sin embargo, los levantamientos con drones que cuentan con módulo RTK suelen tener un precio más elevado.

Ejemplo de secciones transversales cada 10 m para cálculo de corte y terraplén de proyecto carretero obtenidos con levantamiento fotogramétrico con dron. Zimapán, Hidalgo.

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Uso de drones en la ingeniería civil y en la industria de la construcción

Regulación y normativa en México En nuestro país aún no existe una norma oficial que regule el uso de este tipo de vehículos. En ese sentido, está en proceso de publicación en el Diario Oficial de la Federación la NOM-107-SCT3-2016 “Que establece los requerimientos para operar un sistema de aeronave pilotada a distancia (RPAS) en el espacio aéreo mexicano” (en lo sucesivo, la “NOM”), la cual sustituye a la Circular Obligatoria AV-23/10 R4. Esta NOM incluye, además de las restricciones de espacio aéreo y zonas aptas para el vuelo, multas para aquellos que no cuenten con el registro de sus drones ante la DGAC, y establece como uno de los requisitos contar con un seguro de responsabilidad civil por daños a terceros, por un monto de 35,000 salarios mínimos, es decir, de aproximadamente 2,560,000 pesos. A diferencia de la circular anterior, esta NOM establece sanciones más severas por incumplimiento. Las multas aprobadas para quienes pongan en riesgo la seguridad de las operaciones aéreas o cometan infracciones “graves” van de 200 a 5,000 unidades de medida y actualización. Además, se contempla la revocación del certificado, registro, matrícula, autorización o licencia que haya sido expedida por la autoridad, independientemente de la responsabilidad civil o penal que resulte, según el caso.

Cimentaciones y obra civil

Estructuras subterráneas

Es importante que en las licitaciones de proyectos y obras de nivel federal, estatal y municipal comience a solicitarse la cédula profesional del operador de dron o encargado del levantamiento, que pertenezca a un área afín a las geociencias, así como el registro de los drones ante la DGAC y el seguro de responsabilidad civil. Ventajas del uso de drones en la ingeniería civil Es un hecho que los drones han llegado para facilitar diversas tareas de la ingeniería civil. No sólo los levantamientos topográficos pueden realizarse en menor tiempo, con mayor detalle y conservando la precisión; también pueden llevarse a cabo seguimientos de obra, que permiten ver en tiempo real, desde una perspectiva global y aérea, e incluso a 360 grados, lo que está sucediendo en la obra y los avances alcanzados. Este seguimiento de obra puede ser tanto en fotografías como en video. Otra de las aplicaciones de suma importancia es el monitoreo de infraestructura, ya que con el uso de sensores térmicos es posible detectar agrietamientos en tuberías, fugas de diferentes gases o anomalías y cambios en la temperatura que pueden indicar inestabilidad de las estructuras. Los parques eólicos son uno de los principales lugares donde se ha aprovechado el uso de los

Obras hidráulicas e industriales

Estructuras portuarias

Uso de drones en la ingeniería civil y en la industria de la construcción

drones para monitoreo y verificación ahorrando grandes cantidades de tiempo y consecuentemente de dinero. En la realización de obras hidráulicas, los drones permiten generar modelos digitales de superficie y modelos digitales de elevación de muy alta resolución para realizar análisis morfológicos de zonas aluviales o que podrán también ser la base para generar cartografía de embalses, con el fin de establecer o actualizar escalas obsoletas por la sedimentación generada. Más allá de la construcción, los sensores aéreos que cubren otras regiones del espectro electromagnético permiten hacer análisis de concentración de diferentes elementos que pueden denotar eutrofización o problemas de acumulación de sedimentos en cuerpos de agua superficiales, como la cantidad de nitratos, nitritos, pH y conductividad eléctrica, entre otros. Debe verificarse siempre con muestreos en campo; sin embargo, los vuelos de dron, que proporcionan información cuantitativa de los parámetros mencionados, permiten realizar monitoreos continuos como apoyo a la toma de decisiones. El cálculo de volúmenes es una de las actividades en las que los drones manejan resultados mucho mejores que la topografía tradicional y en un tiempo muy reducido. Lo anterior es posible gracias a que con un solo vuelo se puede recrear el espacio tridimensional con gran detalle, es decir, se crean cientos o incluso miles de puntos por metro cúbico con coordenadas x, y, z y referencia espacial precisa. Estos cálculos permitirán estimar los volúmenes de corte y terraplén, por ejemplo. En la construcción de caminos y puentes, los drones han comenzado a volverse parte del flujo de trabajo en los últimos años en nuestro país, sobre todo en las obras de mayor magnitud. Se ha aprovechado el uso de estos vehículos y de receptores GNSS RTK para optimi-

Triangulación detallada a partir del modelo digital de elevación obtenido mediante levantamiento fotogramétrico con dron en Zimapán, Hidalgo.

zar tiempos de levantamientos, así como para adquirir productos que antes no era posible manejar dentro de la realización de estas obras o era complicado obtener, como modelos 3D de alta precisión. Observaciones finales Resulta de suma importancia tener en cuenta las características de cada proyecto para elegir el dron más adecuado para un levantamiento dentro de una obra de construcción. Los drones multirrotores ofrecen ciertas ventajas, como flexibilidad para el despegue y aterrizaje, o estabilizador de la cámara, pero su autonomía es menor que la de un dron de ala fija, y por ello la superficie que pueden abarcar en un solo vuelo es más limitada. Si el flujo de trabajo es el adecuado y se realiza de forma profesional, los resultados finales serán de alta precisión, es decir, es necesaria la colocación de suficientes puntos de control en los lugares correctos para referenciar el trabajo final y darle la precisión que se requiere; estos puntos deben ligarse de manera correcta a la Red Geodésica Nacional Activa del Instituto Nacional de Estadística y Geografía. Una vez que se hayan levantado y señalizado los puntos de apoyo terrestre, será necesario realizar el vuelo, para el cual es indispensable una planeación adecuada del levantamiento fotogramétrico considerando los porcentajes de traslape adecuados, la elevación, el ángulo de inclinación de la cámara y la velocidad del dron. La integración en el software especializado de toda la información generada en campo y su tratamiento será indispensable para obtener productos topográficos que puedan ser migrados y visualizados en software tradicional, como la conocida paquetería de Autodesk. Si lo anterior se realiza adecuadamente, se podrán obtener diversos productos topográficos como curvas de nivel, ortomosaicos, perfiles, secciones, volumetrías, modelos digitales de elevación y de superficie, nubes de puntos y modelación arquitectónica a partir de un levantamiento con dron. En indispensable que se creen y apliquen las normativas correspondientes en México, para que la industria de la construcción pueda comenzar a regular dentro de sus licitaciones este tipo de levantamientos de una forma regulada y controlada, de conformidad con los estatutos establecidos por la DGAC de la SCT. Sin duda alguna los drones sirven para complementar los trabajos de topografía, y no sustituyen a ciertas herramientas; pueden facilitar las actividades dentro de los levantamientos disminuyendo el tiempo de ejecución y eliminando el riesgo del trabajador. Además, pueden aprovecharse para seguimientos de obra y actividades de inspección de infraestructura utilizando sensores térmicos. Llegan para ser parte de las herramientas indispensables en el rubro de la construcción, siempre y cuando se utilicen de manera profesional ¿Desea opinar o cuenta con mayor información sobre este tema? Escríbanos a ic@heliosmx.org

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MEDIO AMBIENTE TEMA DE PORTADA

Edificación suste Los edificios actuales están expuestos a diversos impactos ambientales. Las medidas para la mitigación de éstos se basan en soluciones aplicadas al sitio y al suelo, conservación del agua, eficiencia energética, innovación y selección de los materiales. La mayoría de las estrategias se centran en el funcionamiento del edificio con base en las condiciones climáticas actuales, sin tomar en cuenta escenarios de riesgo, y mucho menos resiliencia ante éstos. La resiliencia de un edificio sustentable alude al uso de materiales y prácticas respetuosos con el ambiente en su planeación, ubicación, diseño, construcción, operación, demolición y recuperación ante riesgos, con respuesta para la adaptación ante el riesgo o cambio del ambiente. El edificio está expuesto a varios tipos de riesgos, como los físicos, que son geológicos (sismos, actividad volcánica, movimientos de tierra), biológicos y meteorológicos, entre otros, mal conocidos como “naturales”, pues en realidad son fenómenos del ambiente. Pero también se presentan otros riesgos, como los laborales, financieros, psicosociales, ambientales, etc., nombrados “riesgos antropogénicos”. En las últimas décadas, el riesgo que ocupa un lugar predominante en las agendas políticas internacionales es el cambio climático. En las bases de diseño y funcionamiento de un edificio se ha considerado el evitar o disminuir el daño por riesgos, esto es, se busca menor vulnerabilidad ante el peligro. Se ha trabajado bastante sobre los de tipo sísmico, y aun así se siguen presentando daños en la infraestructura y pérdida de vidas en varios países del mundo. Así pues, el criterio de diseño a partir del comportamiento estadístico del riesgo no es suficiente. Se hace necesario tomar en cuenta la capacidad de

Temperatura (ºC)

DAVID MORILLÓN GÁLVEZ Instituto de Ingeniería de la UNAM.

35 30 25 20 15 10 5 0

Temp. máx. promedio 1951-1980

Temp. media 1981-2010

Temp. mín. promedio Al 2050

Figura 1. Temperaturas en los periodos 1951-1980 y 19812010, y proyección al 2050.

recuperación y adaptación de un sistema (comunidad, municipio región, país, empresa, edificio) ante el daño, es decir, considerar el riesgo al igual que el papel que desempeñan las personas en su interacción con el proceso, además del control de los riesgos, la recuperación ante los impactos y daños en la infraestructura, en las personas y en el conjunto de servicios para el funcionamiento de la comunidad en los aspectos ecológico, social y el relacionado con la propia infraestructura. A todo ello se le ha designado en los últimos años “resiliencia”. Ante el cambio climático, el edificio puede presentar problemas que lo hagan inhabitable o de alto costo de operación para ser confortable. Con objeto de mostrar dicho impacto, se presenta como ejemplo de afectaciones al confort, requerimientos de energía y emisiones de CO2 la ciudad de Culiacán, Sinaloa, en los periodos 1951-1980 y 1981-2010, así como una proyección al año 2050 (véase figura 1). En los rangos seleccionados se observan cambios en los valores de las temperaturas máximas, medias y mínimas promedio, con aumentos de entre 2 y 4 °C, evidencia del efecto del cambio climático. Se realizó el estudio del bioclima para cada uno de los tres periodos considerando el lapso 1951-1980 como retrospectiva; la situación actual, 1981-2010, y una prospectiva al año 2050. Se obtuvieron diagramas de sensaciones térmicas, en los que se identifican condiciones de calor, confort y frío para cada mes promedio del año (véanse figuras 2, 3 y 4), base para definir los requerimientos para la climatización de los edificios. Se observan cambios significativos, principalmente en las condiciones de calor (en color rojo): en el periodo 1951-1980 (figura 2) predomina el calor en los meses de otoño y verano; confort y frío en las estaciones de primavera e invierno. En el periodo 1981-2010 (figura 3), las condiciones de calor aumentan y disminuye el confort (en color ocre) y frío (en color azul). En el escenario al año 2050 (figura 4) aumentan de manera significativa las

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Edificación sustentable y resiliente

ntable y resiliente Tabla 1. Grados día de enfriamiento por periodo (anual) Periodo

Figura 2. Diagrama del bioclima en Culiacán en el periodo 1951-1980.

Figura 3. Diagrama del bioclima en Culiacán en el periodo 1981-2010.

Figura 4. Diagrama del bioclima en Culiacán para el año 2050.

condiciones de calor, que se presentarán durante todo el año. Con base en los estudios del bioclima, se calcularon los requerimientos de enfriamiento, el consumo energético y las emisiones de CO2 relacionadas (véanse tablas 1, 2 y 3). Si se considera un edificio con fachadas de vidrio claro –caso extremo, pero cada vez más en uso–, en la tabla 2 se tiene el requerimiento de energía para aire acondicionado.

Grados día de enfriamiento anual (°C)

1951-1980

917.1

1981-2010

1,008.3

Al 2050

1,149.8

La emisión de dióxido de carbono relacionada con el consumo de energía se presenta en la tabla 3. Los requerimientos de diseño para controlar los flujos de calor en el edificio generalmente pueden identificarse por datos históricos del clima, o bien, en algunos casos, son proporcionados por reglamentos o normas para envolvente del edificio. Sin embargo, cuando se presenten flujos de calor por encima del nivel conocido o estimado habrá problemas o afectaciones al confort y a los requerimientos de energía, y por lo tanto un aumento de las emisiones de dióxido de carbono. Resiliencia del edificio sustentable ante el cambio climático Para lograr un edificio sustentable y resiliente ante el cambio climático, deben considerarse tres sistemas: ambiental, tecnológico y biológico (véase figura 5). En la intersección de las tres se ubica la resiliencia para un edificio sustentable. El sistema del ambiente incluye los recursos no renovables y renovables, como la energía, el agua, los materiales naturales, el clima, la temperatura, la humedad relativa, el viento y la precipitación. El sistema tecnológico contempla a los materiales y sistemas constructivos y electrónicos, entre otros. Por último, el sistema biológico comprende a los usuarios de los edificios, tanto a los seres vivos –como los seres humanos, las plantas y los animales y sus requerimientos para su funcionamiento metabólico– como los procesos industriales y las especificaciones o condiciones de fabricación y funcionamiento. La intersección de los tres sistemas permitirá lograr la resiliencia del edificio sustentable. Ya no sucederá como en los inicios del edificio, que se consideró lo que el ambiente ofrecía; posteriormente la tecnología permitió garantizar los servicios y requerimientos, pero el resultado fue de alto impacto ambiental: contaminación, agotamiento de recursos no renovables, extinción de especies, cambios en los ecosistemas y, en escala global, el cambio climático.

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Edificación sustentable y resiliente

Periodo

Energía para aire acondicionado (kWh/m2)

1951-1980

117.00

1981-2010

128.65

Al 2050

146.70

Tabla 3. Emisión de CO2 relacionado con el consumo de energía Periodo

Emisiones de CO2 por consumo de energía (kg/m2)

1951-1980

40.95

1981-2010

45.03

Al 2050

51.45

Tecnológico

Ambiental Resiliencia sustentable

Biológico Figura 5. Sistemas para la resiliencia del edificio sustentable.

respondiendo con su propio organismo. Así, la biónica o biomimética consiste en la aplicación de métodos biológicos y sistemas naturales al estudio y diseño de sistemas de ingeniería y tecnología moderna. La biónica toma casos de la naturaleza y aplica sus principios al edificio. Un ejemplo de termorregulación son los nidos de termitas; el enfriamiento evaporativo se da mediante pequeñas aberturas en el lodo húmedo, a través de las cuales circula el aire seco de una galería a otra. El aire seco y caliente pasa sobre el agua y absorbe parte de ella; el aire se eleva y forma una corriente convectiva desde las galerías inferiores hacia fuera a través de la chimenea que se encuentra en la parte superior del nido. El edificio del Eastgate Center en Harare, Zimbabwe, se diseñó y construyó tomando como ejemplo el nido de las termitas (véase figura 6). Jaime et al. (2018) proponen adaptar las bases para la resiliencia, y la definen como la capacidad de reducir rápidamente la magnitud, duración y recuperación de los efectos causados por el cambio climático, con fundamento en: Anticipar ➟ Resistencia Absorber ➟ Confiabilidad Adaptarse ➟ Redundancia Recuperarse ➟ Respuesta y recuperación La resistencia se refiere a los requerimientos del diseño de un edificio para controlar los flujos de calor; en general, estos requerimientos se pueden identificar mediante el análisis de datos históricos del clima, o en ciertos casos son proporcionados en reglamentos o normas para envolvente del edificio; para el futuro, la base son los escenarios del clima. La confiabilidad consiste en asegurar que los componentes del edificio sean diseñados para operar en un intervalo de solicitaciones que permita mitigar los daños o la pérdida durante un evento. Es decir, se debe revisar el comportamiento del edificio para niveles de temperatura o efectos fuera de los rangos de diseño. Esto se puede ejemplificar con la pregunta ¿qué le pasaría al

En el decenio de 1990 apareció el concepto “desarrollo sustentable”, que a través de nuevas tecnologías de automatización y control permitió integrar estrategias ambientales, sociales y económicas para mitigar los impactos, como la generación de los recursos que se requieren para el funcionamiento de un edificio (edificio inteligente, domótica). Sin embargo, para un patrón de vida cada vez más demandante de recursos y servicios, el edificio inteligente para el caso de la vivienda sólo permitió comodidad, eficiencia y hasta cierto punto seguridad, mas no resolvía el problema de adaptación ante los riesgos ambientales. La imposibilidad de alcanzar la sustentabilidad total de un edificio y de mitigar los riesgos o adaptarse/recuperarse ante ellos se explica por la ausencia de un sistema en el análisis: el biológico, que explica cómo las especies se adaptan o construyen sus hábitats en armonía con el ambiente o Figura 6. Edificio con bases y principios del nido de las termitas.

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FATA.UNAM.MX

Tabla 2. Energía anual para climatización por unidad de superficie

Edificación sustentable y resiliente

Tabla 4. Evaluación de estrategias ambientales para el edificio sustentable con resiliencia Estrategia Diseño urbano

Proyecto arquitectónico

Resiliencia

Agrupamiento de edificios

Adecuada

Orientación

Limitada

Espacios exteriores

No adecuados

Ubicación en el lote

Adecuada

Configuración

Adecuada

Orientación de la fachada larga

Limitada

Localización de las actividades

Adecuada

Tipo de techo

Limitado

Altura de piso a techo

Limitada

Control solar

Limitado

Ventilación

Limitada

Ventanas

Limitadas

Materiales y sistemas constructivos Limitados

Tecnología

Vegetación

Adecuada

Iluminación natural

Limitada

Equipos complementarios de climatización

No adecuados

Iluminación de alta eficiencia

Adecuada

Electrodomésticos de alta eficiencia Adecuados Instalaciones de alta eficiencia

Agua

Adecuada

Gas

Adecuada

Solar

Limitada

Aprovechamiento Eólica y generación de Geotérmica energía eléctrica Biomasa Océano

Limitada Adecuada Adecuada Adecuada

edificio si el evento excede los flujos de calor? Si el rango de temperatura de diseño se excede, debe revisarse si la envolvente permitirá obtener las ganancias o pérdidas térmicas requeridas. El elemento redundancia se refiere a que el edificio ha de ser diseñado de manera tal que tenga capacidad adicional para soportar un evento perturbador sin colapsar, o bien, que tenga varias líneas de defensa que le permitan contener la falla catastrófica. La respuesta o recuperación se relaciona con que el edificio sea capaz de responder de manera rápida y efectiva a los efectos de un evento perturbador, y le siga una pronta recuperación. A tal fin, es necesario llevar a cabo acciones de planeación, preparación y prevención en espera de un evento perturbador debido al cambio climático. Tomando los sistemas y fundamentos para la resiliencia, se evalúan las estrategias ambientales para el edificio sustentable: cuáles permitirán que el edificio siga funcionando adecuadamente a pesar del cambio climático, cuáles no resultarán apropiadas y cuáles son limitadas y requerirán adecuaciones con el tiempo. Los resultados de ese análisis se presentan en la tabla 4. IC Ingeniería Civil Órgano oficial del Colegio de Ingenieros Civiles de México ❙ Núm. 597 mayo de 2019

Conclusiones Un edificio construido en una zona de clima cálido seco es afectado térmica, energética y ambientalmente en los escenarios retrospectivo, presente y prospectivo por los efectos del cambio climático. En este ejemplo toman relevancia las acciones encaminadas a regular el uso de energía convencional y a fomentar el diseño y la utilización de materiales de construcción adecuados a las características climáticas modificadas de cada región del país. Para ello es necesario concluir los estudios prospectivos del impacto del cambio climático en cada zona climática de México. Se recomienda la adopción de estrategias de mitigación, tales como el ahorro de energía en los edificios existentes y la adaptación del edificio nuevo mediante el diseño bioclimático, conforme a los requerimientos de los escenarios, considerando la vida del edificio y el cambio climático

Referencias Jaime, A., et al. (2018). Resiliencia de la infraestructura, una visión general. México: CICM. ¿Desea opinar o cuenta con mayor información sobre este tema? Escríbanos a ic@heliosmx.org

DESARROLLO

Ciudades inteligentes y sustentables en un modelo de economía circular Ante el crecimiento acelerado de las ciudades, las tecnologías de información son un vehículo para crear infraestructuras de ingeniería civil inteligentes que se adapten mejor para lograr una mayor calidad de vida en las ciudades. Sin embargo, para la creación de ciudades inteligentes se requiere lidiar con la complejidad de todas sus dimensiones, a fin de lograr un equilibrio con el medio ambiente, y en esto la economía circular propone un impacto ambiental más razonable. Desde esa perspectiva, este trabajo introduce el concepto de ciudades inteligentes y plantea áreas de oportunidad para México y América Latina con objeto de que nuestras ciudades puedan ofrecer una mejor calidad de vida con infraestructuras inteligentes. VÍCTOR M. LARIOS ROSILLO Ingeniero electrónico con maestría y doctorado. Director del Centro de Innovación en Ciudades Inteligentes de la Universidad de Guadalajara. ARI VIRTANEN Ingeniero eléctrico con maestría. Director ejecutivo de una empresa en la región de Tampere, Finlandia.

Desde el año 2010, la Organización de las Naciones Unidas registró un crecimiento acelerado de la urbanización mundial; estableció en ese momento que la mitad de la población del orbe vive en ciudades, y que en unas cuantas décadas la tasa crecería al 80%. Ante ello –sumado a otros retos como el cambio climático debido a la actividad humana y el inevitable desarrollo urbano sin planificación, con impacto negativo en el medio ambiente–, empezó a estudiarse cómo, mediante las tecnologías de información, podía mejorarse la toma de decisiones y eficientar procesos y servicios, entre otros temas. Surge en ese proceso la noción de “ciudades inteligentes” o smart cities, la cual conlleva una visión sistémica que integra conceptos complejos, a diferencia de modelos tradicionales reduccionistas y cartesianos, como se verá a continuación. Visión de sistemas complejos A diferencia de modelos tradicionales de gobernanza y planificación de infraestructuras en ciudades, los sistemas complejos, en lugar de especializar y desconectar diferentes servicios, los interrelacionan con todo el ecosistema urbano. Esto implica un trabajo de colaboración multidisciplinaria y la ruptura de silos de información. Sin embargo, la organización de las ciudades tradicionales sigue un modelo reduccionista, donde el agua la trata un departamento, la energía está a cargo de otro,

la salud de otro más, y lo más común, si la ciudad es de varios millones de habitantes, es que estos departamentos tengan poca comunicación. Esto conlleva la existencia de silos organizacionales con ineficiencia en las decisiones para operar sus servicios, a menudo duplicando esfuerzos, infraestructuras y gastos operativos con otras oficinas de la ciudad. Desde la perspectiva de las ciudades inteligentes, las tecnologías de información permiten que estos silos organizacionales se rompan, al crear repositorios de datos compartidos que permiten entender mejor, con una visión de sistemas complejos, las verdaderas causas y posibles escenarios en las diferentes dimensiones de una ciudad. Algo importante a considerar es que los sistemas complejos, como disciplina, plantean la interrelación de las partes, lo cual, desde la perspectiva de la ciudad inteligente, implica el trabajo multidisciplinario. También se utiliza la teoría de redes para describir las interconexiones de sus sistemas, y se consideran los comportamientos emergentes que puede haber cuando los subsistemas dejan de operar correctamente. En la siguiente sección se describe cómo las ciudades inteligentes, a través de las tecnologías de información, han generado una estructura en materia de planeación urbana, si bien no resolviendo todos los problemas, sí ofreciendo una mitigación de éstos de manera continua.

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Ciudades inteligentes y sustentables en un modelo de economía circular

Impacto

Componentes

Capas de la infraestructura urbana inteligente s

Visualización Analítica

3 Software

Almacenamiento Operación de la infraestructura

2 Conectividad

Certificación

1 Envoltorio

Sensores Infraestructura de telecomunicaciones

Servicios eficientes

Agua

Seguridad

Aire

Estructura térmica Diseño arquitectónico ecológico Iluminación

Temperatura Energía

Figura 1. Capas de componentes de una infraestructura inteligente.

TI como un acelerador de planeación y mitigación de problemas A la par de las ciudades inteligentes, en 2017, durante la reunión del Foro Económico Mundial, se identificó como de suma importancia la denominada “transformación digital”. Ya para entonces, no solamente se trataba del internet de las cosas y el acceso al procesamiento de datos a través de servidores con capacidades extensibles bajo el concepto de “nube”, sino también de los primeros resultados tangibles de mejoras y automatizaciones de procesos repetitivos a través de la inteligencia artificial. Fue además discutido cómo las tecnologías harían desaparecer algunas profesiones y crearían otras nuevas. Incluso en temas de ingeniería civil hay escenarios donde impresoras tridimensionales por adición pueden hacer estructuras de concreto y metal sin gran intervención humana, que sería difícil realizar de otra forma. Sin embargo, en materia de ciudades inteligentes, gracias a las computadoras y los datos históricos que se pueden conectar, es posible crear modelos completos de ciudades y revisar cuáles serían los escenarios de mayor impacto para respaldar la toma de decisiones. Estos modelos no tienen que ser sólo numéricos; ahora, con tecnologías como la realidad virtual, incluso se pueden reproducir gráficamente como experiencias de inmersión. Además de la producción de grandes volúmenes de información a través del internet de las cosas, estableciendo redes de sensores, también existe la ciencia de los datos, que permite correlacionar toda la información para generar mejor conocimiento sobre cómo se desempeña una ciudad. En la figura 1 se identifican las capas y elementos de tecnología adaptables a cualquier infraestructura de ingeniería civil para que ésta sea inteligente. Filosofía de diseño Para las ciudades inteligentes no existe una sola plataforma, fuera del internet, que conecte todas las posibi-

lidades de hardware y software. Por lo tanto, es muy importante que las tecnologías que se elija integrar en infraestructuras de ingeniería civil cumplan con las siguientes propiedades: interoperabilidad, escalabilidad, modularidad y seguridad (véase figura 2). La interoperabilidad lleva a buscar trabajar con arquitecturas tecnológicas abiertas, en lo posible. Una ciudad, y sobre todo una megaciudad, implica la gestión de una gran cantidad de infraestructura pública, y por eso hay cientos de miles de dispositivos que es necesario controlar y orquestar; si no hay una visión de escala, esta tarea será de una gran complejidad. En cuanto a modularidad, ésta consiste en reutilizar al máximo cualquier desarrollo que se tenga, de manera que funcione para una aplicación y con pequeñas variantes se pueda usar en otra área. Por ejemplo, un sensor para medición de flujo de agua en una infraestructura hidráulica puede usar la misma computadora que un sensor de flujo de energía o de flujo de tráfico. Finalmente, como una ciudad inteligente respaldada en tecnología emplea una gran cantidad de dispositivos para automatizar y eficientar tareas, es importante que éstas tengan una capa de seguridad que impida el acceso de hackers al control de esta ciberinfraestructura, pues podría haber serias implicaciones al comprometer las operaciones de la ciudad. Retos en servicios de ciudades y medio ambiente En ciudades que crecen sin aparente planeación y que cada vez demandan más servicios de agua y energía, y que por otro lado generan basura y contaminación del aire por la movilidad y la industria, el medio ambiente y el calentamiento global son temas de primer orden. En las estrategias para el diseño de ciudades y los servicios interconectados, existen infraestructuras centralizadas y otras que buscan ser descentralizadas o distribuidas en una red. Hoy, gracias a las tecnologías de información,

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Ciudades inteligentes y sustentables en un modelo de economía circular

se trabaja más en estructuras distribuidas que resultan más seguras, resilientes y con un impacto ambiental reducido. En materia de electricidad, hoy los edificios de una ciudad pueden generar su propia energía y no depender de una central eléctrica. En cuanto a infraestructuras de tratamiento de agua, es mejor contar con pequeñas plantas de tratamiento, porque en ciudades grandes en las que no se integró una obra de drenaje profundo es más costoso llevar todo a una gran planta de tratamiento. Sin embargo, el reto principal es primero poder medir la manera en que una ciudad está afectando al medio ambiente, y posteriormente crear conciencia entre la población para que pueda racionalizar el uso de los recursos naturales y se cree la innovación suficiente en las infraestructuras urbanas para responder a los problemas locales. Finalmente, en el tema de la generación de desechos, hay tendencias para procesar la basura en el sitio donde se genera, y no moverla a grandes vertederos donde no se trata completamente y genera contaminación del subsuelo y del medio donde se localiza. Por ello se plantea un modelo de economía circular como una filosofía que reduce el impacto al medio ambiente. Economía circular, un respaldo a los modelos de ciudades inteligentes Gracias a las economías de producción en masa, nos hemos acostumbrado a usar poco los productos que adquirimos y a desechar sin cuestionar cuál será el fin de éstos y cómo inciden en el medio ambiente. El mundo está lleno de basura y al mismo tiempo la demanda de materia prima se incrementa globalmente.

Seguridad

Modularidad

Escalabilidad

Interoperabilidad de componentes Figura 2. Filosofía de diseño de infraestructuras en ciudades inteligentes.

uuDesde una perspectiva de ciudades inteligentes, la innovación no se trata sólo de tecnologías de información; son también las infraestructuras, sus diseños, los materiales que utilizan, etc. Por ejemplo, en algunas regiones geográficas y con ciertos diseños, no es necesario que un edificio cuente con aire acondicionado si se generan estructuras que de forma natural conduzcan corrientes de aire y enfríen los espacios.

Frente a una escasez de recursos naturales y un medio ambiente hostil, desde hace más de una década en los países del norte de Europa se planteó un nuevo modelo de economía denominado “circular”, porque los materiales y su valor circulan en la sociedad aumentando el valor de los productos con servicios y soluciones inteligentes. Generación de basura vs. demanda de materia prima Se estima que en una ciudad se desecha cerca del 80% de los productos consumidos, sin cuestionarse qué pasa con los materiales que los componen. Por ejemplo, en la construcción de un edificio, normalmente del 10 al 15% de los materiales empleados se desperdician por malos cálculos o errores. Un automóvil sólo tiene un uso promedio del 8% del día, y las ciudades tienen que ofrecer espacios para estacionamiento que utilizan grandes superficies. Una oficina sólo se usa el 40% del tiempo de un día; lo demás es espacio no usado o desperdiciado de una ciudad. El 31% de la comida producida se va a la basura durante su consumo: en un país como Finlandia, con una población cercana a los 5.5 millones de habitantes, se generan de 300 a 400 millones de kilos de comida desperdiciada al año. A pesar de las cifras comentadas, se estima que la demanda de materia prima se incrementará en los próximos 20 años en escala global; por ejemplo, la agricultura crecerá 200%, el consumo de agua aumentará 137%, el requerimiento de acero en construcciones subirá 57% y la demanda de energía será 32% mayor. Los países nórdicos son los precursores del nuevo modelo de economía donde la basura no existe, sólo forma parte de un proceso de transformación de valor. Finlandia es uno de los líderes mundiales de este modelo, y la recirculación de productos usados para extraer su materia prima para reutilizarla produce 3 mil millones de euros anuales y más de 75,000 empleos. Por ejemplo, en la región de Tampere, con una población cercana a los 440,000 habitantes, unos 80 empleados separan toda la basura, de la cual se extrae materia prima con la que se crean cerca de 20 productos y servicios, como generación de energía, fertilizantes, biodiésel, producción de calor, y materia prima como carbón, acero, vidrio, aceites y plásticos, entre otros. Todo lo anterior representa una utilidad anual para la región de 40 millones de euros. Esto implica una cultura diferente y toda una logística con redes eficientes para la separación y recolección de basura, en muchos casos a través de infraestructuras especiales como ductos al vacío para el movimiento de la basura. Los principios de este modelo se ilustran en la figura 3. Economía circular desde una perspectiva ingenieril Los principios fundamentales de una economía circular se pueden resumir como aquellos con los que se busca reducir energía en todos los procesos de fabricación y

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1. Uso inteligente de materia prima

7. El consumidor demanda productos de larga duración y reparables

2. Procesos de materiales reduciendo energía

6. Las empresas procuran contratistas proveedores de partes fáciles de reparar

3. Manufactura que permita reparar los productos y recuperar materia prima al final del ciclo de vida

5. Anaqueles con servicios en lugar de bienes y oferta de reparación de éstos

4. Distribución con transporte coordinado

Figura 3. Principios de la economía circular.

diseñar productos reparables para que se puedan usar lo máximo posible. Los consumidores eligen productos que al concluir su ciclo de vida facilitan la extracción de su materia prima. Puede buscarse la aplicación de estos principios en la construcción de un edificio o una infraestructura urbana considerando que el ciudadano elegirá las opciones que sean pensadas como parte de un modelo de economía circular. En México tenemos un reto importante en materia de generación de basura. Según datos del Instituto Nacional de Estadística y Geografía, un mexicano genera en promedio un kilogramo de basura por día. Poca de esta basura se está procesando hoy bajo un modelo de economía circular, por eso existe una gran oportunidad para su aprovechamiento y conversión en un motor económico. Como se vio, la población tiene que madurar en cuanto a cómo consume y los productos que selecciona (que sean de mayor duración y no desechables). En este proceso, es importante que la ingeniería civil busque soluciones de infraestructuras de manera que se puedan reprocesar los desechos de construcción para convertirlos nuevamente en productos y servicios de valor para sus comunidades. Hay una cantidad importante de recursos que se desperdician con la basura día a día, y esto tiene un costo todavía mayor, al incidir en las causas del calentamiento global y la contaminación del medio ambiente. Innovación local Desde una perspectiva de ciudades inteligentes, la innovación no se trata sólo de tecnologías de información; son también las infraestructuras, sus diseños, los materiales que utilizan, etc. Por ejemplo, en algunas regiones geográficas y con ciertos diseños, no es necesario que un edificio cuente con aire acondicionado si se generan estructuras que de forma natural conduzcan corrientes de aire y enfríen los espacios. Por otro lado, la innovación puede llevar a casos como la torre de especialidades de un hospital en la Ciudad de México, cuya fachada de 2,500 m2 está recubierta

con un material antimicrobiano y descontaminante que equivale a limpiar diariamente la contaminación del aire de 8,750 automóviles. Esto es crear infraestructuras inteligentes en una ciudad. Actualmente hay en el mercado pinturas que al entrar en contacto con la luz emulan el proceso de fotosíntesis de los árboles y purifican el aire. Este tipo de innovaciones son las que producirán una mejor calidad de vida, sumadas a nuevas formas de cultura para el cuidado medioambiental. Conclusiones y perspectivas Es inevitable que la población mundial siga ocupando ciudades y que éstas continúen creciendo aceleradamente, con las consecuencias de impacto al medio ambiente y calentamiento del planeta. Estas ciudades requieren ser estudiadas con una visión sistémica, integrando los principios de complejidad para entender sus dinámicas y mitigar la posible degradación de la calidad de vida. Lo que se puede medir se puede controlar, y las ciudades inteligentes, desde una visión de sistemas complejos, buscan modelar el mundo real en el mundo digital con objeto de empoderar a los ciudadanos y autoridades para una mejor toma de decisiones en la búsqueda de la calidad de vida. Desde una perspectiva de ingeniería civil, no sólo las tecnologías de información respaldan infraestructuras que pueden dar información al minuto sobre su desempeño; también se apela al sentido común, así como a generar innovaciones que hagan posibles infraestructuras más inteligentes –en los materiales, procesos de construcción y diseño de sistemas– que conformen ciudades más razonables para vivir. En una sociedad habituada a un fuerte consumismo y desecho de productos, la economía circular convierte la basura en una fuente de materia prima, de ingresos y de empleos, en un proceso que debe considerarse hoy en los diseños e infraestructuras civiles a desarrollar

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ACADEMIA

La formación de ingenieros civiles en programas de calidad en México: un reto México requiere ser una nación competitiva y moderna, con una economía creativa y con valor agregado donde el conocimiento, la creatividad y la innovación sean ingredientes para construir su futuro. La participación de la ingeniería civil en el desarrollo de una infraestructura acorde a estas circunstancias es indiscutible. Hoy en día la ingeniería se enfrenta al reto de la cuarta revolución industrial en la era digital, denominada “industria 4.0”. Ésta requiere que los jóvenes, en escenarios reales o virtuales, desarrollen competencias, actitudes y experiencias para la innovación, el emprendimiento y la creatividad tales que los preparen para su futuro profesional y favorezcan su empleabilidad. En la industria 4.0, todas las personas, máquinas y servicios están digitalmente conectados e intercambian información con precisión, claridad y transparencia; la industria acomoda sus procesos de producción y transporte con las tecnologías disruptivas de cloud computing, robótica, data analytics, simulación y realidad aumentada. Toda esta nueva realidad, imposible de ignorar, implica la actualización impostergable de los planes de estudio y las metodologías para su enseñanza, de modo que respondan a las necesidades del contexto. En el Plan Nacional de Desarrollo 2019-2024 (PND) se enfatizan tres grandes problemas asociados a la educación superior que pueden desagregarse en factores causales, lo cual permitirá comprender mejor la problemática de este nivel: inclusión, pertinencia y calidad. Considerando los dos últimos retos, es relevante garantizar como país que la educación superior lidere a la sociedad en la distribución y generación del conocimiento necesario para atender los desafíos globales, nacionales y regionales reconocidos en el PND, tales como la seguridad alimentaria, el cambio climático, el manejo del agua y la generación de energías renovables, así como la infraestructura para las comunicaciones y la

salud pública, retos a los que la ingeniería mexicana tiene el compromiso social de aportar soluciones. La demanda de educación superior seguirá creciendo, y el gobierno mexicano debe responder y garantizar que todos los grupos sociales accedan a programas de calidad reconocida. Esta circunstancia implica que las organizaciones de acreditación profundicen en el logro de los atributos de egreso y las competencias para desempeñarse con competitividad en el campo laboral, y con responsabilidad social y sentido ético de su ejercicio profesional. Por tanto, se debe fortalecer la garantía de calidad de la formación que representa contar con un título profesional. Esa garantía es la acreditación de los programas educativos. La acreditación de un programa educativo es la garantía ante la sociedad de que éste cumple con criterios, indicadores y parámetros definidos nacional e internacionalmente para una determinada profesión. El proceso incluye verificar que el programa tiene pertinencia y sus actores operan con la infraestructura y tecnología adecuadas para el contexto laboral.

MARÍA ELENA BARRERA BUSTILLOS Ingeniera química con maestría en Educación superior y especialidad en Administración de instituciones y currículum. Es directora general del Consejo de Acreditación de la Enseñanza de la Ingeniería, A. C.

Ventajas de la acreditación Son muchas las ventajas de la acreditación, y éstas pueden clasificarse según los distintos interesados que intervienen en el fenómeno educativo. Para los estudiantes: • Amplía la certidumbre de que lo que aprenden es pertinente y actualizado. • Permite participar en los concursos para insertarse en programas de movilidad estudiantil. • Contribuye a adquirir mayores y mejores conocimientos y, por ende, amplía las probabilidades de continuar con un posgrado. • Facilita la obtención de becas estudiantiles, con lo cual se reduce el riesgo del abandono escolar. • Contribuye al desarrollo de la comunidad a través del servicio social y la participación en proyectos vinculados con el sector productivo. A los egresados les permite: • Formar parte del conglomerado de profesionales mejor calificados.

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La formación de ingenieros civiles en programas de calidad en México: un reto

• Alcanzar mejores herramientas para ejercer la profesión. • Lograr insertarse más rápidamente en el mercado laboral. • Ampliar las probabilidades de desarrollar su propia empresa. • Garantizar que sus estudios sean reconocidos en el extranjero. • Contribuir con sus aportaciones profesionales al desarrollo del país. La acreditación ofrece a los docentes: • Tener la certidumbre de que lo que se enseña es pertinente y actualizado. • Reconocer que la formación cumple con los estándares. • Recompensar el esfuerzo realizado. • Obtener reconocimiento para los programas de estímulos. • Contribuir al desarrollo de la comunidad profesional de calidad. Para los empleadores representa: • Recibir en sus espacios laborales a profesionistas calificados y seguros de sí mismos. • Ampliar las expectativas de crecimiento empresarial, por las contribuciones del grupo de profesionistas incorporados a la organización. • Mejorar los canales de comunicación con las instituciones de educación superior (IES) de donde provienen sus empleados, con los consecuentes beneficios para la actividad económica de la empresa (proyectos vinculados, educación continua). • Establecer mayores vínculos con las instituciones educativas asumiendo compromisos para su crecimiento. Reacreditación Seguimiento a recomendaciones Reporte de medio término

Acreditado

Plan de mejora 11

Apelación

No acreditado

Para los padres de familia y tutores: • Contribuir al crecimiento institucional mediante trabajo comunitario o participando en programas de procuración de fondos (donativos). • Ampliar los motivos de satisfacción al compartir con los hijos los éxitos académicos. • Compartir con los hijos la satisfacción de alcanzar becas estudiantiles por su impacto en las finanzas familiares. • Tener mayor certidumbre acerca de la buena formación académica que reciben sus hijos. • Garantizar que el programa elegido cumple con los estándares de calidad que influirán positivamente en el desarrollo profesional de los hijos. Para las IES: • Incrementar el reconocimiento social y su presencia como instituciones de prestigio académico. • Contribuir a la formación de egresados satisfechos con su nivel académico y con mayor seguridad para afrontar los retos de ejercer una profesión. • Acceder a programas institucionales que contribuyan a la mejora integral de la planta física y su capital humano. • Facilitar la celebración de convenios de colaboración con otras IES tanto nacionales como internacionales. • Posicionar a las IES en situación de igualdad con otras del orbe, con los consiguientes beneficios para la planta académica y sus estudiantes. La acreditación Como consecuencia de su labor, los organismos acreditadores han participado activamente en el avance de implantación de las políticas de equidad, cobertura, pertinencia y calidad de la educación superior en México, Solicitud de ingreso al proceso 1 Formalización

Autoevaluación 3

Acreditado 5 años

Acreditado 3 años

Los programas acreditados por tres años podrán realizar una solicitud de extensión de vigencia durante los primeros dos años de vigencia

Dictamen Comisiones técnicas y Comité de Acreditación 9

Reunión previa a la visita de evaluación entre el comité y la IES 4 Visita evaluación 5 Emisión de predictamen 6

Ratificación o cambio de evaluación por el Comité Evaluador

Entrega de información complementaria 8

Figura 1. El proceso de acreditación de programas educativos del Cacei.

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300 250 200 150 100 50 0

Programas educativos de ingeniería acreditados

58 26%

Oferta

Régimen público 119 46 Oferta

La carrera de ingeniería civil tiene una tasa mayor que la media nacional, la cual es de 21%. Del total acreditados, 79% corresponde a IES públicas

224

39%

PE acreditados

PE acreditados Programas educativos

Programas educativos

Total ingeniería Oferta 4,234 PE acreditados 879 21%

Programas educativos

La formación de ingenieros civiles en programas de calidad en México: un reto

300 250 200 150 100 50 0

Régimen particular

105 12 Oferta

11%

PE acreditados

Figura 2. Panorama general de la acreditación de programas educativos de ingeniería en México.

al incorporar en sus procedimientos y criterios de acreditación muchos componentes que las políticas públicas contemplan sobre este nivel educativo. En el futuro, los procesos de acreditación contribuirán a consolidar aun más las nuevas políticas propuestas en el PND, al reforzar los procesos de acreditación y profundizar en los criterios e indicadores que permitan evaluar los programas, así como a las instituciones de educación superior. Esta ha sido la función principal del Consejo de Acreditación de la Enseñanza de la Ingeniería, A. C., (Cacei), organismo acreditador de los programas de ingeniería creado en 1994, que surgió en respuesta a la solicitud de la Asociación Nacional de Facultades y Escuelas de Ingeniería ante el panorama generado por el Tratado de Libre Comercio, buscando coadyuvar a que los ingenieros mexicanos tuvieran una formación pertinente y de calidad internacional. Más adelante, esta misma visión condujo al Cacei a buscar la internacionalización y el reconocimiento mundial; en 2016, al ingresar como miembro provisional del Washington Accord (WA), adquiere dicho reconocimiento por operar un proceso de acreditación con estándares internacionales, con lo cual se posiciona como líder en el país entre los organismos acreditadores locales y también en América Latina, entre los organismos acreditadores de otros países. Adicionalmente, el Cacei es miembro de la Red Iberoamericana de Aseguramiento de la Calidad de la Educación Superior y del Acuerdo de Lima, grupo de trabajo formado por organismos latinoamericanos de acreditación, el cual fue presidido por el Cacei en 2018. Tiene además un acuerdo con la Agencia Nacional de Evaluación de la Calidad y Acreditación, el organismo acreditador de España para la certificación con el sello de calidad de la Comunidad Económica Europea para las ingenierías (Sello EUR-ACE®). En el ámbito internacional de la acreditación, México ocupa un lugar preponderante, pues en América Latina sólo el Cacei, el Instituto de Calidad y Acreditación de

Programas de Computación, Ingeniería y Tecnología de Perú y el Colegio Federado de Ingenieros y Arquitectos de Costa Rica están afiliados al WA, con otros 28 miembros del orbe. No obstante, hay cuatro enormes diferencias que hacen sobresalir al organismo mexicano: 1. El Cacei evalúa más de 150 programas educativos al año. Costa Rica y Perú evalúan 20 cada uno, como máximo. 2. El Cacei posee una plataforma informática propia única en el mundo, diseñada ex profeso para conducir y documentar el proceso de acreditación. El resto de organismos acreditadores aún aplican procesos que conllevan la entrega de evidencias en papel. 3. El Cacei es autosuficiente en cuanto a los pares evaluadores de los programas educativos, quienes integran un padrón que rebasa los 2,200 miembros activos. Tiene el privilegio de prestar evaluadores a otros organismos acreditadores de América Latina mediante acuerdos de colaboración e intercambio. 4. El proceso de acreditación vigente del Cacei es producto de una reflexión de la comunidad académica ingenieril en México, que incluye los estándares de evaluación que el WA establece pero que también incorpora elementos propios de todos los subsistemas del entorno educativo nacional de nivel superior. Es decir, no es una copia, sino la combinación de criterios que contemplan el ámbito local y el global. Dicho proceso se muestra en la figura 1. Calidad de los programas de ingeniería civil En México, a través del Formato-911 (Subdirección de Sistematización y Análisis de Indicadores de la Dirección General de Educación Superior de la Secretaría de Educación Pública, DGESU) se reporta que para el ciclo escolar 2017-2018 se ofrecieron 4,234 programas de ingeniería evaluables, denominados así porque cuentan con al menos una generación de egresados. De éstos, sólo 879 programas (21%) tienen reconocimiento de calidad emitido por el Cacei, y de este total, 224 son programas de ingeniería civil o “afines”, esto es, que en

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La formación de ingenieros civiles en programas de calidad en México: un reto

los nombres asignados a los programas se identifica heterogeneidad y especialización. Algunos de los nombres registrados, además de ingeniería civil, son ingeniería civil para la dirección, ingeniería civil para la supervisión, ingeniería en obras y servicios, ingeniero hidráulico, ingeniero constructor militar, ingeniero constructor e ingeniero arquitecto. De este universo, 58 programas han obtenido la acreditación del Cacei, es decir, el 26% de los programas de ingeniería civil en México son de calidad. De cualquier forma, este porcentaje está arriba de la media nacional, que es 21% tomando en cuenta todas las ingenierías que se ofrecen en el país. De todos los programas educativos de ingeniería civil en México, 119 se ofrecen en instituciones de educación superior públicas, y de éstos, 46 cuentan con reconocimiento de calidad; en las instituciones privadas se ofrecen 105 programas, pero sólo 12 son de calidad reconocida. Todo lo anterior se resume en las gráficas de la figura 2. Del total de programas, 53 se ofrecen en los institutos tecnológicos que forman parte del Tecnológico Nacional de México, cuatro en universidades politécnicas, uno en una universidad tecnológica, 61 en las universidades públicas y 105 en las universidades privadas. El porcentaje asignado por calidad reconocida es variable considerando el interés atribuido a la calidad por parte de las instituciones o subsistema. Así, en el caso de programas de ingeniería civil, en las universidades públicas la tasa de programas de calidad reconocida es de 57%, es decir, más de la mitad de los programas de ingeniería civil están acreditados, mientras que en el Tecnológico Nacional de México sólo el 19%, y en las universidades privadas, únicamente el 11 por ciento. A través de los 224 programas de ingeniería civil se atiende una matrícula de 83,191 estudiantes. De éstos, 38,474 están inscritos en programas de calidad reconocida por el Cacei, es decir, el 46.3% del total –casi la mitad de la población–, y de esa matrícula, apenas el 21% son mujeres. ¿Por qué hay tan pocos programas educativos acreditados en nuestro país, si está demostrado en el ámbito local y global que la acreditación contribuye a la mejora continua de los programas educativos, y por tanto a su calidad, en la búsqueda de la excelencia? Hay tres circunstancias principales que dan lugar a este panorama: 1. En México, a diferencia de otras naciones, la acreditación es voluntaria. 2. En el caso de las IES públicas, los recursos para este rubro son limitados. En las IES particulares, dependen de las políticas de financiamiento interno. 3. Aún es limitado el impacto en las IES debido al poco conocimiento y difusión entre la comunidad académica de los beneficios intrínsecos de la acreditación, así como por la falta de estímulos para las IES. Conclusiones En el siglo XXI, ante el panorama de la industria 4.0, el talento de los jóvenes estudiantes de ingeniería no

es suficiente. Para ser egresados exitosos ya no basta hacer una carrera; es necesario que adquieran nuevas competencias. La tendencia apunta a la necesidad de una mayor preparación para quienes quieran ser parte de la industria 4.0. Hoy, la industria de la construcción demanda una formación especializada en áreas específicas (con certificación nacional e internacional), un idioma extra, habilidades blandas y aquéllas relacionadas con la industria 4.0. En los profesionales de la ingeniería se requerirán perfiles STEM (science, technology, engineering, mathematics), con una alta cualificación y con nuevas competencias: imaginación, capacidad de adaptación, capacidad para adelantarse a las necesidades, habilidad para el trabajo colaborativo y en equipo, capacidad para la gestión del tiempo y la resolución de problemas, razonamiento analítico y capacidad de buscar, filtrar y priorizar información. México necesita ingenieros con sólidos y profundos conocimientos, con una práctica extensa e innovadora, con mentalidad competitiva, abierta y práctica, con sensibilidad social y ética, propositivos y con vocación clara para “pelear posiciones en la economía global”. La industria 4.0 es un tránsito complejo de una sociedad tradicional a una digital cuyo futuro es incierto. La formación de ingenieros presenta múltiples oportunidades para las IES, pero tiene que ser una formación pertinente y de calidad. Por eso, la vinculación de las instituciones con los colegios de profesionales y el sector productivo (grupos de interés) es indispensable. También lo es la flexibilidad en los planes de estudio, la incorporación de estándares internacionales en el currículum y las experiencias prácticas en el proceso de formación. Al mismo tiempo, se debe apoyar a los estudiantes para alcanzar el éxito académico, así como en el campo laboral mediante estrategias que coadyuven a una formación pertinente y de calidad. Adicionalmente, es indispensable innovar en los métodos de enseñanza que los profesores utilizan, mejorar y actualizar la infraestructura e impulsar aquellas iniciativas que fomenten el desarrollo y evaluación de competencias relevantes. Se requiere contar con escuelas y facultades de ingeniería que sean instituciones formadoras de recursos humanos para el cambio, de alta calidad, fuertemente vinculadas al sector productivo y orientadas a nichos estratégicos de carácter nacional y regional que, además, ofrezcan educación pertinente y de calidad reconocida tomando en cuenta que todo cambio pone en acción sistemas de resistencia, por lo que es necesario convencer a los protagonistas de que son capaces de hacerlo

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GREMIO

Código de Ética Profesional del CICM En atención a la preocupación generalizada de la sociedad por el comportamiento ético de las personas, instituciones y organismos públicos de nuestro país, y de acuerdo con las funciones del Consejo de Ética del CICM registradas en el artículo 3° del reglamento que lo rige, el consejo decidió revisar y actualizar la última versión del Código de Ética, vigente desde el año 2007. Después de numerosas sesiones de análisis y discusión celebradas durante el año 2015 entre los miembros del consejo, se formuló una propuesta de actualización que aquí se reproduce y que fue aprobada por la Junta de Honor el 31 de mayo de 2016. El Consejo de Ética del Colegio de Ingenieros Civiles de México tiene como objetivo elaborar los códigos de ética y normas de conducta que se difunden entre los miembros del colegio, ingenieros civiles en general, instituciones y organizaciones. Vigila su observancia, a fin de lograr que los principios y normas expresados en dicho código constituyan el sello distintivo del actuar de los ingenieros civiles colegiados. Dado que la ingeniería civil es una profesión que sirve al desarrollo integral de la sociedad mediante la concepción, diseño, evaluación, planeación, construcción, operación, mantenimiento y readaptación de la infraestructura y otros tipos de proyectos, y considerando: a. Que por la trascendencia de su actividad el ingeniero civil, como profesional, es responsable en primer lugar ante la sociedad toda, incluyendo las generaciones futuras b. Que el ingeniero civil debe prestar a sus clientes y empleadores servicios cuya combinación de valor, costo y calidad pueda ser considerada óptima por ambas partes c. Que el ingeniero civil tiene obligaciones recíprocas de respeto, lealtad y cooperación con sus clientes, empleadores, colegas y empleados, y de respeto, honestidad y solidaridad con sus competidores d. Que el ingeniero civil tiene con su profesión un compromiso moral que incluye a los integrantes pasados, presentes y futuros de ella los miembros del CICM se comprometen, tanto en lo individual como de manera colectiva, a seguir los más

altos cánones morales socialmente aceptados y, en particular, a cumplir las siguientes normas de conducta que constituyen su: Código de Ética Profesional 1. Tomar decisiones profesionales consistentes con su responsabilidad de proteger la vida, la seguridad, la salud, el patrimonio y demás intereses presentes y mediatos de todos los integrantes de la sociedad, tomando en cuenta en cada caso la importancia del equilibrio ambiental. 2. Cuidar que sus determinaciones profesionales y sus aseveraciones públicas se basen en información y datos objetivos, interpretados mediante lo mejor de su saber técnico y su buen juicio profesional. 3. Comprometerse a aplicar buenas prácticas de ingeniería en todas las actividades y procesos en que participe, y hacer notar los casos en que éstas no se respeten. 4. Profundizar en el conocimiento y comprensión de la amplia gama de opciones tecnológicas disponibles, para seleccionar la que en cada caso convenga aplicar, teniendo en cuenta las consecuencias para la sociedad y el medio ambiente natural. 5. Mantener y mejorar continuamente sus capacidades, y aceptar encargos profesionales sólo en los temas para los que está preparado y en los que tiene experiencia, o bien exponer con oportunidad y claridad a la contraparte interesada sus propias limitaciones al respecto. 6. Buscar, aceptar y ofrecer, según el caso, la crítica honesta y constructiva de las cuestiones profesionales

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y, a la vez, reconocer errores propios y dar crédito por las contribuciones de otros 7. Contribuir al prestigio, la confiabilidad, la buena imagen de la profesión y a la generación de condiciones dignas para su ejercicio. De darse el caso, proteger la reputación de la misma, exponiendo ante las instancias correspondientes del Colegio, con el debido fundamento, las violaciones al presente Código de Ética Profesional de las que tenga conocimiento. 8. Apoyar a las instituciones mexicanas formadoras de ingenieros civiles en su labor educativa, así como a colegas y colaboradores en su desarrollo profesional y en su compromiso con las normas de este Código. 9. Rechazar todo tipo de soborno o presión que tienda a sesgar sus juicios y actos, o que parezca hacerlo. 10. No ofrecer ni aceptar dar ningún soborno, ni ejercer presiones indebidas para obtener trato preferencial en ningún trámite, concurso, licitación, estimación o pago de los servicios prestados. 11. Evitar conflictos de intereses y situaciones que den la apariencia de que existen. 12. Tratar con respeto, justicia y equidad a todas las personas, sin distinción de género, etnia, capacidad, posición social, ideología, edad, religión o nacionalidad.

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Código de Ética Profesional del CICM

El ingeniero civil es responsable en primer lugar ante la sociedad, incluyendo las generaciones futuras.

13. Evitar actos o expresiones maliciosas o infundadas que puedan dañar la reputación, el empleo o el patrimonio de otras personas ¿Desea opinar o cuenta con mayor información sobre este tema? Escríbanos a ic@heliosmx.org

ALREDEDOR DEL MUNDO

Carretera Karakórum La vía automovilística fue inaugurada de manera oficial en 1978, pero no fue completamente abierta al público hasta 1986, es decir, tras 27 años de su comienzo. La construcción fue realizada de forma prácticamente exclusiva por los ejércitos de Paquistán y China. Se movieron y excavaron casi 23 millones de metros cúbicos de roca; se utilizaron más de 8 mil toneladas de explosivos y 80 mil toneladas de cemento, entre otros materiales. Se reporta que el número total de trabajadores en la carretera rondó los 15 mil. La carretera Karakórum es un camino de 1,300 km de longitud que va desde Islamabad, la capital de Paquistán, hasta la ciudad de Kashgar en el oeste de China (véase figura 1). Conocida como una de las carreteras más elevadas del planeta, se extiende además sobre tierras sumamente accidentadas, algunos tramos en la ladera y el resto en la cercanía de una cadena montañosa. Fue construida de manera conjunta por los gobiernos paquistaní y chino, con enormes costos no sólo de dinero y tiempo, sino también de vidas humanas: alrededor de 500 trabajadores perdieron la vida durante su construcción –otras fuentes señalan que fueron en total 810 paquistaníes y 200 chinos los fallecidos–. Se le reconoce como uno de los más grandes proyectos de ingeniería del siglo XX.

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Historia e información general En 1959, después de una década planteándose una conexión entre ambos países, se materializó el proyecto del entonces llamado Camino del Valle del Indo, que

Vista desde Skardu hacia Hunza. En el fondo se aprecia el monte Rakaposhi, de 7,788 metros de altura.

comenzó a construirse en ese mismo año. Para 1965 ya se tenía terminada casi la totalidad del trabajo de infraestructura. La parte china, que se extiende por 413 km desde Kashgar hasta Khunjerab, fue terminada en mayo de 1968. Más adelante, durante la guerra de secesión en Bengala oriental de 1971, se paró el avance entre el Paso de Khunjerab y Thakot, en Paquistán, pero continuó inmediatamente después del conflicto. Su extensión en este último país es de 887 kilómetros. La vía automovilística fue inaugurada oficialmente en 1978, pero no fue completamente abierta al público hasta 1986, es decir, tras 27 años de su comienzo. La construcción fue realizada de forma prácticamente exclusiva por los ejércitos de ambos países. Se movieron y excavaron cerca de 23 millones de metros cúbicos de roca; se utilizaron más de 8 mil toneladas de explosivos y 80 mil toneladas de cemento, entre otros materiales. Se reporta que el número total de trabajadores en la carretera rondó los 15 mil, entre paquistaníes y chinos. La mayor parte del trayecto se compone hasta hoy en día solamente de dos carriles. Además de su gran altura, se le reconoce como una de las más peligrosas de transitar, pues tiene una gran cantidad de curvas cerradas y abruptos cruces con ríos; por otra parte, no es infrecuente que se escuchen avalanchas y deslaves producidos en las cercanías montañosas, e incluso se presentan derrumbes de roca y derrubios de ladera en la propia carretera, que han llegado a enterrar vehículos enteros y ocasionar víctimas mortales. Aunque buena parte de su extensión está pavimentada, numerosos tramos aún son de terracería, grava o macadán; en muchos otros el asfalto se encuentra en malas condiciones y presenta enormes baches. Del lado de China está pavimentada casi en su totalidad. Por esta razón, Kashgar es el destino al que más fácilmente se llega desde Paquistán por vía terrestre. Se requieren alrededor de 48 horas para llegar en vehículo de un extremo a otro de la carretera. La mayoría

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Carretera Karakórum

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Obras de mejora en el tramo Thakot-Havelian o fase 2.

La fortaleza Tashkorgan es uno de los vestigios de la antigua Ruta de la Seda.

de quienes la transitan lo hacen en autobús. Los vehículos provenientes de la capital paquistaní se detienen en la frontera con China, donde los pasajeros tienen que cambiarse a un transporte chino con dirección a Kashgar. De manera inversa, los autobuses chinos con destino a Islamabad se detienen en la frontera, donde los pasajeros deben cambiarse a un transporte paquistaní. Justificación de la obra Inicialmente, la carretera se construyó como un “símbolo de la amistad y la cooperación entre Paquistán y China”,

al igual que como un proyecto promotor del turismo y conector de las tribus montañesas con el resto de sus respectivos países. Sin embargo, también es sabido que el camino tiene una importancia militar estratégica: históricamente, ninguno de los dos países tiene relaciones amistosas con India, y ambos han tenido guerras con este país en el Himalaya. El trazo La carretera pasa a corta distancia de montañas cuyas alturas rondan los 8,000 metros, como Nanga Parbat y Rakaposhi. A lo largo de ella, en especial en los alrededores de la ciudad de Chilas en Paquistán, pueden verse esculturas budistas talladas en piedra. El característico aspecto accidentado de la carretera se debe a su ubicación en la zona de colisión de las placas Eurasiática e India. Karakórum suele estar abierta durante el verano y cerrada el resto del año. Asimismo, durante el verano, en la temporada de lluvias, puede cerrarse debido a inundaciones y derrumbes; en primavera a menudo se presentan avalanchas. La sección sur de la carretera corre paralela al río Indo, por encima del cual llega a alcanzar una altura de 1,200 metros. La sección norte se extiende por una bifurcación de la antigua Ruta de la Seda. En realidad, la carretera comienza formalmente en Havelian, un pequeño pueblo 84 km al norte de Islamabad, y atraviesa los valles de Kohistan, Gilgit y Hunza. Un tramo sigue el glaciar Batura o Baltoro, que con 57 km de longitud es uno de los más grandes y más largos fuera de las regiones polares. Pasando la frontera con China, donde se encuentran señalamientos indicando que los conductores deben comenzar a conducir por el carril derecho (en Paquistán se utiliza el carril izquierdo), el camino alcanza su punto más alto en el Paso de Khunjerab (4,755 m) y luego

Carretera Karakórum

Kashgar Upal

China

Yengisar

Yarkand

Ghez Kungur (7,719 m) Muz Tagh Ata (7,546 m) Tashkurgan

Tayikistán

án anist

Afg

Sost

Karimabad Chalt

Paso de Khunjerab Hunza Passu Gulmit Nagar Rakaposhi (7,788 m)

Gilgit

Masherbrum (7,821 m) Khaplu

Bungi Chilas

Chitral

K2 (8,611 m)

Skardu

Nanga Parbat (8,125 m)

Dasu a

Líne

Besham

Indo

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Karghil

ont de c

Srinagar Mansehra Abbottabad Haripur Islamabad

Peshawar Paquistán

Indo

Rawalpindi

India

Figura 1. Trazo general de la carretera Karakórum.

desciende hacia los desiertos occidentales de China; es ahí donde se conecta con los asentamientos Kashgar y Urumqi, famosos por haber sido también el paso, mucho tiempo atrás, de las caravanas de la Ruta de la Seda. Para llegar a Kashgar, bordea el Pequeño Karakul, un lago a 3,353 metros sobre el nivel del mar y en frente de las montañas gemelas Kungur y Muz Tagh Ata, ambas con altura de más de 7,300 metros. Actualidad Recientemente se llevó a cabo un proyecto de mejora en 355 km de la ruta, de Raikot a Khunjerab, de acuerdo con los estándares de China para autopistas de tercer nivel. Esto comenzó en agosto de 2008 y se completó en noviembre de 2013. En 2010 se produjo un enorme derrumbe en el banco del río Hunza en el norte de Paquistán; producto de esto, un nuevo lago inundó 20 km de la extensión del proyecto. Por lo tanto, las autoridades debieron acordar

la realineación de un tramo de 24 km, cuya construcción comenzó en julio de 2012. Los trabajos principales de renovación incluyeron también cinco túneles (con un total de 7,136.8 m) y dos puentes (471.8 m). Para resolver el problema de un suelo en condiciones casi de perpetuo congelamiento, los constructores realizaron pruebas para conocer mejor sus características y la dinámica de su descongelamiento a lo largo del año, y resolvieron añadir geomalla de alta resistencia al nivel de la capa de asiento en algunas zonas. La ceremonia de conclusión de esta obra tuvo lugar en septiembre de 2015. Hoy en día se está llevando a cabo otro proyecto de reconstrucción y mejora, ahora considerando a la carretera como parte del Corredor Económico ChinaPaquistán, y se dice que será esencial para el desarrollo económico del puerto de Gwadar. Las cuatro partes principales de este proyecto son: • Hasan Abdal-Havelian: 54 km que serán mejorados con seis carriles; al concluirse, este tramo será conocido como autopista E-35 o autopista Hazara. • Thakot-Havelian: 137 km que serán parcialmente mejorados como carretera de cuatro carriles un tramo y como autopista de dos carriles otro tramo. El mejoramiento de esta sección se conoce como fase 2. • Thakot-Raikot: 279 km, de los que algunas secciones serán reconstruidas por completo y otras solamente mejoradas. Como parte de esta sección se proyectan cuatro presas. • Gilgit-Skardu: 175 km que serán mejorados con cuatro carriles. A mediados de 2013, el premier chino y el primer ministro paquistaní firmaron un memorándum de entendimiento en el que se establecía el Comité Conjunto para Supervisar la Mejora y Realineación de la Carretera Karakórum. El trabajo en el tramo carretero Thakot-Raikot fue terminado en enero de 2017. En este momento se trabaja la fase 2, que arrancó el 28 de abril de 2016 y se espera concluir en marzo de 2020. El gobierno chino es el encargado del financiamiento, la ingeniería, el procuramiento y la construcción, mientras que el operador es la Autoridad Nacional de Carreteras de Paquistán Elaborado por Helios con información de las siguientes fuentes: Kreutzmann, H. (1991). The Karakoram Highway: The impact of road construction on mountain societies. Modern Asian Studies 25(4): 711-736. Disponible en: https://www.researchgate.net/publication/ 231747728_The_Karakoram_Highway_The_Impact_of_Road_ Construction_on_Mountain_Societies http://factsanddetails.com/china/cat15/sub104/item441.html http://www.crbc.com/site/crbcEN/klklen/index.html http://www.kluchit.com/karakoram-highway/ https://www.beltroad-initiative.com/karakoram-highway/ ¿Desea opinar o cuenta con mayor información sobre este tema? Escríbanos a ic@heliosmx.org

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Julio 5 Concierto del Día del Ingeniero Colegio de Ingenieros Civiles de México, A. C. Ciudad de México cicm.org.mx Julio 24 al 27 XI Seminario de Ingeniería Vial Asociación Mexicana de Ingeniería de Vías Terrestres, A. C. Mérida, México www.amivtac.org

Septiembre 3 al 5 The Green Expo. Economía circular = soluciones rentables Tarsus México y Consejo Nacional de Industriales Ecologistas, A. C. Ciudad de México www.thegreenexpo.com.mx/2019/es Octubre 6 al 10 26 Congreso Mundial de Carreteras Asociación Mundial de Carreteras Abu Dabi, Emiratos Árabes Unidos www.aipcrabudhabi2019.org

Noviembre 17 al 20 XVI Congreso Panamericano de Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica SMIG e ISSMGE Cancún, México panamerican2019mexico.com

100 edificios del siglo XX The Now Institute Barcelona, Gustavo Gili, 2019 Medio centenar de los mejores proyectistas del momento, acudiendo a la llamada de The Now Institute y de su director Thom Mayne, fueron convocados para valorar la huella arquitectónica del pasado siglo. ¿El objetivo? Hacer una lista cerrada de 100 edificios que configuren, a su parecer, las 100 realizaciones arquitectónicas más reseñables del siglo XX. Arquitectos y profesores de renombre internacional –como Peter Eisenman, Carme Pinós, Toyo Ito, Zaha Hadid o Rafael Moneo– participaron en la creación de esta lista que incluye desde casas unifamiliares y viviendas plurifamiliares hasta museos y aeropuertos. El libro ofrece una selección única de obras extraordinarias, todas ellas descritas con textos breves y directos e ilustradas con fotografías y dibujos de plantas, alzados y perspectivas. Un documento esencial que recoge las referencias obligadas para cualquier persona interesada en la arquitectura y el diseño en el mundo contemporáneo

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ULTURA

Un siglo de obras extraordinarias

2019

Noviembre 20 al 23 XXII Congreso Nacional de Ingeniería Sísmica “Resiliencia de las construcciones ante fenómenos naturales: viento y sismo” Sociedad Mexicana de Ingeniería Sísmica, A. C., Monterrey, México www.smis.org.mx Noviembre 25 al 29 XX Congreso Ibero Latinoamericano del Asfalto Asociación Mexicana del Asfalto, A. C. Guadalajara, México xxcila.mx Noviembre 26 al 28 30 Congreso Nacional de Ingeniería Civil Colegio de Ingenieros Civiles de México, A. C. Ciudad de México cicm.org.mx

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