TECNOLOGÍA / BIM INFRAESTRUCTURA EN CONSTRUC CIONES EXISTENTES / ELÍAS

rápida al ion cloruro (ASTM C1202-2019) y resistencia mecánica a la compresión (NMX C-083-2014) a diferentes edades por un periodo de 360 días. Cabe mencionar que en cada edad de ensayo de VPU y resistividad eléctrica se evaluaron 15 cilindros de cada mezcla; para el caso de la resistencia mecánica a la compresión, se ensayaron tres cilindros; para la prueba de permeabilidad rápida al ion cloruro, dos muestras por ensayo.

Resultados de caracterización

Granulometría Los resultados de distribución de tamaño de partícula indican que el cemento está formado por partículas centradas en tamaños de 6 µm, mientras la ceniza volante original en 20.3 µm y la ceniza volante tamizada en 14.7 µm. En los tres materiales, el 90% del volumen acumulado de las partículas presentó un tamaño < 45 µm.

Microscopía electrónica de barrido A partir de MEB se determinó que la forma de las partículas de la ceniza volante es básicamente esférica, mientras las partículas que conforman el cemento son amorfas (véanse figuras 1a y 1b).

Además, a partir del mapeo químico se notó que la CV es rica en silicio y aluminio, en tanto que el cemento está compuesto principalmente de calcio y aluminio.

Pérdida por calcinación El porcentaje de pérdida por calcinación de la ceniza volante resultó del 4%, valor que, conforme a la norma ASTM C 618, está en el rango (máximo del 6%) y es adecuada para su uso en concretos. Para el cemento Pórtland 40 RS, el porcentaje de calcinación resultó del 5.6, valor que superó el requerimiento de la norma ASTM C 150 (≤ 3%), atribuido a aspectos de control de calidad del cemento por parte de su comercializador.

Composición química En la ceniza volante se determinó la presencia de las fases cristalinas: SiO2 = óxido de silicio; M = mullita y MnO2 = manganita. La fase en mayor porcentaje resultó el óxido de silicio.

Resistividad eléctrica (KΩcm) 110.00 100.00 90.00 80.00 70.00 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00 MT MCV MCVT

28 35 49 63 70 90 118 150 180 210 240 280 328 360 Edad (días)

Figura 3. Resultados de resistividad eléctrica real de las mezclas MT, MCV y MCVT.

Figura 4. Resultados de permeabilidad rápida al ion cloruro de las mezclas MT, MCV y MCVT.

Culombios (C) 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0

28 56 90

Edad (días) 180 240 MT MCV MCVT

360

Las mediciones se realizaron manteniendo en condición saturada todas las muestras de concreto. En cuanto a la velocidad de pulso ultrasónico, de acuerdo con los criterios del Manual Red Durar (véase figura 2), los tres concretos evaluados fueron superiores a 4,000 m/s colocándose en concretos de calidad durable. Cabe mencionar que, aun cuando las tres mezclas fueron de calidad durable, los valores de MT fueron mayores respecto a MCV y MCVT en la mayoría de las mediciones.

En la figura 3 se muestran los valores promedio de resistividad eléctrica real de los tres concretos. Se observó que, conforme transcurrió el tiempo, los valores de resistividad eléctrica aumentaron, y el desarrollo en MT fue menor (~64%) respecto a MCV y (~77%) MCVT. Comparando los valores de MCV y MCVT, el desarrollo de la resistividad en todas las edades fue mayor en MCVT (~34%). Considerando los valores de la norma NMX-C514, el concreto MT resultó de porosidad interconectada de consideración, MCV osciló de porosidad interconectada de consideración a porosidad baja después de 118 días y MCVT fue de porosidad interconectada de consideración a porosidad baja después de 50 días; luego de 280 días, se ubicó en nivel de porosidad extremadamente baja.

Es claro que el desarrollo de la resistividad eléctrica fue favorecido en las mezclas de concreto con contenido de ceniza volante y el tamaño de partícula de la CV influyó para alcanzar niveles de porosidad aun menores.

En relación con la permeabilidad rápida al ion cloruro (véase figura 4), se apreció que los valores de carga pasada en MT resultaron mayores respecto a MCV y MCVT. Si se comparan los valores de los tres concretos, MT osciló de nivel moderado a nivel muy bajo (nivel alcanzado a 240 días), mientras en MCV este nivel se alcanzó a partir de 56 días y en MCVT a partir de los 28 días.

Fue evidente que, en los concretos con contenido de ceniza volante en todas las mediciones, el nivel de penetración del ion cloruro fue menor. Esto sustenta la idea de que la incorporación de ceniza volante como sustituto del cemento reduce la permeabilidad de cloruros en comparación con un concreto sin este material.

El desarrollo de la resistencia a la compresión en los tres concretos fue progresivo conforme el paso del tiempo, aunque los valores de MT durante todo el periodo de monitoreo resultaron mayores que MCVI y MCVT ~5%, como se muestra en la figura 5.

Por otro lado, considerando que el cemento empleado fue CPC 40 RS (cemento Pórtland compuesto resistente a sulfatos y con resistencia a 28 días mínima de 40 MPa), MI superó esta resistencia, al alcanzar valores del orden de 68 MPa.

Si se toma en cuenta la resistencia mecánica aceptada para concretos considerados de elevada resistencia (>45 MPa), conforme al Manual de la Red Durar, los tres concretos después de siete días cumplieron con este valor.

Conclusiones

La velocidad de pulso ultrasónico de las mezclas evaluadas indicó en los tres casos que la calidad del concreto resultó durable.

Con base en los valores de resistividad eléctrica, el transporte de agentes agresivos es más propenso en la mezcla sin ceniza volante respecto a las mezclas con contenido de ceniza volante. Nótese que la resistividad de las mezclas analizadas continúa aumentando con el tiempo.

De acuerdo con los valores de permeabilidad al ion cloruro, las mezclas de concreto con contenidos de ceniza volante favorecen para alcanzar materiales poco permeables a este ion, y se beneficia su durabilidad.

Según los valores de resistencia mecánica a la compresión, las mezclas con ceniza volante alcanzaron a siete y 28 días valores >45 MPa, lo cual indica que es posible fabricar y utilizar concretos que requieran resistencias de este orden y a estas edades.

Los resultados aquí obtenidos sugieren que la ceniza volante tamizada puede secundar las propiedades durables de los concretos resultantes, pues la vibración del tamizado y una selectividad en los tamaños de partícula, por un efecto de área superficial superior a partículas más grandes e irregulares, mejora su reactividad química.

En México, el costo en planta de la ceniza volante es aproximadamente la tercera parte del cemento Pórtland (puesto en almacenamiento), aunque el costo-beneficio que la ceniza ofrece puede cambiar por su transportación a bodega o a los patios donde se fabrique la infraestructura civil. A pesar de ello, su uso puede llegar a tener un impacto significativo que permita ahorros en cuanto a conservación y durabilidad

Resistencia mecánica (kg/cm²) 900

800

700

600

500

400

300

200

100 BCO CV CVT

0

7 28

Edad (días) 90 360

Figura 5. Resultados de resistencia a la compresión de las mezclas MT, MCV y MCVT.

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BIM Infraestructura en construcciones existentes

Se presenta aquí un proceso de implementación del Modelado de Información en la Construcción o BIM (Building Information Modeling) en el metro de la Ciudad de México a través de etapas o módulos, proceso al que se denomina aquí BIM modular.

ELÍAS A.

TAVERA GUTIÉRREZ

Ingeniero civil con maestría en Estructuras. Tiene 22 años de experiencia profesional. Profesor de la Universidad La Salle México. Miembro del Comité de Seguridad Estructural del CICM y del BIM Task Group México.

DULCE M.

BAROCIO ACEVEDO

Maestra en Negocios internacionales, con 21 años de experiencia profesional y 10 años de experiencia docente. Miembro del BIM Task Group México. La Ciudad de México es una de las ciudades más grandes del mundo, con una población de 9.2 millones de habitantes de acuerdo con el censo del Instituto Nacional de Geografía (Inegi, 2020); colinda con el Estado de México, que tiene 17 millones de habitantes. La suma la población de ambas entidades representa el 20% de los 126 millones de la República mexicana.

Con tales datos, la movilidad de las personas que laboran en la Ciudad de México debe convertirse en un tema central en la agenda de gobierno de ambas entidades federativas, y allegarse las mejores opciones en planeación y desarrollo del transporte colectivo, pero también las mejores opciones para asegurar el correcto funcionamiento en su operación diaria.

El principal sistema de transporte en la Ciudad de México es el Sistema de Transporte Colectivo Metro, que cumple 51 años de operación con 226.5 kilómetros de vías y 12 líneas para transportar aproximadamente a 1,647 millones de pasajeros al año (Gaceta UNAM, 2019).

Breve historia del metro de la Ciudad de México

La construcción de las primeras líneas de metro (1, 2 y un tramo de la 3) se desarrolló de 1967 a 1970, una parte superficial y otra subterránea, y se pusieron en servicio gradualmente en 1969 y 1970. Los estudios y la planeación se llevaron a cabo durante 15 años, de 1952 a 1967.

La línea 1, con extensión de 17 km, inició con 19 estaciones; la línea 2, con 19 km, tiene 22 estaciones, nueve superficiales y 13 subterráneas; la línea 3 tuvo inicialmente 6 km y siete estaciones subterráneas. Las tres líneas se diseñaron con tres estaciones de correspondencia, de manera que la red está interconectada para permitir el libre tránsito con un boleto de acceso. En su conjunto, en 1973 transportaban 1.550 millones de pasajeros por día, pero el número fue creciendo hasta 2.330 millones por día en 1979 gracias al incremento en la cantidad de vagones. Actualmente, las líneas 1, 2 y 3 transportan aproximadamente al 40% de pasajeros de toda la red del sistema metro.

En la tabla 1 se muestra la construcción gradual de las ampliaciones de las líneas; se indican las nuevas estaciones y la longitud acumulada, lo que resulta en la red del metro que actualmente se encuentra en operación.

En la figura 1 se aprecian las líneas del sistema metro que actualmente están en operación, con su distribución en toda la Ciudad de México y su extensión en el Estado de México. Como se puede observar, las estaciones que llegan al vecino Estado de México son Cuatro Caminos (línea 2), La Paz (línea A), Ciudad Azteca (línea B) y Tláhuac (línea 12).

En la tabla 2 se muestra la proyección de las ampliaciones de las líneas existentes con base en el Plan Maestro Metro 2018-2030 (STC, 2018); en el desarrollo de este plan participó el gobierno de la Ciudad de México, el Sistema de Transporte Colectivo, el Sindicato Nacional de Trabajadores del Sistema de Transporte Colectivo, Banobras, universidades, colegios y asociaciones gremiales y el sector privado.

Ventajas de utilizar BIM en proyectos de infraestructura

La tarea de implementación BIM en el sector de la construcción requiere cambios que impliquen a los diversos grupos de interés de un país y una clara definición en la normatividad que afecte contratos, criterios de diseños, calidad de los materiales, suministros, ejecución en obra, tecnología e innovación y personal calificado (Tavera y Barocio, 2020).

Es posible la organización de bases de datos utilizando la metodología BIM, que contenga información de la infraestructura existente y de las etapas de construcción de ampliaciones y modernizaciones, con el propósito

El Rosario 7 6 Politécnico 5 Indios Verdes 3 Martín Carrera 6 4 Ciudad Azteca B

Cuatro Caminos Garibaldi 2 Buenavista B 8

Tacubaya 9 Observatorio 1

Mixcoac 12

Barranca del Muerto 7

4 Santa Anita

Taxqueña 2 TL1

3 Universidad 5 1 Pantitlán 9

A

8 Constitución de 1917

A La Paz

Figura 1. Líneas del metro de la Ciudad de México.

de contar con datos organizados y con visualización tridimensional de la información en tiempo real.

BIM Infraestructura modular

BIM por etapas o módulos es un proceso que para efectos de este artículo se ha denominado BIM modular. Para su implementación se requiere una planeación estratégica, yendo de lo general a lo particular: una vez que se conoce el alcance completo de la infraestructura existente, el proceso de BIM modular se inicia en las áreas prioritarias y estratégicas (módulos prioritarios), que servirán de referencia para gradualmente ir ensamblando o concatenando otras (módulos complementarios) dentro de la misma infraestructura.

En el caso del STCM, se comenzaría con el trazo de las líneas del metro existentes georreferenciadas, indicando las estaciones, las características de los tramos (a nivel o subterráneos) de manera general. Se puede iniciar con una estación o un tramo entre dos estaciones (módulos prioritarios) para utilizarlo como referencia de manera que gradualmente se vayan seleccionando otras áreas (módulos complementarios) que se irán ensamblando. Paulatinamente se podrá elevar el nivel de detalle en función de las necesidades del operador de la infraestructura, como se describe en la siguiente sección, para lo cual deberán involucrarse disciplinas y tareas como topografía y arquitectura, geometría del trazo de las vías, instalaciones electromecánicas, estructuras, geotecnia, etc., organizadas por zonas y a través de ficheros digitales con información técnica vinculando estaciones y tramos. Se debe ir ensamblando la información que cada disciplina va desarrollando en un ambiente colaborativo, para al final ver el proyecto completo.

El objetivo es conocer el estado real actual de la infraestructura del metro para hacer más segura su operación diaria a través del monitoreo de todo el sistema mediante una plataforma que utilice la metodología BIM para tener acceso a información confiable, actualizada y real, lo que implica una base de datos de obra civil, arquitectura, instalaciones electromecánicas e hidrosanitarias, estructuras, geotecnia y topografía. Esta metodología se puede integrar a la telemetría y a los sistemas ya implementados en el metro.

TL1 Xochimilco

12 Tláhuac

Fuente: Elaboración propia con base en STC.

Tabla 1. Inauguraciones y ampliaciones del metro en orden cronológico

Línea

1

2

3

4 Tramo

Zaragoza-Chapultepec Chapultepec-Juanacatlán Juanacatlán-Tacubaya Tacubaya-Observatorio Pantitlán-Zaragoza Pino Suárez -Taxqueña Tacuba-Pino Suárez Cuatro Caminos-Tacuba Tlatelolco-Hospital General La Raza-Tlatelolco Indios Verdes-La Raza Hospital General-Centro Médico Centro Médico-Zapata Zapata-Universidad Candelaria-Martín Carrera Santa Anita-Candelaria Consulado-Pantitlán Fecha de inauguración Longitud acumulada /línea (km) 4 sep 1969 12.660

11 abr 1970 13.706

20 nov 1970 14.846

10 jun 1972 22 ago 1984 01 ago 1970 14 sep 1970 22 ago 1984 20 nov 1970 25 ago 1978 01 dic 1979 16.551 18.828 11.321 19.422 23.431 5.441 6.830 11.731

07 jun 1980 25 ago 1980 30 ago 1983 29 ago 1981 26 may 1982 19 dic 1981 12.554 17.058 23.609 7.499 10.747 9.154

5

6 La Raza-Consulado Politécnico-La Raza El Rosario-Instituto del Petróleo Instituto del Petróleo-Martín Carrera Tacuba-Auditorio 01 jul 1982 30 ago 1982 21 dic 1983 08 jul 1986 20 dic 1984 12.242 15.675 9.264 13.947 5.424

7

Auditorio-Tacubaya Tacubaya-Barranca del Muerto El Rosario-Tacuba 8 Garibaldi-Constitución de 1917

9

Pantitlán-Centro Médico Centro Médico-Tacubaya A Pantitlán-La Paz

B

Villa de Aragón-Buenavista Ciudad Azteca-Villa de Aragón 12 Tláhuac-Mixcoac

Total 23 ago 1985 19 dic 1985 29 nov 1988 20 jul 1994 26 ago 1987 29 ago 1988 12 ago 1991 15 dic 1999 30 nov 2000 30 oct 2012

8.154 13.194 18.784 20.078 11.669 15.375 17.192 12.139 23.722 25.100 226.488

Fuente: STC 2021.

Estaciones acumulada/línea 16 17 18 19 20 11 22 24 7 8 11 12 16 21 7 10 7 10 13 7 11 4 6 10 14 19 9 12 10 13 21 20 195

Propuesta de implementación BIM infraestructura modular

Paso 1. Realizar una investigación de la información impresa y digital disponible. Paso 2. Realizar un diagnóstico de la información, seleccionarla, clasificarla y jerarquizarla. Identificar la información que será de consulta y la información funcional impresa que debe ser digitalizada para su resguardo electrónico y posterior utilización. Paso 3. Determinar qué información se transformará en modelados tridimensionales parametrizables BIM, de tal forma que se logre la operabilidad entre varios programas utilizando un lenguaje común mediante el protocolo IFC (industry foundation classes), que sirve para la comunicación entre diferentes programas de modelado tridimensional y de diseño. Paso 4. Desarrollar un Plan de Ejecución BIM, donde se establezcan los niveles de desarrollo BIM para los diferentes componentes de la infraestructura. En función de esto, se definen los niveles de detalle (LOD, level of detail/development), desde LOD 100 hasta LOD 500 de acuerdo con las necesidades de cada proyecto, como se muestra en la tabla 3.

El nivel de desarrollo o LOD se define en conjunto con el personal de operación con base en la determinación de prioridades, porque un nivel de detalle alto requiere mayores recursos y más tiempo. En el plan de ejecución se debe seleccionar la plataforma de comunicación y organización de la información, así como los programas de modelado tridimensional que serán empleados en la metodología BIM y las empresas o personas involucradas para su desarrollo.