TEMA DE PORTADA: INGENIERÍA SÍSMICA / REFLEXIONES A CINCO AÑOS DE

Contratos tradicionales vs. contratos basados en el desempeño

Contrato tradicional

• Los términos de referencia especifican procedimientos constructivos, tecnologías, materiales y dosificaciones, junto con los plazos en los que los trabajos deben ejecutarse • El pago se hace de acuerdo con la cantidad de unidades de obra o servicio especificadas en el contrato

Contrato por desempeño

• El cliente no especifica materiales ni procedimientos (se asume la observancia de las normas aplicables) • Se especifican estándares de desempeño que el camino debe cumplir durante la vigencia del contrato • El pago se hace contra la verificación del cumplimiento de los estándares

Modalidad combinada: el pago por unidad de obra terminada se realiza previo cumplimiento de los estándares

Figura 2. Diferentes esquemas de contratación de la conservación.

otros, y de esta forma el contratista asume no solamente la responsabilidad de los trabajos que fueron ejecutados por él mismo, sino los riesgos de no haberlos ejecutado con la calidad requerida.

Gestión por estándares de desempeño

En términos generales, la gestión por estándares de desempeño involucra mantener la seguridad y funcionalidad de la carretera transfiriendo los riesgos al ejecutor de la conservación. El contratista de obra se debe responsabilizar de los materiales utilizados, de los diseños de mezclas para carpetas o capas de rodadura, entre otros, así como de seguir correctamente los procedimientos constructivos y cumplir con los límites establecidos en el contrato, ya que, de no hacerlo, sería sujeto a penalizaciones. El ejecutor de la conservación se responsabiliza y asume los riesgos de los trabajos efectuados, incluso de las innovaciones en materia tecnológica en cuestión de materiales y procedimientos constructivos.

Todos los elementos inherentes a la carretera, también llamados activos carreteros, experimentan una evolución en su capacidad de servicio. A esto se refiere el término desempeño. Las acciones de conservación son las acciones necesarias para mantener dichos elementos en un estado tan cercano como sea posible a su estado original (véase figura 1).

Como se observa en la figura 1, se debe determinar un periodo de análisis, por ejemplo 10 años, durante el cual los activos carreteros sufrirán un deterioro paulatino (tasa de deterioro) y existe un límite aceptable (nivel mínimo o máximo según el caso), antes del cual deben llevarse a cabo acciones preventivas para continuar con el cumplimiento del estándar de desempeño de que se trate. De ahí la importancia de contar con un sistema de gestión para que, a través de los indicadores, proporcione criterios objetivos para la toma de decisiones respecto al momento más oportuno de actuar en un tramo determinado. Este enfoque evolucionó a otros activos carreteros, además de los pavimentos, y de esta manera se puede gestionar con base en atributos apropiados para evaluar el desempeño de estructuras (puentes), obras de drenaje, cortes, terraplenes y señalamiento, entre otros.

Para este propósito, se ha dispuesto que los estándares de desempeño que se establezcan en los contratos deben cumplir con el enfoque SMART (por las siglas en inglés de specific, measurable, achievable, realistic, timely): que las medidas de desempeño sean específicas y tengan resultados esperados; que se puedan medir; que sean alcanzables, esto es, que el nivel de desempeño se pueda lograr; que sean realistas, con un objetivo factible de cumplir, y oportunas, es decir, sujetas a un plazo de cumplimiento y con efecto preventivo.

Contratación por estándares de desempeño

Se puede mejorar la calidad de la conservación basando la contratación en estándares de desempeño para medir la eficacia y eficiencia de las inversiones en esta materia y de alguna manera innovar para que los contratos de conservación se paguen mediante el cumplimiento de dichos estándares. De esta forma, los contratos serían diseñados para llevar los pavimentos y los demás activos carreteros a un estado funcional bueno o satisfactorio y mantenerlos en ese nivel durante todo el periodo de análisis, con lo que se lograría mejorar el nivel de servicio y, en consecuencia, reducir los costos de operación vehicular enfocándose en el mantenimiento preventivo. En la figura 2 se muestran las diferencias entre contratos tradicionales y contratos basados en el desempeño. Incluso se podría presentar una modalidad híbrida.

El artículo 2 del Reglamento de la Ley de Obras Públicas y Servicios Relacionados con las Mismas (LOPSRM) define el término “estándar de desempeño", por lo que abre la posibilidad de la contratación de obras públicas bajo el cumplimiento de éste, y es posible incorporar en las bases de pago de los contratos el cumplimiento de ciertos estándares, por ejemplo, cumplimiento de un IRI máximo en un contrato que considere el fresado y reposición de carpeta asfáltica; sin embargo, para que los beneficios de un contrato bajo el cumplimiento de estándares de desempeño sean mayores, los plazos de los contratos también deberían ser mayores, para

Indicadores comunes en los contratos con estándares de desempeño

• Condiciones de pavimento y capa de rodadura (IRI, roderas, coeficiente de fricción, macrotextura) • Medidas de estabilidad de cortes y terraplenes • Condición de estructuras y otras de drenaje • Condición de señalamiento horizontal y vertical • Limpieza de la corona • Condición del derecho de vía (cercado, limpieza y vegetación) • Iluminación vial • Barreras y dispositivos de seguridad vial

poder evaluar el desempeño en un periodo mayor de análisis. Una posibilidad sería la contratación bajo la modalidad de precio alzado en términos de la propia LOPSRM en plazos de 18 o 24 meses, y sujetar el pago proporcional al cumplimiento de los estándares solicitados en el contrato; sin embargo, esta posibilidad presenta dificultades de operación cuando los recursos presupuestales deben ceñirse a un solo ejercicio anual o cuando los efectos de un fenómeno inflacionario impactan en el monto del precio alzado.

En enero de 2012 se promulgó la Ley de Asociaciones Público-Privadas, mediante la cual se permite establecer una relación contractual de largo plazo entre instancias del sector público y del sector privado para la prestación de servicios al sector público. Con base en esta ley se ha llevado a cabo la contratación de la conservación de carreteras libres y de peaje sujeta al cumplimiento de estándares de desempeño, incluyendo el financiamiento por parte del sector privado. En la actualidad se cuenta con diferentes contratos de conservación, tanto por parte de la SICT como de Banobras, en carreteras federales y concesionadas al Fondo Nacional de Infraestructura, respectivamente. Los plazos de contratación han sido diversos, pero van desde los siete hasta los 15 o 20 años, en algunos casos. Los principales estándares de desempeño que se han determinado en estos contratos se muestran en el recuadro de la página anterior. Las principales ventajas de un contrato de asociación público-privada se relacionan con el financiamiento privado para obras públicas y con la calidad de la ejecución de las obras y del servicio prestado durante el horizonte de análisis.

Herramientas de gestión

Ha habido una evolución y se ha adquirido una cultura de conservación enfocada en la gestión de los activos carreteros; para ello ha sido fundamental el impulso del Instituto Mexicano del Transporte. Por su parte, la Dirección General de Servicios Técnicos de la SICT realiza de manera periódica la auscultación de las carreteras federales libres y de peaje mediante equipos de alto rendimiento. Entre los indicadores medidos destacan los deterioros superficiales, el IRI, profundidad de roderas, el coeficiente de fricción, la macrotextura, deflexiones con deflectómetro de impacto y espesores de capa mediante georradar. Los equipos de última generación utilizados en la actualidad permiten evaluar la capacidad funcional mediante sistemas de medición láser sin mayores afectaciones al tránsito usuario y, asimismo, con el empleo de cámaras y de dispositivos emisores láser es posible obtener inventarios de señalamiento, derecho de vía, obras de drenaje, estructuras, cortes y terraplenes, así como dispositivos de seguridad.

En lo que se refiere a sistemas de cómputo para analizar la evolución de las vialidades y el impacto sobre ellas de las acciones de conservación, se utiliza el sistema HDM4 (versión 4 del sistema desarrollado por PIARC y el Banco Mundial) y otros sistemas que se han perfeccionado para el manejo de los millones de datos e imágenes que resultan del uso de los equipos de auscultación, así como para programar la conservación mediante diferentes estrategias.

Los indicadores de gestión de alto nivel se refieren no solamente a las características técnicas, sino que involucran además cuestiones relacionadas con la operación y con la percepción de los usuarios (véase figura 3).

Conclusiones

La gestión de la conservación mediante estándares de desempeño determina y dispone a mediano y largo plazo las acciones que deben efectuarse, con la finalidad de alcanzar un estado satisfactorio y mantener las vías terrestres siempre mejor o igual que los límites admisibles de deterioro que se hayan establecido. Por ello hoy en día existen diversas herramientas que ayudan a este propósito, tales como equipos de auscultación de última generación, accesibilidad a software especializado en gestión de pavimentos como el HDM4, nuevas técnicas eficientes y sostenibles para la conservación de carreteras y vialidades y disposiciones normativas que permiten contratar la conservación con empresas privadas sujetas a estándares de desempeño, con lo que se transfiere la responsabilidad y el riesgo de mantener en mejor o igual estado las condiciones de los activos carreteros al ejecutor de la conservación, de acuerdo con lo estipulado en el contrato.

Se debe tomar en cuenta que las expectativas de los usuarios del sistema vial se orientan a tener confianza en su seguridad, en que la carretera o vialidad sobre la que circularán esté libre de baches o caídos; con ello se puede lograr un mayor nivel de confort y se tendrá una garantía razonable de que el recorrido estará libre de incidentes; con ello también se obtiene una duración predecible.

Por otra parte, las inversiones en proyectos de conservación, cuando se aplican de manera oportuna, lograrán los mayores beneficios para la sociedad, ya que esto implica el ahorro de importantes costos futuros

Características técnicas: regularidad, roderas, textura, resistencia al deslizamiento…

Características operativas: velocidad media, congestión, seguridad, ruido, emisiones…

Percepción de los usuarios:

¿la red es segura, cómoda, eficiente, confiable, sustentable?

Figura 3. Indicadores de gestión de alto nivel.

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Reflexiones a cinco años de los sismos de 2017

Con motivo del quinto aniversario de los sismos de 2017 en México, la Sociedad Mexicana de Ingeniería Sísmica invitó a algunos colegas ingenieros a compartir reflexiones sobre los aprendizajes más significativos a raíz de la ocurrencia de los terremotos, con la expectativa de ofrecer un panorama de lo acontecido durante y después de los sismos y contribuir de manera positiva al ejercicio de la ingeniería civil.

Estructuras de mampostería

Héctor Guerrero Bobadilla, II-UNAM Parecería que no hay mucho que aprender sobre el comportamiento de las estructuras de mampostería después de la ocurrencia de los terremotos de 2017. Desde antes de esos sismos ya se sabía que la mampostería confinada o la reforzada con acero, bien detalladas, tienen un comportamiento apropiado ante eventos sísmicos, mientras que la mampostería simple, no. A manera de ejemplo, en la figura 1 se muestra una vivienda construida con mampostería simple que sufrió daños muy severos durante el terremoto del 7 de septiembre de 2017. Claramente se puede observar que la estructura no contaba con elementos confinantes o algún tipo de refuerzo que le permitiera “defenderse” de las acciones sísmicas tan severas que impuso el terremoto. Por su parte, las construcciones con mampostería confinada tuvieron un comportamiento satisfactorio, en general.

Después de los sismos de 2017, varias edificaciones dañadas comenzaron a reforzarse mediante el uso de diversas técnicas. Una de las más populares fue el uso de malla de alambre (también conocida como malla electrosoldada) cubierta con mortero cemento-arena para reforzar muros de mampostería. Aunque algunos estudios, principalmente liderados por Sergio M. Alcocer del II-UNAM, demuestran que la técnica es confiable, después de 2017 se inició una campaña experimental en el marco del proyecto Resiliencia Sísmica, para evaluar la técnica considerando algunas variables de interés. Las pruebas se realizaron en el Centro Nacional de Prevención de Desastres. La figura 2 muestra dos curvas carga-distorsión, también conocidas como curvas de histéresis, obtenidas durante el ensayo experimental de uno de los muros estudiados, sujetos a carga cíclica reversible. El muro fue hecho de mampostería confinada, a base de tabique rojo macizo. Inicialmente, el muro se ensayó en su estado original para inducir daño inicial. Después fue rehabilitado con malla de alambre 6-6/10-10 y mortero cemento-arena, en proporción 1:3, por ambas caras. Se puede observar que, gracias a la rehabilitación, prácticamente se duplicó la capacidad de carga y de deformación del muro. Incluso el modo de falla cambió de tensión diagonal a deslizamiento en la base, que es un modo de falla más estable. El cambio del modo de falla fue debido a que la rehabilitación del muro fue tan efectiva que no se generó daño en el muro, lo que originó el deslizamiento de la base. Más detalles se pueden encontrar en Lubin (2022). Claramente se puede decir que usar técnicas de rehabilitación, como las estudiadas en el proyecto de Resiliencia Sísmica, puede llevar a las estructuras de mampostería a niveles

Figura 1. Ejemplo de vivienda dañada durante el sismo del 7 de septiembre de 2017.

Reflexiones a cinco años de los sismos de 2017

Carga lateral, t 40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 Resistencia de diseño

-0.02 -0.01 0 0.01 0.02 Rehabilitado Original

Distorsión, mm/mm Figura 2. Curvas de histéresis de un muro de mampostería confinada, ensayado en el proyecto de Resiliencia Sísmica, en su estado original (línea negra) y reformado con malla de alambre y mortero (línea azul).

de comportamiento muy apropiados ante movimientos sísmicos severos y ayudar a mejorar significativamente la resiliencia sísmica de México.

Edificios históricos

Marcos M. Chávez Cano, II-UNAM Los sismos ocurridos durante septiembre de 2017 ocasionaron daños de diversa magnitud en 2,340 inmuebles catalogados como patrimonio arquitectónico (Meli, 2018). De acuerdo con el Instituto Nacional de Antropología e Historia, 43.5% de los edificios exhibió daños moderados, 38% menores y 18.5% severos (figura 3a). Muchos edificios que ya habían sido intervenidos estructuralmente por afectaciones de sismos pasados presentaron un comportamiento muy satisfactorio, con daños nulos o menores, como sucedió en diversos templos de Oaxaca, aunque en muchos casos las técnicas empleadas no necesariamente se apegaron a los criterios aceptados para la intervención de este tipo de inmuebles; entre estos criterios destaca que cualquier intervención que se haga sea un proceso reversible, compatible y durable, tratando de preservar la originalidad del inmueble (figura 3b). En algunos casos, sin embargo, reaparecieron los daños en los mismos elementos intervenidos, presumiblemente por una mala calidad de ejecución de los trabajos de rehabilitación o por el empleo de técnicas de reforzamiento incompatibles con el resto del inmueble. Por ejemplo, algunas cúpulas de mampostería de piedra o ladrillo fueron reconstruidas con elementos de concreto reforzado y ocasionaron un incremento notable de su rigidez. Sin embargo, en las zonas contiguas de la cúpula, como el tambor o la bóveda, no se realizó ninguna intervención, y ello provocó un cambio drástico de rigidez entre los elementos estructurales y trasladó el daño a los elementos que en sismos previos no lo habían sufrido. Por otra parte, fue muy frecuente observar durante las labores de apuntalamiento de los templos coloniales dañados que se tenía poco o nulo conocimiento para realizar adecuadamente estos trabajos (figura 3c), aunque también se encontraron trabajos adecuadamente ejecutados (figura 3d). Finalmente, para que una intervención estructural en este tipo de inmuebles sea exitosa, es indispensable la coordinación y participación de grupos de trabajo multidisciplinarios en distintas ramas de la arquitectura, ingeniería, ciencia y tecnología de materiales, historia y estética, entre otras, con objeto corregir o mejorar la capacidad estructural

a

c b

d

Figura 3. a) Daños típicos en bóvedas; b) bóvedas reconstruidas con concreto reforzado; c) apuntalamientos inadecuados y d) apuntalamientos adecuados.

del inmueble apegándose lo más posible a los criterios de intervención vigentes. Además, debe considerarse que es fundamental evaluar el efecto que podría producir la intervención estructural en el comportamiento global del edificio, ya que puede suceder que las afectaciones se trasladen a zonas no intervenidas.

Estructuras de concreto y necesidad de cambios en las normativas de construcción en México

Mario E. Rodríguez, II-UNAM La gran mayoría de edificaciones afectadas en los sismos de 2017 con daños severos o colapsos en la Ciudad de México y en otras zonas fuera de ella tenían soluciones estructurales a base de marcos, en su mayor parte con muros de mampostería como elementos divisorios. Estos muros fueron severamente dañados, lo que se puede explicar por la alta flexibilidad de un sistema estructural a base de marcos. Ello lleva a que, en sismos fuertes, aun cuando la estructura no llegue al colapso, los referidos elementos divisorios tengan daños severos, después de lo cual los marcos, dependiendo de la intensidad del sismo, también se dañan. Sin embargo, aun cuando estos marcos no se dañen severamente en un sismo, los elementos de mampostería divisorios llegan a niveles de daños que obligan a su reparación y reforzamiento, para lo cual los usuarios deben desalojar estos edificios por meses o años, como ocurrió en 2017. Como se ha visto en otras regiones sísmicas del mundo, donde no se emplean marcos como solución estructural, las estructuras rígidas tienen un mejor comportamiento en sismos fuertes. Esto ocurre porque las demandas de desplazamiento lateral en estructuras rígidas son mucho menores que las de una edificación a base de marcos. Lo anterior se debe a que las estructuras rígidas limitan los desplazamientos laterales durante terremotos, y así reducen daños, tanto en los elementos no estructurales como en los estructurales; los primeros no se ven afectados de manera seria, como sí ocurre en los casos de edificaciones a base de marcos. Esta solución a base de marcos es preferida por los arquitectos en México, mayormente con grandes claros –lo que agrava el problema–, con el argumento de que los muros estructurales de concreto reforzado no son una buena solución arquitectónica, y por presiones del arquitecto en muchos casos es aceptada por el ingeniero estructural. Esto debe ser solucionado por las normativas de construcción en zonas sísmicas, para lo cual se requieren cambios en ellas, como reducir los límites de desplazamientos laterales permitidos actualmente.

Comportamiento de estructuras prefabricadas de concreto reforzado

Amador Terán Gilmore, UAM Azcapotzalco Aproximadamente medio año después del sismo de 2017, la Asociación Nacional de Industriales del Presfuerzo y la Prefabricación, A.C. (ANIPPAC) inició un estudio de campo del desempeño sísmico de sistemas prefabricados de concreto reforzado ubicados en la Ciudad de México. El estudio consistió en estimar analíticamente, con base en los registros sísmicos disponibles e información contenida en memorias de cálculo, la demanda de distorsión de entrepiso máxima en varios sistemas prefabricados. Con esta distorsión se estableció, con ayuda de información experimental disponible, el daño estructural esperado. Además, se hizo un levantamiento en campo, de tal manera que se pudiesen comparar los niveles esperado y real de daño y, con base en ello, determinar el desempeño de los sistemas prefabricados. Aunque el alcance del estudio quedó limitado por la dificultad de reunir información, se analizaron suficientes edificios para concluir que las estructuras prefabricadas tuvieron un buen comportamiento estructural durante el sismo. La comunidad mexicana de ingeniería estructural, que ha desarrollado un conocimiento propio valioso en cuanto al diseño de sistemas estructurales prefabricados, publicó después del sismo dos trabajos de relevancia. El primero documenta un estudio experimental en mesa vibradora de una estructura prefabricada rigidizada con contravientos restringidos contra pandeo (Guerrero et al., 2018); en la figura 4 se muestra una fotografía de la estructura estudiada. Más allá de demostrar lo atractivo que resulta un sistema dual como este, el estudio ha sido citado por investigadores de todo el mundo que encuentran esta opción atractiva y viable para aportar seguridad con

Figura 4. Espécimen de modelo prefabricado de cuatro pisos rigidizado con contravientos restringidos contra pandeo.

eficiencia al entorno construido. El segundo (Guerrero et al., 2019) documenta y compara la respuesta cíclica de siete conexiones viga-columna de concreto reforzado, una colada en sitio y las otras seis prefabricadas (húmedas, esto es, que requieren que una porción de ellas sea colada en sitio). Se encontró que, aunque las conexiones prefabricadas exhiben una excelente capacidad de deformación, su comportamiento cíclico muestra mayor degradación de rigidez. Esto ha llevado a iniciar en México nuevos estudios, impulsados principalmente por la ANIPPAC, en cuanto al uso de conexiones prefabricadas innovadoras y de sistemas de control en estructuras prefabricadas. Los resultados obtenidos son muy promisorios en cuanto a la posibilidad de diseñar y construir, con seguridad y eficiencia, un entorno sísmicamente resiliente en beneficio de la sociedad mexicana.

Comportamiento de estructuras de acero

Edgar Tapia Hernández, UAM Azcapotzalco Las demandas impuestas por el sismo de 2017 resultaron en una dura, pero no excesiva, prueba para las edificaciones estructuradas con acero. En general, la respuesta estructural fue adecuada: no se reportaron colapsos y solo se identificó daño estructural en las columnas de planta baja en un edificio regular de tres pisos, ubicado en el sur de la Ciudad de México (figura 5). Asimismo, se identificaron daños en columnas conformadas con placas muy delgadas en escuelas de un piso en la zona epicentral, construidas por el Comité Administrativo del Programa Federal de Construcción Escolar.

Fue notorio el daño en elementos no estructurales por la inapropiada separación entre los muros divisorios, cancelería y otros acabados y el sistema estructural principal, conformado por trabes y columnas. Por esta razón, algunos edificios tuvieron que ser sometidos a procesos de rehabilitación, donde se incrementó la rigidez lateral para controlar el daño y promover que en futuros sismos se tuviera ocupación inmediata.

Pese a la respuesta favorable de las estructuras de acero, el evento condujo a cuestionar si el contexto de la práctica local era congruente con los criterios de diseño sísmico establecidos en la normativa. Con este propósito, se han realizado esfuerzos por establecer la vulnerabilidad de las estructuras existentes por medio de pruebas experimentales en escala natural (figura 6) y estudios analíticos que pretenden evaluar la respuesta sísmica en el contexto de la práctica mexicana. Algunos resultados de interés se pueden encontrar en Tapia et al. (2020).

El uso de sistemas de protección sísmica

Fernando Cueto Jiménez, Dampo Systems Héctor Guerrero Bobadilla, II-UNAM En México, el uso de sistemas de protección sísmica hasta antes de los sismos de 2017 era muy escaso. De alguna manera, la ocurrencia de los terremotos motivó a los profesionales del diseño de construcciones a considerar los sistemas de protección sísmica como una alter-

Figura 5. Daño en el extremo superior de una columna de sección cajón.

Figura 6. Prueba experimental de conexión de acero (Tapia et al. 2020).

nativa real para proteger las estructuras. Quizás algunas razones por las cuales no se había logrado implementar el uso de sistemas de protección sísmica eran: 1) costos altos de suministro, al ser dispositivos patentados y fabricados generalmente en otros países; 2) tiempos de importación prolongados; 3) poco conocimiento técnico