Revista IC 641 mayo 2023

641 / AÑO LXXIII / MAYO 2023 $60

Caída del Ángel de la Independencia 66 años después

Espacio del lector Dirección General Ascensión Medina Nieves

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 Número 641, mayo de 2023

PORTADA: ARCHIVO GENERAL DE LA NACIÓN

3 MENSAJE DEL PRESIDENTE / EL MANTENIMIENTO DE LA IN4 GREMIO FRAESTRUCTURA, UNO DE LOS TEMAS CENTRALES DEL 32 CNIC / JUAN CARLOS GARCÍA SALAS

Consejo Editorial del CICM Presidente Jorge Serra Moreno Vicepresidente Alejandro Vázquez López

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

Consejeros Felipe Ignacio Arreguín Cortés Enrique Baena Ordaz Luis Fernando Castrellón Terán Esteban Figueroa Palacios Carlos Alfonso Herrera Anda Mauricio Jessurun Solomou Manuel Jesús Mendoza López Luis Montañez Cartaxo Juan José Orozco y Orozco Javier Ramírez Otero Óscar Solís Yépez Óscar Valle Molina Alejandro Vázquez Vera Miguel Ángel Vergara Sánchez Dirección ejecutiva Daniel N. Moser da Silva

/ PERFIL Y PRÁCTICA PROFESIONAL DEL INGENIERO CIVIL 10 DIÁLOGO / LUCIANO ROBERTO FERNÁNDEZ SOLÁ

Dirección editorial Alicia Martínez Bravo

/ TECNOLOGÍAS DIS14 HIDRÁULICA RUPTIVAS DEL AGUA / FELIPE I.

Diseño Diego Meza Segura

ARREGUÍN CORTÉS Y FERNANDO J. GONZÁLEZ VILLARREAL DE PORTADA: INGENERÍA SÍS20 TEMA MICA / CAÍDA DEL ÁNGEL DE LA INDEPENDENCIA 66 AÑOS DESPUÉS / EDGAR TAPIA HERNÁNDEZ Y COLS.

24

ENERGÍA / ALMACENAMIENTO ELÉCTRICO DE CORTA Y LARGA DURACIÓN / GERARDO HIRIART LE BERT

AMBIENTE / APROVECHAMIENTO DE RCD PARA LA REHABILI28 MEDIO TACIÓN DE PARQUES URBANOS / HUGO ALBERTO QUINTERO NAVARRO Y MARÍA NEFTALÍ ROJAS VALENCIA / MEDICIÓN DE DEFORMACIONES DEL TERRENO CON 34 TECNOLOGÍA SATÉLITE RADAR PARA EL MONITOREO DE INFRAESTRUCTURAS / POL FORNÉS LLOBET

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CULTURA / LIBRO EL LADRÓN DE ROSTROS / IBON MARTÍN

Coordinación de contenidos Ángeles González Guerra

Dirección comercial Daniel N. Moser da Silva Comercialización Laura Torres Cobos Difusión Bruno Moser Martínez Dirección operativa Alicia Martínez Bravo Realización HELIOS comunicación +52 (55) 29 76 12 22

Su opinión es importante, escríbanos a helios@heliosmx.org IC Ingeniería Civil, año LXXIII, número 641, mayo de 2023, 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, alcaldía Tlalpan, C.P. 14010, Ciudad de México.

Tel. 5606-2323, www.cicm.org.mx, helios@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: Ediciones de la Sierra Madre, S.A. de C.V., 8 de Septiembre 42-2, col. Daniel Garza, alcaldía Miguel Hidalgo, CP 11830, Ciudad de México. Este número se terminó de imprimir el 30 de abril de 2023, 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.

AGENDA / CONGRESOS, CONFERENCIAS…

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Los ingenieros civiles asociados al CICM la reciben en forma gratuita.

Mensaje del presidente XXXIX CONSEJO DIRECTIVO

Urgencias y planeación

E

Presidente Jorge Serra Moreno Vicepresidentes

n prácticamente todos los países, en casi todos los frentes, los gobiernos se enfrentan a la necesidad de planear y atender urgencias.

En el sector de la infraestructura, la atención de urgencias y la

dedicación a la planeación dependen del nivel de desarrollo de cada país.

Como se señaló en reciente diálogo con ingenieros, se requiere una “hoja de ruta para México que considere: 1˚ incluir la infraestructura en la agenda política de los candidatos [a cargos públicos de primer nivel]; 2˚ institucionalizar el desarrollo de infraestructura como política de Estado

José Cruz Alférez Ortega Felipe Ignacio Arreguín Cortés Verónica Flores Déleon Juan Guillermo García Zavala Walter Iván Paniagua Zavala Luis Francisco Robledo Cabello Alejandro Vázquez López José Arturo Zárate Martínez Primer secretario propietario Luis Antonio Attias Bernárdez

y su planeación con visión de largo plazo; 3˚ crear la gobernanza que

Primera secretaria suplente

requiere el ciclo integral de desarrollo de la infraestructura, y 4˚ elaborar

Ana Bertha Haro Sánchez

un nuevo pacto con el sector privado, el académico y el social [agrego

Segundo secretario propietario

el público] para el desarrollo de la infraestructura”.

Carlos Alfonso Herrera Anda

Resulta más que evidente que el volumen de urgencias a atender disminuye en la medida en que se planifica y se cumple con lo que de ella resulte. Se trata de un proceso de mediano y largo plazo que debe institucionalizarse y ponerse en marcha cuanto antes.

Segunda secretaria suplente Pisis M. Luna Lira Tesorero Mario Olguín Azpeitia

Las obras de infraestructura, especialmente las megaobras de gran impacto, corren el riesgo de transformarse en fracaso si no se ponen en

Subtesorero Regino del Pozo Calvete

marcha luego de un exhaustivo análisis de todos los factores intervinientes (sociales, económico-financieros, ambientales, políticos), junto con las indispensables sinergias y la integración virtuosa de ellos.

El Colegio de Ingenieros Civiles de México no deja de insistir en la impostergable necesidad de hacer de la planeación la base del desarrollo de

Consejeros Renato Berrón Ruiz Juan Cuatecontzi Rodríguez David Oswaldo Cruz Velasco Luis Armando Díaz Infante Chapa Luciano Roberto Fernández Sola

infraestructura, al tiempo que trabaja para la elaboración de propuestas

Juan Carlos García Salas

concretas orientadas a materializar los mecanismos e instituciones con

Mauricio Jessurun Solomou

base en el análisis racional de condiciones y necesidades objetivas.

Celina González Jiménez Reyes Juárez del Ángel Luis Enrique Montañez Cartaxo Juan José Orozco y Orozco

Jorge Serra Moreno Presidente del XXXIX Consejo Directivo

Juan Carlos Santos Fernández Óscar Solís Yépez Guadalupe Monserrat Vázquez Gámez Jesús Felipe Verdugo López José Santiago Villanueva Martínez www.cicm.org.mx

GREMIO

El mantenimiento de la infraestructura, uno de los temas centrales del 32 CNIC El Colegio de Ingenieros Civiles de México ha decidido incluir al mantenimiento de la infraestructura como uno de los temas centrales de su 32 Congreso Nacional de Ingeniería Civil. El presente artículo tiene como propósito poner en evidencia los retos y algunos de los conceptos relativos al mantenimiento y conservación de infraestructura. Estos temas serán abordados en el congreso bajo la lupa de los diferentes comités técnicos del CICM, con diferentes enfoques y privilegiando las experiencias y prácticas propias de los expositores.

JUAN CARLOS GARCÍA SALAS Ingeniero civil con maestrías en Ingeniería Hidráulica y en Ingeniería Urbana y doctorado en Ingeniería Civil (obras hidráulicas).

Tiene 27 años de experiencia en diseño, operación y conservación de infraestructura hidráulica, entre otros. Coordinador Técnico del 32 Congreso Nacional de Ingeniería Civil.

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El México que hoy conocemos con autopistas, caminos, presas, aeropuertos, centrales eléctricas, ferrocarriles y acueductos, entre otras infraestructuras, inició su construcción a finales del siglo XIX y principios del XX con la puesta en marcha de una política de apoyo y fomento a la modernización, en un contexto de modernidad incipiente en los sectores industrial, financiero, comercial y de comunicaciones. Sin embargo, las circunstancias políticas, sociales y económicas que el país vivía en 1910 frenarían ese proyecto iniciado por Porfirio Díaz.

No fue hasta entrada la década de 1920 cuando empezaron a configurarse las instituciones sobre las cuales se cimentaría el proceso modernizador de la República.

Este se articuló primordialmente con la Comisión Nacional de Irrigación y con la Comisión Nacional de Caminos, así como con el Banco Nacional de Crédito Agrícola (Aguirre, 2004, y Huidobro, 2012). Años más tarde se crearían el Banco Nacional Hipotecario Urbano y de Obras Públicas y la Comisión Federal de Electricidad. El andamiaje institucional creado en aquella década permitiría planear y ejecutar las obras destinadas a la producción de alimentos, el mejoramiento territorial, la creación de caminos locales para el desarrollo del comercio, la industria y agricultura regionales, la creación de caminos de penetración, el fraccionamiento y colonización de tierras, los servicios públicos urbanos, la construcción de

vivienda, la generación de energía y la construcción de infraestructura de generación, transmisión y distribución de energía eléctrica (CNI, 1930; Álvarez, 1939; Reyes y Reyes, 2018; Barros, 1957).

Resulta evidente que la construcción de la infraestructura de México durante el periodo posrevolucionario no fue coincidencia ni ocurrencia de los actores de la época. Esta respondió a estrategias claras de desarrollo económico, político y social. Cada una de ellas se formuló de manera gradual y se aplicaron de forma articulada desde su inicio.

Gracias a esa visión de Estado el país tiene, hoy en día, la siguiente infraestructura crítica: • 78 aeropuertos nacionales e internacionales y cerca de 2 mil aeródromos.

• 103 puertos y 15 terminales habilitadas.

• 259,726 km de carreteras pavimentadas federales y estatales, caminos rurales, vialidades urbanas y elementos e transición.

• 3,847 puentes.

• 184 túneles carreteros.

• 158 centrales de generación de energía eléctrica.

• 110,347 km de líneas de transmisión de energía eléctrica.

• 181 grandes presas.

• 2,000 km de acueductos principales.

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El mantenimiento de la infraestructura, uno de los temas centrales del 32 CNIC

Figura 1. Logotipo del 32 Congreso Nacional de Ingeniería Civil.

• 86 distritos de riego con infraestructura hidráulica para irrigar 3.3 millones de hectáreas.

• 23,389 km de vías férreas principales y secundarias, patios, laderos y vías particulares.

• 4,200 pozos productores de petróleo • 6 refinerías • 68,843 km de ductos para el transporte de oleoductos, gas y petroquímicos.

• 249,975 escuelas públicas de nivel básico y medio superior que atienden a más de 27 millones de alumnos.

• 1,423 hospitales con servicios de hospitalización de segundo nivel y alta especialidad.

La infraestructura crítica de nuestro país se ha construido de manera gradual desde 1926 hasta nuestros días y representa la columna vertebral de México y la base de nuestro desarrollo futuro. En su gran mayoría fue construida con dinero público y es operada por entes públicos y privados de diversa índole, mediante concesiones otorgadas por el Estado mexicano.

Resulta entonces que el mantenimiento y conservación, no solo de la infraestructura crítica nacional sino también la de carácter regional y local, es una tarea fundamental que los operadores deben asegurar para no comprometer el desarrollo de los territorios directamente asociados, ya que su falla implicaría impactos económicos, políticos y sociales. En el caso extremo, la desincorporación temprana de la infraestructura incrementaría la brecha existente entre los servicios demandados por las regiones y los ofrecidos por los operadores.

El reto de los operadores está, por tanto, en determinar con certeza en dónde intervenir y en qué momento, de manera que los beneficios esperados sean los máximos posibles. Para ello es necesario conocer, entender y aplicar las buenas prácticas de ingeniería civil que permitan, al menor costo, alcanzar los niveles de certeza requeridos en la toma de decisiones, es decir, hacer ingeniería enfocada en el mantenimiento proactivo basado en información contundente, por ejemplo: evaluación de procesos diferenciados de envejecimiento y degradación, mecanismos de falla, frecuencia de fallas en el tiempo y el espacio, riesgos de falla, etc., mediante la aplicación correcta de los recursos destinados a ello.

En efecto, utilizar tales recursos en el lugar indicado y en el momento justo para evitar la interrupción, temporal o definitiva, de los servicios y suministros que la infraestructura ofrece.

En ese contexto, el Colegio de Ingenieros Civiles de México (CICM) ha decidido incluir al mantenimiento de la infraestructura como uno de los temas centrales del 32 Congreso Nacional de Ingeniería Civil que se desarrollará durante la tercera semana de noviembre en las instalaciones de nuestro colegio. Los otros dos temas, que no se abordan en el presente artículo, son la sostenibilidad y la planeación (véase figura 1).

El presente artículo tiene como propósito poner en evidencia los retos y algunos de los conceptos relativos al mantenimiento y conservación de infraestructura.

Estos temas serán abordados en el congreso bajo la lupa de los diferentes comités técnicos del CICM con diferentes enfoques privilegiando las experiencias y prácticas propias de los expositores.

La conservación y el reforzamiento de las capacidades actuales de nuestra infraestructura es una necesidad imperativa para no comprometer el desarrollo del país. El reto del mantenimiento, tal como se estableció más arriba, radica en saber dónde y cómo aplicar los recursos, no solo para mantener a la infraestructura en funcionamiento y en estado operable, sino también para poder alargar su vida útil, y es justamente aquí donde entra el concepto de conservación. En ese sentido, es indispensable entender cinco conceptos clave: • Confiabilidad • Ciclos de vida • Ingeniería de confiabilidad • Conservación y mantenimiento Confiabilidad Es la característica de un sistema para cumplir con una función preconcebida en un medio ambiente determinado y a lo largo de un periodo finito. Se puede entender como una filosofía de trabajo para que un sistema funcione correctamente en condiciones operativas conocidas, mediante la puesta en marcha de actividades efectivas de mantenimiento que consideren la criticidad de los componentes, es decir, en función de los posibles impactos que su falla pueda provocar. En términos matemáticos, la confiabilidad es la probabilidad de que no se presente un evento (falla) a lo largo de un periodo dado, es decir, la probabilidad de no ocurrencia de tal evento.

Ciclos de vida El ciclo de vida de una obra de infraestructura está caracterizado por cuatro etapas fundamentales: el diseño (asocia-

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El mantenimiento de la infraestructura, uno de los temas centrales del 32 CNIC

u La conservación y el reforzamiento de las capacidades actuales de nuestra infraestructura es una necesidad imperativa para no comprometer el desarrollo del país. El reto del mantenimiento radica en saber dónde y cómo aplicar los recursos, no solo para mantener a la infraestructura en funcionamiento y en estado operable, sino también para poder alargar su vida útil, y es aquí donde entra el concepto de conservación. En ese sentido, es indispensable entender cinco conceptos clave: confiabilidad, ciclos de vida, ingeniería de confiabilidad, conservación y mantenimiento. do también a la fabricación), la construcción, la operación o puesta en marcha y el desmantelamiento. Las fronteras entre cada etapa determinan sus diferentes ciclos de vida, dentro de los cuales destacan cuatro (véase figura 2).

La vida útil de las obras civiles abarca desde el final de la obra y su puesta en operación hasta el final de su desmantelamiento, este último periodo caracterizado por dos intervalos: a) el periodo de postservicio, que puede asociarse a la vida útil remanente; b) al final este, la obra es resguardada para su demolición.

Cuando la infraestructura está asociada a un sistema tecnológico para el seguimiento continuo o discreto de su desempeño estructural o estado de salud (mediante inclinómetros, deformímetros, fibra óptica, sensores de resistividad del medio…), este debe estar operativo desde el inicio de la construcción hasta el fin de la operación planeada. A este periodo se le conoce como la “vida útil” del sistema tecnológico.

Un periodo fundamental es el tiempo transcurrido entre la puesta en operación y la primera falla, con

impactos evidentes en la calidad del servicio ofrecido por la infraestructura. A este periodo se le conoce como “tiempo de servicio transcurrido”, que define a su vez al “tiempo de servicio restante” tanto del sistema tecnológico como de las obras civiles.

Es evidente que la infraestructura tiene ciclos de vida diferentes, tanto por su naturaleza como por el medio ambiente en el que operan. Entenderlos es materia fundamental para identificar con certeza el lugar y el tiempo de las acciones de mantenimiento antes de una falla con fuertes implicaciones.

Ingeniería de confiabilidad La ingeniería de confiabilidad es un término acuñado durante la Segunda Guerra Mundial que emerge en el contexto de la operación de sistemas electrónicos cuyo fundamento original está anclado a la mejora de la confiabilidad de los subsistemas y componentes, al establecimiento de requisitos de calidad y a la recopilación de datos de campo para encontrar las causas fundamentales de las fallas: las causas raíz.

En ese orden de ideas, y en el entorno de la infraestructura, la ingeniería de confiabilidad es la rama de la ingeniería que se encarga del estudio de los procesos de mitigación de los riesgos de falla en una obra de infraestructura que funciona correctamente, bajo condiciones operativas conocidas, mediante la puesta en marcha de actividades efectivas de mantenimiento que consideren la criticidad de sus componentes.

Retomando a Flores (2022), la falla es una situación en la que: • Una obra de infraestructura deja de cumplir parcial o totalmente la función para la que fue creada.

• Existe una diferencia inaceptable entre el funcionamiento esperado y el observado.

Vida útil de las instalaciones civiles

Vida útil de los equipos Periodo previo a la instalación

Vida útil del sistema de tecnología Periodo previo al servicio

Tiempo de servicio (horizonte de diseño) Tiempo de servicio transcurrido

Edad de los equipos

Instalación

Fabricación

Resguardo

Tiempo de servicio restante Vida útil restante de los equipos

Edad de las instalaciones civiles Fabricación

Periodo postservicio

Puesta en marcha

Construcción

Vida útil restante de las instalaciones civiles Tiempo establecido

Operación

Retiro (planeado) Desmantelamiento

Demolición

Desmantelamiento

Concepción/Diseño

Figura 2. Modelo conceptual de ciclos de vida de infraestructura civil.

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El mantenimiento de la infraestructura, uno de los temas centrales del 32 CNIC

Las causas pueden estar en la etapa del proyecto, debido a la evaluación incierta de las variables de diseño o del ambiente en el que las obras operarán, en la especificación de materiales, etc. También, las causas pueden encontrarse durante el proceso de construcción debido a la ausencia de controles y aseguramiento de la calidad durante la obra. El caso más desfavorable es que las causas estén asociadas a diseños no acordes y a procedimientos constructivos de mala calidad. En las etapas de operación, las fallas están asociadas a errores u omisiones operativos.

Uno de los grandes retos en la administración de infraestructura radica en generar y mantener condiciones de confiabilidad, con objeto de asegurar los niveles de servicio para los que dicha infraestructura fue diseñada y construida. Para alcanzar tal característica, es indispensable disponer de información contundente que limite los juicios de valor en la toma de decisiones. En ese sentido, la generación de metadatos y su transformación en información e inteligencia es una condición necesaria para la toma de decisiones encaminadas a la operación, mantenimiento y conservación de la infraestructura.

Así, conocer las variables de estado de los sistemas, los procesos de deterioro de la infraestructura, el entorno físico de su instalación, sus mecanismos de falla, la probabilidad de su ocurrencia, los ciclos de vida y la criticidad de los componentes, entre otros, requiere no solo el uso de tecnologías pertinentes; también nuevos paradigmas que incluyan a la rentabilidad financiera, a la transformación institucional y al fortalecimiento de las capacidades del personal técnico a cargo.

Conservación y mantenimiento En infraestructura, el termino conservación está asociado a un “activo físico”. En este orden de ideas, el término “activo físico” puede asociarse a un concepto más amplio: el de “patrimonio” que involucra el conjunto de relaciones pertenecientes a una persona (física o moral) y que tiene una utilidad económica que es susceptible de estimación monetaria. Administrar los activos es, entonces, la acción que permite generar valor para alcanzar utilidad económica, (García, 2017).

Desde el punto de vista de la infraestructura, la administración de activos físicos es un proceso integral de toma de decisiones, planificación y control para la adquisición, uso, salvaguarda y retiro de los activos (obras), con el objetivo de maximizar la calidad de los servicios proporcionados por la infraestructura y los beneficios que proveen, minimizando los costos y riesgos de falla durante su vida útil. Así, la administración de activo físicos debe tomar en consideración al menos lo siguiente: • Asume una perspectiva de toda la organización y se basa en los principios y técnicas aplicables de la administración, ingeniería, contabilidad y ciencias sociales (incluyendo recursos humanos).

• Se enfoca en los resultados, es decir, en la maximización del potencial de la entrega del servicio, efectividad y eficiencia en los costos.

El mantenimiento y conservación es una tarea que los operadores deben asegurar para no comprometer el desarrollo de los territorios asociados.

• Confiere a los administradores y a los líderes políticos la atribución de custodia de la infraestructura, de su estado de salud y de la sostenibilidad de su operación.

Este mandato confiere a los administradores el aseguramiento del servicio, no solo a los usuarios actuales de la infraestructura, sino también a los futuros usuarios.

• Debe tomar en cuenta las expectativas de todos los interesados: usuarios finales, políticos, entes financieros, etcétera.

En ese sentido, la administración de activos orienta los procesos en la toma de decisiones con miras a alargar la vida útil de la infraestructura. Este concepto está a su vez ligado al Programa de Mantenimiento Centrado en la Confiabilidad, que distingue lo siguiente: • Mantenimiento correctivo, enfocado en componentes o subsistemas no críticos cuya falla no detiene el servicio proporcionado, con redundancia y con muy baja probabilidad de falla o disfuncionamiento.

• Mantenimiento preventivo, focalizado en el remplazo de piezas sujetas a desgaste y con patrones de falla conocidos.

• Mantenimiento predictivo, enfocado en componentes y subsistemas con patrones aleatorios de falla que no están sujetos al desgaste.

• Mantenimiento focalizado en la determinación del estado de salud de los componentes o subsistemas, en el conocimiento de las causas raíz de falla, en la identificación de los mecanismos de falla.

Oportunidades en mantenimiento y conservación de infraestructura La mayor parte de la infraestructura crítica de México se construyó en un periodo en que la intervención del Estado mexicano en la economía permitió financiar grandes proyectos con una perspectiva de desarrollo

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El mantenimiento de la infraestructura, uno de los temas centrales del 32 CNIC

regional. Esta infraestructura actualmente continúa en operación y representa la base de una parte importante del desarrollo nacional. Sin embargo, más allá de las obras sexenales, el Estado mexicano gasta menos en la construcción de infraestructura, y mucho menos en la conservación de la existente, incluso en la que opera directamente el gobierno federal a través de sus diferentes instituciones.

Los recursos para conservación de infraestructura crítica son escasos, y su aplicación debe hacerse con base en criterios técnicos. Aunado a ello, en México las asignaciones de gasto público a programas y proyectos de inversión deben responder a una estrategia programática que, a su vez, ha de articularse con los programas de gobierno, y en consecuencia con el Plan Nacional de Desarrollo en turno. Es decir, si la conservación y el mantenimiento de la infraestructura no responden a alguna de las metas y estrategias nacionales, no podrán ser financiados.

Así, la necesidad de mantenimiento y conservación de la infraestructura crítica planteada desde las grandes regiones geográficas, sociales y demográficas del país es fundamental para comprender que su falla implicaría grandes impactos económicos, políticos y sociales, además de que se incrementaría la brecha existente en los servicios que proporciona.

Hoy en día existen prácticas que impiden la integración de una estrategia específica dentro de los planes de gobierno. Por ejemplo, en los programas presupuestarios, así como en los programas y proyectos, se utilizan conceptos que deberían estar estandarizados, desde la perspectiva de la definición de activos físicos, dentro del “Glosario de términos más usuales en la Administración Pública Federal”, publicado por la Secretaría de Hacienda y Crédito Público.

En efecto, en muchos programas y acciones del gobierno federal se confunde al mantenimiento con la operación; la modernización con la rehabilitación; el refaccionamiento con el reforzamiento. El manejo de un vocabulario unificado, debidamente definido por la autoridad hacendaria e integrado de manera pertinente en los programas presupuestarios, permitiría sentar las bases para definir una nueva estructura programática orientada a la conservación y mantenimiento.

Nuevo paradigma de mantenimiento y conservación El diseño de políticas, estrategias y acciones orientadas a la conservación de la infraestructura existente es un imperativo impostergable para los operadores públicos y privados, así como para los responsables de la planeación nacional.

Para el caso de México, esto debe acompañarse de un replanteamiento profundo de las instituciones encargadas de construir, operar y conservar infraestructura sustancial para el desarrollo de las regiones. Se necesita también un replanteamiento de las políticas hacendarias

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u Uno de los grandes retos en la administración de infraestructura radica en generar y mantener condiciones de confiabilidad, con objeto de asegurar los niveles de servicio para los que dicha infraestructura fue diseñada y construida. Para alcanzar tal característica, es indispensable disponer de información contundente que limite los juicios de valor en la toma de decisiones. En ese sentido, la generación de metadatos y su transformación en información e inteligencia es una condición necesaria para la toma de decisiones encaminadas a la operación, mantenimiento y conservación de la infraestructura. para garantizar el financiamiento gubernamental de esas tareas, pero también el replanteamiento de los sistemas financieros para alentar la participación privada en las tareas de mantenimiento y conservación.

Es de destacarse que el Estado mexicano supo responder a las exigencias de desarrollo de infraestructura del país. Se transformó y creó instituciones en momentos en que socialmente aún no se encontraba estable, intervino en la economía para financiar grandes proyectos y fue resiliente frente a momentos de crisis económica.

Desde el Estado, pero también desde las escuelas de ingenieros, se deben internalizar conceptos innovadores que lleven a la transición de paradigmas actuales que rigen las prácticas de mantenimiento y conservación de la infraestructura. Hoy en día es insostenible aplicar recursos para conservación en un contexto de restricción financiera sin hacer ingeniería, sin evaluar la criticidad de los sistemas, sin evaluar su confiabilidad, sin contar con información que permita caracterizar sus ciclos de vida Referencias Aguirre, M. (2004). Gonzalo Robles y los afanes de su generación hacia la ingeniería. Reporte de investigación posdoctoral. México: Facultad de Filosofía y Letras, UNAM. Álvarez, M. (1939). Estudio sobre los caminos nacionales. El Trimestre Económico: 239-269.

Barros S., M. (1957). Banco Nacional Hipotecario y de Obras Públicas, S.A. Organización y funcionamiento. Revista de Administración Pública 22. Obtenido de historico.juridicas.unam.mx/publica/librev/ rev/rap/cont/6/pr/pr9.pdf Comisión Nacional de Irrigación, CNI (1930). La política de irrigación y las autoridades locales. Irrigación en México. Tomo I: 3.

Flores, S. (2022). Ingeniería de confiabilidad y confiabilidad operacional. Gestiópolis. Obtenido de www.gestiopolis.com/ingenieriaconfiabilidad-confiabilidad-operacional/ Huidobro, M. (2012). Breve historia de la banca de desarrollo mexicana. Análisis Económico 65, Vol. XXVII: 171-206.

García, J. (2017). Administración de activos físicos: nuevos paradigmas para la conservación de infraestructura hidráulica en México.

Trabajo de ingreso a la Academia de Ingeniería México A.C. Ciudad de México.

Reyes, S., y E. Reyes (2018). La historia del crédito agrícola en México.

Cámara de Diputados, LXIII Legislatura. ¿Desea opinar o cuenta con mayor información sobre este tema?

Escríbanos a helios@heliosmx.org

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DIÁLOGO

Perfil y práctica profesional del ingeniero civil El ingeniero civil, desde su formación, debe tener la capacidad de ser interlocutor de representantes del sector público y empresarial, tomadores de decisiones e inversores, y de interactuar con ingenieros ambientales, entre otros muchos profesionales vinculados con la infraestructura. Creo que desde la academia aún no hemos formalizado cómo poder darle esa visión integral, sinérgica a todos nuestros estudiantes.

LUCIANO ROBERTO FERNÁNDEZ SOLÁ Coordinador del Consejo Académico del CICM.

IC: ¿Cuál es su posición académica?

Luciano Roberto Fernández Solá (LRFS): Soy el coordinador divisional de Planeación de la División de Ciencias Básicas de Ingeniería en la Universidad Autónoma Metropolitana, además de ser profesor.

IC: Actualmente coordina usted el Consejo Académico del Colegio de Ingenieros Civiles de México. ¿Cuáles han sido los temas más relevantes que se han tratado en su seno y de qué manera se han traducido en hechos o en acciones y propuestas de acciones?

LRFS: Uno de los temas que recurrentemente regresa a la discusión del Consejo Académico es el del perfil del ingeniero civil. En algún momento se hizo un análisis de los distintos perfiles que tenían las instituciones de educación superior y se intentó integrar un perfil modelo. En los últimos meses hemos hecho un esfuerzo por ver cómo esa interpretación que desde las universidades hacemos del perfil ideal del ingeniero civil empata con lo que la industria está esperando. Por otro lado, debido a la naturaleza propia del colegio, la vinculación de las instituciones con el sector productivo ha sido otro tema recurrente.

Destaco que se han hecho dos proyectos de largo alcance para promover prácticas profesionales de alumnos en proyectos muy particulares. Se hizo uno donde el colegio funcionó como vínculo para llevar alumnos a hacer prácticas profesionales en las obras del Túnel Emisor Oriente. Algo similar se produjo en las obras del nuevo aeropuerto internacional de la Ciudad de México.

IC: Cuando se habla de la industria, uno piensa inmediatamente en el sector empresarial. ¿También en el sector público se ha buscado esa vinculación? Hasta hace algunas décadas, secretarías y organismos del sector público tenían una política de integración de jóvenes ingenieros como parte de su aprendizaje y para garantizar el cambio generacional. ¿Cómo se está manejando hoy?

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LRFS: El sector empresarial se maneja con base en las necesidades del mercado; el sector público tiene una visión de Estado. Esta continuación de la formación y segunda escuela en la práctica profesional se ha perdido en buena medida en el sector público y pienso que ha sucedido en detrimento de la calidad de formación de los ingenieros, porque es imposible que en la institución de educación superior el ingeniero pueda terminar completamente su formación, pues hay muchos aspectos de la ingeniería civil que forzosamente han de aprenderse en la práctica. Hay que encontrar la manera de convencer al sector empresarial para que abra espacios y al sector público para que recupere esa función.

IC: ¿Cuál es el perfil del ingeniero civil que considera apropiado el Consejo Académico del CICM? LRFS: Es muy difícil definir un perfil único, porque cada institución le pone un sello particular a su ingeniería, pero en términos generales se considera que, además de tener una formación técnica muy robusta en cuestiones de ciencias básicas y física, también se requiere que los ingenieros tengan una visión muy amplia de los problemas desde el punto vista social, económico y ambiental.

IC: El Consejo de Acreditación de la Enseñanza de la Ingeniería (Cacei) establece que los planes y programas de estudio deben cumplir con un conjunto de estándares y parámetros que garanticen el nivel de calidad requerido. De los más de 160 programas de ingeniería civil del país, ¿cuántos cumplen estos estándares y parámetros?

LRFS: Según la página oficial del Cacei, a abril de 2023 existen 41 programas de ingeniería civil acreditados. Es importante comentar que esos programas agrupan un gran porcentaje de los alumnos de ingeniería civil del país. No tengo el dato exacto del porcentaje, pero, según un estudio de la Alianza FiiDEM, es mayor al 70% de los alumnos del país.

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Perfil y práctica profesional del ingeniero civil

IC: Otro tema que está ligado a esto es el de la interacción con otras disciplinas profesionales. ¿Qué opina al respecto?

LRFS: Definitivamente, el ingeniero civil, desde su formación, debe tener la capacidad de ser interlocutor de representantes del sector público y empresarial, tomadores de decisiones e inversores, y de interactuar con ingenieros ambientales, entre otros muchos profesionales vinculados con la infraestructura.

Creo que desde la academia aún no hemos formalizado cómo poder darle esa visión integral, sinérgica a todos nuestros estudiantes.

hoy en día son requisitos indispensables para el desarrollo de la infraestructura, ¿son tratados en el Consejo Académico?

LRFS: Son temas que nos quitan el sueño en las escuelas desde hace mucho tiempo porque nos sentimos obligados a mantener el paso en el desarrollo tecnológico. Hay muchas visiones, muchos puntos de vista distintos. Yo firmemente creo que el avance tecnológico es tan veloz que en las escuelas nunca seremos capaces de alcanzarlo en términos de planes y programas de estudio. Es decir, intentar alcanzar el desarrollo tecnológico metiendo nuevas materias y cambiando los contenidos es una estrategia poco eficiente que no va a permitir alcanzarlo.

Considero que lo que debe hacerse es que los profesores tengan la capacidad de mantenerse a la vanguardia de la tecnología, para que en cada una de sus cátedras puedan introducir conceptos de tecnología, no para enseñarles a los muchachos la tecnología que impera hoy en día, porque cuando egrese el estudiante esas tecnologías ya van a estar desactualizadas: hay que abrirle la mente al estudiante para que esté receptivo, para que cuando salga a trabajar sea capaz de adaptar la tecnología en boga al momento en que esté trabajando.

IC: ¿Cómo comunicar los principios de la ética en las escuelas y facultades de ingeniería? ¿Qué evaluación se hace sobre lo que sucede con la ética en la práctica cotidiana?

LRFS: Se han explorado muchas estrategias. En algún momento se pensó que con un curso de ética podía ser suficiente, y muchos planes de estudio han integrado cursos de ética, pero nos hemos dado cuenta de que es un tema mucho más transversal, no es para un curso sino un tema de práctica diaria.

El Consejo de Ética del CICM ha hecho un interesante ejercicio en el cual se desarrollaron dilemas éticos que han compartido en el Consejo Académico como herramientas para que los profesores, no solo de los cursos de ética, sino los de cualquier curso, puedan desarrollar una discusión con sus alumnos en el curso de diseño de empresas, por ejemplo. Se trata de un ejercicio experimental, a desarrollar para ajustarlo y perfeccionarlo.

IC: ¿Cuál es su opinión sobre la inquietud de generar planes y programas de estudio de la ingeniería civil sustentados en la aplicación de la moderna tecnología y en las diferenciadas condiciones geográficas, climáticas, sociales y económicas de las regiones del país?

LRFS: Integrar el tema de los últimos avances tecnológicos en los planes y programas de estudio es muy complicado, pues el acelerado desarrollo tecnológico no da oportunidad de que los cambios a los planes y programas de estudio sean pertinentes. Por el lado de las diferenciadas condiciones de las regiones del país, me parece que es muy importante que los perfiles de los ingenieros civiles correspondan a las características específicas de sus regiones, ya que el tipo de problemática a la que se puede enfrentar un ingeniero civil del norte del país, por ejemplo Nuevo León o Chihuahua, es muy diferente de la que puede enfrentar un ingeniero en el sureste, tanto desde el punto de vista técnico como social y económico.

UAG.MX

IC: Conceptos como “nuevas tecnologías”, inteligencia artificial, las herramientas que evolucionan de manera sorprendente en el ámbito gubernamental y de gobernanza, o las relacionadas con el medio ambiente, que

Además de tener una formación técnica muy robusta, también se requiere que los ingenieros tengan una visión muy amplia de los problemas desde el punto vista social, económico y ambiental.

IC: ¿Se sabe cuántas universidades ofrecen la carrera de Ingeniería Civil en el Valle de México, cuántos alumnos participan en ellas?

LRFS: Al día de hoy hay 15 instituciones de educación superior que ofertan ingeniería civil en el área metropolitana del Valle de México. La más grande es la Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura del Instituto Politécnico Nacional, que tiene alrededor de 7 mil alumnos; le sigue la Facultad de Ingeniería de la UNAM, que debe tener una población de alrededor de 3 mil alumnos, y otros 700 de la UAM. Calculo que deben ser alrededor de 15 mil.

IC: ¿Existe la necesidad de que haya elementos básicos que sean comunes a todos los planes de estudio?, y, en

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Perfil y práctica profesional del ingeniero civil

todo caso, ¿el Consejo Académico está abordando la cuestión, independientemente de que cada una de las escuelas pueda tener su visión particular, su enfoque?

LRFS: Sí, todos los programas deberían partir de una misma base, que es: conceptos técnicos sólidos, conceptos sociales, económicos y ambientales generales.

Esa es una base en la que todos estamos de acuerdo.

interpretaron como enseñanza remota era mandar documentos escritos en PDF. Sin embargo, hacia el final de esta etapa sí hubo muchos talleres y reflexiones sobre la necesidad de que un buen curso remoto debe tener una gran cantidad de actividades asíncronas bien diseñadas, es decir, que los alumnos puedan hacer sin la presencia directa del profesor. También deben ser distintos los esquemas de evaluación, los exámenes y las maneras de valorar el curso.

IC: ¿El Consejo Académico ha hecho algún balance respecto a la relación de las principales áreas de la ingeniería civil, y en lo que se refiere a las instituciones, tanto públicas como privadas, en cuanto a cómo están enseñando ingeniería civil?

LRFS: Hace unos cinco años se hizo un análisis acerca de la estructura general de los programas de todas las escuelas, incluso comparándolo con escuelas de otros países. Existe un documento, producto del trabajo del Consejo Académico, donde se plasma el análisis de los distintos programas de estudio de cada una de las escuelas.

IC: ¿De alguna forma tiene participación el Consejo Académico en los análisis que conducen a la modificación, al establecimiento de los programas de estudio de carreras de ingeniería civil en las diversas universidades del Valle de México?

LRFS: No tiene una injerencia directa. Sin embargo, las personas encargadas de hacer las propuestas de modificación a los planes y programas de estudio, que son los coordinadores de estudio, son los mismos consejeros; ellos, a la hora de implementar sus propuestas, ya llevan una referencia de lo que se ha discutido en el Consejo Académico.

IC: No pocos maestros, entiendo, tienden a enseñar como ellos aprendieron, sin tener en cuenta el proceso de aprendizaje después de varias décadas. ¿Hay algún trabajo de análisis, de debate y conclusiones por parte del Consejo Académico sobre el perfil de los profesores y de los métodos de enseñanza?

LRFS: Recientemente se abordó este tema, pero tuvo mucho que ver con la pandemia. Anteriormente, en cada edición del Congreso Nacional de Ingeniería Civil, en los encuentros académicos, se hicieron foros de discusión acerca del perfil del profesor. Fue muy interesante.

IC: ¿De qué forma colabora el Consejo Académico con las diversas universidades, escuelas de ingeniería en la zona metropolitana del Valle de México?

LRFS: La manera más concreta en la que el Consejo Académico participa con las universidades surge en el momento en que las universidades solicitan alguna opinión o consultoría al colegio a través del Consejo Académico. Un ejemplo muy claro: varias universidades tienen consejos consultivos, que son grupos de personas externas al programa, a los cuales piden opinión. En varios de esos consejos consultivos participa el colegio a través del Consejo Académico.

IC: ¿Puede comentar de manera resumida las conclusiones de esos debates?

LRFS: Sí. Lo que encontramos es, primero, que hubo dificultad de los profesores para entender cómo debe ser una enseñanza remota adecuada. Hubo mucha complejidad. Hubo muchos profesores que lo que

IC: ¿Hay alguna propuesta de hacer algo sobre la formación de los profesores?

LRFS: Ha habido muchas pláticas, pero todavía nada concreto. Estamos trabajando de cerca en el CICM con el CAPIT, justamente para ver si a través del CAPIT se puede formar una estructura de cursos pedagógicos para los profesores.

TEC.MX

IC: ¿El Consejo Académico maneja alguna estadística acerca de cuántos egresados trabajan realmente en el campo de la ingeniería civil?

LRFS: El Consejo Académico directamente no. Pero siempre tomamos referencias de estudios estadísticos que se hacen de manera mucho más formal, como los que hace la Alianza FiiDEM, o los que hizo la Academia de Ingeniería.

Al día de hoy hay 15 instituciones de educación superior que ofertan Ingeniería Civil en el área metropolitana del Valle de México.

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IC: ¿En que instituciones se ofrecen cursos de posgrado?

LRFS: En la Facultad de Ingeniería de la UNAM, la Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura del Instituto Politécnico Nacional, la Universidad Autónoma Metropo-

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Perfil y práctica profesional del ingeniero civil

IC: ¿Cuáles son los esquemas de titulación que existen en las diferentes escuelas?

LRFS: Varían bastante, pero en lo general existen titulaciones por tesis, como ha sido toda la vida. Varias escuelas tienen la opción de titulación por promedio (si el alumno tuvo un muy buen promedio durante sus estudios, con eso puede titularse). Otras tantas escuelas tienen titulación con estudios de posgrado, ya sea un diplomado o una maestría. Algunas más tienen titulación por práctica profesional, y otras están utilizando el esquema de titulación por el examen general de egreso del Ceneval, y si saca un puntaje superior a 9, en la mayoría de las instituciones se titula.

IC: ¿Existe en las escuelas algún esquema de reconocimiento a los alumnos de la carrera de Ingeniería Civil?

LRFS: El CICM tiene un esquema que es el premio a la Excelencia Académica: nuestro colegio reconoce cada dos años al alumno con el mejor promedio de entre los egresados del año en cada una de las instituciones de educación superior. En la UNAM, al mejor promedio de la generación le dan la medalla Gabino Barreda; en el Politécnico, el mejor promedio de la generación es galardonado con la presea Lázaro Cárdenas. En la UAM se otorga la Medalla al Mérito Universitario. Casi todas las universidades tienen esquemas de reconocimiento a los alumnos con los mejores promedios.

IC: ¿Cuáles son los programas de interacción con empresas?

LRFS: Casi todas las instituciones han intentado establecer y formalizar programas de prácticas profesionales, en algunos casos con nivel de obligatoriedad.

Por ejemplo, en el sistema del Tecnológico Nacional de México es obligatorio hacer práctica profesional.

En algunas otras instituciones es optativo. Lo que es obligatorio desde hace algunos años es el servicio social. Muchos alumnos hacen el servicio social mediante alguna práctica profesional.

IC: ¿Cuáles son los esquemas para regularizar a los alumnos que reprueban en alguna materia?

LRFS: Casi todas las escuelas utilizan el concepto de examen extraordinario; también existe la opción de que el alumno vuelva a tomar el curso; ¿cuántas veces puede hacerlo?: depende de la escuela.

IC: ¿Cuentan las escuelas con algún programa de educación continua?

LRFS: Varias escuelas tienen sus departamentos de educación continua, y no todas tienen sistema de educación a distancia. Ingeniería Civil debe ser de las carreras que menos se ofertan a distancia. Tiene mucho que ver

INGENIERIA.UNAM.MX

litana Azcapotzalco, la Facultad de Estudios Superiores Aragón y Acatlán, la Universidad Iberoamericana, la Universidad Tecnológica y la Universidad La Salle.

Hay muchos aspectos de la ingeniería civil que forzosamente han de aprenderse en la práctica.

con el alto componente de los laboratorios y prácticas, que a distancia es muy difícil de reproducir.

IC: Durante la pandemia, varios profesores señalaron que un número importante de estudiantes reprobaban la enseñanza a distancia: querían volver al modo presencial.

LRFS: Sí. Para los alumnos fue muy complicado, porque la educación a distancia requiere una disciplina muy diferente, a la que muchos no estaban acostumbrados.

Es distinto si están en un salón de clase, un espacio destinado a ello donde saben que tienen que concentrarse.

Fue complicado; por eso los índices de reprobación subieron muchísimo.

IC: ¿Cuáles serán las actividades de los estudiantes en el próximo congreso del colegio?

LRFS: Desde el congreso pasado se decidió que la parte del encuentro académico la organizaran completamente los integrantes de los clubes de estudiantes, para que ellos fortalezcan en su formación la organización de acontecimientos como el congreso. Entonces, en el 32 CNIC, en noviembre de este año, los alumnos estarán coordinando todo lo relacionado con los encuentros académicos, desde los que se van a hacer en las reuniones regionales hasta las actividades del encuentro académico que se desarrollarán en las jornadas finales del congreso.

Están organizando la Olimpiada del Conocimiento y va a haber participación de alumnos no solo de la Ciudad de México, sino de todo el país. Obviamente, siempre se dan becas para que los alumnos puedan asistir al congreso; para ellos es muy valioso porque es un acercamiento con los ingenieros experimentados. Yo he visto que a los alumnos les encanta esta convivencia Entrevista de Daniel N. Moser ¿Desea opinar o cuenta con mayor información sobre este tema?

Escríbanos a helios@heliosmx.org

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HIDRÁULICA

Tecnologías disruptivas del agua Las tecnologías disruptivas aportan a la ingeniería civil en general, y a la hidráulica en particular, un amplio espectro de posibilidades para mejorar el diseño, construcción, operación y mantenimiento de los sistemas y obras con una precisión nunca lograda. Su empleo en muchas partes del mundo es cada día más común, y es importante que el sector relacionado con el recurso agua y el medio ambiente de México se suba a este tren tecnológico.

El sector agua es uno de los que más ha tardado en adoptar las tecnologías 4.0.

FELIPE I. ARREGUÍN CORTÉS Ingeniero civil con doctorado en Hidráulica.

Vicepresidente del CICM, profesor de la División de Estudios de Posgrado de la FI UNAM y consultor en el II UNAM. FERNANDO J. GONZÁLEZ VILLARREAL Ingeniero civil con doctorado en Ingeniería.

Coordinador técnico de la Red del Agua y del Programa de Manejo, Uso y Reúso del Agua en la UNAM, investigador en el II UNAM.

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Una tecnología disruptiva es una innovación que llega para sustituir un proceso, un producto o una tecnología ya establecida; origina una nueva forma de operación para los consumidores, las organizaciones o para ambos, transforma una solución y la reemplaza porque tiene atributos superiores que permiten abrir nuevas posibilidades.

Los cinco países con mayor registro de tecnologías relacionadas con el agua en el mundo son Estados Unidos, Corea, Alemania, China y Japón, con alrededor del 70% entre los cinco; y las naciones que cuentan con el mayor número de empresas productoras de tecnología son Estados Unidos, seguido por China, Reino Unido y Alemania.

Tabla de Tecnologías Disruptivas La Tabla de Tecnologías Disruptivas fue creada por Richard Watson y Anna Cupani, del Imperial College de Figura 1. Tabla de las tecnologías disruptivas, Imperial College de Londres, Londres (2018), inspirados en la tabla 2018. periódica de elementos químicos, con objeto de clasificar y de alguna manera calificar a las gías están presentados en colores que corresponden a tecnologías disruptivas (véase figura 1). tres horizontes: 1) en verde, de utilización actual; 2) en En esa tabla, a semejanza de la periódica, pueden amarillo, en un futuro cercano entre 10 y 20 años; 3) en notarse los símbolos de las tecnologías: por ejemplo, rojo, en un futuro distante, 20 años o más; además, en Va significa agricultura vertical (del inglés vertical agrigris se muestra la tecnología marginal, definida como culture); justo debajo del símbolo aparece el nombre “altamente improbable pero no imposible.” de la tecnología, y más abajo un numeral que indica los casos de empleo de la tecnología reportados al momenTecnologías empleadas en México to de elaborar la tabla, y finalmente en el ángulo inferior En el sector hidráulico mexicano se emplean varias de derecho aparece el tema en el que se ha agrupado la las tecnologías señaladas anteriormente; en lo que sigue tecnología. Por otro lado, los símbolos de las tecnolose describen algunas de ellas.

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Tecnologías disruptivas del agua

Satélites Dentro del sector hídrico, es en el campo de la meteorología donde más se utilizan los satélites. Los cinco geoestacionarios que operan en órbita alrededor del Ecuador y los dos de órbita polar proporcionan datos del tiempo y el clima en periodos relativamente cortos, y desde el inicio de su empleo en la década de 1960 cambiaron drásticamente el monitoreo, seguimiento y pronóstico de los ciclones tropicales; por ejemplo, el satélite GOES 16, que es capaz de ver la Tierra a través de 16 bandas espectrales, incluyendo dos canales visibles, cuatro infrarrojos cercanos y 10 infrarrojos.

El Servicio Meteorológico Nacional (SMN) cuenta con una estación terrena receptora de imágenes de ese satélite. En dicha estación se reciben imágenes cada 5 minutos de diferentes bandas: dos visibles, 11 infrarrojas y tres de vapor de agua. Esta infraestructura se une a una red integrada por 76 observatorios meteorológicos, una red sinóptica de altura que consta de 15 estaciones de radiosondeo; una red de 13 radares meteorológicos (con ello puede conocerse la intensidad de la precipitación, lluvia, granizo o nieve), la altura y densidad de las nubes y su desplazamiento, así como la velocidad y dirección del viento, en un radio máximo de 480 km alrededor de cada radar.

Además, en el ámbito de los recursos hídricos, la información satelital tiene numerosas aplicaciones; las imágenes facilitan la localización de bordos, presas, canales, acueductos y otros elementos de infraestructura hidráulica. Mediante interferometría pueden identificarse cambios en el relieve topográfico con precisión de centímetros; se han analizado casos como el hundimiento del terreno provocado por la extracción de agua del subsuelo en varios sitios de la República mexicana.

El análisis de imágenes de satélite puede proporcionar información, indirecta o directa, para identificar cambios en la vegetación y en los cuerpos de agua, así como la pérdida de terreno continental en zonas costeras por efecto del ascenso del nivel del mar y algunos parámetros de calidad del agua en cuerpos receptores.

En el campo de la geohidrología y la hidrología, las tecnologías de la percepción remota, basadas en la interpretación de imágenes de satélite, han tenido un gran desarrollo y una amplia variedad de aplicaciones, con la ventaja de que cubren grandes extensiones geográficas, con frecuencia variable (mensual, anual, diaria), y obtienen información que sería imposible recabar con

métodos terrestres, especialmente en extensas zonas rurales de topografía abrupta, de difícil acceso, retiradas de vías de comunicación y con inseguridad creciente.

En México utilizan estas tecnologías el Servicio Geohidrológico Mexicano, el Servicio Geológico Mexicano, la Comisión Nacional del Agua y universidades, escuelas e institutos de investigación.

En el campo de la hidrología subterránea es posible su utilización en la estimación del nivel del manto freático, la identificación de zonas que contengan posibles nuevas fuentes de abastecimiento, la estimación del agotamiento del recurso o la visualización del hundimiento del suelo inducida por extracción de aguas subterráneas.

En el sector hidroagrícola, conociendo las superficies y los cultivos correspondientes, con imágenes de satélite se pueden obtener estimaciones muy confiables de los volúmenes de agua aplicados al riego por usuario y compararlas con los volúmenes concesionados, a nivel estacional o anual. Se han desarrollado tecnologías para evaluar la evapotranspiración real a partir de mediciones de temperatura realizadas desde satélites; estos resultados son de utilidad para el análisis de las sequías y la determinación del caudal ecológico. Los utilizan ampliamente la Secretaría de Agricultura y Desarrollo Rural, universidades, empresas particulares y productores.

Lidar La tecnología lidar (light detection and ranging) es un instrumento formado por un dispositivo emisor de un rayo láser, montado por ejemplo en una avioneta o un dron, hacia un receptor, por medio del cual se mide la distancia del emisor a una superficie reflejante. Su empleo en México es amplio desde hace varios años; se utiliza para hacer levantamientos topográficos, hidrológicos, de cubierta vegetal y de ubicación de infraestructura (presas, canales, acueductos, carreteras, puentes y edificios), entre otros.

Drones En el campo de la ingeniería hidráulica, los drones se utilizan para el reconocimiento de boquillas y cortinas de presas, de zonas inundadas y de áreas agrícolas afectadas; delimitación de zonas federales e inundables; revisión de cauces, zonas de derrumbes y otros accidentes (fallas de puentes, cuerpos de carreteras o túneles); exploración de zonas de difícil acceso; supervisión y control de incendios; registros de calidad del agua; supervisión de la operación de compuertas de presas y

Figura 2. Aforo con un equipo ADCP en la desembocadura del río Grijalva.

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Tecnologías disruptivas del agua

Además, muchas teorías o modelos teóricos que actualmente se desarrollan podrán construirse físicamente para tener una mejor comprensión de los fenómenos que en la actualidad quedan solamente a nivel de imágenes en la pantalla de una computadora. El Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, varias universidades y algunas empresas utilizan esta tecnología.

Figura 3. Agricultura vertical. MomPec, 2022. Nuevo León, México.

levantamientos topográficos. En agricultura se pueden utilizar para estimar la cantidad de agua utilizada por los cultivos, controlar plagas, detectar el estrés hídrico, realizar inventarios de áreas de cultivo, supervisar el uso óptimo de fertilizantes y aplicar herbicidas, así como estimar diversos índices de calidad de cultivos.

Entre los distintos equipos modernos para la medición de flujo, uno que se destaca por su aplicación en lugares de difícil acceso, y que a su vez es muy versátil, es el perfilador acústico de efecto doppler (acoustic doppler current profiler, moving boat, ADCP). En México esta tecnología se utiliza en la Comisión Nacional del Agua, en el Instituto Mexicano de Tecnología del Agua y actualmente varias empresas cuentan con ella.

Robots En el sector agua mexicano, los robots se han utilizado sobre todo en el área del agua potable y alcantarillado para la inspección de tuberías, pozos de visita e interconexión de tomas domiciliarias o descargas a las redes principales para monitorear, inspeccionar y dar mantenimiento a estructuras de drenaje profundo. En el mercado existe una buena cantidad de estos robots que se pueden adquirir con facilidad. Varios organismos operadores, empresas e instituciones de investigación y desarrollo cuentan con ellos. Robots submarinos más sofisticados se han utilizado para inspección de cortinas de presas, fondos de lagos o redes de pozos y plataformas petroleras.

Impresoras 3D En el campo de la ingeniería son muchos los usos que se le puede dar a la tecnología de impresión 3D. Los laboratorios de hidráulica, por ejemplo, pueden fabricar a la escala deseada cualquier objeto que se desee simular –una turbina, una lumbrera– o construir cualquier topografía con todas las obras de una presa (cortina, obra de desvío, vertedor, obra de toma) con la precisión que se pueda incluir en el programa que se desarrolle para la computadora. Con la nueva tendencia en la ingeniería hidráulica de los micromodelos, sin duda alguna las impresoras 3D serán de gran utilidad.

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Big data Big data es la cantidad inmensa de datos (petabytes o exabytes) que se colecta, almacena y analiza en las redes con un objetivo determinado. El empleo de esa información mediante poderosos programas de cómputo permite establecer tendencias de fenómenos con una gran precisión. En materia de hidrología, un caso de aprovechamiento de esta tecnología es el relacionado con la predicción climática que hace el SMN, que permite pronosticar eventos para los cuales habría que construir infraestructura orientada a aumentar la resiliencia de una ciudad, obra o región.

Empleo de las tecnologías en forma de sistemas Algunas combinaciones de varias de estas tecnologías con un objetivo general son la agricultura de precisión, la agricultura vertical, la desalación a gran escala y las ciudades hidrointeligentes.

La agricultura de precisión se ha utilizado desde los años ochenta integrando tecnologías digitales en los países agrícolas más avanzados del mundo. En México, estados como Guanajuato, Sinaloa y Jalisco emplean desde finales de los noventa y principios de este siglo técnicas como sistemas de información geográfica, imágenes satelitales y aéreas, tractores autónomos, lidar y drones, entre otros, aunque no con una integración total como agricultura de precisión. Varias instituciones desarrollan esta tecnología además de una buena cantidad de empresas privadas.

La agricultura vertical es una tecnología que está siendo fuertemente impulsada por las instituciones de investigación mexicanas, las cuales incluso se han convertido en incubadoras de empresas; ahora es fácil conseguir en la red información de varias de estas ofreciendo sus servicios (véase figura 3).

Por otro lado, en México no existen desaladoras de gran escala. La primera planta de mediana dimensión se construyó en la década de los sesenta junto a la central termoeléctrica de Rosarito, en Baja California, y en su época fue considerada una de las más grandes del mundo, con una capacidad de 320 litros por segundo.

A partir de 1970 y hasta el año 2000 tuvieron auge las desaladoras para complejos turísticos y para la purificación de agua embotellada. En 2003 se concretó el proyecto de la desaladora Maquilas Tetakawi, con una producción de 11.76 l/s, de uso industrial.

En 2005 se puso en marcha la desaladora Guaymas-Empalme, con una producción de 200 l/s (véase figura 4). En 2006 se construyó la planta de Los Cabos,

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Tecnologías disruptivas del agua

que produce 200 l/s de agua y abastece a una parte de Cabo San Lucas.

El sector turístico también ha construido plantas desalinizadoras, como la ubicada en Litibú, Nayarit, que tiene una capacidad de producción de 40 l/s de agua, y recientemente el sector agrícola, en particular el vitivinícola, ha construido pequeñas desaladoras.

Ciudades hidrointeligentes Un ejemplo de cómo se pueden combinar varias de las tecnologías de la cuarta revolución industrial para dar solución a los problemas relacionados con la sociedad, economía, gobernanza, movilidad, medio ambiente y vivienda mediante el uso de tecnologías de la información y la comunicación (TIC) son las ciudades hidrointeligentes.

Una ciudad hidrointeligente permite a los ciudadanos interactuar con el agua de forma multidisciplinaria, y hace posible que los servicios se adapten en tiempo real a sus necesidades de forma eficiente en calidad y costos ofreciendo datos abiertos, soluciones y servicios orientados para resolver los efectos del crecimiento de las ciudades a través de la integración de infraestructuras con sistemas de gestión inteligente.

En México, varios organismos operadores, por ejemplo los de la Ciudad de México, Guadalajara, Puebla y Monterrey, han utilizado tecnologías como las mencionadas sin el planteamiento de ciudad hidrointeligente, lo que ha llevado a crear una gran cantidad de información que, al no conectarse con otras partes del sistema, termina siendo más un problema que una solución.

Tecnologías existentes con potencial de uso en México Existen tecnologías que deberían aprovecharse en el sector hidráulico, como aquellas desarrolladas para incrementar el valor de los datos del agua, la creación de valor de los desperdicios, el incremento del uso de big data y del análisis predictivo, los hogares e infraestructura inteligentes, el manejo de infraestructura envejecida, las tecnologías láser para monitorear contaminación y uso ilegal del agua, los paneles flotantes en cortinas y embalses

de presas, hidroponía inteligente, ganadería controlada, la recuperación de calor residual del agua, el intercambio de datos a través de la infraestructura, las tecnologías de nanomembranas, los hogares de cero descargas, la recolección de energía vibratoria de la lluvia, la obtención de agua de la humedad del medio ambiente a mayor escala que la actual, las tuberías autorreparables, la reducción de la demanda usando electrodomésticos inteligentes, el uso de aparatos del hogar inteligentes para identificar contaminantes que ingresan en el sistema, el desarrollo de bacterias programables y el empleo de la inteligencia artificial para optimizar sistemas, entre otras.

Conclusiones El término “tecnologías disruptivas” puede conducir a la toma de decisiones equivocadas; muchas veces estas son ideas o proyectos que crean falsas expectativas. Es importante conocer cómo se desarrolla una tecnología (curva S) y cuáles son realmente los problemas que se quiere resolver con ellas.

México utiliza tecnologías de muy alto desarrollo, como las empleadas en materia de meteorología (espacios en los que se debe incrementar la ciberseguridad), pero en el otro extremo aún existen deficiencias en campos tan elementales como la medición del agua a nivel urbano.

El conocimiento de las tecnologías utilizadas en México se encuentra disperso; normalmente no están integradas a sistemas, y en ocasiones generan tal cantidad de datos que no se emplean, pues no existe una correspondencia con los objetivos de la elección de la tecnología o el sistema.

La adopción del enfoque de ciudades hidrointeligentes presenta retos financieros, tecnológicos y de adaptación de políticas públicas; no obstante, también representa beneficios tangibles, entre los que destacan la reducción de costos, el mejor manejo del agua, la protección y preservación del ambiente y el aumento en la confiabilidad del sistema. En diversas partes del mundo se ha complementado con otros enfoques, como las soluciones basadas en la naturaleza y la agricultura inteligente, lo que ha dado como resultado no solo una mejora sustancial en la gestión del agua, sino también en la calidad de vida de sus ciudadanos. Sin embargo, existe todavía un vacío para complementar estas ciudades ideales: el ciudadano hidrointeligente (González, 2022).

Existe una buena cantidad de tecnología desarrollada que no se utiliza en México y que es de relativo fácil acceso. Es preciso modificar las políticas públicas en ese sentido y asignar los recursos necesarios para ello Referencias González V., F (2022). Lograr que CU y sus usuarios sean hidrointeligentes, meta de Pumagua. Boletín UNAM 555.

Watson, R., y A. Cupani (2018). Tabla de tecnologías disruptivas. Londres: Imperial College.

Figura 4. Planta desaladora. Empalme, Guaymas, México

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INGENIERÍA SÍSMICA TEMA DE PORTADA

Caída del Ángel de 66 años A las 02:40 h del 28 de julio de 1957 ocurrió un sismo con epicentro frente a las costas del estado de Guerrero que ocasionó daños graves y colapsos en la Ciudad de México.

En ese tiempo no se contaba con la instrumentación actual, de modo que la información técnica que aquí se presenta está basada en artículos y reportes técnicos, además de la experiencia adquirida. Por ejemplo, se estima que la magnitud debió ser de entre 7.7 y 7.9.

La información disponible coincide en que hubo 700 muertos y 2,500 heridos y, pese a que hay reportes de edificaciones dañadas y colapsadas, el sismo se recuerda como “el sismo del Ángel” puesto que la figura alada del Monumento a la Independencia se vino abajo.

EDGAR TAPIA HERNÁNDEZ Profesor investigador en la Universidad Autónoma Metropolitana Azcapotzalco (UAM-A).

DANNY ESPINOZA ARROYO Profesor investigador en la UAM-A. MARIO G. ORDAZ SCHROEDER Investigador del Instituto de Ingeniería, UNAM. SHRI K. SINGH Investigador del Instituto de Geofísica, UNAM. AMADOR TERÁN GILMORE Profesor investigador en la UAM-A.

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En 1877 se lanzó la primera convocatoria para la conscondición no representaba una amenaza, debido a que la trucción de un monumento que recordara la gesta de cimentación estaba proyectada con un elemento de conindependencia. En 1886 se acordó que se situaría en tención periférico constituido por una tablestaca metálica la tercera glorieta de la Calzada de la Reforma, pero no que confina el terreno y el contenido de agua, a pesar del fue hasta 1900 que se aceptó el proyecto propuesto por posible descenso en el nivel general de aguas freáticas. el arquitecto Antonio Rivas Mercado. Consistía en una Desde 1910 hasta 1957, la columna soportó varios columna coronada por la Victoria Alada con las esfinges sismos de magnitud igual o superior al que ocasionó su de los héroes más destacados (EMI, 1901). colapso; por ejemplo, del 14 de enero de 1931 (Mw= Después de algunos inconvenientes en la cimenta7.7 a 7.8) con epicentro en Miahuatlán, Oaxaca; del 3 de ción, el monumento fue inaugurado el 16 de septiembre junio de 1932 (Mw= 8.0 a 8.2) con epicentro en Casimiro de 1910 por el presidente José de la Cruz Porfirio Díaz Castillo, Jalisco; y del 6 de agosto de 1942 (Mw=7.9 a Mori. La columna debió haber sido sometida a intempe8.3) con epicentro en Ciudad Hidalgo, Chiapas (SSN, rismo, viento intenso y sismos, aunque no hay reportes 2023). Pese al buen comportamiento y sin aparente de algún daño acumulado o mal comportamiento hasta daño acumulado, el sismo ocurrido el domingo 28 de el colapso de la estatua en julio de 1957. Derivado del julio de 1957 ocasionó el colapso de la figura alada daño, el Departamento del Distrito Federal, encabezahacia el oriente. En el choque contra el suelo, la estatua do por el regente Ernesto P. Uruchurtu, encomendó la sufrió graves desperfectos (véase figura 2). Además, con reparación al ingeniero Samuel Ruiz García, en calidad base en fotografías disponibles en el Archivo General de de director técnico (Ruiz 1958).

El sistema de cimentación del monumento (véase figura 1) consiste en pilotes de punta hincados hasta la Primera Capa resistente, por lo que la estructura no ha seguido el hundimiento regional que ocurre en la superficie del terreno alrededor de monumento.

Según Ruiz (1958), su emersión desde 1910 hasta 1957 se estimó en 1.50 m, debido a la extracción del agua que contenía la arcilla del subsuelo. Sin embargo, esta Figura 1. Preparación de plataforma de concreto reforzado (Ruiz 1958).

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Caída del Ángel de la Independencia 66 años después

de la Independencia después a

Sitio 2

Sitio 1

Foco Dirección de la ruptura

Figura 3. Fenómeno de directividad en la ruptura en los sitios 1 y 2. b

Figura 2. Ejemplo de daños ocasionados por el sismo: a) estado final de la caída de la figura alada; b) daños en la columna.

la Nación, la columna sufrió agrietamientos de varios centímetros en su recubrimiento.

Efectos de directividad durante un evento sísmico El conocimiento sobre el fenómeno sísmico se ha incrementado sustancialmente debido a la mejora en la precisión y en el aumento de la instrumentación sísmica.

En ese contexto, uno de los fenómenos sobre los cuales

se han hecho adelantos recientes en nuestro país es el de la directividad de la ruptura. Un sismo se genera al liberarse súbitamente la energía acumulada entre dos placas tectónicas en contacto. La liberación de energía ocurre a través de la propagación de una ruptura en la superficie de falla y se sabe que la dirección de la ruptura tiene un impacto muy importante en la intensidad del movimiento del suelo.

En la figura 3, los sitios 1 y 2 se encuentran a la misma distancia epicentral del punto de inicio de la ruptura (foco); sin embargo, el movimiento del suelo en el sitio 1 es mucho mayor y con una menor duración debido a que la ruptura se propaga en dirección del sitio 1 y se genera una interacción constructiva entre las ondas sísmicas.

Por otro lado, el movimiento del suelo en el sitio 2 es de menor amplitud y con una mayor duración respecto al sitio 1, debido a que la ruptura se propaga en dirección opuesta al sitio y se genera una interferencia entre las ondas sísmicas que dispersa el movimiento del suelo.

En la figura 4 se muestra la distribución de estaciones de la red de instrumentación del Instituto de Ingeniería de la UNAM y del Servicio Sismológico Nacional. Aunque todavía es necesario incrementar su número, estas redes han permitido documentar convincentemente el efecto de directividad de la ruptura durante los sismos del 8 de mayo de 2014 Mw= 6.5; 10 de mayo de 2014 Mw= 6.1, y 8 de septiembre de 2021 Mw= 7 (Singh et al., 2019).

De hecho, se ha comprobado que el movimiento del suelo en la Ciudad de México por esos sismos fue afectado por los efectos de directividad; cuando la ruptura se propaga en dirección de la ciudad capital ocurren intensidades sísmicas aproximadamente tres veces mayores que cuando la ruptura se propaga en dirección

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Caída del Ángel de la Independencia 66 años después

b

a

Golfo de México

Estación acelerográfica

Océano Pacífico

Figura 4. Mapa de estaciones sísmicas: a) estaciones del II-UNAM; b) estaciones del Servicio Sismológico Nacional. a

0.7

EO-EGF 31 mayo 1990 NS-EGF 31 mayo 1990 EO-EGF 8 mayo 2014 NS-EGF 8 mayo 2014 T1=1.037 s T2=0.170 s

Aceleración (g)

0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.0

b

0.5

1.0

1.5 2.0 2.5 Periodo (s)

3.0

3.5

4.0

Desplazamiento

Aceleración

Cortante basal

Figura 5. Criterios de los análisis sísmicos: a) espectros de respuesta; b) respuesta sísmica.

contraria. Estos resultados sugieren que los efectos de directividad también influyeron durante el sismo del 19 de septiembre de 1985 Mw=8 y el del 28 de julio de 1957 Mw~7.5-7.7 y que contribuyeron fuertemente a la destrucción observada.

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Estos resultados podrían explicar, 66 años después, la razón por la que el Ángel de la Independencia cayó en 1957. Así, considerando los registros la estación acelerométrica UC44, que está localizada a unos 800 m del monumento, se sintetizó el movimiento del suelo que pudo haberse observado durante el sismo de 1957. Se consideraron registros con efectos de directividad y sin ellos. Se usó como semilla el sismo del 31 de mayo de 1990 para sintetizar el caso sin efectos de directividad y el sismo del 8 de mayo de 2014 para sintetizar movimiento con efectos de directividad. Entonces, aunque ambos registros están asociados con la misma magnitud y aproximadamente la misma distancia, la aceleración que provocan en el sitio es diferente.

En la figura 5 se muestran los espectros de respuesta de ambas señales en la dirección norte-sur y este-oeste que pudieron haber ocurrido durante el sismo de 1957: con línea roja se muestran los espectros asociados a sismos con efecto de directividad hacia la Ciudad de México, mientras con línea azul se muestran los espectros para sismos sin directividad. Las intensidades para el caso de efectos de directividad son mayores que las intensidades para el sismo sin efecto de directividad.

Es interesante notar que solo cuando se incluyen los efectos de directividad se obtiene una magnitud de aceleración máxima cercana al 10% de la gravedad, que es la intensidad que estimaron algunos investigadores para relacionar los daños registrados en 1957 en la zona del Monumento a la Independencia (Rosenblueth, 1960).

Paralelamente, a partir del reporte de la reconstrucción y los limitados documentos históricos disponibles, se realizó un modelo detallado de la columna original (de 1957), cuyos periodos se incluyeron en la figura 5a.

El propósito del estudio es evaluar si las demandas de desplazamiento y aceleración impuestas en la estatua provocarían el colapso cuando se incluyen los efectos de directividad (figura 5b), en contraste con el caso en que no se incluyen. Por ejemplo, en la figura 6 se muestran los desplazamientos obtenidos en análisis dinámicos con las señales obtenidas.

Dada la incertidumbre, el estudio pretende establecer la probabilidad de colapso mediante un estudio

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a

300 200 100 0 –100 –200 –300

Máximos DNS=106.9 mm DEW=70.6 mm

Desplazamiento (mm)

Desplazamiento (mm)

Caída del Ángel de la Independencia 66 años después

Sin efectos de directividad 0

50 NS-EGF 31 mayo 1990 EO-EGF 31 mayo 1990

100

150 Tiempo (s)

b

300 200 100 0 –100 –200 –300

Máximos DNS=259.6 mm DEW=161.5 mm

Con efectos de directividad

0 50 NS-EGF 8 mayo 2014 EO-EGF 8 mayo 2014

100

150 Tiempo (s)

Figura 6. Comparación de los desplazamientos en la estatua: a) señal del 31 de mayo de 1990; b) señal del 8 de mayo de 2014.

estadístico, por lo que se están realizando decenas de análisis ante un número equivalente de señales.

Conclusión Los adelantos tecnológicos han permitido comprender de una manera más detallada la forma que se propagan las ondas sísmicas a partir de los registros sísmicos medidos. La tendencia de los resultados de esta investigación permitirá identificar la influencia de los efectos de directividad para establecer el potencial destructivo en nuevos sismos y también comprender mejor lo que ocurrió en eventos sísmicos previos, como en 1957

Referencias El Mundo Ilustrado, EMI (1901). Monumento a los Héroes de la Independencia. El Mundo Ilustrado. T. 1, núm. 19.

Rosenblueth, E. (1960). The earthquake of 28 July in Mexico City. Memorias del 2º. Congreso Internacional de Ingeniería Sísmica: 359-379.

Ruiz, S. (1958). Expediente de la reconstrucción de la columna de la independencia de 1957. Reporte Técnico. Archivo Histórico de la Nación.

Singh, S. K., et al. (2019). Evidence of directivity during the earthquakes of 8 and 10 May 2014 in Guerrero, Mexico seismic gap and some implications. Journal of Seismology 23:683-697.

Servicio Sismológico Nacional, SSN (2023). Catálogo de Sismos. Consultado el 10 de febrero de 2023. ¿Desea opinar o cuenta con mayor información sobre este tema?

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ENERGÍA

Almacenamiento eléctrico de corta y larga duración Uno de los grandes “desarrollos tecnológicos” para apoyar la generación de energía solar y la eólica han sido los almacenadores de energía, en particular las baterías y las centrales hidráulicas de rebombeo. En este artículo se analizan estos sistemas de almacenamiento separados en dos grandes grupos: los de respuesta rápida (baterías) y los de larga duración (horas). Al final se aborda otra categoría que no altera a las anteriores: el almacenamiento detrás o después del medidor.

GERARDO HIRIART LE BERT Ingeniero naval mecánico. Desde hace 50 años, incorporado al desarrollo de la ingeniería mexicana en la academia, el servicio público y el sector privado, principalmente en temas del sector de energía eléctrica.

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La energía eléctrica producida con tecnologías solar y eólica debe ser apoyada con baterías para mejorar su calidad, con plantas de rebombeo y termosolares para dar respaldo limpio en la noche y con baterías o volantes de inercia en casa del consumidor para optimizar el consumo y dar mayor seguridad.

La transición energética mundial hacia tecnologías que disminuyan al mínimo las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) en la generación y consumo de energía eléctrica y que abaraten sus costos ha abierto la puerta a la energía solar fotovoltaica (FV) y a la eólica, ya que generan sin emitir CO2 y han llegado a ser muy económicas. Sin embargo, esto ha traído muchos problemas técnicos a las redes eléctricas, tales como su intermitencia (solo generan cuando hay sol o viento) y su fluctuación en la entrega de energía al pasar nubes o haber rachas de viento. Hay empresas eléctricas tradicionales que se resisten a incorporar estas nuevas energías variables por los problemas que traen a la red –no solo por las fluctuaciones, sino, además, por su falta de inercia para regularlas y por la imposibilidad de ser despachadas tal como se hace con las plantas tradicionales–, pero en general en el mundo se ha favorecido la inversión en desarrollo tecnológico para resolver de manera eficiente y económica estos problemas. Uno de los grandes “desarrollos tecnológicos” para apoyar la generación de energía solar y la eólica han sido los almacenadores de energía, en particular las baterías y las centrales hidráulicas de rebombeo.

En este artículo se analizan estos sistemas de almacenamiento separados en dos grandes grupos. Los de respuesta rápida (baterías), asociados principalmente al almacenamiento y descarga en segundos, lo que permite entregar a la red una energía de buena calidad (voltaje y frecuencia), y los de larga duración (horas), que almacenan energía durante algunas horas del día para entregarla a la red en la noche. Para no complicar esta explicación, se ha dejado para el final otra categoría que es muy importante pero que no altera a las anteriores; se trata del almacenamiento detrás o después del medidor, es decir, el almacenamiento que podemos instalar en nuestras casas o fábricas para consumir energía de la red cuando esta es barata y evitarla cuando es cara, tomándola de nuestras propias baterías.

Almacenamiento en la central generadora La generación con energía solar FV solo se logra cuando hay sol (6 a 8 horas al día); es en corriente directa que debe ser convertida a corriente alterna con “inversores” para entregarla a la red. Desgraciadamente, la radiación solar es fluctuante (pequeñas oscilaciones de intensidad) y marcadamente variable cuando pasan nubes, que ocasionan bajadas y subidas de carga muy intensas (hasta el 50% de la potencia nominal) y muy rápidas (en segundos). Estas variaciones son muy malas para la red eléctrica, sobre todo en zonas conocidas como “rígidas”.

Para evitar que esas variaciones lleguen al consumidor, se instalan baterías asociadas a la planta solar (y en su caso también a la eólica). Generalmente las baterías se mantienen con una carga del 50%, de manera que puedan recibir o entregar carga proveniente de variaciones rápidas en el suministro y entregarla cuando el operador lo desee. Con este sistema, asociado a un inversor inteligente, se logra intervenir para que la red no se entere cuando hay variaciones bruscas de generación por paso de nubes o ráfagas de viento y siga recibiendo un flujo de energía constante. También el operador de la red, en caso necesario, puede pedir a esta planta solar (con baterías) que aumente o baje la carga entregada (para equilibrar potencia o regular frecuencia, por ejemplo).

Conviene resaltar que en la actualidad hay tecnologías para dar una cierta inercia virtual a las plantas solares con pura electrónica de potencia. Quizás el problema principal que trae consigo la generación solar es que, al atardecer, al ponerse el sol, justo cuando hay una gran demanda de energía en los consumidores, de manera

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Almacenamiento eléctrico de corta y larga duración

Figura 1: a) Vista de un aerogenerador; b) sistema de baterías de respaldo.

brusca cae la generación. Esto se ha resuelto exigiendo a los generadores solares que sus baterías sean capaces de entregar una o dos horas extra de carga según lo requiera el sistema. Evidentemente, todos estos apoyos electrónicos tienen un costo y hay que considerarlos al integrar el precio de esta electricidad de mejor calidad.

También cada país debe tener su reglamentación para pagar al generador estos servicios auxiliares.

La misma metodología expuesta es aplicada para plantas eólicas. Conviene examinar el caso de la recientemente inaugurada planta eólica El Coromuel, situada en las cercanías de La Paz, Baja California Sur, de 50 MW de potencia con 20 aerogeneradores de 2.5 MW cada uno y tres bancos de baterías con sistema inteligente de inversores que suman 10 MW. En la figura 1 se presenta una vista de los aerogeneradores y otra del sistema de baterías de respaldo que operan asociadas a la central para entregar energía eléctrica de buena calidad.

Como se puede ver, el uso de baterías en esta nueva era de energías limpias, donde hay que darle cabida a la solar y la eólica que son intermitentes y fluctuantes, es principalmente para mejorar la calidad de esa energía entregada a la red; no es para almacenar energía y entregarla en la noche. Conviene revisar la figura 2, donde se muestra la producción de baterías esperada en los próximos 25 años en Estados Unidos. Allí se ve que las baterías actuales almacenan energía por corto tiempo, la mayoría con solo 2 horas de almacenamiento. Mucho más adelante se irán incorporando las de 10 horas. Además, en la figura se ve que en el año 2050 se tendrán 210 GW

Almacenamiento de larga duración Otro problema que ha traído la generación con energía solar y eólica es que hay horas en que el “sobrante” debe verterse (o regalarse), mientras que en la noche pasan hasta 18 horas en que no hay fuentes limpias como estas.

Aquí es donde aparecen otras tecnologías, más apropiadas para el caso: por ejemplo, durante el día bombear agua de un embalse inferior a uno superior y, cuando se requiera esa energía, bajar el agua a través de turbinas hidráulicas (véase figura 3) para generar. Otra tecnología que ha cobrado mucha importancia es la generación con energía solar concentrada (véase figura 4), donde mediante espejos se concentra la radiación solar en un foco para obtener muy altas temperaturas. Mediante un sistema de bombeo se hace circular por ese foco de muy alta temperatura agua con sales disueltas, de manera que a esa presión no hierva el agua, se transporte y almacene ese calor en un gran estanque. De allí se extrae de manera controlada el calor haciendo las veces de una caldera, y se genera vapor para mover unas turbinas en un ciclo Rankine tradicional.

Plantas de rebombeo En el mundo hay actualmente más de 500 plantas de rebombeo, que suman 160 GW; en México no tenemos ninguna. Sin embargo, se han hecho trabajos muy valiosos sobre sitios donde se podrían instalar para ser usadas como una especie de “generador nocturno de energía limpia”. Ramírez Otero (2023) presentó recientemente un resumen de los proyectos que se han estudiado, varios de ellos hasta nivel de detalle. Esa presentación dejó puesta sobre la mesa una batería de proyectos que deberían tomarse en cuenta a la hora de analizar fuentes limpias de energía para generar por la noche. Allí quedó claro que el rebombeo ya no es un problema de ubicación de sitios (hay muchos ya estudiados a detalle) sino más

250 200

Crecimiento del almacenamiento Casos de referencia Rebombeo-hidro 12 h Almacenamiento en baterías 8 h Almacenamiento en baterías 4 h

Almacenamiento en baterías 10 h Almacenamiento en baterías 6 h Almacenamiento en baterías 2 h

150 100 50 0 2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022 2024 2026 2028 2030 2032 2034 2036 2038 2040 2042 2044 2046 2048 2050

b

de baterías, lo que es solo el 10% de la potencia instalada y 2% de la generación.

Capacidad de almacenamiento (GW)

a

Figura 2. Proyección en la producción de baterías en los próximos 25 años en EUA.

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Almacenamiento eléctrico de corta y larga duración

Embalse superior

El agua bajando Modo generación

El agua subiendo Modo bombeo Turbobomba

Embalse inferior

Figura 3. Esquema de almacenamiento de energía.

La turbina está conectada a un generador que transforma la energía mecánica en electricidad a bajo voltaje

Los helióstatos concentran la radiación solar sobre una tubería

El vapor mueve la turbina Vapor

El transformador sube el voltaje para transformar la energía eléctrica

Agua fría

Entrada de refrigerante

Generador de vapor

Salida de refrigerante El vapor se condensa y completa el ciclo

Figura 4. Generación con energía solar concentrada.

bien de estrategia para la generación de energía limpia en el futuro. Si queremos bajar las emisiones y nos llenamos de plantas fotovoltaicas, habrá que respaldarlas con rebombeo. Es decir, este es un tema que tendrá que revivir con fuerza en el país, y agregarse otros casos de rebombeo como aquellos con agua desalada con vasos de almacenamiento artificiales en las montañas de la península de Baja California.

Plantas termosolares con almacenamiento Una planta termosolar es muy conveniente en sitios con buena radiación solar directa (que se pueda concentrar reflejándola con espejos). En México, al igual que en los países árabes y en el desierto de Atacama, esta condición se da. Desgraciadamente, cuando se compara con la fotovoltaica resulta más cara y se rechaza, pero es poco válida esa comparación, ya que la ventaja de la termosolar es que puede generar prácticamente toda la noche gracias a su almacenamiento térmico con sales eutécticas disueltas. Tan solo en España hay instaladas 50 plantas termosolares, 18 de las cuales tienen almacenamiento de larga duración. Cuando se tome conciencia en nuestro país de que será indispensable eliminar las fuentes emisoras de CO2 podrá iniciarse la construcción de estas plantas en el noroeste del país.

26

Almacenamiento después del medidor Con el advenimiento intensivo de generación solar con celdas fotovoltaicas, y muy pronto con el uso masivo de autos eléctricos, vamos a encontrar que en las casas mexicanas y en muchos centros comerciales y fábricas habrá que optimizar, de manera inteligente, el almacenamiento de energía de parte del consumidor. Es decir, después del medidor habrá de tenerse una batería con sistema inteligente de inversor para que esta se cargue cuando haya energía barata y sobrante (solar, generalmente) y se consuma desde la batería cuando la de la red sea cara o escasa. Muy pronto tendrá un papel interesante el uso masivo de autos eléctricos. Lo ideal será cargarlos a las horas de radiación solar en estaciones comerciales o en la oficina, y luego, al llevarlos a casa, en lugar de que se sigan cargando, usarlos para que asuman la función de batería móvil (que se cargó a las horas de sol) y se use, en parte, para apoyar el consumo casero. Para que este sistema funcione como un buen optimizador del consumo de energía eléctrica va a ser indispensable el sistema de tarifas donde se refleje de manera clara el costo horario de producirla.

Finalmente, una función no menos importante del almacenador en casa es asegurar el suministro cuando haya interrupciones de energía, sobre todo en casos en que los apagones causan impactos importantes (sistemas de cómputo, por ejemplo). Son de destacarse otros sistemas de almacenamiento no tan conocidos, como los volantes de inercia. Muchos sitios tienen una rueda al vacío girando a alta velocidad acoplada a un generador eléctrico. Las variaciones del voltaje casero o la interrupción del servicio se subsanan con estos volantes, que son efectivos y no tan caros.

Conclusión Las baterías se usan en esta era de transición energética como un aditamento que el generador requiere en su planta para entregar a la red una energía de calidad. Las plantas de rebombeo ya están bastante desarrolladas y se requiere incorporarlas a los estudios de flujo de las redes y a las estrategias para proveer el respaldo a las energías intermitentes, asociado esto a una reglamentación adecuada de las responsabilidades de cada área en estos casos y de los costos a pagar. Es necesario incorporar a los estudios de la red futura una o varias plantas termosolares capaces de suministrar energía limpia en la noche; también buscar la manera de fomentar, para bien del país y de su población, el almacenamiento (asociado a autogeneración) después del medidor en casas y comercios Referencias Ramírez O., J. (2023). La importancia de instalar plantas de almacenamiento de energía por bombeo (PAEB). México: Diálogos con Ingenieros.

Sesión 39-42, 27 marzo. Colegio de Ingenieros Civiles de México. ¿Desea opinar o cuenta con mayor información sobre este tema?

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MEDIO AMBIENTE

Aprovechamiento de RCD para la rehabilitación de parques urbanos Las áreas urbanas de la Ciudad de México están siendo afectadas por la intensificación en la construcción de edificaciones residenciales y comerciales. Esto ha generado un aumento de los residuos de la construcción y demolición, los cuales no tienen un adecuado manejo para su eliminación a pesar de que hay recicladoras y una normativa para la CDMX: son depositados en banquetas, calles, avenidas, terrenos baldíos, tiraderos clandestinos, barrancas, tiraderos a cielo abierto o, en el mejor de los casos, en rellenos sanitarios. Paralelamente, como resultado de esta actividad constructiva, se han disminuido las áreas verdes urbanas, y esto genera falta de espacios para la recreación, el esparcimiento y el cuidado ambiental de la ciudadanía.

HUGO ALBERTO QUINTERO NAVARRO MARÍA NEFTALÍ ROJAS VALENCIA Coordinación de Ingeniería Ambiental, Instituto de Ingeniería de la UNAM.

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El problema del mal manejo de los residuos de construcción y demolición (RCD) no termina. Hay un gran desconocimiento sobre su potencial de aprovechamiento como materia prima. Su reutilización como material de construcción abonaría a la disminución de afectaciones que se generan al ambiente, al evitar la sobreexplotación de materiales vírgenes y su traslado desde el banco de materiales.

El aumento de construcciones en la Ciudad de México se ha convertido en un problema debido a la generación de RCD, ya que cuando no se les da algún uso y no se eliminan adecuadamente pueden provocar daños al ambiente y a la ciudadanía; por ello se ve la necesidad de aprovecharlos como materia prima para construir edificaciones o mejorar las áreas verdes y parques urbanos, ya que este tipo de espacios no solo mejoran la calidad de vida de las personas sino que también contribuyen a frenar el crecimiento desbordado en las edificaciones, además de aportar beneficios ambientales como la reducción de la escorrentía y la mitigación de inundaciones (Venkataramanan et al., 2019) o la regulación del clima a través de la sombra y la evapotranspiración (Doick et al., 2014).

Figura 1. Parque de los Periodistas Ilustres; alcaldía Venustiano Carranza, CDMX.

Los parques urbanos son espacios que requieren una buena gestión para su mantenimiento (Aly y Dimitrijevic, 2021); esto se puede lograr conociendo sus condiciones y características, así como la dependencia responsable, con objeto de determinar el efecto que

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Aprovechamiento de RCD para la rehabilitación de parques urbanos

–99.280793

–99.176204

–99.071615

–98.967026

N

19.515512

ocasionaría la intervención en el sitio, además de establecer metas para su mejoramiento y lograr un equilibrio entre los beneficios ambientales, económicos y socioculturales.

19.095710

19.235644

19.375578

Situación de los RCD en la Ciudad de México Simbología Como ya se ha dicho, en México Planta concretos la industria de la construcción gereciclados nera anualmente 12 millones de Planta concretos toneladas de RCD, al día se generan sustentables aproximadamente 33,600 toneladas (Rojas et al., 2022). En el caso de la Planta Sobse Ciudad de México, de acuerdo con Á. Obregón el Plan de Acción Basura Cero, hacia Azcapotzalco una Economía Circular, presentado B. Juárez Coyoacán por la Secretaría de Medio AmbienCuajimalpa te, al día se generan de 14,000 a Cuauhtémoc GA Madero 17,000 toneladas de RCD, es decir, Iztacalco Iztapalapa en la ciudad se llega a producir del M. Contreras 42 al 51% del total de RCD del país, y M Hidalgo Milpa Alta solamente se reciclan 206 toneladas.

Tláhuac Ahora bien, los residuos proTlalpan V. Carranza venientes de desastres naturales, Xochimilco particularmente sismos y terremotos, Texcoco 0 7.5 15 22.5 30 representan una fuente importante de km RCD; Reyes y Rojas (2020) exponen que en el sismo del 19 de septiembre de 2017 en la Ciudad de México se Figura 2. Ubicación de plantas de reciclaje de RCD. produjeron aproximadamente 364,598 t de residuos provenientes del colapso y la demolición Tabla 1. Número de parques urbanos por alcaldía de edificaciones dañadas. Esta cifra equivale a la acuAlcaldía Número de parques urbanos mulación de RCD generados por 26 días en la Ciudad Iztapalapa 452 de México.

Coyoacán 253 Actualmente, la Ciudad de México cuenta con tres Gustavo A. Madero 128 plantas de tratamiento y aprovechamiento de RCD: una Tláhuac 111 en el oriente, en Iztapalapa; otra en el poniente, en Miguel Álvaro Obregón 86 Hidalgo, de una empresa en colaboración con el GobierAzcapotzalco 77 no de la CDMX; la tercera está en el campamento de la Miguel Hidalgo 66 Secretaría de Obras y Servicios de la CDMX, ubicado en Tlalpan 65 la IV Etapa del Sitio de Disposición Final Bordo Poniente, en el municipio de Texcoco, Estado de México. En la figuVenustiano Carranza 52 ra 2 se presenta la ubicación de las plantas de reciclaje.

Cuauhtémoc 47 Situación de los parques urbanos en la Ciudad de México En el Inventario de Áreas Verdes 2017 de la Sedema se registra que en la Ciudad de México existen 1,447 parques urbanos, y que la superficie de áreas verdes promedio por habitante en la ciudad es de 7.54 m2, cuando el estándar recomendado por la OMS establece que, para mantener una buena calidad de vida en las ciudades, se debe tener por lo menos 9 m2 por habitante.

La mayoría de los parques urbanos se encuentran en las alcaldías Iztapalapa con 452, Coyoacán con 253 y Gustavo A. Madero con 128. En la tabla 1 se presenta el

Xochimilco

30

Benito Juárez

27

Magdalena Contreras

22

Cuajimalpa

15

Iztacalco

15

Milpa Alta

1

Fuente: Sedema.

número de parques urbanos por alcaldía, y en la figura 3, la ubicación de cada uno de los parques.

En la alcaldía Xochimilco hay registrados 116 tiraderos clandestinos de RCD, que abarcan aproxima-

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29

Aprovechamiento de RCD para la rehabilitación de parques urbanos

–99.096802

–98.990139

19.508464

N

–99.203465

19.621660

–99.310128

determinantes de los centros urbanos y poblaciones rurales cuya adecuada dotación influye en la calidad de vida de las personas, al proporcionarles servicios de bienestar social y apoyo a las actividades económicas, sociales, culturales, recreativas e incluyentes.

19.055680

19.168876

19.282072

19.395268

Reciclaje de RCD en parques urbanos Parques urbanos La industria de la construcción es el Á. Obregón sector que produce mayores afectaAzcapotzalco ciones al ambiente, debido a los altos B. Juárez Coyoacán consumos de energía y recursos naCuajimalpa turales requeridos para la producción Cuauhtémoc de los materiales que utiliza. Por otro GA Madero lado, hay avances para reducir el agoIztacalco tamiento de los recursos naturales, Iztapalapa pero evitar del todo el agotamiento M. Contreras de estos recursos es prácticamente M Hidalgo Milpa Alta imposible y, por ello es necesario Tláhuac considerar la sostenibilidad al planiTlalpan ficar diferentes proyectos de aproV. Carranza vechamiento por medio del reciclaje Xochimilco de los RCD. De acuerdo con la NACDMX0 3.5 7 14 21 28 007-RNAT-2019, el agregado recikm clado que se logra obtener de los RCD se puede utilizar en elementos Figura 3. Ubicación de parques urbanos en la Ciudad de México. no estructurales, en particular en el equipamiento de parques urbanos. u En México la industria de la construcción gene- En la figura 4 se muestra el proceso de aprovechamiento ra anualmente 12 millones de toneladas de RCD; de los RCD, desde la generación hasta el reciclaje para la rehabilitación de parques urbanos. al día se generan unas 33,600 t. En la Ciudad de Existen estudios donde se manifiesta la viabilidad México, de acuerdo con el Plan de Acción Basura técnica de los concretos reciclados para la fabricación Cero, hacia una Economía Circular, presentado por de mobiliario urbano (Sánchez, 2019), con resistencias la Secretaría de Medio Ambiente, al día se generan a la compresión mayores a 35 MPa; además, se ha de 14,000 a 17,000 t de RCD, es decir, en la ciudad demostrado que el comportamiento del concreto fabrise llega a producir del 42 al 51% del total de RCD cado es mejor con agregado grueso reciclado y que, al emplear agregados reciclados para fabricar ladrillos del país, y solo se reciclan 206 t. Ahora bien, los re- y bloques, se obtienen materiales que cumplen con lo siduos provenientes de desastres naturales repre- establecido en la normativa mexicana (Rojas et al., 2022). sentan una fuente importante de RCD. Tomando en cuenta lo anterior, el empleo de estos residuos para la rehabilitación y equipamiento de pardamente 72 ha, y solo se tienen 30 parques urbanos; ques urbanos es una opción viable (véanse ejemplos esto podría verse como una oportunidad para reciclar en la figura 5). los residuos y emplearlos como materia prima para la Para emprender la rehabilitación de parques urbanos rehabilitación de los parques urbanos o para la conses importante considerar la ubicación y condiciones del trucción de otros. lugar y conocer la relación que existe entre las personas Por otra parte, en el año 2022 se publicó la NOMy el parque. Otro aspecto a tomar en cuenta es la distan001-SEDATU-2021, Espacios públicos en los asentacia que habrá entre el parque y el sitio autorizado para mientos humanos. En ella se precisa que un espacio aportar los agregados reciclados, ya que el transporte público es un elemento estratégico para el desarrollo que conlleva el acarreo de materiales se traduce en un sostenible de una ciudad y se considera a los parques importante daño ambiental, pues se producen gases urbanos como espacios públicos con función de equipay se emiten polvos y contaminación acústica (Ding et miento público, es decir, son espacios con componentes al., 2016). De igual forma, el volumen de agregado re-

30

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Aprovechamiento de RCD para la rehabilitación de parques urbanos

Actividades generadoras de RCD

Tratamiento de RCD

Elementos fabricados con RCD

Rehabilitación de parques urbanos con RCD

Figura 4. Proceso de aprovechamiento de los RCD en la rehabilitación de parques urbanos.

Granulometría Arenas ¼” a finos Sello 3∕8

Andadores y trotapistas

Mobiliario para parques urbanos

Granulometría Arenas ¼” a finos Sello 3∕8 Grava 1”

Granulometría Sello 3∕8

Un aspecto importante a tener en cuenta al momento de rehabilitar parques urbanos o espacios de este tipo es la gestión, debido a que la mayor parte de los esfuerzos se focalizan en el diseño y construcción, pero al mantenimiento del espacio no se le presta la importancia necesaria. Mantener un parque en buenas condiciones ofrecerá un lugar atractivo para las futuras generaciones

Referencias Aly, D. y Dimitrijevic, B. (2021). An ecocentric approach to defining a public park system. Archnet-IJAR: International Journal of Architectural Research 15(3): 634-651.

Granulometría Granulometría Ding, Z., Y. Wang y P. X. W. Zou (2016). An agent Sello 3∕8 Balastro 3” based environmental impact assessment of builFigura 5. Ejemplos de mobiliario para parques urbanos hechos con RCD. ding demolition waste management: Conventional versus green management. Journal of Cleaner Production 133: 1136-1153. ciclado de RCD que se empleará para la rehabilitación Doick, K. J., et al. (2014). The role of one large greenspace in mitigating de parques urbanos dependerá del área del sitio y del London's nocturnal urban heat island. Science of The Total Environequipamiento que se fabricará. ment 493: 662-671.

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Gaviones y jardineras

sostenible con la rehabilitación de espacios recreativos para la ciudadanía.

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CONVOCATORIA CERTIFICACIÓN PROFESIONAL PARA INGENIEROS CIVILES Fecha límite de entrega de documentos: Miércoles 30 de Agosto 2023, a las 15:00 hrs

Consulta nuestras bases en la convocatoria publicada en:

www.cicm.org.mx Informes: Lic. Fabiola Nateras Tel: 56062323 ext. 135

Correo: certificacion@cicm.org.mx

TECNOLOGÍA

Medición de deformaciones del terreno con satélite radar para el monitoreo de infraestructuras La medición de deformaciones del suelo en estructuras e infraestructuras es un tema esencial en la ingeniería civil. Una técnica cada vez más utilizada para medir inestabilidades es la interferometría radar, la cual permite la medición precisa de deformaciones del suelo a lo largo del tiempo y resulta útil para detectar posibles fallas o problemas de estabilidad en puentes, edificios, taludes y otras estructuras. En este artículo se explica cómo funciona la interferometría radar aplicada al monitoreo de infraestructuras y algunas de sus aplicaciones prácticas en el campo de la ingeniería civil.

POL FORNÉS LLOBET Ingeniero geólogo con maestría en Sistemas de Información y Aplicaciones Satelitales. Tiene más de siete años de experiencia en el análisis de datos InSAR aplicados a ingeniería civil y geotecnia.

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La técnica de medición de deformaciones del suelo mediante procesamiento de imágenes de satélite de radar, conocida como interferometría radar o InSAR por su nombre en inglés (interferometric synthetic aperture radar) es una técnica que utiliza satélites equipados con sistemas de radar para obtener información sobre el movimiento de la superficie terrestre.

La técnica InSAR tiene varias ventajas sobre otras técnicas de observación de la Tierra, como la fotografía aérea o los satélites ópticos. En primer lugar, el radar es capaz de penetrar en las nubes y la lluvia, lo que significa que puede obtener datos en cualquier momento del día y en cualquier condición meteorológica. Además, la tecnología satelital de radar puede proporcionar información en 3D, lo que es esencial para la modelización y el análisis de la superficie terrestre.

Hoy en día, InSAR se utiliza ampliamente en todo el mundo para el monitoreo de las deformaciones del terreno, y se han desarrollado numerosos programas y herramientas para su análisis y visualización. Los datos InSAR se utilizan en una variedad de aplicaciones, desde la evaluación del riesgo de deslizamientos hasta la monitorización de la subsidencia causada por la extracción de recursos naturales, lo que demuestra el valor de esta tecnología para el control de la estabilidad del suelo, la prevención y la toma de decisiones.

Origen y evolución de la tecnología de satélite radar La tecnología de satélite radar (también conocida como SAR) utiliza ondas de radar para crear imágenes de la superficie terrestre. Los satélites de radar pueden ser utilizados para una amplia variedad de aplicaciones, incluyendo la observación del clima y la atmósfera, la medición de deformaciones del suelo, el seguimiento de la deforestación y la desertificación, la detección de cambios en la superficie terrestre, la cartografía, la topografía, la gestión de desastres naturales y la vigilancia marítima, principalmente. La tecnología de satélite radar ha avanzado significativamente en las últimas décadas, para permitir la adquisición de imágenes de alta resolución y la aplicación de técnicas más avanzadas como la interferometría radar y la polarimetría radar. Los avances en la tecnología de satélite radar han permitido una mejor comprensión de la superficie terrestre y han abierto nuevas posibilidades para la observación y el monitoreo de nuestro planeta.

En este sentido, existen varias técnicas de procesamiento de las imágenes satélite radar, que son utilizadas en función de los objetivos específicos de cada estudio o análisis. La tecnología satelital de radar puede utilizar diferentes tipos de señales de radar, como la polarimetría, la interferometría, la coherencia y la sintética. Cada

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Medición de deformaciones del terreno con satélite radar para el monitoreo de infraestructuras

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R2

R1

una de estas señales proporciona inEl satélite emite una señal El satélite vuelve a emitir una formación diferente sobre la superficie que rebota en el suelo y señal sobre el mismo objeto y se terrestre y puede utilizarse para distinvuelve al sensor. Se calcula calcula cuánto tiempo tarda en cuánto tiempo tarda la señal volver al sensor en comparación tas aplicaciones. La polarimetría, por en ir y volver al sensor. con la emisión anterior. ejemplo, utiliza señales de radar polarizadas para medir la reflectividad de diferentes tipos de superficies, lo que t2 puede utilizarse para la clasificación t1 de la vegetación y la identificación de zonas inundadas.

R= c · t delay La interferometría SAR es una 2 técnica que se utiliza para medir las deformaciones de la superficie terrestre mediante la comparación de ΔR12 imágenes radar tomadas en distintos periodos y se aplica en diversos campos de la ingeniería civil y la geotecnia, especialmente en el ámbito de las Deformación del suelo infraestructuras, la minería, la extracción de hidrocarburos o los estudios Figura 1. Funcionamiento teórico de la tecnología InSAR. de sismicidad.

La tecnología InSAR se originó en la década de 1970, funciona emitiendo pulsos de radar u ondas electrocuando en el campo de la ingeniería de telecomunicamagnéticas desde un satélite en dirección a la superficie ciones se comenzaron a utilizar los sistemas de radar terrestre. Estos pulsos de radar rebotan en la superficie de apertura sintética para la observación de la Tierra. y son detectados por el satélite. El tiempo que tarda La técnica inicialmente se desarrolló para aplicaciones en regresar el pulso se utiliza para calcular la distancia militares, como la vigilancia de la superficie terrestre entre el satélite y la superficie de la Tierra. A partir de la para detectar objetos en movimiento, pero pronto se información recogida, se pueden generar mapas de alta reveló su potencial para la observación de la Tierra con resolución y precisión sobre la dinámica y el comporfines civiles. A finales de los ochenta y principios de los tamiento de la superficie terrestre (véase figura 1). noventa, los científicos comenzaron a utilizar la técnica Los satélites radar tienen una órbita polar y se comInSAR para medir la elevación de la superficie terrestre, y ponen generalmente de dos modos o geometrías de se descubrió que era una técnica muy precisa y útil para adquisición distintas: ascendente y descendente. Los el monitoreo de la deformación del terreno de forma consensores radar toman datos con una inclinación de tinua. En la década de 1990 se lanzaron varios satélites entre 20 y 30 grados respecto al eje cenital. Cuando el para la observación de la Tierra equipados con sistemas satélite va de sur a norte se le llama modo ascendente, de radar capaces de realizar mediciones InSAR, como y al revés, cuando va de norte a sur se le conoce como el ERS-1 y el ERS-2 de la Agencia Espacial Europea y el modo descendente. Cada modo, por lo tanto, adquiere JERS-1 de la Agencia Espacial de Japón. los datos con una perspectiva enfocada desde el Este En la década de 2000, la técnica InSAR se convirtió en o desde el Oeste. Mediante la combinación de ambos una herramienta importante para el monitoreo de deformodos de adquisición es posible obtener información de maciones y la identificación de los peligros asociados a la una zona concreta desde dos perspectivas diferentes, actividad tectónica, volcánica y de subsidencia, así como eliminando zonas sin medidas por falta de sensibilidad la monitorización de infraestructuras críticas como presas, de las ondas del satélite. Esto tiene especial relevancia puentes y edificios. en zonas con una geografía abrupta donde se pretenda Actualmente existen diversas constelaciones samonitorizar taludes o laderas con distintas perspectivas. telitales radar que operan en todo el mundo y toman Además, la combinación de ambos modos permite desdatos de forma sistemática. Los satélites radar, al tener componer el movimiento en el eje horizontal Este-Oeste, una cobertura global, permiten medir en cualquier parte siendo capaz de detectar la dirección de desplazamiento del mundo de forma remota y con una recurrencia de de un punto concreto (véase figura 2). adquisición de datos que oscila entre los 4 y los 12 días.

Los resultados obtenidos mediante InSAR se representan como mapa de puntos o nube de puntos de Funcionamiento de la tecnología deformación. Cada punto se corresponde con la media e implicaciones en el monitoreo de infraestructuras de deformación de un pixel. El tamaño del pixel puede La técnica InSAR es una técnica que utiliza satélites equivariar en función del tipo de satélite que se esté utilizanpados con sistemas de radar para obtener información do; existen satélites con resoluciones de 3 × 3 metros sobre la superficie terrestre. El sistema satelital radar pixel o sensores con resoluciones de 3 × 15 metros pixel.

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También se ha utilizado para monitorear la deformación en edificios, lo que puede ayudar a detectar problemas como el asentamiento del suelo o la falla de materiales de construcción, así como la detección precoz de deslizamientos o colapsos de taludes en carreteras, por ejemplo.

tN t2

t1

Figura 2. Modos de adquisición del satélite.

Por lo tanto, para un área de 1 km2 se pueden obtener cerca de 2,000 puntos medidos.

Al mapa de puntos o nube de puntos de deformación se le atribuye una escala de valores de deformación, representada mediante una paleta de colores, en la que cada color indica un valor o rango concreto de deformación para cada punto medido. Asimismo, cada punto medido contiene su serie histórica de deformación, la cual se representa mediante tendencias de movimiento; para cada fecha se muestra el grado de desplazamiento observado.

En la figura 3 se muestra un ejemplo de mapa de puntos de deformación con una serie temporal de un punto concreto. En el eje de la X se muestra el espacio de tiempo en que se ha llevado a cabo la medición, mientras que el eje de la Y muestra el grado o magnitud de deformación medida para este punto concreto.

La interferometría, por lo tanto, es una técnica de medición de alta precisión que permite monitorizar los movimientos y deformaciones del suelo en una variedad de estructuras, incluyendo puentes, edificios, represas, carreteras o minas, tanto subterráneas como a cielo abierto. La técnica se ha utilizado con éxito para medir la deformación en puentes durante eventos como terremotos, cargas de tráfico y cambios en la temperatura.

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Ventajas de la interferometría La interferometría radar tiene varias ventajas sobre otras técnicas de medición de deformación, como los extensómetros o los acelerómetros. En primer lugar, la interferometría radar no requiere contacto físico con la superficie, lo que reduce el riesgo de dañar la estructura durante la medición. En segundo lugar, la técnica es no destructiva, lo que significa que no se daña la superficie o la estructura durante la medición, ya que la toma de datos es completamente remota. Las imágenes satelitales radar cubren una superficie de entre 30 y 50 km2, hecho que permite medir grandes extensiones geográficas y a su vez trabajar con distintas escalas, regional y detallada.

Finalmente, la interferometría radar permite mediciones con una precisión de entre 3 y 5 mm por punto medido, lo que es esencial para la detección temprana de precursores de movimiento que puedan derivar en potenciales eventos como movimientos de masas, deslizamientos o colapsos de estructuras sensibles como puentes.

Sin embargo, es importante destacar que las mediciones interferométricas son complementarias a las que se pueden hacer con otro tipo de instrumentación que puede tener las mismas características en cuanto a precisión se refiere. No se trata de una técnica sustitutiva, sino de una técnica que complementa y ayuda a obtener una visión más integral sobre el estado de las deformaciones del suelo en una zona concreta. En este sentido, también es importante destacar que no se puede establecer una comparación directa entre distintas técnicas de medición, ya que la forma en la que capta el movimiento cada tipo de instrumentación es distinta.

Por lo tanto, el satélite radar puede ayudar a calibrar los resultados obtenidos de acelerómetros o hitos topográficos y ser un elemento de validación del dato.

La resolución de las medidas depende del satélite que se use; las máximas resoluciones son de 1 × 1 m.

Pero la precisión de cada punto medido es siempre de entre 3 y 5 mm, independientemente del sensor que se utilice.

Asimismo, la interferometría radar se puede utilizar en combinación con otras técnicas de monitoreo de infraestructuras, como la monitorización de la temperatura y la humedad, para proporcionar una imagen completa del comportamiento de la estructura. Además, la técnica se puede utilizar para monitorear el movimiento y la deformación de la superficie del terreno alrededor de la estructura, lo que puede ser útil para detectar la presencia de fallas geológicas o el asentamiento del suelo, pudiendo delimitar con precisión la cubeta de subsidencia.

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Figura 3. Mapa de puntos de deformación.

u La interferometría radar se puede utilizar en combinación con otras técnicas de monitoreo de infraestructuras, como la monitorización de la temperatura y la humedad, para proporcionar una imagen completa del comportamiento de la estructura.

Además, la técnica se puede utilizar para monitorear el movimiento y la deformación de la superficie del terreno alrededor de la estructura, lo que puede ser útil para detectar la presencia de fallas geológicas o el asentamiento del suelo, pudiendo delimitar con precisión la cubeta de subsidencia.

En el caso del monitoreo de carreteras y autopistas, en particular, la técnica InSAR se ha utilizado para medir la deformación y la elevación de la superficie de la carretera, lo que hace posible a los ingenieros detectar y prevenir problemas como el hundimiento, la erosión y otros tipos de daños que pueden afectar la seguridad e integridad de la estructura.

Como se ha explicado, la tecnología InSAR se basa en la capacidad de un radar para medir la distancia y la elevación de un objeto mediante la medición del tiempo que tarda una señal de radar en viajar desde el radar hasta el objeto y regresar. Al medir la diferencia en la elevación de la superficie de la carretera en diferentes momentos, se puede detectar la deformación y el desplazamiento de la carretera. Por lo tanto, los datos InSAR se pueden utilizar para construir mapas de elevación y deformación de la superficie de la carretera, y ayudar a identificar áreas críticas que requieren

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reparación o mantenimiento con objeto de mejorar la seguridad y reducir los costos de reparación y mantenimiento a largo plazo.

La técnica InSAR también se utiliza para monitorear el movimiento de puentes y otras estructuras sensibles; pueden detectarse signos tempranos de fallas o colapsos gracias a la capacidad del sensor radar para medir con precisión milimétrica la diferencia en la elevación de la superficie donde está asentada la estructura. También es una herramienta útil para monitorear la actividad sísmica y la deformación de la tierra donde se asienta el puente. Esto puede proporcionar una indicación temprana de problemas potenciales que afecten a la estabilidad de la propia estructura, como la erosión y subsidencia del suelo, que podrían desencadenar un proceso de aceleración del movimiento y afectar a la estabilidad durante un fenómeno de actividad sísmica.

Conclusión La interferometría radar es una técnica valiosa para la medición de deformaciones de la superficie terrestre en infraestructuras y estructuras críticas. La técnica es no invasiva, al ser completamente remota; proporciona datos con una precisión milimétrica, lo que la hace ideal para la detección temprana de precursores de movimiento.

La interferometría radar se puede utilizar en combinación con otras técnicas de monitoreo para proporcionar una imagen integral del comportamiento del suelo y mejorar la seguridad de la infraestructura ¿Desea opinar o cuenta con mayor información sobre este tema?

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