Ingeniería Civil IC 620 junio 2021 by Helios Comunicación

620 / AÑO LXXI / JUNIO 2021 $60

Optimización del aprovechamiento del Sistema Cutzamala

Espacio del lector

Dirección general Ascensión Medina Nieves Consejo Editorial del CICM Presidente Luis Rojas Nieto

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sumario Número 620, junio de 2021

PORTADA: CONAGUA

3 MENSAJE DEL PRESIDENTE / EL CICM, UN ACTIVO VALIOSO 4 DIÁLOGO PARA LA SOCIEDAD / REYES JUÁREZ DEL ÁNGEL / LA AUTOPISTA TIJUANA-ENSENADA / FRANCISCO 8 CARRETERAS JAVIER MORENO FIERROS Y MIGUEL GALLARDO CONTRERAS / INGENIERÍA DE VALOR PARA EL TRAMO DE CONEXIÓN 12 TÚNELES ENTRE LAS LÍNEAS 2 Y 3 DEL METRORREY / JOSÉ LUIS QUINTANA LÓPEZ / MANTENIMIENTO EN DUCTOS DE DISTRIBUCIÓN DE GAS 16 ENERGÍA NATURAL EN NUEVO LEÓN / FERNANDO BERRA CORONA DE PORTADA: HIDRÁULICA / OPTIMIZACIÓN DEL APROVECHA20 TEMA MIENTO DEL SISTEMA CUTZAMALA / JAVIER RAMÍREZ OTERO Y JESÚS ADOLFO RUIZ SALAZAR

HIDRÁULICA / IMPOSTERGABLE, REDUCIR SOBREEXPLOTACIÓN DE ACUÍFEROS DEL VALLE DE MÉXICO / CÉSAR HERRERA TOLEDO Y JUAN PABLO DEL CONDE GUADALAJARA

CENTENARIAS / INSTALA30 OBRAS CIONES DE LA ESTACIÓN FERROVIARIA DE VERACRUZ DEL MUNDO / IMPRESIÓN 3D, EL FUTURO DE LA CONS35 ALREDEDOR TRUCCIÓN

CULTURA / LIBRO LAS TINIEBLAS Y EL ALBA / KEN FOLLETT

AGENDA / CONGRESOS, CONFERENCIAS…

Vicepresidente Alejandro Vázquez Vera

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

Consejeros Felipe Ignacio Arreguín Cortés Enrique Baena Ordaz Luis Fernando Castrellón Terán José Manuel Covarrubias Solís Carlos Alfonso Herrera Anda Mauricio Jessurun Solomou Roberto Meli Piralla Manuel Jesús Mendoza López Regino del Pozo Calvete Javier Ramírez Otero Jorge Serra Moreno Óscar Valle Molina Miguel Ángel Vergara Sánchez Luis Vieitez Utesa Dirección ejecutiva Daniel N. Moser da Silva Dirección editorial Alicia Martínez Bravo Coordinación de contenidos Teresa Martínez Bravo Contenidos Ángeles González Guerra Diseño Diego Meza Segura Dirección comercial Daniel N. Moser da Silva Comercialización Laura Torres Cobos Victoria García Frade Martínez Dirección operativa Alicia Martínez Bravo Administración y distribución Nancy Díaz Rivera Realización HELIOS comunicación +52 (55) 29 76 12 22

Su opinión es importante, escríbanos a ic@heliosmx.org IC Ingeniería Civil, año LXXI, número 620, junio de 2021, 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, México, Distrito Federal. Tel. 5606-2323, www.cicm.org.mx, ic@heliosmx.org Editor responsable: Ing. Ascensión Medina Nieves. Reservas de Derechos al Uso Exclusivo número 04-2011-011313423800-102, ISSN: 0187-5132, ambos otorgados por el Instituto Nacional del Derecho de Autor, Licitud de Título y Contenido número 15226, otorgado por la Comisión Calificadora de Publicaciones y Revistas Ilustradas de la Secretaría de Gobernación. Permiso Sepomex número PP09-0085. Impresa por: Helios Comunicación, S.A. de C.V., 8 de Septiembre 42-2, col. Daniel Garza, alcaldía Miguel Hidalgo, CP 11830, Ciudad de México. Este número se terminó de imprimir el 31 de mayo de 2021, con un tiraje de 4,000 ejemplares. Los artículos firmados son responsabilidad de los autores y no reflejan necesariamente la opinión del Colegio de Ingenieros Civiles de México, A.C. Los textos publicados, no así los materiales gráficos, pueden reproducirse total o parcialmente siempre y cuando se cite la revista IC Ingeniería Civil como fuente. Registro en el Padrón Nacional de Medios Certificados de la Secretaría de Gobernación. Para todo asunto relacionado con la revista, dirigirse a ic@heliosmx.org Costo de recuperación $60, números atrasados $65. Suscripción anual $625. Los ingenieros civiles asociados al CICM la reciben en forma gratuita.

Mensaje del presidente

Salud, economía e ingeniería

más de 18 meses de declarada la pandemia de SARS-CoV-2, la economía mundial comienza a recuperarse lentamente. El sector de la infraestructura, y la construcción en general, ha sido uno de los más afectados por la situación. En México se han sumado otros factores, como la política de austeridad del gobierno federal y la participación de las fuerzas armadas en la construcción (aunque éstas han recurrido en alguna medida a ingenieros y compañías del ámbito empresarial), así como la retracción del sector privado por diversas razones distintas de las anteriores. Como asesor por ley del sector público, el Colegio de Ingenieros Civiles de México, A. C. ha bregado –y lo sigue haciendo– por que la ingeniería civil mexicana ocupe el lugar que históricamente ha merecido al ser reconocida por su capacidad para la construcción del México moderno. Ante el panorama actual, existen dos caminos: agotarnos en lamentaciones o –atendiendo a las condiciones objetivas– reflexionar, analizar y proponer acciones puntuales para recuperar los niveles de actividad históricos previos a la pandemia. Es posible que no todas las propuestas sean aceptadas o que no se pongan en práctica en un tiempo perentorio, pero eso no nos exime de la responsabilidad de ser proactivos, ofreciendo opciones sustantivas, ejecutables y, no menos importante, considerando tanto lo inmediato como el mediano y largo plazos. Es necesario que México aumente la inversión en infraestructura como lo recomiendan los organismos internacionales, hasta el 6% del PIB, para generar posibilidades de trabajo a la sociedad. En línea con lo anterior, reiteramos la necesidad de un banco de proyectos transexenales que, especialmente en las actuales circunstancias, son un instrumento efectivo para la reactivación económica de corto plazo. No menos importante es dar certeza jurídica a los inversionistas para los proyectos APP. En este ejercicio, una vez más debemos insistir en lo imprescindible de la planeación y el desarrollo de proyectos cumpliendo estrictamente todas las etapas que ameritan las obras de infraestructura, con el propósito de garantizar su calidad, así como el cumplimiento de costos y tiempos establecidos.

XXXVIII CONSEJO DIRECTIVO

Presidente Luis Rojas Nieto

Vicepresidentes José Cruz Alférez Ortega Felipe Ignacio Arreguín Cortés Roberto Duque Ruiz Salvador Fernández Ayala Mauricio Jessurun Solomou Jorge Serra Moreno Alejandro Vázquez Vera José Arturo Zárate Martínez

Primer secretario propietario Juan Guillermo García Zavala

Primera secretaria suplente Verónica Flores Déleon

Segundo secretario propietario Carlos Alfonso Herrera Anda

Segundo secretario suplente Salvador Fernández del Castillo Flores

Tesorera Pisis Marcela Luna Lira

Subtesorero Regino del Pozo Calvete

Consejeros Renato Berrón Ruiz Francisco de Jesús Chacón García Ana Bertha Haro Sánchez Humberto Marengo Mogollón Alfonso Ramírez Lavín Luis Francisco Robledo Cabello Juan Carlos Santos Fernández Enrique Santoyo Reyes www.cicm.org.mx

Luis Rojas Nieto XXXVIII Consejo Directivo

DIÁLOGO

El CICM, un activo valioso para la sociedad El congreso tiene una trascendencia nacional. Debemos poder mostrar todo el trabajo que hacen los comités del colegio, pero también es relevante que se reafirme y muestre su liderazgo en el abordaje de temas de vanguardia respecto a lo que está significando el quehacer de la infraestructura en el mundo, y por eso el lema que se escogió en esta ocasión. IC: ¿Cuáles son las principales líneas de acción, los criterios que guiarán el enfoque técnico de las sesiones del 31 Congreso Nacional de Ingeniería Civil (31 CNIC)? Reyes Juárez del Ángel (RJA): El 31 Congreso se da en el marco del aniversario 75 del CICM; por lo tanto, no es un congreso más. Es muy importante que persigamos varios objetivos; el primero, que el congreso reafirme la valía del colegio para toda la sociedad, mostrando lo mucho que ha hecho a lo largo de su historia. Recordemos que el CICM tiene muchos comités técnicos por especialidad de trabajo que se relacionan de manera muy directa con la sociedad, con el gobierno, y ha estado presente en episodios importantes de México y de la vida de la Ciudad de México, pero tiene una trascendencia nacional. Debemos poder mostrar todo el trabajo que hacen los comités del colegio, pero también es relevante

que se reafirme y muestre su liderazgo en las nuevas tendencias de construcción de infraestructura en el mundo. Ha cambiado muchísimo la concepción tradicional de sólo construir obras y dejarlas terminadas. Hoy más que nunca debemos reconocer que la infraestructura tiene que servir a la sociedad durante toda su vida útil; por tanto, nos involucramos en un ciclo de vida de la infraestructura. La responsabilidad de los ingenieros no termina cuando se concluye una obra en construcción; continúa, porque su nombre y su prestigio van a quedar plasmados durante toda la vida útil del proyecto. En el 31 CNIC, la idea es poder mostrar liderazgo en el abordaje de temas de vanguardia respecto a lo que está significando el quehacer de la infraestructura en el mundo, y por eso el lema que se escogió en esta ocasión: “Infraestructura, retos y oportunidades”. Hoy en día, lo más importante es atenuar los efectos producto del cambio climático, que es el mayor reto del futuro, y por ello debemos promover las características de la nueva infraestructura del futuro.

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REYES JUÁREZ DEL ÁNGEL Director técnico del 31 Congreso Nacional de Ingeniería Civil.

Ante las restricciones sanitarias, será importante la presencia de las herramientas tecnológicas.

IC: Hace referencia a la importancia que debe tener para los ingenieros la visión integral durante toda la vida de una obra de infraestructura, y también se entiende que el compromiso comienza antes de la construcción. Esto viene a cuento porque algunos de los factores de fallas en las obras tienen que ver con procesos previos a la construcción. ¿Se abordarán estos aspectos en el congreso? RJA: De una u otra manera se abordan estos temas. Es importante entender qué significa una planeación de largo plazo, los ecosistemas complejos, integrados y resilientes, y qué implica atender las decisiones cambiantes de la sociedad; hay que tomar en cuenta claramente el entorno en el que se desarrollan los proyectos

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El CICM, un activo valioso para la sociedad

IC: ¿Se abordarán casos concretos –al menos de los años recientes– de fallas en infraestructuras, especialmente las que afectaron la salud y la vida de usuarios? RJA: Sin duda. El congreso siempre se propone difundir las mejores prácticas, Con el formato híbrido, podremos contar con ponentes de cualquier región del las mejores formas de hacer las cosas: mundo. con calidad, con sostenibilidad, con IC: Otro comentario recurrente del gobierno es el referido respeto al medio ambiente, resilientes, con criterios de a la corrupción, que, según su dicho, existía entre las auética –un punto importantísimo, pues muchas veces se toridades y algunas empresas de la construcción. Ese no puede poner en peligro un proyecto por malas prácticas–, parece ser un tema menor. ¿Se abordará en el congreso? y mucho de esto puede tener su origen en cómo se hacen RJA: Hay una sesión plenaria específica en la que las cosas desde la idea, el proyecto, el diseño, asignando pretendemos nos acompañe una institución que está los recursos apropiados para la preparación. abordando con eficacia y profundidad este tema, como el Banco Interamericano de Desarrollo; tenemos prevista IC: ¿Qué nos puede comentar sobre el papel de los grula participación de su oficina de transparencia, puesto pos de inversión en el desarrollo de infraestructura? ¿Se que este tema está muy relacionado con la rendición tratará el tema de la inversión privada en infraestructura, de cuentas y lo que podríamos llamar accountability, que ha sido un tanto relegada por la inversión pública es decir, cómo ir dejando el rastro de las cosas que se durante la actual administración federal? hacen; ahora, con nodos focales de información, se RJA: El actual gobierno ha privilegiado la inversión facilita muchísimo la trazabilidad de las inversiones y pública sin recurrir a deuda soberana o a inversionistas. de los resultados que se esperan de esas inversiones. A diferencia de México, en muchos países las inversioLa idea es tener una contraparte del lado mexicano nes están fluyendo hacia otro tipo de mecanismos que en esa sesión plenaria. Ahí, particularmente, la invitada permiten vincular inversiones públicas con privadas. En es la secretaria de la Función Pública; será una mesa América Latina, numerosos proyectos de infraestructura en la que escucharemos de las mejores prácticas interse están haciendo con modelos de este tipo. El modelo nacionales en cuestión de transparencia, que nos den de inversión pública del actual gobierno puede sufrir elementos para cerrarle la brecha a los intereses ilegales cambios importantes en la medida en que se verifique que a veces se generan entre algunos empresarios y que los recursos públicos no son suficientes para afronalgunos funcionarios públicos. tar un ritmo de inversión como el que el país necesita. Probablemente, en este momento México entró en una IC: En línea con lo que comentaba hace un momento especie de letargo por causa de la pandemia, y eso sobre el financiamiento, sería interesante que se abornos mostró de alguna manera –nos ocultó, quizás– que dara el análisis financiero aplicado a la viabilidad de los estamos teniendo un ritmo de inversión muy pobre con grandes proyectos del gobierno actual. respecto al producto interno bruto. Tal vez no estamos RJA: El colegio tiene un Comité de Financiamiento, y llegando ni al 2% del PIB. estamos proponiendo discutir dos temas: los criterios de los fondos de inversión para aplicar sus recursos IC: ¿Cuál es el histórico? en los proyectos; básicamente, tienen que ver con las RJA: México ha llegado a invertir hasta el 4% del PIB. siglas ESG, es decir, environment (medio ambiente), América Latina invierte entre el 4 y el 5%. Hay países social (social) y governance (gobernanza). Es interesante asiáticos con cifras que rebasan el 8%. Claro que esto que el fondo empresarial más importante del mundo, era antes de la pandemia.

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ADOBESTOCK

para insertarlos con la aceptación social y la preparación adecuada, todo ello en medio de una revolución tecnológica que, además, es una gran oportunidad. Hay países, especialmente europeos, que han emitido reglamentaciones según las cuales en el año 2030 ya no podrán circular vehículos que utilicen combustibles fósiles. Esto va a cambiar también los diseños y el tipo de infraestructura que se deberá construir.

El CICM, un activo valioso para la sociedad

El mundo ha avanzado muchísimo en ese tipo de modelos; hay que ser muy cuidadosos para que se paguen precios justos, con márgenes que reflejen una rentabilidad atractiva para que estos fondos de inversión fluyan, y al mismo tiempo que el gobierno se libere de muchas inversiones para destinar recursos a temas y obras de carácter social.

Black Rock, haya establecido que no invertirá recursos en proyectos que no pasen por un escrutinio para tener resueltos esos tres temas. También hay otra mesa que se propone para discutir de manera constructiva las razones que llevaron a este gobierno a que en estos megaproyectos en ejecución se le haya cerrado la puerta a la participación privada. Sabemos que hay una decisión del presidente de la República de que esos proyectos emblemáticos que él ha promovido con tanto énfasis partan de una decisión de inversión pública; pero hay que recordar que tales proyectos se previeron en un principio con participación privada: hubo licitaciones y se dijo que los precios que pusieron las empresas rebasaban las expectativas que tenía el gobierno sobre esa estructura hecha desde la óptica de la participación privada. Puede ser muy útil una sesión en donde se discuta cómo ha sido en la práctica el desempeño de estos megaproyectos de obra pública, y cuál habría sido su destino si se contara con inversión privada.

IC: El gobierno federal decidió que la construcción de ciertas obras, como caminos rurales y mantenimiento de escuelas, no se encarguen a empresas de construcción, sino que la responsabilidad quede en los usuarios, que en todo caso sabrán si contratan a empresas de construcción o lo hacen ellos mismos con supervisión de profesionales de la SCT, que ha sido un caso en los caminos rurales. RJA: El tema del mantenimiento de las obras se trata obligadamente en nuestro congreso. Esto que señala lo veo más como una forma del gobierno de acercar apoyos a los municipios para que se genere mano de obra. Tiene que ver con temas de impacto político y social. Hay que reconocer que posiblemente se trate de obras cuya ejecución no es compleja, que se pueden realizar sin necesidad de mayor estudio o conocimiento, pero en donde resulta importante la vigilancia técnica de la SCT.

IC: Desde mi punto de vista, hay una falsa disyuntiva, basada en prejuicios, entre la inversión pública y la inversión privada. En realidad, debería considerarse que el factor importante es el beneficio que da a la sociedad determinada inversión, determinada obra, y no tanto si proviene de financiamiento público o privado, o de ambos, en una combinación de distintos grados. ¿Cuál es su opinión al respecto? RJA: Completamente de acuerdo. La infraestructura debe llegar en la forma de un servicio a la sociedad: agua potable, transporte, internet. Es un poco el cambio que estamos experimentando; la sociedad compra un servicio y paga por él. Está probado en el mundo que existen vías para que se pueda combinar de una manera correcta la inversión pública con la inversión empresarial para construir la infraestructura necesaria para brindar ese servicio.

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IC: ¿Tienen contemplado tratar el asunto de que las empresas constructoras no están teniendo la participación que tenían en gobiernos anteriores, porque ahora se están delegando obras de ingeniería civil a ingenieros de la Secretaría de la Defensa Nacional? RJA: Opino que el Ejército Mexicano y la Marina tienen funciones derivadas de sus marcos normativos, y el país necesita que participen en aquellas para las que fueron creados. Quizás atrás de esta decisión haya también una expectativa de acelerar ritmos de construcción, abatir costos, facilitar liberación de derechos de vía y permisos. Yo creo que hay excelente calidad en los ingenieros militares para desarrollar este tipo de obras, pero creo que no es su misión principal.

Puede ser útil una sesión donde se discuta cómo ha sido el desempeño de los megaproyectos en marcha.

IC: La experiencia más relevante de la participación de ingenieros militares es la obra del aeropuerto Felipe Ángeles. ¿Qué información tiene de esa labor, de cómo se está llevando a cabo, y cuál es su opinión? RJA: Son temas muy cerrados en cuanto a la posibilidad de revisarlos. Lo que se informa y se lee es que la obra está avanzando con calidad, cumpliendo con un proyecto y a la altura de una operación aeroportuaria. Los ingenieros militares son magníficos ingenieros, y seguramente la obra físicamente va a estar bien construida. Otra vez va a surgir la pregunta sobre la operatividad de la zona, y si se va a cumplir con el servicio que la sociedad espera a largo plazo. Porque, como decíamos al principio, la obra no va a concluir con la entrega de un edificio terminal y los colaterales, los anexos; finalmente es un servicio, y habrá que ver

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El CICM, un activo valioso para la sociedad

u Es importante entender qué significa una planeación de largo plazo, los ecosistemas complejos, integrados y resilientes, y qué implica atender las decisiones cambiantes de la sociedad; hay que tomar en cuenta el entorno en el que se desarrollan los proyectos para insertarlos con la aceptación social y la preparación adecuada, todo ello en medio de una revolución tecnológica que, además, es una gran oportunidad. Hay países que han emitido reglamentaciones según las cuales en 2030 ya no podrán circular vehículos que utilicen combustibles fósiles. si las aerolíneas van a recibir el servicio apropiado, si la normativa internacional va a validar los diseños del espacio aeronáutico; que al abordar un vuelo no existan problemas de accesibilidad o de falta de tecnología, para que el tiempo que permanezcan en el aeropuerto sea el mínimo posible. IC: El mundo y la ingeniería no serán los mismos después de la pandemia, que abarcó prácticamente todo 2020 y está cubriendo gran parte de 2021. ¿Será un tema transversal en el congreso el impacto de este fenómeno en la industria de la construcción, en la ingeniería civil? RJA: El tema se trata en la sesión número 1 del congreso: cómo se recupera la economía post COVID, y qué modalidades de contratación y de exigencia debe cumplir la infraestructura. Es una sesión en la que tenemos muchas expectativas; estamos invitando al secretario general de la OCDE, por la experiencia y visión internacional que tiene y que esperamos pueda compartirla; por ejemplo, están fluyendo los temas de reconstrucción europea, los estímulos para la reactivación de la inversión en infraestructura y las características que deben cumplir los proyectos apoyados por esas inversiones: resilientes, sostenibles, asequibles, amigables con el medio ambiente, que respondan de la mejor manera a lo que la sociedad espera. También hemos invitado a uno de los economistas principales del Banco Interamericano de Desarrollo para revisar la situación de América Latina, en donde los bancos multilaterales están autorizando recursos importantes para infraestructura que van a ayudar muchísimo en la recuperación post COVID. IC: ¿Inversión de qué origen? RJA: Los organismos multilaterales están promoviendo muy activamente las modalidades a través de inversión privada en infraestructura, o inversiones mixtas (públicoprivadas). IC: ¿Cuáles serán las características de este congreso híbrido, con una predominancia en materia de tecnología? Ha habido alguna participación de la tecnología en cuanto a las redes y la comunicación virtual, pero en este caso va a ser híbrido con predominancia de lo tecnoló-

gico. ¿Cuáles serán las características y las diferencias con respecto a los anteriores? RJA: No podemos soslayar la importancia que tiene un congreso presencial, porque se permite desarrollar actividades de cabildeo, de relaciones públicas; la proximidad física siempre ayuda en un congreso. Ante las restricciones de carácter sanitario a las que todavía nos vamos a enfrentar, los responsables del congreso definieron este esquema híbrido. Como director técnico me he atrevido a plantear temas en los que la ventaja de la tecnología nos permitirá contar con ponentes de cualquier región del mundo, y eso nos facilita muchísimo, porque difícilmente habríamos pensado en convocar a personalidades sufragando altos costos de viaje para tenerlas por un par de horas. IC: Se aborda de una forma maniquea la participación de la inversión empresarial y pública, también el papel que debe desempeñar el Estado en el desarrollo de la infraestructura, de la economía. ¿Estos temas polémicos se van a discutir dando la palabra tanto a una posición como a la otra, para enriquecer el debate? RJA: Está previsto que los temas de debate puedan incorporarse en la sección técnica, probablemente sea en sesiones con dos o tres participantes, y ahí habrá un moderador. Estamos en pleno diseño de las sesiones, y sí, planeamos tener representantes tanto del sector privado como del público. IC: ¿Algún comentario final? RJA: A mi juicio, el CICM tiene en mente el mejor congreso de su historia, a pesar de las restricciones sanitarias, y este formato es un reto porque es nuevo, pero nuestro colegio tiene gente muy capaz en el comité organizador. Estoy seguro de que vamos a poder entregar buenas cuentas a la sociedad y al propio gremio con este congreso híbrido. Es muy importante la participación de los comités técnicos del colegio porque es un trabajo en equipo. El CICM conforma una comunidad muy respetable de gente muy valiosa, muy conocedora de los temas. Una sesión específica plenaria que tenemos contemplada es sobre los requerimientos de nuevas tendencias y modalidades, y cómo la ingeniería debe resolver los temas de infraestructura para que estén más cerca y sirvan mejor a la sociedad. Sin duda vamos a reflexionar sobre los contenidos curriculares de las matrículas, cómo hay que formar a los ingenieros del futuro; es un tema principal de este encuentro que nos permitirá comenzar a promover cambios en las instituciones de educación superior para que los nuevos ingenieros cumplan de la mejor manera con la responsabilidad que se espera de ellos Entrevista de Daniel N. Moser ¿Desea opinar o cuenta con mayor información sobre este tema? Escríbanos a ic@heliosmx.org

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CARRETERAS

La autopista Tijuana-Ensenada

FRANCISCO JAVIER MORENO FIERROS Ingeniero civil con especialidad en Costos en la construcción y maestría en Construcción y en Vías terrestres. Tiene más de 30 años en el servicio público y como consultor en proyectos carreteros. MIGUEL GALLARDO CONTRERAS Ingeniero civil con especialidad en Geotecnia y maestría en Geomecánica y riesgos. Ha participado en el diseño, planeación y seguimiento de numerosos proyectos geotécnicos en el país. Gerente de TGC Geotecnia.

La construcción de la autopista Tijuana-Ensenada, también conocida como “carretera escénica”, data de hace más de 50 años. Durante su construcción, entre 1963 y 1967, se registraron deslizamientos atribuibles a flujos subterráneos de agua en las grandes masas de roca y los suelos en los que se llevó a cabo su construcción, por lo cual desde entonces se realizaron obras de gran envergadura para su época, con la finalidad de resolver problemas de subdrenaje de grandes proporciones. Sin embargo, ha sido durante la última década que se han llevado a cabo importantes obras de mantenimiento mayor en la zona de la bahía Salsipuedes, donde la autopista transcurre en una longitud de 14 kilómetros y donde ha presentado importantes problemas de inestabilidad; ha sido necesario un mantenimiento mayor que incluye el diseño y construcción de obras de subdrenaje y estabilización para abatir o disminuir en gran medida la magnitud de los deslizamientos registrados. La autopista, con una longitud de 99 km y dos cuerpos, es de altas especificaciones técnicas y ha servido como detonador para el crecimiento económico de Baja California. A través de los años se han realizado diversos estudios y proyectos con el fin de disminuir la magnitud de los deslizamientos que se han registrado en la zona de la bahía; su complejidad geológica, aunada a diversos rasgos particulares, ha representado un reto para la ingeniería mexicana. El 28 de diciembre de 2013 se presentó el mayor de los deslizamientos registrados en la autopista, lo cual provocó su cierre parcial durante casi un año y conllevó numerosos efectos sociales, políticos y económicos. Surgió entonces la necesidad de llevar a cabo nuevos estudios a lo largo del tramo, incorporando nuevas tecnologías con el fin de establecer medidas de mitigación para la estabilización de la infraestructura y brindar seguridad a los usuarios que transitan por ella. La zona en la que se ha registrado la mayor parte de los deslizamientos se localiza en la parte final de

CAVARO COMUNICACIÓN.

El ciclo de un proyecto de infraestructura involucra diversas fases: planeación, diseño, ejecución de la obra, operación y mantenimiento; esta última fase debe programarse de acuerdo con la magnitud y complejidad de los trabajos necesarios, así como con el tipo de mantenimiento, sea rutinario, preventivo, periódico o correctivo. Tienen que destinarse recursos económicos para mantener en buen estado y preservar la infraestructura carretera, pues ésta significa inversiones realizadas, independientemente de la fecha en la que haya sido construida.

Figura 1. Colapso del km 93+000 el 28 de diciembre de 2013

la autopista, entre los kilómetros 84 y 98. Como ya se mencionó, desde la etapa de construcción se registraron deslizamientos importantes y se realizaron obras que se encuentran documentadas en libros de ingeniería de suelos como el de Rico y Del Castillo (1973), en los que se habla de importantes obras de subdrenaje construidas para resolver los problemas de inestabilidad, como galerías filtrantes y trincheras estabilizadoras. A finales de la década de 1960, la entonces Secretaría de Obras Públicas (SOP) detectó siete sitios de posible inestabilidad, sobre los cuales se realizaron diversos estudios y proyectos encaminados a disminuir el riesgo de colapso; mientras se desarrollaban éstos y durante la construcción misma de la autopista sucedieron varios problemas en algunos de estos sitios que obligaron a realizar trabajos de estabilización complementarios, con el fin de permitir el tránsito vehicular y asegurar la integridad de los usuarios. Desde entonces, son diversas las campañas de exploración y estudios que se han hecho con el fin de conservar el tramo carretero, entre las que destacan las realizadas por Alfonso Rico y Guillermo Springall (1969-1980), y recientemente los trabajos lleva-

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La autopista Tijuana-Ensenada

Tijuana Km 88-89

Km 90

Km 86

Km 91 Km 92 Km 93

Km 84

Km 93+500 Km 94 Km 94-96

Km 95-96 Km 98

Sitio inestable Sitio sin estabilizar

Ensenada

Sitio estabilizado Figura 2. Sitios inestables de la bahía Salsipuedes estudiados por Capufe.

dos a cabo por Caminos y Puentes Federales (Capufe), en su carácter de operador de la vía concesionada, en conjunto con diversas empresas consultoras. El mayor de todos los deslizamientos ocurrió en el km 93+000, donde un tramo de 270 metros de la autopista quedó completamente intransitable debido al movimiento de una masa de alrededor de 1.5 millones de metros cúbicos, que se desplazó unos 20 m en sentido horizontal hacia el mar y 15 m en sentido vertical. Esto propició el cierre de la vía a partir del km 65 durante prácticamente un año (véase figura 1). Actualmente se tienen identificados 11 sitios inestables sobre los cuales se han realizado estudios más profundos que han permitido prevenir deslizamientos mediante soluciones ingenieriles. Adicionalmente, se realiza de manera permanente un monitoreo con inclinómetros, tubos de observación y piezómetros, a efecto de dar seguimiento al comportamiento de estabilidad general de la ladera (véase figura 2). Problemática general del sitio La zona de inestabilidad de la carretera en la bahía Salsipuedes presenta rasgos geológicos particulares. En la zona baja, aledaña al mar, hay formaciones sedimentarias (formación Rosario) caracterizadas principalmente por intercalaciones de lutitas y areniscas con diferente grado de fracturamiento. Las lutitas, al ser rocas suaves y de composición arcillosa, están expuestas fácilmente a fenómenos erosivos; las areniscas, a pesar de su grado de compactación, son muy permeables. Por encima de esta formación sedimentaria descansan diversos depósitos de talud caracterizados por clastos de rocas ígneas y sedimentarias en una matriz arenosa que en su conjunto presenta una unidad poco compacta y muy permeable. En la parte superior y hasta la meseta de la bahía se observan rocas volcánicas intensamente fracturadas, las cuales permiten una copiosa infiltración de agua hacia el subsuelo; debido a la configuración topográfica, los flujos de agua se dirigen hacia el mar, y en su trayectoria

u La zona en la que se ha registrado la mayor parte de los deslizamientos se localiza en la parte final de la autopista, entre los kilómetros 84 y 98. Desde la etapa de construcción se registraron deslizamientos importantes y se realizaron obras de subdrenaje para resolver los problemas de inestabilidad, como galerías filtrantes y trincheras estabilizadoras. A finales de la década de 1960, la entonces Secretaría de Obras Públicas detectó siete sitios de posible inestabilidad, sobre los cuales se realizaron diversos estudios y proyectos encaminados a disminuir el riesgo de colapso. interactúan con las diversas unidades previamente expuestas y sobre las que se desplanta la autopista. Los deslizamientos, por tanto, se presentan principalmente en los contactos entre los depósitos de talud y las rocas sedimentarias, al generarse una interfaz natural de infiltración que produce el deterioro paulatino de las lutitas a materiales arcillosos sumamente impermeables y por donde se acumulan grandes cantidades de agua que lubrican constantemente esta interfaz y se asocian a las superficies de deslizamiento o de falla. Sin embargo, en algunos sitios las superficies de falla se presentan en la formación sedimentaria, lo cual se asocia principalmente con el grado de fracturamiento de las rocas y la estratificación particular entre lutitas y areniscas y las propias infiltraciones (véase figura 3). Además, la erosión es otro factor desencadenante, pues además del viento y la precipitación pluvial, el factor oleaje es notorio en las zonas donde el pie del deslizamiento interactúa directamente con el mar. Estudios actuales y conceptualización de la problemática Desde el colapso en el km 93+000, se comenzó con una campaña completa de estudios que involucró diversas ramas de la ingeniería y nuevas tecnologías tanto para

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La autopista Tijuana-Ensenada

Basaltos superiores

Infiltración

Trazas de falla Corte de carretera Autopista Anfiteatro de bahía

Marcas por de humed Tubif flujos aislado ad icaci ones s

ción orma

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Sección geológica

Figura 3. Esquema general de la problemática en la bahía Salsipuedes.

Bermas

Pedraplén

Galería

Figura 4. Soluciones adoptadas para el control de deslizamientos. Con línea roja se muestran las trazas del deslizamiento.

los análisis como para los trabajos de estabilización. En este sentido, la innovación de la instrumentación fue determinante para dimensionar y asociar el riesgo de cada uno de los sitios, así como para el control y seguimiento de las obras durante su ejecución. Se instalaron en una primera etapa alrededor de 60 inclinómetros, 30 tubos de observación y 20 piezómetros distribuidos a lo largo de los sitios estudiados. Actualmente se cuenta con 180 inclinómetros, cuatro inclinómetros remotos cuya tecnología permite conocer la magnitud de los deslizamientos y transmitir los datos desde el sitio en tiempo real –lo que ha facilitado un seguimiento puntual, principalmente en las temporadas de lluvias–, 75 tubos de observación y

41 piezómetros. Además, los avances tecnológicos en fotogrametría digital y los vuelos con drones hicieron posible llevar a cabo con mayor detalle diversos estudios como los topográficos y geológicos; por último, con el desarrollo de softwares de análisis geotécnico se desarrolló el cálculo dinámico en los análisis de estabilidad de cada sitio, asociado también a cada obra de estabilidad proyectada. En este sentido, se dio por hecho un estado incipiente de falla en algunos sitios –es decir, con factores de seguridad cercanos a 1– y a partir de esto se propusieron las opciones de estabilización correspondientes con el fin de aumentar los valores de los factores de seguridad. En correspondencia con lo anterior, se han planteado soluciones encaminadas a cuatro objetivos: la disminución de la masa deslizante, el control y mitigación de la erosión, el aumento de las fuerzas pasivas en la parte inferior del deslizamiento y el control de los flujos de agua subterráneos y de los niveles freáticos. Para el primero, se han propuesto bermas en la parte superior de los deslizamientos, las cuales han requerido grandes volúmenes de excavación en corte. Para la contención inferior y aumento de las fuerzas pasivas, se ha contemplado la construcción de grandes masas de roca en forma de pedraplén o trincheras estabilizadoras para ayudar al equilibrio de fuerzas (véase figura 4); sin embargo, el tener que trabajar a la orilla del mar requirió fragmentos de roca de gran tamaño para el control del oleaje, lo cual significó un gran reto, por el propio procedimiento constructivo y por el cometido de realizar los acarreos en camiones fuera de carretera cuyas capacidades alcanzaban las 70 toneladas o 25 m³ de volumen de material. Por último, para la mitigación de los efectos de las infiltraciones se construyeron galerías filtrantes y norias drenantes; las primeras son túneles que funcionan como pozos horizontales para captar el agua subsuperficial a lo largo de su recorrido, por medio de drenes de penetración. En este sentido, con las actuales técnicas de excavación subterránea y el uso de perforación direccional de última generación se han desarrollado procedimientos constructivos más eficientes y seguros, de forma tal que los trabajos se llevan a cabo optimizando tiempos y de manera simultánea con otras tareas. La eficiencia de las galerías filtrantes ha sido notoria para drenar los flujos subterráneos de agua, lo cual se ve reflejado en el gasto registrado por los drenes de penetración, que ha sido mayor al esperado (véase figura 5). En el análisis de las opciones de solución para la estabilidad en cada uno de los sitios, se consideraron diversos factores adicionales: • Debido a la magnitud de los movimientos que se registraban en algunos sitios, era necesario contemplar obras inmediatas y de rápida construcción que mitigaran las velocidades de los desplazamientos. • No se podía interrumpir totalmente el tránsito vehicular y debía darse prioridad a la seguridad de los usuarios.

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La autopista Tijuana-Ensenada

• Las obras realizadas no podían circunscribirse a los anchos de derecho de vía; tenían que extenderse a lo largo de todo el deslizamiento y no sólo en la zona de la autopista. • Las soluciones planteadas debían considerarse de alto impacto, con el fin de reducir el riesgo y aumentar el periodo de vida de la autopista. • Se requería personal técnico especializado y un seguimiento continuo de los trabajos y de la instrumentación, con el fin de evitar percances que pusieran en riesgo a los trabajadores y ayudar en la correcta toma de decisiones durante los procedimientos constructivos.

Tabla 1. Problemas y soluciones adoptadas en los sitios estudiados

En la tabla 1 se resumen las soluciones adoptadas para cada uno de los sitios estudiados, así como las particularidades de cada uno de ellos. Actualmente se han concluido las obras de mantenimiento mayor en cuatro de los 11 sitios estudiados, y en cuatro más se encuentran en ejecución. Por la magnitud y complejidad de los trabajos, durante su desarrollo se han presentado problemas que han hecho necesaria una reingeniería de los modelos originalmente planteados para la adecuación de las soluciones, con el fin de mitigar riesgos, optimizar los recursos e incluso aumentar los factores de seguridad. El comportamiento en los sitios donde se han finalizado las obras ha sido satisfactorio y se han reducido significativamente las tasas de deslizamiento, comparativamente con las registradas en cada sitio antes de la intervención; además, durante el periodo de lluvias –que era cuando aumentaba la magnitud de los movimientos– éstos se han mantenido dentro de los rangos de seguridad. Adicionalmente, se continúa con el monitoreo en cada uno de los sitios, con el propósito de observar su comportamiento y, en caso de registrarse algún deslizamiento fuera de los rangos de seguridad, alertar para la toma de medidas de prevención.

Figura 5. Construcción de galerías de drenaje y eficiencia de los drenes instalados.

Sitio

Detonante de inestabilidad

Obra proyectada

km 84+000

Erosión/ bloques En proyecto inestables

km 86+700

Infiltración y erosión

Desplazamiento máximo reportado antes de intervención (mm/mes)

Desplazamiento máximo reportado después de la intervención (mm/mes)

1.2

Trinchera estabilizadora

km 88+000- Infiltración 89+000

Bermas, pedraplén y galería filtrante

km 90+000

Infiltración y erosión

Bermas, pedraplén y galería filtrante

km 91+000

Infiltración y erosión

Pedraplén y noria drenante

km 92+500

Erosión

Sistema de anclaje y noria drenante

1.3

km 93+000

Infiltración y erosión

Bermas, pedraplén y galería filtrante

Colapso

km 93+500

Erosión

En proyecto

km 94+000

Infiltración y erosión

Trinchera estabilizadora y galería filtrante

km 95+000

Infiltración y erosión

Trinchera estabilizadora y noria drenante

km 98+000

Infiltración y erosión

En proyecto

Conclusiones La estabilidad de los cortes, terraplenes y pavimentos de una carretera se ve fuertemente influida por los flujos de agua existentes en el interior de las masas de suelo, por lo que, para reducir al mínimo los efectos de los deslizamientos, se han desarrollado soluciones ingenieriles acordes con las innovaciones tecnológicas de la actualidad, como software especializado en análisis geotécnico, vuelos con drones, fotogrametría digital, inclinómetros con capacidad de transmisión de datos de sitios remotos, así como maquinaria y equipos de excavación de última generación. En la autopista TijuanaEnsenada se han realizado estudios y proyectos que han contribuido de manera sustancial a la mitigación de los deslizamientos presentados a lo largo del tiempo. Las nuevas tecnologías utilizadas tanto en los estudios como en el desarrollo de las obras han permitido la continuidad del tránsito y la optimización de los procesos constructivos. Con el esfuerzo realizado por Capufe como operador de la autopista, Banobras como concesionario y la propia Secretaría de Comunicaciones y Transportes se ha incrementado la funcionalidad del trazo y la vida útil de la carretera, lo cual ha sido trascendental para la preservación de esta importante vía de comunicación ¿Desea opinar o cuenta con mayor información sobre este tema? Escríbanos a ic@heliosmx.org

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TÚNELES

Ingeniería de valor para el tramo de conexión entre las líneas 2 y 3 del Metrorrey

En este artículo se exponen las actividades realizadas para la ingeniería de valor desarrollada en el tramo de conexión del Sistema de Transporte Colectivo Metrorrey. Las tareas abarcan análisis de laboratorio, pruebas de campo, desarrollo de ingeniería en gabinete y seguimiento de obra. Se describen algunas de las actividades más relevantes que permitieron incrementar la eficiencia constructiva, los tiempos, la calidad y la economía de la obra, y se reseña el proceso de excavación y construcción del túnel, el cajón y la rampa de conexión con el tramo elevado. El incremento de la demanda de transporte público de la zona metropolitana de Monterrey exigió la continuación del plan maestro de transporte y la construcción de la línea 3 del Metrorrey, con una longitud de 7.50 km, el primero de ellos subterráneo, que dará servicio a más de 280 mil usuarios. La obra subterránea se inicia bajo la Macroplaza, en la cola de maniobras de la actual terminal Zaragoza; se conecta mediante un túnel que tiene una cobertura de suelo de 6.15 m en promedio y un recorrido de 290 m a lo largo de la calle Padre Mier; pasa bajo un par de estructuras porfirianas de dos y tres niveles catalogadas por el INAH y termina en su conexión con el cajón a cielo abierto, donde la profundidad a la clave es de apenas 4.93 m. Estos niveles de clave tan someros despertaron preocupación ante el riesgo de inducir fallas en las estructuras cercanas, aunque no estuvieran catalogadas. Esquema geotécnico La estratigrafía del sitio está compuesta por cuatro unidades: en la superficie existe un relleno de 1.50 m en promedio, seguido de un depósito de suelos finos de 3.80 m de espesor hasta desaparecer prácticamente en el tramo de conexión entre túnel y cajón; subyace un estrato aluvial grueso con rocas de cantos redondeados de hasta 50 cm de diámetro, con espesor medio de 9 m; este estrato es particularmente importante porque en él se desplantan todas las estructuras que componen esta obra. Finalmente, por debajo hay lutita fracturada, conocida localmente como almendrilla. La característica de mayor complejidad del subsuelo es la existencia de un nivel freático entre los 6 y los 10 metros de profundidad que fluye desde el río Santa Catarina; esto dificultó la construcción, al repercutir en la estabilidad y resistencia del suelo tanto para la excavación de los tramos de túnel y el cajón como para la perfora-

Medio sección superior

Tubos de enfilaje Ø 12.7 cm

Altura de media sección superior (H)

JOSÉ LUIS QUINTANA LÓPEZ Ingeniero civil con maestría en Geotecnia. Cuenta con nueve años de experiencia profesional, durante los cuales ha participado en más de 30 proyectos ingenieriles y de construcción geotécnica.

Figura 1. Sección transversal de la galería.

ción de las pilas que se utilizaron en el sistema de contención en los tramos de excavación a cielo abierto. La existencia del nivel freático fue advertida durante la etapa de exploración, lo cual llevó a realizar pruebas de permeabilidad. Se obtuvieron permeabilidades de 3.1 × 10-2 cm/s en la zona de excavación, lo cual complicó el desempeño de actividades en campo como la aplicación de concreto lanzado; pero, sobre todo, comprometió el margen de seguridad y la estabilidad en los frentes de excavación tanto en el túnel como en la sección cajón. Ante ello se planteó originalmente un sistema de bombeo para controlar las aguas subterráneas. Ingeniería de valor aplicada en la obra El diseño de esta obra fue liderado por Enrique Santoyo Villa, analizada y comentada por el Sistema de Transporte Colectivo Metrorrey, y supervisada por la Universidad Autónoma de Nuevo León. Tomando en cuenta la complejidad de la obra, por el diámetro de 8.20 m en el túnel y su cobertura entre 6.2 y 5.2 m, el equipo de diseñadores fue recontratado para

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Excavación de la galería Se ratificó la factibilidad de incrementar la altura de la media sección, de los 4.50 m de proyecto a los 5.50 m para continuar la construcción, conservando un factor de seguridad mayor al admisible. Esto hizo posible aumentar la longitud de los enfilajes de los 12.00 m de proyecto a 16.00 m, dejando un traslape de 3.00 metros. Posteriormente, tan sólo se realizó una rampa desde el portal de la galería hasta el lateral sur del túnel, dejando bermas laterales para evitar la falla de las zapatas temporales.

Longitud de segundo enfilaje (L) Longitud de primer enfilaje (L) Traslape (T) Tubos de enfilaje Siguiente avance

Altura (H)

Portal

Ingeniería de valor

Figura 2. Corte longitudinal de la galería.

12.7

Longitud de enfilajes (L)

1200

1600

Traslape de enfilajes (T)

781

300

realizar la ingeniería de valor (optimizar el proyecto desde las perspectivas técnica, de seguridad, constructiva y económica), así como para identificar acciones que permitieran mantener las construcciones –las catalogadas y las no catalogadas– con deformaciones mínimas tolerables: 15 mm de asentamiento total y distorsiones angulares de 0.17°. Asimismo, se planteó el objetivo de incrementar la eficiencia en los trabajos y optimizar el costo de la obra sin comprometer su seguridad. Para lograr estas metas fue imprescindible contar con un cuerpo de ingeniería que diera seguimiento a las circunstancias y necesidades de la obra para realizar las modificaciones y adecuaciones al proyecto con base en los parámetros que definieron el comportamiento de la obra y las construcciones aledañas: deformaciones en superficie, líneas de convergencia del túnel y desplazamiento de las paredes de excavación en los tramos a cielo abierto, así como desplomos, líneas de colimación y asentamientos de las edificaciones en superficie. Procedimientos de excavación de la galería y el túnel La excavación del túnel del metro, por la estrechez de la calle Padre Mier, se inició desde una lumbrera ubicada en un predio fuera de la franja del proyecto, a 97 m de la conexión con la línea 2, para lo cual hubo de construirse una galería de acceso con diámetro de 8 metros. Al abrir el frente de excavación de la galería se observó que los suelos tuvieron mayor resistencia que la considerada originalmente, lo cual permitió aumentar la altura de excavación de la media sección superior un metro más de lo que se había establecido en el proyecto, como se muestra en las figuras 1 y 2, así como en la tabla 1.

Protección de las excavaciones a cielo abierto Estabilización proyectada El frente de excavación a cielo abierto se inició con la perforación de pilas tangentes de 60 cm de diámetro para el sistema de contención, que fueron complementadas con un primer nivel de troqueles con tubos de acero A-36 de 8 pulgadas de diámetro, cédula 40 a 8.85 m sobre el nivel máximo de excavación (NME), y otros dos niveles de troqueles con tubos de acero A-36 de 12 pulgadas de diámetro cédula 40, uno a 5.05 m y otro a 1.80 m sobre el NME, como se muestra en la figura 3 y la tabla 2, todos con separación horizontal de 3.00 metros.

N.T.N.

Pilas CL

Ø pilas

Primer nivel de troqueles Ø1

Diámetro de enfilajes

Segundo nivel de troqueles Ø2

550

Tercer nivel de troqueles Ø3

450

Altura (H)

Variable

Construcción

Proyecto

Dimensiones

Excavación del túnel del metro Con base en las lecciones aprendidas durante la excavación de la galería, las dificultades constructivas del túnel del metro se resolvieron controlando los avances de excavación y con soluciones locales ante pequeños desprendimientos de suelo. Como resultado de lo anterior, se logró incrementar los avances de excavación en un 75%, sin notar indicios de falla en el frente o hundimientos fuera de lo tolerado y sin que cualquiera de las construcciones aledañas sufriera daños.

N.M.E

3.00

Tabla 1. Dimensiones de las etapas de excavación de la galería en centímetros

Figura 3. Sistema de contención para excavaciones a cielo abierto.

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Ingeniería de valor

Tabla 2. Dimensiones de los sistemas de contención utilizados en las secciones excavadas a cielo abierto Dimensiones Diámetro de pilas (Ø pilas)

Proyecto

Construcción del viaducto

Construcción del cuarto de ventilación

60 cm

100 cm

pilas permitió que por el flujo de agua se produjeran dos desprendimientos de suelo de hasta 14 m³ entre las pilas, aunque fueron solventados rápidamente.

Excavación del cuarto de ventilación Partiendo de estas lecciones, para Diámetro de nivel 1 (Ø1)* 8 pulg 8 pulg Sin troquel la construcción del nuevo cuarto de ventilación se decidió implementar Altura de nivel 2 (H2) 505 cm 500 cm Sin troquel un sistema de contención a base de Diámetro de nivel 2 (Ø2)* 12 pulg 8 pulg Sin troquel pilas tangentes de 1.00 m de diámetro para evitar los desprendimientos Altura de nivel 3 (H3) 180 cm Sin troquel Sin troquel de suelo en las paredes de la excaØ nivel 3 (Ø3)* 12 pulg Sin troquel Sin troquel vación. Por otro lado, se recurrió a (*) En todos los casos, los troqueles fueron de acero A-36 (fy=2,530 kg/cm²) cédula 40. avances de excavación cortos en sentido longitudinal, para eliminar la CL necesidad de troqueles, haciendo que las pilas contiCasas Casas Padre Mier guas recibieran los empujes del suelo a través de la trabe cabezal y comprimieran el suelo por excavar para que 6.62 éste funcionara como puntal. Separación a ejes de pilas

60 cm

90 cm

100 cm

Altura de nivel 1 (H1)

855 cm

800 cm

Sin troquel

CL Túnel

15.68º 24.50

Pozo de bombeo 1.36

Bomba sumergible Lutita fracturada Figura 4. Pozo de bombeo inclinado con captación bajo el eje del túnel.

Estabilización modificada Mediante un análisis geotécnico en el cual se involucraron las condiciones del terreno observadas en el proceso de perforación de pilas y excavación de los primeros metros de terreno, se demostró la factibilidad de simplificar el sistema de contención al requerir pilas de 0.60 m de diámetro, pero separadas 0.90 m respecto a los ejes y dos niveles de troqueles de tubos de acero A-36 con diámetro de 8 pulgadas cédula 40, separados cada 3.60 m, uno a 5.00 m y otro a 8.00 m sobre el NME. Excavación a cielo abierto para el cajón de la línea del metro Gracias a este sistema de contención fue posible aumentar la eficiencia del sistema constructivo sin deformaciones excesivas ni tendencias de falla o ineficiencia; se conservó así la seguridad y estabilidad de la excavación ejecutada. Sin embargo, el hecho de haber separado las

Sistema para abatimiento de aguas freáticas El proyecto contemplaba la colocación de 92 bombas de baja potencia cada 4.00 m a lo largo del túnel, con todos los pozos verticales. Sin embargo, durante la obra se comenzaron a colocar bombas de mayor potencia cada 6.00 m, con lo que se disminuyeron tiempos y gastos de mantenimiento. Este cambio no produjo afectaciones importantes en la eficiencia del bombeo, y permitió una excavación segura. Cuando se tenía un avance relativo de 75% de la excavación del túnel, se notaron algunas fisuras en las guarniciones de las banquetas sobre la Av. Padre Mier, evidencia de un hundimiento local de 9 mm y asentamientos diferenciales poco menores de 3 mm, causados por el mismo bombeo, lo cual se consideró dentro de los umbrales de deformación permisibles. Por otra parte, para aumentar la eficiencia en el bombeo, la ubicación de las bombas debía ser colineal al eje del proyecto, pero había casas sobre éste, en la zona cercana a la conexión con la línea 2, y ello obligó a realizar pozos inclinados como el mostrado en la figura 4. Conclusiones La ingeniería de valor es una herramienta importante para la seguridad de las construcciones y el control de los costos, en particular en el campo de la geotecnia, pues es un efectivo proceso de ingeniería para enfrentar las incertidumbres comunes en el subsuelo. Asimismo, permite obtener soluciones rápidas y prácticas a problemáticas de obra y obliga al trabajo conjunto de proyectistas, supervisores y constructores ¿Desea opinar o cuenta con mayor información sobre este tema? Escríbanos a ic@heliosmx.org

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ENERGÍA

Mantenimiento en ductos de distribución de gas natural en Nuevo León El cumplimiento del objetivo de mantener en buen estado un ducto inicia con su construcción: todas las actividades que entraña conservar en buen estado la red de ductos se desarrollan siguiendo una serie de lineamientos, normas y prácticas recomendadas por organismos nacionales e internacionales. FERNANDO BERRA CORONA Ingeniero mecánico electricista con experiencia en registros eléctricos para la búsqueda de hidrocarburos, exploración y perforación de pozos en empresas nacionales y extranjeras, así como en transporte y distribución de gas natural.

El gas natural ha sido un combustible fósil esencial para la economía del estado de Nuevo León; ha proporcionado a los usuarios domésticos y a la industria calefacción, generación de energía eléctrica, fabricación de una innumerable cantidad de artículos y un uso intensivo en procesos industriales, en beneficio de la economía local y nacional; su uso ha hecho posible la exportación de productos hechos en México y ha posicionado al estado como un receptor inigualable de inversión extranjera y generador de riqueza (véase figura 1). En la zona geográfica de Monterrey, la empresa distribuidora de gas natural por ductos ha abastecido

desde 1927 a usuarios de tipo residencial, comercial e industrial; actualmente opera 3,690.45 km de tuberías. Sistemas de distribución El gas natural está compuesto principalmente de metano; a partir de la conciencia que ha cobrado la ciudadanía respecto al cambio climático, se ha puesto más atención a la necesidad de reducir emisiones de este elemento por fugas en las redes de distribución. En la medida en que la población comparte las calles de numerosas ciudades con las redes de distribución de gas natural, se requiere el nivel más alto de seguridad, Ductos 2” diámetro Ductos 4” diámetro Ductos 6” diámetro Ductos 8” diámetro Ductos 12” diámetro Ductos 18” diámetro

Figura 1. Alcance geográfico de ductos de distribución de gas natural en Monterrey.

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Mantenimiento en ductos de distribución de gas natural en Nuevo León

confiabilidad y vigilancia, y tal coexistencia ha obligado a odorizar el gas mediante la adición de terbutil-mercaptano, que se vaporiza en la corriente de gas y fluye por las tuberías subterráneas para llegar a todos los extremos de los sistemas de distribución y permitir que, por el olfato, se detecten fugas rápidamente. El sistema de tuberías subterráneas resulta la manera más segura y económica de distribución; se estima que así se transporta el 70% de petróleo, gas natural y LPG en escala mundial.

Mantenimiento El principal método para mantener en buen estado un ducto inicia desde su construcción: la selección del espesor adecuado para la presión de operación máxima permisible, con un excedente para corrosión que es función del tiempo esperado de vida del ducto; identificación del tipo de recubrimiento adecuado para el terreno donde se colocará (el terreno es un electrolito: contiene un cierto grado de acidez, conductividad, humedad y bacterias sulfatorreductoras, que en conjunto determinan la tasa de corrosión, por lo que el tipo de recubrimiento y su diseño son cruciales); la bajada del ducto debe ser muy cuidadosa para no dañar el recubrimiento y permitir el contacto del metal con el suelo. Todas estas actividades se hacen siguiendo una serie de lineamientos, normas y prácticas recomendadas por organismos como la American Society of Mechanical Engineers (ASME), el American Petroleum Institute (API) y la National Association of Corrosion Engineers (NACE), por citar algunos. El elemento que contiene la tasa de corrosión al mínimo y permite que las tuberías sigan operando es la protección catódica mediante fuentes activas de corriente que se inyectan al ducto;

Suelo

Tubería Chatarra de hierro o grafito enterrada

Figura 2. Sistema de protección catódica para ductos metálicos enterrados. Costo total Costo total/Unidad de tiempo

Legislación Diversas entidades, como la Comisión Reguladora de Energía (CRE) y la Agencia de Seguridad, Energía y Ambiente (ASEA), en conjunto con los permisionarios, han hecho grandes esfuerzos para implementar nuevas reglas de operación para la prestación del servicio de suministro de gas; tal es el caso de la NOM-003ASEA-2016 para diseño, construcción, operación y mantenimiento, desmantelamiento y abandono de redes de distribución, y de la NOM-009-ASEA-2017, que permite administrar la integridad de ductos por los cuales fluye todo hidrocarburo para mantener una alta confiabilidad de las tuberías, gracias al mantenimiento a través de sistemas que permiten rastrear cualquier eventualidad y prever fallas durante la vida de los activos. La empresa distribuidora de gas natural por ductos en el área de Monterrey cuenta con activos que, aunque datan de 1928, siguen operando. La explicación es que se cumple estrictamente con la normatividad, y a ello se suma la implementación de las mejores prácticas internacionales y el contar con personal calificado para todas las actividades de mantenimiento.

Rectificador

Costo de mantenimiento preventivo

Costo de fallas Tiempo entre MP Figura 3. Costos versus tiempo de vida de un sistema de ductos.

ésta debe ser capaz de cubrir toda la longitud del ducto y las posibles fugas de corriente, y estar vigilada constantemente con programas de celaje en toda la zona. Esto aminora el efecto natural de la corrosión, donde el hierro de la aleación con que se fabricó la tubería busca volver a su estado natural como óxido de hierro (Fe3O4) (véase figura 2). El mantenimiento es una actividad rutinaria. Su propósito es minimizar los costos de operación del sistema y maximizar su confiabilidad. Las actividades de mantenimiento se pueden dividir de forma básica en tres clases: mantenimiento predictivo, mantenimiento preventivo y mantenimiento correctivo (véase figura 3). Como parte del mantenimiento preventivo, existen varias tareas: • Celajes o supervisiones en campo, que son cruciales para notar cambios en el terreno natural o en las vialidades y dan indicación de un daño de terceros al recubrimiento o al ducto.

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Mantenimiento en ductos de distribución de gas natural en Nuevo León

Barda de la triple km 13+729 Rectificador de la triple km 13+732 Fin de la triple km 13+733

Termina en km 13+733 Registro válvula km 13+672 Cruce Av. M. Alemán km 13+676 Fin cruce Av. M. Alemán km 13+709

PK km 13+625

Maquiladora km 13+399

Cerca de alambre km 13+536

Inicia en km 13+001 Registro km 13+519

Inspector

Fin autopista a Saltillo km 13+134

Inicio de inspección km 13+001

Cruce autopista a Saltillo km. 13+095

Archivo: file 07 KM13JAGTRIPLE

Pot. On

Pot. Off Distancia (km)

13+701

13+651

13+601

13+551

13+501

13+451

13+401

13+351

13+301

13+251

13+201

13+151

13+101

13+051

Potenciales vs. distancia

2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0

13+001

Potencial T-S (-mV)

Gasoducto de 18” DN Apodaca

Pot. Norma 850

13+701

13+651

13+601

13+551

13+501

13+451

13+401

13+351

13+301

13+251

13+201

13+151

13+101

13+051

13+001

13+451

13+501

13+551

13+601

13+651

13+701

13+451

13+501

13+551

13+601

13+651

13+701

Categoría A

13+401

13+351

13+301

13+251

13+201

13+151

13+101

13+051

Menos negativa que –850 mV 13+001

Categoría B

13+401

13+351

13+301

13+251

13+201

13+151

100000 10000 1000 100 10 1

13+101

Categoría C Categoría D 13+051

–1950 –1750 –1550 –1350 –1150 –950 –750 –550 –350 –150 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

13+001

Resistividad

Potencial IR

On P/S (mV) Off P/S (mV)

Figura 4. Distribución de voltaje de protección catódica mediante closed interval survey en ducto de acero.

Progresivamente menos corrosivo Moderadamente corrosivo Corrosivo Muy corrosivo

Figura 5. Categorización de daños en ducto según NACE SP-502.

• Medición de potenciales cada 500 metros. Con ello se pueden detectar voltajes bajos, que muy probablemente redundan en daños en el recubrimiento, que producen pérdida de corriente. • Levantamiento de estudios CIS (closed interval survey) y DCVG (direct current gradient voltage), lo que constituye una inspección externa indirecta.

• Inspecciones de muestreo o mediciones de espesores en secciones de ducto. Se perfora con la técnica “hottap” y se hace una comparación del espesor actual con el original; con algunos cálculos basados en la norma ASME B31G,DNV-OS-F101, API 579 se determina la necesidad de disminuir la presión del ducto. Al contar con activos que han estado en operación por varias

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Mantenimiento en ductos de distribución de gas natural en Nuevo León

décadas, la empresa distribuidora ha tomado medidas como ésta; ha disminuido la presión de tuberías de 300 a 30 o 40 psi, para seguir operando con un espesor menor de manera segura, confiable y continua (véanse figuras 4 y 5). El mantenimiento preventivo, aunque podría asemejarse al predictivo, es catalogado en la NOM-009ASEA-2017 en un ámbito más cercano al momento del diseño y la construcción. En un sistema de distribución de gas natural no existen trampas de diablos que permitan añadir inhibidores de corrosión interna, método aplicado en ductos de transporte exclusivamente. Únicamente se puede proteger la pared exterior mediante recubrimientos anticorrosivos y de protección mecánica; se utilizan barreras de protección adicionales como los encamisados, puentes caja con losas desmontables y registros de concreto; en instalaciones superficiales, cercados o bardas perimetrales, techadas, etcétera (véase figura 6). En cuanto al mantenimiento correctivo, la principal y más frecuente falla en las redes de distribución son los daños de terceros y el vandalismo; son tan variados, que es imposible enumerarlos. Ocurren aleatoriamente y son notificados a la compañía una vez que se detecta el olor a gas o se escucha la fuga; entonces se tiene que controlar para garantizar la seguridad de la población y limitar la liberación de gas hacia la atmósfera y la falta de gas para los clientes. Una de las causas de este tipo de daño es la excavación por obras. Algunos organismos privados y gobiernos han promovido iniciativas para instituir reglas orientadas a informar de cualquier obra municipal (u otra autorizada por el municipio) a las empresas que cuenten con infraestructura subterránea, y así evitar daños. En Estados Unidos existe la línea 811 CALLBEFOREYOUDIG, para centralizar las llamadas antes de excavar, ya que los daños a esta infraestructura constituyen delito federal, por el riesgo que pueden provocar; a pesar de la relevancia, estas iniciativas no han tenido mucho éxito en la legislación nacional y sólo se cuenta con un número 911 para esta función en algunos estados del país. El mantenimiento a un sistema de tuberías está centrado en la integridad mecánica de éstas. Por tal motivo se decretó la NOM-009-ASEA-2017, que guía las operaciones de la empresa distribuidora de gas natural por ductos de esta manera: • Delimitar y reclasificar la presión máxima de operación de las tuberías en áreas previamente despobladas que en la actualidad ya son áreas de alta consecuencia por la población. • Tomar las acciones necesarias para reconfirmar la máxima presión de operación permisible sólo en tuberías que no se hayan probado o que carezcan de registros operacionales. • Registrar condiciones de presión que sobrepasen la máxima presión de operación permisible.

Peligro

Degradación Incidente

Mantenimiento predictivo Inspección: • Celajes • Inspección externa PND • Inspección indirecta • Inspección interna Monitoreo: • Protección interior • Protección exterior Prueba • Prueba de presión

Indicación

Defecto

Mantenimiento preventivo Protección interior • Limpieza con inhibidor • Limpieza exterior Protección exterior • Protección con recubrimiento anticorrosivo y mecánico • Protección catódica Estructuras de protección • Defensas de mareas • Jaulas de protección de válvulas • Cercas o bardas perimetrales a instalaciones superficiales

Desarrollo

Falla

Mantenimiento correctivo Intervención • Estabilización • Enterrado • Soportes Reparación • Sustitución de tramos o accesorios • Refuerzo local

Figura 6. Etapas de mantenimiento en ductos según la NOM-009-ASEA-2017.

• Considerar factores de riesgo sobre la integridad, como la sismicidad, los deslaves de tierra, los cambios geológicos en terrenos. • Considerar el agrietamiento de ductos por efectos de azufres, hidrógeno, actividad metabólica de microorganismos y esfuerzos mecánicos. • Prevenir daños por parte de terceros y vandalismo. Un factor más revisado por las autoridades es el efecto que tienen las deficiencias en la integridad mecánica de ductos, que en baja escala permiten el escape de metano a la atmósfera sin ser percibido y por ende sin alertar a la población y las autoridades. En atención a ello se han emitido disposiciones administrativas de carácter general para la prevención y control integral de las emisiones de metano, que buscan reducir la cantidad de gases de efecto invernadero emitidas a la atmósfera sin cuantificación. Reflexión final Aunque en México no hay aún iniciativas públicas que coadyuven a la implementación de un programa de amplio alcance que incentive el reemplazo de las redes más antiguas de distribución, en escala mundial ya hay países que han iniciado estos programas de modernización de la infraestructura para reemplazar ductos. Algunos estados de EUA han desarrollado regulaciones y políticas para incentivar estas acciones y hacer que tengan efecto legal. El objetivo es uno solo: asegurar que la modernización de la infraestructura y el reemplazo necesario para la entrega segura, eficiente y confiable del gas natural se lleve a cabo. Proyectos como éste no generarían un ingreso a las compañías, las inversiones no se podrían recuperar en poco tiempo y en consecuencia probablemente no se llevarían a cabo. De ahí la necesidad de contar con una regulación especial y un mandato legislativo que promueva su ejecución ¿Desea opinar o cuenta con mayor información sobre este tema? Escríbanos a ic@heliosmx.org

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HIDRÁULICA TEMA DE PORTADA

Optimización del del Sistema Se llevaron a cabo 18 modelos diferentes de operación del Sistema Cutzamala realizados a través de la adecuación de diversos programas. Con ellos, y a partir de las condiciones iniciales, fue posible determinar la mejor forma de aprovechamiento del conjunto del Sistema Cutzamala.

JESÚS ADOLFO RUIZ SALAZAR Consultor en ingeniería hidráulica, actualmente en Planeación y Proyectos de Ingeniería, S.C.

El Sistema Cutzamala comenzó a operar en 1982 aprovechando gran parte de la infraestructura ya construida para la generación de energía eléctrica en el extinto Sistema Hidroeléctrico Miguel Alemán. El conjunto de esta infraestructura está compuesto por siete presas; las de mayor almacenamiento son Valle de Bravo, en el Estado de México, con 385 Mm³ de capacidad; Villa Victoria, también en el Estado de México, con 185 Mm³, y El Bosque, en Michoacán, con capacidad de 190 Mm³. El almacenamiento de las otras cuatro –Tuxpan, Ixtapan del Oro, Colorines y Chilesdo– no es representativo, ya que operan como presas derivadoras, y tampoco lo son las conducciones de Tuxpan a El Bosque, con 22 km, y de El Bosque a Colorines, con 52 km. En las figuras 1 y 2 (planta y perfil) aparecen las principales instalaciones que conforman el Sistema Cutzamala; además de la infraestructura señalada, se incluye la construida en su

2,700 2,600 2.500 2,400 2,300 2,200 2,100 2,000 1,900 1,800 1,700 1,600 msnm

Presa Tuxpan 1,750 m Presa El Bosque 1,721 .

momento por la Comisión de Aguas del Valle de México, dependiente de la Secretaría de Agricultura y Recursos Hidráulicos: plantas de bombeo, conducciones y la planta potabilizadora Los Berros, entre otras. Cabe mencionar que antes de que se iniciara la operación del Sistema Cutzamala se aprovechaba un promedio de 25 m³/s para la generación de energía eléctrica en seis plantas hidroeléctricas que componían el Sistema Hidroeléctrico Miguel Alemán. Al definirse el cambio de uso para fines de abastecimiento de agua al Valle de México se planeó la captación en tres etapas, utilizando los escurrimientos que llegan a la presa Villa Victoria (4 m³/s), a la presa Valle de Bravo (7 m³/s) y a las presas Tuxpan y El Bosque (8 m³/s), para cubrir un total de 19 m³/s, dejando el resto del escurrimiento para generación de energía durante las horas de máxima demanda (picos) en la zona central del país.

Torre Oscilación 5 Tanque Santa Isabel Tanque Pericos 2,702 m Planta 2,681 m 2,632 m potabilizadora Vaso Donato Guerra Los Berros Presa Villa Victoria 2,555 m 2,545 m Túnel Agua Escondida PB5 2,497 m

1,100 m

JAVIER RAMÍREZ OTERO Director adjunto de Planeación y Proyectos de Ingeniería, S.C. Consultor en proyectos de ingeniería hidráulica e hidroelectricidad. Miembro emérito del CICM. Académico de número de la Academia de Ingeniería A.C.

PB4 2,178 m

Presa Chilesdo 2,396 m

PB6 2,324 m

CDMX 2,240 m

PB3 Presa 1,833 m Ixtapan PB2 del Oro Presa Valle de Bravo 1,692 m 1,722 m 1,768 m PB1 1,600 m

Presa Colorines 1,629 m

300 km Fuente: Banco Mundial, 2015.

Figura 1. Perfil del Sistema Cutzamala.

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Optimización del aprovechamiento del Sistema Cutzamala

aprovechamiento Cutzamala Presa Tuxpan

Presa Villa Victoria

Michoacán

Canal Héctor Martínez de Meza P.B. 5 Planta potabilizadora Los Berros T.O. 5 P.B. 6 Presa Chilesdo

Presa El Bosque

P.B. 4 Presa Ixtapan del Oro

Estado de México Norte Alto Lerma

Villa Victoria Tanque Santa Isabel

Tanque Pericos Ramal Norte

Túnel Agua Escondida Canal Donato Guerra Caja Donato Guerra para cambiar de régimen

Túnel AnalcoSan José

Túnel Atarasquillo AtarasquilloDos Ríos Tanque dolores 2ª sección (GDF) Bosque de Chapultepec S. Lerma Toluca de Lerdo Lerma

P.B. 3 P.B. 2 Valle de Bravo

Presa Colorines

P.B. 1

Área metropolitana de la Ciudad de México

D.F.

Presa Valle de Bravo Morelos

Fuente: Conagua, 2005.

Figura 2. Planta del Sistema Cutzamala.

Análisis de gastos entregados El Sistema Cutzamala entró en operación a partir de 1982 en su primera etapa, y se concluyó en 1993 al entrar en operación la segunda y tercera etapas para abastecer en promedio, como ya se ha señalado, 19 m³/s; sin embargo, según los registros, de 1993 a 2020 se han estado abasteciendo en promedio 14.77 m³/s (véase tabla 1). Consideraciones sobre el estado del sistema Esta situación ha motivado un detallado análisis para determinar el aprovechamiento real que podría proporcionar el Sistema Cutzamala hoy en día, tomando en consideración que todas las obras se construyeron para alcanzar una dotación promedio de 19 m³/s para abastecer al Estado de México y la zona metropolitana de la Ciudad de México (ZMCM), mientras que el escurrimiento en la cuenca es de 25 m³/s. Es importante señalar que parte de este escurrimiento se pierde en filtraciones de la presa El Bosque, problema que no se han podido solucionar aunque se ha intentado incluso desde antes de entrar en operación el Sistema Cutzamala. Las filtra-

ciones son variables, dependen de los distintos niveles de almacenamiento; en promedio se han calculado del orden de 2 m³/s, aunque, cuando la presa está a su mayor capacidad, llegan a ser hasta de 3 m³/s. Desde hace más de 30 años ha habido intentos de corregir el problema; sin embargo, estos esfuerzos deberían renovarse utilizando las nuevas tecnologías para detectar las grietas y realizar lo necesario para sellarlas. Un pequeño volumen de agua procedente de las filtraciones se utiliza para regar algunas áreas en las laderas de la cortina, pero la que no se aprovecha se concentra aproximadamente 2.2 km aguas abajo de la cortina, donde se llegó a construir una pequeña presa derivadora cuyas aguas podrían ser bombeadas directamente a la conducción El Bosque-Colorines, sin pasar nuevamente por la presa de almacenamiento El Bosque. Otra consideración respecto a la presa El Bosque es la posibilidad de incrementar la capacidad de almacenamiento en 26 Mm³ adaptando el vertedor actual e instalando compuertas; de esta manera se obtendría mayor capacidad de regulación de los volúmenes escurridos y derivados de la presa Tuxpan.

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Optimización del aprovechamiento del Sistema Cutzamala

Tabla 1. Gastos medios anuales entregados por el Sistema Cutzamala, 1993-2021 Año

CDMX (m³/s)

Edo. de México (m³/s)

Total (m³/s)

1993

8.1 0

2.91

11.01

1994

9.67

3.38

13.05

1995

9.80

3.85

13.65

1996

9.62

4.57

14.19

1997

10.16

5.05

15.21

1998

9.93

4.49

14.42

1999

10.21

5.10

15.31

2000

9.68

5.57

15.25

2001

9.64

5.51

15.15

2002

9.65

5.60

15.25

2003

9.77

5.83

15.6

2004

9.84

5.64

15.48

2005

9.84

5.64

15.48

2006

9.61

5.61

15.22

2007

9.72

5.58

15.30

2008

9.58

5.61

15.19

2009

7.74

4.92

12.66

2010

8.45

5.25

13.70

2011

9.09

5.80

14.89

2012

8.62

5.79

14.41

2013

8.09

5.24

13.33

2014

9.35

5.77

15.12

2015

9.62

6.16

15.78

2016

9.76

6.18

15.94

2017

9.89

6.17

16.06

2018

9.72

5.99

15.71

2019

9.98

5.89

15.87

2020

9.89

5.32

15.21

2021

9.40

5.45

14.85*

Promedio

9.32

5.13

14.77

*Gastos entregados hasta el 15 de marzo de 2021. Fuente: SNIA, 2021.

Por otra parte, se han hecho algunas derivaciones para cubrir ciertas zonas de riego, que hoy en día suman aproximadamente 4,325 ha en el Módulo 7 del Distrito de Riego 045 y en la Unidad de Riego Las Moras-Florida. Esta área total de riego fue determinada por la Comisión Nacional del Agua (Conagua) luego de un estudio muy detallado para detectar las derivaciones autorizadas y las clandestinas; de acuerdo con este estudio, el área consume 3.46 m³/s en promedio al año. Posible aprovechamiento En resumen: si a los 25 m³/s que escurren en el Sistema Cutzamala se restan los 2 m³/s de las filtraciones y los

3.46 m³/s del riego, quedan aproximadamente 20 m³/s que pueden ser finalmente utilizados para el abastecimiento al Estado de México y a la ZMCM. Sin embargo, el cuestionamiento que surge es claro: ¿por que sólo se han alcanzado en promedio 14 m³/s desde el año 1993? Éste fue el punto de partida para llevar a cabo un análisis detallado del funcionamiento del conjunto del Sistema Cutzamala. Para ello se estudió una serie de funcionamientos combinados de las tres presas de mayor almacenamiento y de las derivadoras Tuxpan y Colorines, auxiliados por las otras dos presas derivadoras, con las premisas de evitar derrames en cualquiera de las presas y conservar los niveles mínimos y máximos de operación en cada una de ellas, de tal manera que no se afecten las necesidades propias de la región, incluidas las recreativas y turísticas de la presa Valle de Bravo. En la información disponible del periodo 1958-1985 se registra que de la presa derivadora Tuxpan se derramaban en promedio 117 Mm³ por año, equivalentes a 3.7 m³/s. En el ejercicio del funcionamiento combinado se trata de evitar al máximo estos derrames, para lo cual se propone que toda el agua que llegue a la presa Tuxpan se derive hacia la conducción Tuxpan-El Bosque a su capacidad máxima, que sería de 21 m³/s –aunque varía en el tramo El Bosque-Ixtapan del Oro (16 m³/s) y de Ixtapan del Oro a Colorines (19 m³/s)–, incluyendo el aprovechamiento del río Zitácuaro. Siguiendo con el ejercicio, toda el agua que llega a la presa Colorines procedente de esas derivaciones se envía directamente a la conducción Colorines-Los Berros, hasta una capacidad de 20 m³/s; en caso de que no se lleguen a cubrir los 19 m³/s, la presa Valle de Bravo envía los escurrimientos faltantes, conjuntamente con las derivaciones de las presas Chilesdo y Villa Victoria. Para los funcionamientos se tomó un periodo de análisis de 28 años (1988-2015); el escurrimiento en cada una de las presas se obtuvo con diferentes métodos: mediciones directas con estaciones hidrométricas, cálculos con base en información obtenida directamente del funcionamiento de cada una de las presas e información obtenida con métodos indirectos de relaciones lluvia-escurrimiento. Con la operación planteada se evita la mayor parte de los derrames en la presa derivadora Tuxpan, ya que éstos se reducen de 117 a 40 Mm³. Se recopiló y procesó una gran cantidad de información, que fue integrada para llevar a cabo 18 modelos diferentes de operación del Sistema Cutzamala realizados a través de la adecuación de los programas LabSid Acquanet y MODSIM; con ellos, y a partir de las condiciones iniciales, fue posible determinar la mejor forma de aprovechamiento del conjunto del Sistema Cutzamala. El promedio de captación que se obtuvo de todos los modelos resultó de 18.65 m³/s. Finalmente, se seleccionó el modelo que más se apega a las condiciones actuales, respetando el nivel mínimo que se ha tenido para la operación de cada una de las presas, y resultó un promedio 18.35 m³/s (véa-

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m³/s

Optimización del aprovechamiento del Sistema Cutzamala

para determinar la mejor forma de aprovechamiento del conjunto del sistema; con el modelo que más se apega a las condiciones reales, se obtuvo un nivel de captación cercano a los 19 m³/s, salvo en algunos meses en los que se propone completar los gastos con los pozos del Valle de México

20.00 19.00 18.00 17.00 16.00 15.00 14.00 13.00 12.00 11.00 10.00

1988 1988 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

Referencias Banco Mundial (2015). Cutzamala. Diagnóstico integral. Ciudad de México. Comisión Nacional del Agua, Conagua Año (2005). Sistema Cutzamala. Agua para millones de mexicanos. México. Figura 3. Gastos entregados por el Sistema Cutzamala con la simulación reaConagua (2014). Anteproyecto para las conlizada. ducción Tuxpan-El Bosque y El Bosque-Colorines, independizando las demandas de riego y agua potable, estados de Michoacán y México. Ciudad de México. se figura 3). En este modelo, de los 336 meses analizados, Planeación y Proyectos de Ingeniería, S. C. y Conagua (2016). Estudio únicamente en 35 no se entregó el gasto deseado de para optimizar el aprovechamiento de los escurrimientos que lle19 m³/s, lo que representa un 10.4% menos. gan a la presa Tuxpan-presa El Bosque, Michoacán, Sistema Cutzamala. Ciudad de México. Sistema Nacional de Información del Agua, SNIA (marzo de 2021). http:// Conclusión sina.conagua.gob.mx/sina/tema.php?tema=sistemaCutzamala Mediante un ejercicio para el funcionamiento combinado

de las tres presas de mayor almacenamiento del Sistema 03/06/21de operación 16:16 181 modelos

Anuncio Cutzamala CICM junio CIMESA_3jun2021.pdf se llevaron a cabo

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HIDRÁULICA

Impostergable, reducir sobreexplotación de acuíferos del Valle de México Se hace una breve descripción del desarrollo de la ciudad y de su zona metropolitana; se expone el proceso de hundimiento y de la sobreexplotación y se presenta de manera muy resumida el resultado de un ejercicio realizado para determinar el costo de la sobreexplotación y del hundimiento, esto último con el objetivo de que se dimensione el problema y se tomen las medidas para solucionarlo. CÉSAR HERRERA TOLEDO Responsable técnico de 2050 El equilibrio hidrológico cuenta, A.C. JUAN PABLO DEL CONDE GUADALAJARA Director asociado de Ingeniería y Gestión Hidráulica, S. C.

La problemática relacionada con el agua en el Valle de México ha estado presente desde la fundación de la gran Tenochtitlan –especialmente dotar de agua potable a la población y enfrentar las severas inundaciones provocadas por la falta de infraestructura para desalojar las aguas de lluvia y residuales– hasta los hechos recientes del siglo pasado, con la sobreexplotación del acuífero y los hundimientos, eventos que orillaron a las autoridades a construir grandes obras hidráulicas para abasto de agua y drenaje. Pero hay otro problema silencioso que ha avanzado lentamente, casi sin que la población lo perciba pero con efectos dañinos muy considerables: el hundimiento de la ciudad. Para la gran mayoría de la población de la ciudad, el hundimiento del Palacio de las Bellas Artes o las escalinatas agregadas a la Columna de la Independencia pasan inadvertidas, están acostumbrados a verlas; encharcamientos y la presencia de grietas en algunas zonas de la ciudad son también parte de la vida cotidiana. Pero el hundimiento no puede continuar. Es una manifestación de otro problema también relacionado con el agua: la explotación desmedida de los acuíferos del Valle de México a lo largo de muchos años. La sobreexplotación resultó una manera fácil de atender la demanda de agua para la población y para la agricultura, hasta que se encontró la relación entre ésta y el hundimiento. La reducción de la explotación de agua será un proceso que seguramente tomará tiempo, pero hay que iniciarlo ya. Crecimiento de la población y consecuencias La extensión de la mancha urbana de la ZMVM ha crecido a un ritmo tres veces superior que el de su población.

Para el 2015 se tenía una población aproximada de 21.4 millones de habitantes, de los cuales casi 12.5 millones correspondían a los municipios del Estado de México, Hidalgo y Tlaxcala, es decir, menos de la mitad pertenecían a la Ciudad de México. Para el año 2050, conforme a las proyecciones realizadas, la Ciudad de México mostrará un decremento de 640 mil habitantes, alcanzando una población estimada de 8.26 millones de habitantes. Los municipios del Estado de México, Tlaxcala e Hidalgo muestran una tendencia de crecimiento en el periodo referido. Actualmente la región se ve severamente amenazada por la sobreexplotación de los recursos naturales, los cambios de uso del suelo y los problemas asociados con una urbanización desordenada. Se trata de la región más poblada del país, con alta concentración de habitantes y actividades económicas. El tamaño de la mancha urbana de la Ciudad de México y su zona conurbada ha cubierto más del 50% de las zonas de recarga de sus acuíferos. La sobreexplotación de acuíferos ha propiciado la desaparición de manantiales, lagos y múltiples humedales en toda la región, con impactos que han llevado a desequilibrios muy importantes. La desecación del área lacustre aceleró el crecimiento de la mancha urbana en el Valle de México, y desplazó a importantes zonas boscosas de las partes bajas de las sierras. La pérdida de enormes áreas de bosque en la región afecta a la dinámica hidrológica, pues estos ecosistemas prestan valiosos servicios ambientales. Los habitantes de la región y los sistemas urbanos requieren para su sostenibilidad los servicios ambientales que proporcionan los ecosistemas que se preservan en la áreas naturales protegidas (ANP) y otras zonas destinadas a la conservación de la naturaleza. En cuestión de aguas superficiales, el desequilibrio se asocia con la deforestación de bosques en las partes altas de la cuenca, lo que ha provocado que se pierda capacidad de retención, con lo que no solamente se elimina la posibilidad de que se infiltre de forma natural agua hacia los acuíferos, sino que se han incrementado las crecientes, el arrastre de sedimentos y la pérdida irreversible de suelos. Esta situación provoca, además de avenidas que rebasan la capacidad de los cauces, que la infraestructura hidráulica se azolve y pierda operatividad y capacidad hidráulica; afecta a los cauces,

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2220000

Impostergable, reducir sobreexplotación de acuíferos del Valle de México

Crecimiento de la mancha urbana ZMVM 1524-2020 ZMVM Límite estatal Límite municipal

Estado de México

2140000

Tlaxcala

Crecimiento urbano Años 1524 1700 1845 1910 1940 1980 1990 2000 2010 2020

Puebla

2120000 2100000

Simbología

2160000

2180000

2200000

Hidalgo

Proyecto UTM Zona 14 DAT UM: W G 584 Cuadrícula: 20,000 m Ubicación

Ciudad de México

0 10 20

Morelos

440000 460000 480000 500000 520000 540000 Figura 1. Evolución de la mancha urbana en el Valle de México.

vasos, lagos y manantiales. La expansión de la mancha urbana ha generado, además, que las aguas residuales sean vertidas hacia los cauces sin tratamiento. El hundimiento La subsidencia en el Valle de México tiene como principal causa la pérdida de presión de acuíferos, que ocurre por la excesiva extracción de agua subterránea de formaciones hidrogeológicas permeables que subyacen a las formaciones arcillosas extraordinariamente compresibles, ubicadas bajo el lecho del antiguo Lago de Texcoco. La disminución súbita de presión hidrostática, debida al bombeo de agua subterránea en el estado arenoso subyacente a las arcillas, origina un flujo descendente, un proceso de drenado, una disminución de presión hidráulica en la arcilla, que incrementa los esfuerzos efectivos en el subsuelo, reduce la relación de vacíos y conlleva un proceso de consolidación y hundimiento. El hundimiento ocurre en forma heterogénea, lo cual depende tanto del espesor de las formaciones arcillosas y de la evolución de los niveles del acuífero como de los procesos complementarios de carga, los cuales aceleran los procesos de consolidación.

Primeras señales del hundimiento En el antiguo lago de Texcoco, a través de siglos se depositaron grandes volúmenes de arcilla. Ésta permaneció sumergida y saturada hasta que la actividad humana modificó el funcionamiento hidrológico del Valle de México; primero, mediante la desecación de dicho lago al construir obras de drenaje para descargar el agua pluvial hacia la cuenca del río Tula, y posteriormente con la proliferación de pozos para la extracción de agua subterránea. La subsidencia acumulada de 1862 a 2019 alcanzó máximos en la parte central de la Ciudad de México, donde acumula un orden de 15 m en la zona del actual aeropuerto; la mayor parte del asentamiento en la zona centro fue generada en el periodo de 1940 a 1960, en la medida en que la extracción de aguas subterráneas se incrementó debido a la creciente demanda provocada por el crecimiento demográfico y su desarrollo económico asociado. Es necesario destacar que la problemática del hundimiento se concentra en donde estuvo anteriormente el antiguo gran Lago de Texcoco, siendo los rellenos lacustres el material con elevado contenido de arcillas. Las zonas con rellenos arcillosos de mayor espesor son las más susceptibles de consolidarse por el drenado de las arcillas, como efecto de la sobreexplotación.

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Impostergable, reducir sobreexplotación de acuíferos del Valle de México

Problemas generados Entre los problemas atribuibles al hundimiento se encuentran: • Los inherentes al hundimiento general del terreno. La pérdida de capacidad hidráulica de canales, atarjeas y colectores sanitarios que operan por gravedad, así como la pérdida irreversible de capacidad de almacenamiento del acuífero. • Los relacionados con el hundimiento diferencial y agrietamientos asociados. La afectación estructural de edificaciones, debida a su inclinación y a un creciente esfuerzo para conservar su estabilidad, que conlleva a una mayor vulnerabilidad sísmica. Deformaciones y falla estructural en vías de comunicación. Rotura de instalaciones hidráulicas, eléctricas y de hidrocarburos. Depreciación de inmuebles y propiedades. Afectación a lagos naturales y artificiales. Deterioro estructural de monumentos y edificaciones históricas. Como ejemplos conocidos de estos problemas, se pueden citar: • El Gran Canal del Desagüe, que modificó su pendiente de 19 cm por kilómetro a principios del siglo XX, hasta presentar contrapendiente en algunos tramos en el año 2000, con la necesidad de dos plantas de bombeo para su operación. • Numerosas viviendas, instalaciones de metro y vialidades ubicadas en las zonas de Tláhuac e Iztapalapa. En particular, las viviendas presentan una afectación notable debido al hundimiento diferencial, que acumula sus efectos con el paso del tiempo y, en aquellas zonas que presentan un mayor gradiente anual de hundimiento, se concentran múltiples grietas en el terreno, que ponen en riesgo la estabilidad de las edificaciones con daños que se magnifican con la actividad sísmica. • La frecuente rotura de acueductos en la zona de Tláhuac, que agudiza el problema de tandeos y escasez de agua. • La inclinación de la Catedral Metropolitana y de su edificio de Sacristía. La subsidencia se acentuó desde mediados del siglo XX, cuando las necesidades de agua potable de la ciudad llevaron a la explotación cada vez más intensa de los acuíferos de la cuenca, con el consiguiente drenaje del agua desde los estratos de suelo blando y su consolidación. Dos temas de máxima relevancia son el hundimiento diferencial y las grietas, ya que son los que causan mayores problemas estructurales a la infraestructura y al terreno. Un análisis espacial de la variación del hundimiento a través del tiempo para un mapa de velocidad de hundimientos del periodo 1999-2007, aunado a las grietas registradas en el Atlas de Riesgos 2014 de la CDMX, permiten confirmar los siguientes datos: • Tanto el mayor hundimiento diferencial como el agrietamiento se presentan en los alrededores de los cerros que rodean el antiguo Lago de Texcoco, principalmente en las alcaldías Iztapalapa y Tláhuac en la CDMX y

los municipios de Valle de Chalco Solidaridad, Nezahualcóyotl y Chimalhuacán, en el Estado de México. • Las grietas se concentran en general en zonas que presentan el mayor hundimiento diferencial. • Existen importantes elementos de infraestructura, como es la línea A del metro, construida en una zona de alto hundimiento diferencial y agrietamiento, con serias consecuencias. • Existen pozos de agua potable que presentan serios problemas de calidad del agua en sitios próximos a agrietamientos en la zona de Tláhuac e Iztapalapa. • Múltiples viviendas clasificadas como damnificadas en la zona de Tláhuac e Iztapalapa durante el sismo de 2017 coinciden con grietas registradas en el Atlas de Peligros y Riesgos de la Ciudad de México (2014). • La repercusión de los asentamientos diferenciales afecta mayormente a las construcciones antiguas, ya que acumulan los hundimientos y sus variaciones a lo largo del espacio y del tiempo, con crecientes diferenciales a lo largo del terreno, que se traducen en inclinaciones, las cuales dan origen a crecientes esfuerzos estructurales que comprometen paulatinamente la estabilidad de las edificaciones. • En los edificios históricos, la principal problemática es debida a asentamientos diferenciales, es decir, la deformación no es uniforme bajo la cimentación, debido principalmente a que distintos sitios han alcanzado diferentes grados de consolidación, dependiendo del peso de los edificios previos a los actuales y al espesor de los estratos de arcillas. La sobreexplotación Mediante una reconstrucción del balance de agua subterránea actual, junto con una hipótesis del comportamiento histórico de dicho balance, donde se tomaron como principales variables el crecimiento de la población y la construcción de fuentes alternas de abastecimiento, como lo fueron en su momento los sistemas Lerma y Cutzamala, se hicieron estimaciones de la sobreexplotación de agua subterránea. Para el año 2019, se estimó que con una recarga de 31,7 m³/s y extracción de 59.5 m³/s, la sobreexplotación era de 27.9 m³/s. Esto significa que ese año se vaciaron unos 880 millones de metros cúbicos. Este valor es muy importante porque más adelante se hace un estimado del valor del metro cúbico sobreexplotado. La evolución de la demanda y la extracción de agua El Valle de México cuenta con siete acuíferos; cuatro de ellos abastecen a la zona metropolitana. Los acuíferos son: Zona Metropolitana de la Ciudad de México, Chalco-Amecameca, Texcoco y Cuautitlán-Pachuca. En realidad, estos cuatro acuíferos están conectados y sus límites son líneas imaginarias, propuestas por la Comisión Nacional del Agua para fines administrativos. El proceso de sobreexplotación se inició en la zona centro de la CDMX; posteriormente se trasladó a la zona sur, donde fueron reubicados y construidos nuevos

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aprovechamientos subterráneos. Cuando el nivel del agua en los pozos comenzó a descender, se exploró la posibilidad de obtener volúmenes desde otras cuencas y se creó el Sistema Lerma, el cual cuenta con una serie de pozos ubicados en el acuífero del valle de Toluca, lo que permitió el trasvase de caudales a la CDMX que superaron los 13 m³/s. Actualmente el trasvase es menor de 5 metros cúbicos por segundo. La población de la CDMX presentó un crecimiento acelerado en el decenio de 1960, periodo en el cual se decidió perforar un conjunto de baterías de pozos “de emergencia” en otros acuíferos, también ubicados en el Valle de México al amparo del “Plan de Acción Inmediata”. Su objetivo era proveer el agua faltante a la población mientras no se contara con una nueva fuente externa. Fue entonces que se decidió abastecerse con agua del Sistema Cutzamala. La primera etapa se diseñó para captar y conducir un gasto de 4 m³/s de la presa Villa Victoria; se incluyó la planta potabilizadora Los Berros; la segunda etapa, con un gasto de diseño de 6 m³/s, aprovechaba las aguas almacenadas en la presa Valle de Bravo, y la tercera etapa, con un gasto de diseño adicional de 9 m³/s, comprende los subsistemas Chilesdo y Colorines. El agua del Sistema Cutzamala se deriva, en primer lugar, hacia la ciudad de Toluca, y el resto se envía a la

ZMVM. En promedio, se entregan 4.5 m³/s al Estado de México (de los cuales aproximadamente 0.8 m³/s corresponden a la ciudad de Toluca); el caudal restante de 9.7 m³/s se transfiere a la Ciudad de México. No obstante haberse construido el Sistema Cutzamala, la insuficiencia de agua se manifestó en zonas donde las aguas de esa fuente no llegaban con la infraestructura de conducción existente. Por ello, fue necesaria la perforación de pozos en sitios donde a priori se reconocía que la calidad del agua no era buena, en el oriente de la CDMX. Mediante plantas potabilizadoras a pie de pozo se han tratado dichos volúmenes de agua, sin mucho éxito; el líquido entregado a la población, en muchos casos, no cuenta con la calidad establecida por la norma correspondiente. La sobreexplotación de agua subterránea es causa de afectaciones, tanto para el ambiente como para la sociedad. Para el caso particular de la Ciudad de México, un estudio reciente de los efectos de la sobreexplotación señala dos temas críticos: 1. Agotamiento en cantidad y calidad de la fuente única de abastecimiento. La población que no recibe agua de los sistemas Lerma y Cutzamala depende exclusivamente del agua subterránea. El paulatino agotamiento de las fuentes subterráneas y el aumento de la población ha

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Tabla 1. Costos de la subsidencia Concepto

Valor (2019)

Sobreexplotación (m³/s)

25.2

Sobreexplotación (hm³)

794.7

Hundimiento ($/m³)

71.86

Otros conceptos de sobreexplotación ($/m³)

13.61

Total ($/m³)

85.48

llevado a una problemática compleja caracterizada por insuficiente suministro, tandeo o consumo de agua que incumple con la normatividad en lo que se refiere a calidad, lo que repercute directamente en la salud y en la calidad de vida de los ciudadanos. 2. Impactos debidos al descenso del nivel freático y en consecuencia al incremento de la carga de bombeo. Si bien este es un efecto del agotamiento del agua en cantidad, el descenso del nivel del agua afecta el aprovechamiento de agua subterránea, al disminuir el espesor del acuífero y por consiguiente el caudal que puede obtenerse a través del bombeo. La oferta de agua se ve disminuida conforme ocurre este descenso, y una consecuencia directa es que algunas captaciones de agua subterránea han quedado en desuso debido a que el nivel es inferior a la profundidad de los pozos.

el costo promedio y se hizo una estimación para 2019, año en el que se realizó el estudio. Adicionalmente, se anticipa una afectación inevitable a futuro, debido a que, en cualquier escenario, habrá un hundimiento adicional, efecto de la sobreexplotación pasada. En la tabla 1 se resumen los costos calculados. Destacan: a. La sobreexplotación de 25.2 m³/s, que equivale a 794.7 millones de metros cúbicos. b. Se incluyen dos componentes de costo: uno es el efecto propiamente del hundimiento; en lo que corresponde a otros conceptos de sobreexplotación, se consideran principalmente: incremento de energía, reposición y profundización de pozos, escasez y deterioro de calidad del agua. c. El costo anual del hundimiento para el año 2019 se estima en 57,107 mdp, mientras otros costos adicionales de la sobreexplotación, en 10,819 mdp. d. El costo total por metro cúbico sobreexplotado es de 85.48 pesos.

Costos de la sobreexplotación de los acuíferos del Valle de México ¿Cuál puede ser el costo del hundimiento? Más aun: ¿cuál puede ser el costo cuando dicho hundimiento ocurre, a menudo, sin causar afectaciones perceptibles? Al analizar el tema de la subsidencia, paso a paso, es posible percatarse de fenómenos a los cuales puede asociarse un costo; sin embargo, es necesario dar mayor atención a aquellos efectos que en forma evidente y definitiva constituyen una afectación, y en muchos casos un costo. En el presente análisis, los costos de la subsidencia se clasifican en cuatro tipos: 1. Costos en el funcionamiento hidráulico: Sistema de Drenaje Profundo, plantas de bombeo en el Gran Canal del Desagüe, mayores riesgos de inundación, fugas de agua potable por agrietamiento, costos por reparación de redes de agua potable y alcantarillado. 2. Infraestructura y edificaciones: depreciación de edificaciones afectadas por agrietamiento y hundimiento diferencial, reparación de vialidades y líneas de metro, reparación de terminales aeroportuarias. 3. Cuerpos de agua: agrietamientos en lago de Xochimilco, deformaciones en el lago Nabor Carrillo, contaminación de acuífero por agrietamiento, pérdida de capacidad de almacenamiento de acuíferos. 4. Predios y superficies agrícolas: depreciación de predios y zonas agrícolas por hundimiento diferencial y agrietamiento.

Conclusiones La sobreexplotación de los acuíferos del Valle de México, a partir de los valores mencionados, representa un costo anual muy elevado que corresponde a los componentes expuestos. Los daños que genera la sobreexplotación no se advierten porque el hundimiento que genera es un proceso muy lento, y, salvo en época de lluvias, cuando se presentan inundaciones o cuando se manifiestan grietas que afectan viviendas, la población no se entera del problema de la subsidencia. La solución del problema implica múltiples acciones locales: incremento de eficiencia, uso racional del agua, reúso, recarga de acuíferos, manejo de cuencas y cosecha del agua; sin embargo, estas áreas de oportunidad, a diferencia de las grandes obras, requieren cientos de pequeños proyectos, así como el fortalecimiento de capacidades de organización, conocimiento, medición, gobernanza y gobernabilidad; en tanto dichas capacidades no se consoliden, el efecto acumulado de las acciones locales no será contrapeso para el desequilibrio hídrico. Es necesario que las instituciones encargadas del manejo del agua en el Valle de México conjunten esfuerzos para desarrollar acciones que permitan reducir la sobreexplotación. Igualmente, es necesario ubicar las zonas con mayor hundimiento diferencial, ya que anticipan impactos por agrietamientos del terreno e inclinación de edificaciones. La sociedad puede sumarse a esta iniciativa asumiendo un papel responsable en el uso del agua y mediante el seguimiento de las acciones de gobierno que emprendan las dependencias competentes

En cada caso se estimó el costo histórico a partir de información documental; asimismo, se determinó

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Instalaciones de la estación ferroviaria de Veracruz Veracruz es la ciudad con más largo historial ferroviario del país. Cuatro líneas –Mexicano, Interoceánico, del Pacífico o de Veracruz al Istmo y de Veracruz a Alvarado– con sus respectivas estaciones confluyeron a la postre en una sola estación. Al ser una ciudad portuaria, era impensable desarrollar un sistema de transporte terrestre sin atender la vía marítima. Por ello, las obras necesarias para la integración de la terminal incluyeron rompeolas, malecones, muelles y dársenas. La primera concesión para tender una vía ferroviaria entre la Ciudad de México y Veracruz fue otorgada en 1837 al veracruzano ex ministro de Hacienda Francisco de Arrillaga, quien asumía el compromiso de construir una vía doble con un ramal a Puebla; el privilegio de la explotación duraría 30 años, pero el intento fracasó. Así se sucedieron cuatro concesiones más, hasta que en octubre de 1856 Antonio Escandón asumió el reto y el primer día del año 1873 el presidente Sebastián Lerdo de Tejada realizó el viaje inaugural de la Ciudad de México a Veracruz, por la ruta de Orizaba y Córdoba, en un ferrocarril de vía ancha. La primera estación A mediados del siglo XIX se había construido la estación Veracruz-San Juan por fuera de la muralla que rodeaba la ciudad desde 1635, pero la estación fue destruida por los invasores estadounidenses en 1847, cuando bombardearon y tomaron la ciudad. En el decenio de 1850 saldría desde ese punto un ramal que, recorriendo la muralla por su lado sur, lograría penetrar en la ciudad por una puerta colocada a un costado del baluarte de Santiago. La terminal fue trasladada a otro sitio en 1865 por protestas de los vecinos, que temían una desgracia en una zona concurrida por niños y ancianos; en la década siguiente la compañía ferroviaria rompió la muralla por el norte, entre los baluartes de la Concepción y de San Juan. Fue allí donde se instaló la primera terminal que se mantendría dentro de los muros, en la Plazuela de la Caleta y sobre las ruinas del Mesón de Cosío. No conforme con haber abierto la muralla por el lado de tierra adentro, pronto la rompió por el lado de la playa para construir un muelle metálico con el fin de facilitar la descarga de los bienes de importación y el traslado de las mercancías de exportación hacia los barcos. El llamado “muelle inglés” se introdujo en el mar más de 200 metros. En la parte final, que se abría en abanico, se acondicionaron cuatro grúas hidráulicas para levantar

El llamado “muelle inglés” se extendió 200 m sobre las aguas de la bahía.

2 toneladas, y en la cabeza del muelle se armaría otra grúa del mismo sistema para cargar hasta 20 toneladas. En cuanto a la estación de pasajeros, era un edificio modesto con techo de teja de dos aguas, circundado por un andador cubierto por sus cuatro costados, sostenido por pilares de madera. Paulatinamente se fue desarrollando un conjunto arquitectónico disperso que comprendía, además del muelle y las estaciones, una serie de bodegas y distintos establecimientos. Las instalaciones del Ferrocarril Mexicano se extendían a lo largo de 148,861 metros cuadrados. En 1873 la compañía le había comprado al municipio 9,060 m², pero multiplicaron varias veces esta área adquiriendo predios por dentro y por fuera de la ciudad amurallada. Hacia la última década del siglo XIX se sumaron al Mexicano el Interoceánico, de aproximadamente 110 km y que utilizaba tracción animal para mover los vagones (por ello nunca logró despegar), y el de Alvarado, una pequeña línea que de unos 30 kilómetros. Impacto más allá del ámbito regional Durante los primeros años del siglo XX, de las estaciones ferroviarias de Veracruz partían diferentes líneas que

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Instalaciones de la estación ferroviaria de Veracruz

comunicaban al puerto con el centro y el sur del estado, pero su importancia no era sólo regional; constituía el centro ferroviario más importante del Golfo de México (del oriente) y del sur. El puerto era la estación terminal de uno de los cuatro sistemas principales que conformaban la red ferroviaria nacional. Este eje estaba integrado por el Ferrocarril Mexicano y por el Ferrocarril Interoceánico, dos de las compañías británicas más importantes por su capital; además, arribaba también el Ferrocarril de Veracruz al Istmo, que comunicaba el centro del país con el sur hasta llegar a Guatemala. Cada ferrocarril tenía sus propias instalaciones ferroviarias, distribuidas en los diferentes puntos de la ciudad: el Interoceánico, procedente de Santa Fe, entraba por el noreste de la ciudad y se introducía en un terreno de 186,737 m², donde tenía instalados dos almacenes, la casa de máquinas y el tanque de agua para las locomotoras. En este espacio, su vía se segmentaba en dos ramales: uno se dirigía hacia el norte de la estación del Mexicano, de la que la separaba sólo una angosta faja de terreno propiedad del municipio. Allí tenía el Interoceánico dos bodegas, un depósito de carbón y las oficinas de su muelle, que fue tendido paralelamente al norte del muelle inglés. Si en su arranque era de mampostería, la mayor parte había sido construido con pilotes y trabes de fierro, unidos con cruces de San Andrés. La otra vía del Interoceánico bajaba hacia el sur, hasta donde se trazaría la calle Hidalgo; doblaba hacia el este para llegar a la que sería luego la calle Serdán. Aquí se levantaría su estación, consistente en una instalación de madera “modelo lateral”, que se desplantaba en forma rectangular y se construyó a 80 cm del piso sobre un entarimado; fue edificada con un sistema constructivo a base de una estructura metálica en forma de marcos, lo que permitía la presencia de un espacio porticado sobre puentes de hierro; a través de su centro se accedía a la estación. La estación del Ferrocarril de Alvarado se ubicaba en el sur de la ciudad. La línea ingresaba a la población paralela al Mexicano. Sus instalaciones se alojaban en la antigua terminal del Camino de Fierro hacia el río San Juan, frente al derruido baluarte de Santa Bárbara. La línea Veracruz al Istmo entraba a la ciudad por el sur, luego de pasar Boca del Río y La Tampiquera. Fue la última compañía en asentarse en el puerto y quizá por ello su estación quedó más lejos del centro histórico, para ubicarse frente al punto donde se juntaban la Laguna de los Cocos y el final del paseo de la Alameda. Así pues, es de notarse la dispersión de las instalaciones ferroviarias por la ciudad portuaria. La mayor densidad de instalaciones y vías se encontraba al norte de la ciudad, zona en la que el ferrocarril había derribado la muralla, en torno a la Plazuela de la Caleta. Allí había una serie de bodegas de los dos ferrocarriles más grandes que arribaban a Veracruz. Por ello resultó natural que se pensara como el sitio idóneo para construir una terminal que centralizara el tráfico de mercancías y de viajeros. IC Ingeniería Civil Órgano oficial del Colegio de Ingenieros Civiles de México ❙ Núm. 620 junio de 2021

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• Construcción de dos malecones, muro de contención y muelle de acero. • Dragado de hasta 8.5 m de profundidad a baja marea de toda el área protegida, y de hasta 10 metros en las zonas próximas a los muelles • Relleno de los terrenos ganados al océano detrás de los malecones, con su correspondiente urbanización • Construcción de infraestructura interior, como muelles, dársenas y embarcaderos

La primera estación intramuros fue construida por el Ferrocarril Mexicano en el lado norte de la ciudad.

Durante el porfiriato, producto del dinamismo económico que vivió el país, las importaciones y las exportaciones se multiplicaron. Los ferrocarriles entre la capital del país y las ciudades de la frontera norte se conectaban con los grandes sistemas ferroviarios, y en el naciente siglo esa área concentraba la tercera parte de las exportaciones nacionales. Ante ello, Veracruz corría el riesgo de ser desplazado de los crecientes flujos comerciales si no modernizaba su infraestructura. Al ser una ciudad portuaria, era impensable desarrollar un sistema de transporte terrestre sin atender la vía marítima. Obras portuarias Durante mucho tiempo fue evidente el riesgo que presentaba la bahía, y hacia 1880 se volvió insuficiente su capacidad por la proliferación de vapores. Los peligros se multiplicaron por el gran número de barcos que atracaban y por el aumento de calado de éstos. Las compañías ferroviarias buscaron edificar sus propios muelles ante la incompatibilidad entre las máquinas de vapor y el atrasado desembarcadero. No fue hasta 1895 que empezaron en forma las obras del puerto. La Pearson & Son se puso al frente de la empresa, con el propósito general de realizar una serie de instalaciones exteriores, compuestas de diques y rompeolas, para proteger al puerto de los vientos dominantes. A esto debía sumarse un conjunto de obras interiores –malecones y muelles– a los que había que añadir el indispensable dragado de la bahía y la creación de canales de navegación con suficiente profundidad. El objetivo era convertir la rada abierta de Veracruz en un puerto abrigado por medio de defensas artificiales, aprovechando los arrecifes que bordeaban la ensenada. Eran seis los elementos esenciales que integraban el proyecto: • Terminación del rompeolas del noroeste para cerrar el Paso del Norte • Construcción de dos rompeolas: uno para unir la tierra firme con el arrecife de La Lavandera al sureste, y otro para dar protección al noreste a partir del extremo oriente del encalladero La Gallega

Como parte de esta obra, el gobierno federal construyó un conjunto de edificios: de la aduana marítima, de correos y telégrafos, y el de faros. Sin embargo, la infraestructura estaba incompleta: faltaba la terminal de los ferrocarriles. Desde principios de siglo se realizaron los primeros proyectos y los directivos de las distintas vías ferroviarias entablaban conversaciones para su integración en una sola estación. El 6 de abril de 1906 se firmó el contrato entre el gobierno federal y el representante de las compañías Ferrocarril Interoceánico de México, Ferrocarril Mexicano, Ferrocarril del Pacífico y Ferrocarril de Veracruz, relativo a la construcción y explotación de una estación terminal en Veracruz y de los edificios, vías y accesorios apropiados para su uso en el puerto y en el tráfico de importación y exportación que tenía lugar en él. Los consorcios se obligaban a organizar una empresa que tendría por objeto hacer expedito el tránsito ferrocarrilero y realizar el movimiento de carga y diversos servicios: la Compañía Terminal de Veracruz, S.A. El contrato tuvo el cometido principal de unir los caminos de hierro con las rutas marítimas que seguían los grandes buques, para colocar a Veracruz a la altura de las exigencias económicas de la época. La empresa estaría autorizada a construir y explotar las obras siguientes: • Una estación terminal en Veracruz, acondicionada con vías, instalaciones y demás dependencias destinadas al servicio de pasajeros y de carga de la propia compañía y de las líneas del ferrocarril que tuvieran acceso a la ciudad de Veracruz • Edificios, cobertizos e infraestructura para el depósito, embarque y desembarque de mercancías y efectos de todas clases en el perímetro del puerto que se destinaran a la empresa • Líneas férreas, escapes, mesas giratorias y vías de comunicación entre los diversos muelles y malecones del puerto, así como entre éstos y la estación terminal • Los muelles que se consideraran convenientes para el tráfico del puerto y las rutas, escapes, ferrocarriles elevados y construcciones que fueran apropiadas para el servicio de los muelles. El gobierno federal cedió en venta los terrenos recobrados al mar mediante las obras del puerto. Se estableció que la duración del contrato sería de 80 años, al cabo de los cuales la estación terminal y el resto de

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los terrenos, edificios y pertenencias en bienes raíces de la empresa pasarían a ser propiedad de la nación, sin gravamen de ningún tipo. Los terrenos donde se establecería la Compañía Terminal estaban localizados en el extremo norte de la ciudad, donde se había instalado la primera estación. Con las diversas aportaciones de terreno, la superficie total disponible alcanzó los 620,054.97 metros cuadrados. La Compañía Terminal de Veracruz desempeñaría una función esencial en las operaciones del puerto y en su enlace con el transporte ferroviario. Para ello emprendió la tarea de construir instalaciones e infraestructura: en el recinto portuario construyó dos grandes bodegas –en el muelle que originalmente llevaría el nombre de Porfirio Díaz, luego muelle número 4 y más tarde Muelle de la Compañía Terminal– con dos niveles y puentes fijos para comunicarse entre sí y puentes colgantes para el desembarco de pasajeros de los transatlánticos. Este muelle, con una capacidad de atraque que superaba los 700 metros, era la posición de desembarco más grande del puerto. Por encima de él se tenderían diversas vías para el servicio interior, a fin de que los trenes llegaran hasta las bodegas o se pudieran colocar con sus góndolas a un costado de los barcos; también se instalaron

grúas hidráulicas en el costado sur y en el lado norte para hacer más expeditas las maniobras. Se construyó asimismo una casa de fuerza motriz que recibía energía para mover las grúas. En cuanto a las instalaciones ferroviarias, se demolieron las que estaban en el área y se construyeron la Casa Redonda con su mesa giratoria y capacidad para recibir hasta 23 locomotoras de vapor, los departamentos de calderas y de herramientas, un taller de máquinas y su departamento de hierro, en cuya cimentación, estructura y techo se utilizó cemento armado. Además de los almacenes de la aduana se construyeron los almacenes generales de depósito y una casa para la Compañía Nacional Express, un almacén para aceites, cuatro básculas para carros, casa para el jefe de la estación, oficina para el maestro mecánico, etc. El edificio más importante del conjunto fue la estación de pasajeros, que se concluyó en el verano de 1911. Estación de pasajeros La estación es un edificio de dos plantas desarrolladas sobre una estructura arquitectónica en forma de U. La terminal se hallaba emplazada a la cabeza de la línea y los cuatro andenes; desde allí se proporcionarían todos

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los servicios. La planta baja contaba con dos accesos simétricos: uno orientado al norte, hacia la calle de Montesinos, de frente a la Plaza de la República, y el principal orientado al este, hacia la bahía, adonde se extiende una pequeña plazuela. En la parte alta, a partir de un amplio corredor central, se hallaban el hotel y varias oficinas de la dirección de la Compañía Terminal. Además, había en la segunda planta distintos locales de la dirección, entre los que destacan la oficina y el salón del superintendente. El edificio se dividía en tres cuerpos con elementos de cantera, cornisas y remates. Sobre la fachada principal se aprecian, en la planta baja, siete puertas dispuestas hacia el vestíbulo. Los muros de la fachada son bloques o sillares de piedra, con acabado almohadillado de influencia renacentista. La planta alta de dicho cuerpo dispone de nueve balcones con balaustrada. Los siete baños del centro son de proporción vertical, rematados con arcos lobulados en cuya piedra clave luce una concha. La fachada muestra una amplia cornisa con gotas, decorada con azulejos y pilastras pequeñas. El sistema constructivo de la estación terminal es a base de marcos rígidos de concreto armado, apoyados en columnas aisladas. Su cimentación se basa en zapatas aisladas y corridas de concreto armado con varillas cuadradas de acero de 3/8 y 1/2 pulgada de espesor. Los entrepisos y techos de losa fueron realizados con concreto armado, en una época en que este material era de escaso uso en el país. Este sistema constructivo fue en esa época de los precursores en la utilización de concreto armado. Por lo que se refiere a su estilo, debe señalarse que es un ejemplo de la arquitectura ecléctica del periodo, que asimila influencias semiclásicas y neobarrocas. Se utilizaron materiales de magnífica calidad; los aplanados compuestos –como los del tercer cuerpo de la fachada, constituidos por pasta de cemento y polvo de mármol– han permanecido en buenas condiciones desde hace diez décadas de cara al oriente, soportando la humedad y la lluvia, así como los constantes nortes que se abaten sobre la región. En los interiores se usó madera de cedro para puertas y ventanas. El mármol fue utilizado en diferentes secciones de la planta baja y en la escalera de acceso a la parte superior.

Andenes de la estación terminal. A la izquierda se observan las bodegas originales del Mexicano, que más tarde serían derribadas. A la derecha está el edificio circundado por un andador cubierto, que era la parte posterior de la estación.

El edificio fue concluido en el verano de 1911. En una época en que las carreteras no se extendían aún a lo largo del territorio, y un gran número de gente llegaba por vía marítima a través del océano Atlántico, Veracruz afianzó su vocación de puerta de acceso principal. En las décadas posteriores a los años veinte, el ritmo de actividad de la compañía terminal se sostuvo y creció en forma notable en los años cincuenta, cuando amplió el radio de sus actividades por haber obtenido la concesión del muelle de altura número 6, que tenía una longitud total de atraque de 724 m y era hasta ese momento el más grande de los existentes. Fue inaugurado en 1952 como parte de un conjunto de obras portuarias que puso en marcha el presidente Miguel Alemán. Al mismo tiempo, se efectuaron diversas innovaciones tanto de la Casa Redonda, que se modernizó parcialmente, como en los muelles y patios, con la adquisición de dos grúas de portal de 20 t, tres grúas de 5 t y dos grúas locomotoras de 40 t. También de este periodo data la conversión de la vía angosta a vía ancha del Ferrocarril Interoceánico y creció el número de vías del patio de maniobras, de 44 a 48. Desde los años treinta se hablaba en la prensa de la incosteabilidad de las operaciones de la Compañía Terminal, pero ya en 1962, concretamente el 9 de febrero, se expidió un decreto en cuyo primer artículo se advierte que el patrimonio de la Compañía Terminal de Veracruz, al concluir legalmente sus funciones, se incorporaría a los bienes de dominio público de la federación, por estar destinado a la prestación de servicios públicos. Se establece que la zona marítima sería administrada por la Secretaría de Marina, mientras que la ferroviaria se incorporaría al patrimonio del organismo público descentralizado Ferrocarriles Nacionales de México, que tomaría a su cargo el mejoramiento, la conservación, la administración y la explotación de los servicios que allí se desempeñaban. Aunque este decreto dio fin a la vida de la compañía, no concluyó con las actividades ferroviarias y marítimas que hasta entonces se habían llevado a cabo. La estación de ferrocarril siguió tan activa como siempre, e incluso adquiriría una mayor relevancia administrativa cuando en ella se instalaran las oficinas de la Dirección del Ferrocarril del Sureste. Actualmente, la planta alta del edificio está ocupada por la dirección de este ferrocarril, que administra y dirige las operaciones ferroviarias en toda esa zona del país. En la planta baja se continúan desarrollando hoy los servicios que desde 1911 brinda la estación Elaborado por Helios Comunicación con base en las siguientes fuentes: Bernardo García Díaz, La terminal ferroviaria de Veracruz, México, SCT, 1996. Carlos García Dávila, El ferrocarril mexicano, una ruta vital para el país. México en el tiempo, septiembre-octubre de 1998. ¿Desea opinar o cuenta con mayor información sobre este tema? Escríbanos a ic@heliosmx.org

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Impresión 3D, el futuro de la construcción Después de más de 25 años de investigación, desarrollo y uso, la impresión tridimensional (3D) en varios dominios industriales, como el aeroespacial, el automovilístico y el médico, continúa creciendo con la adición de nuevas tecnologías, métodos y aplicaciones. Uno de los métodos que se están explorando actualmente, tanto en la academia como en la práctica de la construcción, es la impresión 3D de concreto. complejos y sofisticados. Sin embargo, todavía hay numerosos desafíos relacionados con la escala, los materiales, el sistema de entrega y la adecuación a entornos adversos. Aunque el trabajo de los investigadores en el campo aeroespacial y manufacturero ha demostrado que la impresión 3D podría ser la solución para reducir costos, no hay ninguna investigación que apoye que los mismos ahorros se aplicarían a la industria de la construcción. Sin embargo, se puede aceptar que el uso de la impresión 3D podría minimizar el costo de construcción de aplicaciones utilizadas en el sector, con base en el análisis de costos realizado por investigadores en otros campos. Teniendo en cuenta la demanda mundial de reducir las emisiones de CO2, es necesario contar con tecnologías de construcción innovadoras que no sólo allanen el camino hacia una construcción sostenible, sino que también reduzcan los costos de construcción y gestión de las instalaciones, al tiempo que proporcionen una ventaja competitiva. Con la tecnología de impresión 3D, el diseño de estructuras no se limitará a una colección de elementos prefabricados. En la punta de estas investigaciones se encuentra el Centro de Impresión 3D de Singapur (SC3DP), que desarrolla una investigación con posibles optimizaciones topológicas destacando la importancia de incorporar BIM.

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La impresión 3D es una fabricación aditiva, que consiste en la suma de material por capas. Surgió en 1983 con el uso de estereolitografía, un proceso que involucra disparar un rayo láser ultravioleta en una masa de fotopolímero, que luego se convierte en plástico sólido. En 2004, el profesor Behrokh Khoshnevis, de la Universidad de Carolina del Sur, intentó la primera pared impresa en 3D. Desde entonces, esta innovación ha explotado y ahora es posible construir una casa en sólo 20 horas. Khoshnevis desarrolló una impresora 3D con el método de deposición fundida (FDM), montada en un brazo robótico, que extrude capas de concreto en lugar de plástico para crear un modelo 3D. Su descubrimiento marcó el comienzo de la impresión 3D en la construcción. Las más recientes investigaciones en el ámbito de la ingeniería y la construcción han llevado a combinar la impresión 3D con el modelado de información para la construcción (BIM) para el seguimiento y monitoreo de nuevas variables orientadas a crear un entorno de trabajo dinámico en un sitio de construcción. La combinación de BIM con impresión tridimensional facilitaría la creación de componentes de construcción altamente personalizados y abriría paso a los diseños

El principio básico de la impresión 3D en construcción es añadir capas de material una sobre otra.

Tecnologías de vanguardia El rápido desarrollo de la tecnología de impresión de concreto 3D a gran escala en la mayor parte de la bibliografía se clasifica en dos técnicas: inyección de aglutinantes y método de deposición de materiales (MDM). El principio básico de ambas técnicas es construir cualquier estructura compleja añadiendo pequeñas capas de material una sobre otra. Comienza con la creación de un modelo CAD 3D, que se divide en varias capas 2D, y luego se imprime con un material asignado de una manera incremental para obtener el prototipo como se describe en el modelo CAD.

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El método binder jetting pega gradualmente secciones 2D del componente previsto a cada capa de material pulverizado.

Inyección de aglutinantes La inyección de aglutinantes (binder jetting) es un proceso de impresión 3D que crea objetos depositando capa por capa sobre un lecho o base de polvo. El aglutinante se expulsa en forma de gotas sobre una capa delgada de material en polvo extendida sobre la bandeja de construcción. Este método pega gradualmente secciones 2D del componente previsto a cada capa de material pulverizado. El ciclo se repite hasta que todo el objeto 3D esté completo. Cualquier materia prima que no esté pegada por el aglutinante permanece dentro del contenedor, constreñido, y se utiliza para soportar capas posteriores. Este método permite que los diseños tengan vacíos y características salientes para la impresión de geometrías complejas. Tiene una resolución relativamente alta, que resulta en un buen acabado superficial, debido a la distancia mínima entre las capas. Este valor de espesor de capa está determinado por la penetración del aglutinante. Actualmente, una empresa de Gran Bretaña trabaja con esta tecnología para imprimir componentes de gran escala para las industrias de la arquitectura y la construcción. Método de deposición de materiales Similar a la modelización de deposición fundida (MDF), el método MDM es un proceso de impresión 3D que sucesivamente coloca el material según el modelo CAD. El material extrudido debe ser capaz de soportar su propio peso y el peso de cada capa posterior para alcanzar el diseño final sin ninguna deformación. Hay varios sistemas automatizados que utilizan MDM como su proceso de fabricación del núcleo: Elaboración de contornos (contour manufacturing). Sistema basado en una suerte de lanzadora que extrude el material capa por capa. Su característica clave es el uso de paletas unidas a la boquilla; la paleta guía el material impreso para crear superficies excepcionalmente suaves y precisas. Dosificador. El stick dispenser es un dispositivo de impresión manual que consiste en una amalgama de palillos que, recubiertos con pegamento para madera, caen al azar y forman una estructura porosa agregada que

luego se evalúa a través de análisis basados en volumen. El dosificador es guiado por una cámara de profundidad y un proyector en tiempo real. Plataforma digital de construcción. Sistema utilizado para la detección, análisis y fabricación in situ. Está diseñado a base de un manipulador telescópico y un pequeño brazo robótico; el uso de sensores de referencia en tierra y un acelerómetro permiten que el sistema de bucle cerrado posicione con precisión el cabezal del brazo. Impresión de concreto. Similar a la elaboración de contornos, es un sistema que extrude concreto capa por capa siguiendo un modelo digital. La mayoría de los métodos de deposición de materiales se clasifica como impresión de capas planas; en ésta se extrude el material en un plano bidimensional capa por capa hasta que alcanza el volumen deseado. Este método de impresión crea debilidades mecánicas como propiedades anisotrópicas y problemas visuales, como el efecto de escalera en la superficie de impresión. Recientemente, se introdujo otro método de impresión de capas curvas, que mejora las propiedades estéticas y mecánicas de una pieza impresa. Fabricación basada en flujo. Investigadores del MIT diseñaron un sistema para extrudir geles de polisacáridos a base de agua y compuestos naturales con un único sistema de extrusión neumática unido al cabezal de un brazo robótico de seis ejes. El diseño y la fabricación avanzada de materiales heterogéneos y estructuras anisotrópicas dará lugar a una alta rigidez, menor peso y mayor resistencia. Las nuevas aplicaciones para este trabajo van desde la construcción automatizada de fachadas arquitectónicas con diferente translucidez hasta estructuras temporales de sombreado ligero. Miniconstructores. Un sistema coordinado de tres robots individuales se diseñó para la fabricación en sitios de construcción; los robots son ligeros, compactos y tienen movilidad autónoma; cada uno tiene una función diferente durante el proceso de impresión. Molde de malla. Esta técnica utiliza un gran robot de seis ejes para extrudir polímero de termoplásticos para imprimir estructuras in situ libremente en el espacio 3D. El enfriamiento preciso mediante aire a presión en la boquilla durante la impresión permite un alto nivel de control,

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Impresión 3D, el futuro de la construcción

Minibuilders: ligeros y compactos.

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Impresión 3D, el futuro de la construcción

Una de las piezas del puente holandés de acero inoxidable.

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BIM Un flujo de proceso basado en BIM para la impresión 3D puede reducir significativamente el tiempo total de entrega del proceso al integrar cada paso y hacerlo ejecutable a través de una única interfaz o software. Esto podría hacer frente a la cuestión de los cambios constantes en el diseño, que es relativamente común en la industria de la construcción. Se puede cambiar el diseño o hacer una gestión de cambio más rápida sin incurrir en grandes pérdidas, en comparación con otros procesos convencionales. BIM también puede ayudar a automatizar todo el proceso de impresión, ya que puede almacenar y sintetizar equipos e información de fabricación, como datos de control de la impresora, sistema de entrega de materiales y operación posterior al acabado. Los gigantes de la construcción se están dando cuenta rápidamente del potencial de las tecnologías 3D y su impacto en el futuro de la construcción. Se pronosticó que el mercado de la impresión 3D de concreto alcanzaría los 56.4 millones de dólares en 2021, y cada vez más empresas del sector están creando proyectos innovadores.

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facilitando así el tejido de estructuras de armazón. En esta aplicación, las estructuras actúan como refuerzo para el concreto; éste se vierte sobre el encofrado y luego se compacta manualmente para alisar la superficie.

El muro impreso en 3D más grande del mundo.

Algunas obras impresas El 26 de diciembre de 2016, se inauguró en Madrid el primer puente peatonal impreso en 3D, en el parque urbano Castilla-La Mancha en Alcobendas. Mide 12 metros de largo por 1.75 de ancho. La construcción de este puente se llevó a cabo por fases. El diseño arquitectónico se realizó separadamente, y la impresora 3D la fabricó otra empresa para colocar materiales únicamente donde fuera necesario, lo que permitió la construcción del puente con total libertad de forma. Una empresa holandesa desarrolló un método de construcción único llamado WAAM (wire arc additive manufacturing), que le permite imprimir estructuras metálicas en 3D con un robot de seis ejes que deja caer 2 kilos de material por hora. El robot está equipado con un soldador y una boquilla, con el que suelda capa por capa varillas de metal. Luego de seis meses de impresión y años de desarrollo, en 2018 creó un puente de acero inoxidable, una hermosa masa de 12.5 metros de acero inoxidable ondulante. Debido a las restricciones ambientales y de permisos, la empresa construyó el puente dentro de su laboratorio. De allí, podría en algún momento transportarse mediante una embarcación de carga hasta su emplazamiento permanente, un famoso canal del centro urbano histórico de Ámsterdam. Se necesitaron cuatro robots, casi 4,500 kilogramos de acero inoxidable, cerca de 1,100 kilómetros de cable y seis meses de impresión para construir la estructura sinuosa y ondulada de superficie rugosa.

La fase final incluye la instalación de una serie de sensores inteligentes que monitorearán la salud del puente y tomarán una gran cantidad de mediciones en tiempo real, incluyendo la calidad del aire y la dispersión del peso. Los datos del sensor también se implementarán en una maqueta del puente, un gemelo digital, que ayudará a los ingenieros a comprender cómo trabaja el puente a lo largo del tiempo, para mejorar y ajustar los futuros diseños. En el centro industrial del distrito de Baoshan de Shangái, los peatones ahora pueden caminar sobre un puente de concreto impreso en 3D. Con 26.3 metros de longitud y 3.6 metros de ancho, es una de las impresiones en 3D más grandes de su tipo jamás creada en la industria de la construcción. Compuesto de 68 bloques laterales y 64 bloques para la puerta de enlace, incluye sensores que ayudarán a reunir información sobre viajes para mejorar los diseños futuros. En tan sólo unos días, China introdujo dos plataformas impresas en 3D, una de plástico y otra de concreto, uniéndose a las pocas iniciativas que ya se han visto en el mercado, como el puente de acero en Ámsterdam o el puente en Madrid. El proyecto fue dirigido por el profesor Xu Weiguo de la Escuela de Arquitectura de Tsinghua, requirió sólo 450 horas de impresión –aproximadamente 18 días–, dos brazos robóticos y 10 trabajadores; su costo representaría dos tercios de los costos del puente original, en el cual se inspiró, cuya construcción tomó 11 años.

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Impresión 3D, el futuro de la construcción

Tabla 1. Ejemplos de desarrollos de impresión 3D en la construcción

Wisun BatiPrint ICON WASP Be More 3D Apis Cor House

Descripción Se dio a conocer por haber impreso 10 casas en tan sólo 24 h. Para ello, empleó una máquina FDM que puede mezclar arena, cemento y fibras con un volumen de impresión de 6.6 m de alto, 10 m de ancho y 32 m de largo. Según sus creadores, cada casa tiene un valor de 5,000 dólares. Ideado en la Universidad de Nantes, este proceso de fabricación aditiva permitió construir la primera vivienda social local. Estos científicos se han asociado con el laboratorio de robótica LBN2 para tener un autómata de 4 m que puede hacer muros de 7 m y depositar tres capas de material: una de concreto y dos de espuma expansiva. Esta compañía estadounidense desarrolló la Vulcan II, la primera de su clase para construcción comercial. Puede imprimir hasta 600 m². Usando una impresora 3D XXL, esta constructora italiana busca hacer casas más accesibles para países en desarrollo. Tiene la BigDelta de 12 m (ancho) x 7 m (alto), que es uno de los modelos más grandes, y una extrusora para paja y tierra, haciendo posible aprovechar los materiales locales y modelos ecosustentables. Esta empresa emergente española surge de la Universidad Politécnica de Valencia. Conformada por cuatro talentos, promueven la aplicación de la impresión 3D en la construcción. Gracias a su máquina de fabricación aditiva de concreto, están haciendo viviendas de 32 m² en África. Esta empresa rusa posee una tecnología capaz de fabricar una casa en 24 h y en condiciones extremas. Es una máquina con software propio, instalable en 30 min, sin pórticos o rieles y puede extrudir 132 m² de concreto. Su mayor hazaña es hacer un edificio de 640 m² en 17 días.

A finales de 2019, una empresa de construcción china terminó de construir una pared impresa en 3D en Suzhou; con más de 500 metros de largo, es ahora la estructura impresa en 3D más grande del mundo. Se trata de un tipo de muro inclinado diseñado para proteger una costa de la erosión, al absorber la energía de las corrientes de agua. Estas estructuras pueden ser vitales para preservar los hábitats costeros, pero la excavación y la colocación de los cimientos requeridos por los medios tradicionales de construcción pueden conducir a vías fluviales contaminadas y otros problemas ambientales. La pared impresa en 3D consiste en módulos impresos separados que brindan protección contra las fuertes corrientes de los ríos y la erosión relativa. En comparación con las técnicas de construcción tradicionales, la impresión en 3D del revestimiento también fue más barata, más rápida y requirió menos mano de obra en el lugar. Dubái cuenta con el edificio más grande del mundo fabricado con una impresora 3D. Tiene 640 metros cuadrados divididos en dos plantas y se fabricó en apenas dos semanas. Para la fabricación del edificio utilizaron una impresora 3D móvil del tamaño de un auto mediano y apenas se necesitó la mano de obra de tres trabajadores, aunque se usaron métodos de construcción tradicionales para colocar las ventanas y el techo y para reforzar las paredes. Conclusiones Existen ejemplos cada vez más numerosos de impresión tridimensional en la construcción. Por ahora, la mayor parte de las obras son de escala menor: en Madrid, el Arco Románico de San Pedro de las Dueñas; en Tabasco, México, el proyecto que ha completado las dos primeras casas impresas en 3D de lo que será un plan maestro comunitario para el área, o el primer puente para ciclistas con tecnología 3D en la localidad de Gemert, Holanda, por citar tan sólo algunos casos más.

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Desarrollador

En Tabasco se desarrolla un proyecto que ha completado las dos primeras casas impresas en 3D de lo que será un plan maestro comunitario para el área.

Sin embargo, hay asuntos de primer orden en los que deberán concentrarse las investigaciones por venir: normas de seguridad, procedimientos constructivos y nuevos materiales. Aun así, es innegable que la impresión 3D ha revolucionado diversas industrias, y la construcción no es la excepción Elaborado por Helios Comunicación con base en las siguientes fuentes: https://www.3dnatives.com/en/3d-printing-construction-310120184/#! https://www.3dnatives.com/es/puente-de-hormigon-impresoen-3d-280120192/#! https://www.archdaily.mx/mx/930771/se-construyen-en-mexico-prime ras-comunidades-con-impresoras-3d https://www.ennomotive.com/es/impresion-3d-en-construccion https://impresioni3d.com/la-impresion-3d-y-la-industria-de-la-cons truccion/ https://www.lenovo.com/mx/es/smarter/mx3d-3d-printed-bridge/ https://www.metalocus.es/es/noticias/el-primer-puente-de-aceroimpreso-en-3d-del-mundo-parece-venir-del-futuro Tay, Y. W. D., B. Panda, S. C, Paul, N. A. Noor Mohamed, M. J. Tan y K. F. Leong (2017). 3D printing trends in building and construction industry: a review. Virtual and Physical Prototyping 12(3): 261‑276. ¿Desea opinar o cuenta con mayor información sobre este tema? Escríbanos a ic@heliosmx.org

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Julio 6 al 8 XIV Congreso de Ingeniería del Transporte (CIT 2021) Foro de Ingeniería del Transporte y Universidad de Burgos En línea www3.ubu.es/cit2021

Septiembre 2 al 4 Simposio Nacional de Ingeniería Estructural Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural, A. C. En línea www.smie.org.mx/snie-2021/ Septiembre 7 al 9 XXVIII Congreso Internacional Ambiental / The Green Expo Global Resources Environmental & Energy Network Ciudad de México www.thegreenexpo.com.mx Octubre 13 al 15 Expo CIHAC Centro Impulsor de la Construcción y la Habitación Ciudad de México www.cihac.com.mx Noviembre 23 al 26 31 Congreso Nacional de Ingeniería Civil Colegio de Ingenieros Civiles de México, A. C. Ciudad de México congresonacionaldeingenieriacivil.mx

Ken Follett Plaza y Janés, 2020 Año 997, finales de la Edad Oscura. Inglaterra se enfrenta a los ataques de los galeses por el oeste y de los vikingos por el este. La vida es difícil y aquellos que ostentan algo de poder lo ejercen con puño de hierro y, a menudo, en conflicto con el propio rey. En estos tiempos turbulentos, tres vidas se entrecruzan: el joven constructor de barcos Edgar, a punto de fugarse con la mujer a la que ama; Ragna, la rebelde hija de un noble normando, que acompaña a su marido a una nueva tierra al otro lado del mar; y Aldred, un monje idealista, que sueña con transformar su humilde abadía en un centro de saber admirado en toda Europa. Los tres se verán enfrentados al despiadado obispo Wynstan, decidido a aumentar su poder a cualquier precio

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