Page 1

Ingenierías + Infraestructuras +Tecnologías

Túneles

Sistema de Ventilación Forzada

Línea 6 del Metro de Santiago Suplemento Especial

Minería

´

Optimización de voladuras Presente y futuro en la ventilación de túneles El Pabellón Olímpico de Gjøvic Número 96 • Diciembre 2016


´

í


Ingeniería Civil del siglo xxi

Sistema de ventilación forzada

Línea 6 del metro de Santiago

Ingeniería civil del siglo xxi

Empresas y Empresarios

8 11

4

Especial Minería

13 11

19 11

Túneles: Optimización de Voladuras para obtener avances del 100%, con una sobre y subexcavación inferior al 5%

Especial Minería

Válvulas de mariposa favorables al flujo para aplicaciones exigentes en la economía hidráulica

La Minería Mexicana Tres momentos decisivos

Tecnologías

26 11

La mecánica de suelos, base fundamental en el desarrollo de los proyectos de infraestructura

28 11

Pasado y presente en la ventilación de túneles

Actualidades

36 11

El Pabellón Olímpico de Gjøvik

Algunas imágenes, ilustraciones y fotografías empleadas para ilustrar los artículos, han sido obtenidas a través de diversos medios en la Internet. Su uso es meramente ilustrativo, a modo de acompañamiento del texto. Salvo indicación en contrario, estos contenidos pertenecen a sus respectivos autores, no poseyendo esta revista ningún derechos sobre los mismos. Si es usted el autor o el titular de los derechos sobre algunos de estos contenidos y desea que se destaque su autoría o que se retire dicho contenido, por favor, contacto con la Dirección Editorial de Vector de la Ingeniería Civil y será atendido rápidamente. El contenido de los anuncios aquí publicados es responsabilidad del anunciante. Revista Vector, Año 9, número 96, diciembre de 2016, es una publicación mensual editada, diseñada y distribuida por Comunicaciones La Labor S. A. de C. V., Cozumel 63-A, colonia Roma Norte, Delegación Cuauhtémoc, CP 06700, tel. 5256-1978, www.revistavector.com.mx, daniel.anaya@revistavector.com.mx • Editor responsable: Daniel Anaya González. Reservas de derechos al uso exclusivo núm. 02-2011-010512575900-102, issn (en trámite) Licitud de Título y contenido: certificado núm. 15819 expediente ccpri / 3 /tc /13 /19755, ambos otorgados por la Comisión de Publicaciones y Revistas Ilustradas de la Secretaría de Gobernación. Permiso sepomex núm. im09-0754.


Editorial Punto de Partida Directorio Daniel Anaya González

Conquistando el inframundo

Director Editorial

Daniel Amando Leyva González Coordinador Editorial

Bogard Verdiguel Diseño

Ernesto Velázquez García Director de Distribución

Pedro Carlos Hernández Sánchez Proyectos Especiales

Herminia Piña González Directora Comercial

Leda Michelle Huerta Recinas Asesora Comercial

Aide Celeste Cruz Martínez Sistemas

Alfredo Ruiz Islas Corrector

Aminta Eddith González Cardoza Circulación Electrónica

Frida Daniela Anaya González Innovación y Desarrollo

Myrna Contreras García Administración

Quizás debido a un miedo ancestral relacionado con los peligros del espacio subterráneo, al cual, sin embargo, la humanidad ha tenido que acudir una y otra vez en busca de recursos, paso y protección, las grandes obras de la ciencia tunelera y de las otras ingenierías de la construcción bajo tierra siempre han ejercido una gran atracción en el gran público. Tal vez, al observar los espacios amplios, bien ventilados e iluminados que ofrece la técnica moderna, experimentamos, sin saberlo, un particular alivio relacionado con un miedo latente a las profundidades. Lo concreto y evidente, sin embargo, es que las obras subterráneas, especialmente las aplicadas al transporte y la minería, tienen una creciente importancia económica, al tiempo que crece la demanda por vías de comunicación más cortas, por un lado, y se complica la obtención de ciertas materias primas, por el otro. En nuestro país, vestigios arqueológicos dan testimonio del continuado esfuerzo por explorar y conquistar el espacio subterráneo, un impulso que no se ha interrumpido, sino al contrario, en el México moderno, donde ahora se combina la más avanzada tecnología con un arraigado interés en el inframundo, de origen inmemorial.

Información

Tel. (55) 52 56 19 78 infoventas@revistavector.com.mx suscripciones@revistavector.com.mx Contacto

Oficina Vector de la Ingeniería Civil Cozumel 63 – A, Colonia Roma Norte, C.P. 06700 CDMX Tels: (55) 52 56 19 78, 52 12 20 12 http://www.revistavector.com.mx

@vectoringcivil Síguenos en línea Vector de la Ingenieria Civil

@vectoringcivil

Hay una luz al final de este túnel, pero para llegar hasta ella es preciso David Allen recorrerlo entero

Consultor de Productividad


Especial: La explotación petrolera mexicana

Sistema de Ventilación Forzada Línea 6 del Metro de Santiago

Después de una larga y minuciosa elaboración de ingeniería de detalle para el dimensionamiento del Sistema de Ventilación Forzada (SVF), inician la obra para la instalación de los componentes que conforman el SVF de la línea 6 del Metro de Santiago de Chile. Previo a los trabajos de obra se realizó toda un logística, la cual asegurara el transporte eficiente y se­gu­ ro de todos y cada uno de los componentes del SVF, dentro de los que destacan: 10 ventiladores axia­les de 2.5 metros de diámetro, con 350 HP y 7.5 toneladas de peso, 20 atenuadores acústicos de 4 x 4 metros, con un peso aproximado de 1.5 toneladas por unidad, más de 100 km de ca­ble especial para túnel, 10 gabinetes de control y fuerza conformados por PLC y Vareador de fre­cuencia, sin lu­gar a duda todo un reto, debido a que la cantidad de con­tenedores

4

Vector

que se destinaron es de 20 unidades, para esta primer etapa. El tiempo comprometido para que los componentes llegaran a la ciudad de Santiago de Chile fue de 4 semanas, esto no deja marguen al error, antes de embarcar se deben cumplir con los requisitos de aduana, esto podría generar un atra­so im­por­ tante si no se cuenta con los requisitos en regla, S&P México cuen­ta con el personal calificado y capaci-

tado, por lo que en ningún momento se tuvo algún contratiempo. Una vez que los contenedores llegan a las bodegas de S&P Chile, inicia el acomodo de todos y cada uno de los componentes, se realizó un acomodo el cual permita su localización de manera inmediata, la ingeniera de almacén permitió optimizar espacios y agilizar los tiempos para poder surtir a cada pique de ventilación.


Ingeniería civil del siglo xxi

En paralelo se realizó el trabajo de capacitación y acreditación del personal para ingreso a obra, sin lugar a duda Chile es uno de los países con una alta conciencia de protección para el trabajador, es por ello que todos y cada uno de los trabajadores tienen que cumplir con los siguientes requisitos:

que no este plasmada en dichos protocolos, es por ello que el departamento de S&P México desarrolla dichos documentos, con un detalle a conciencia.

1. Examen físico de trabajo en altura (examen médico) aplicado por MUTUAL. 2. Integración de información documentación de acre­ ditaciones (homologación del trabajador) impartido por el departamento de prevención de riesgos de MUTUAL con un día completo de duración. 3. Curso de ingreso a túnel impartido por Metro de Santiago. Y de forma diaria se tiene: 1. Plática de 5 minutos relacionados con seguridad o uso de alguna herramienta. 2. Llenado de lista de asistencia a platica de 5 minutos. 3. Realizar el llenado de las hojas AST (riesgos del trabajo del día y forma de mitigarlo) 4. Revisión de hoja por parte del personal de seguridad en el trabajo y en caso de aprobación firma 5. Firma por parte de personal de seguridad o asesor de S&P. La logística para a trasportación de las bodegas de S&P Chile hasta el pique de ventilación, así como la insta­lación de los componen­tes se debe apegar estrictamente a los protocolos de transporte, maniobra e instalación revisados y aprobados por metro y la supervisión, en ningún momento se puede realizar una maniobra Diciembre 2016

5


Ingeniería civil del siglo xxi

Lado Túnel

Lado Calle

La correcta ejecución de la obra de ventilación más grande de América Latina está a cargo de un grupo conformado por: • Jefe de proyecto • Asesoría especializada • Interfaz • Gestor documental • Encargado de calidad • Encargado de almacén e in­ven­ ta­rios • Prevención de riesgos • Técnico en prevención de riesgos • Jefe de obra • Supervisor de línea • Supervisor de obra mecánica • Capataz • Maestro • Ayudante El grupo de obra es el encargado de ejecutar lo proyectado por el grupo de ingeniería, es el momento de darle forma a todo, un reto difícil tenido en cuenta que los atenuadores de ruido, compuertas y bastidores están totalmente desarmados. Para tener una idea del trabajo en campo, el tiempo de ejecución para poder realizar el ensamble de un pique de ventilación es de 20

6

Vector

días, esto debido a que se tienen cer­ca de 2400 piezas. El ensamble se obtiene con la ejecución de 104 actividades. Cabe señalar que todas cada una de las herramientas deben con­ tar con el manual de operación y man­tenimiento, el personal que ma­ ni­ pu­ le la herramienta es personal ple­namente certificado, no existe la po­si­bi­lidad de seguir con los trabajos si no se cumple a detalle con lo estipulado por la ley Chilena, aunado a esto en cada puesto de trabajo se deberá contar con una estación de hidratación, primeros auxilios, wc entre otros. La instalación inicia con la nivelación de las bases de montaje, con apoyo de topógrafos, gran parte del buen ensamble depende de esta primer tarea, de lo contrario se tiene que realizar ajustes a barrenos de ensamble El ensamble de bastidores permite generar los cimientos de los atenuadores y ventiladores, estos ele­mentos son los encargados de dar el soporte y rigidez al ventilador, atenuadores y compuertas. El ensamble de postes de soporte para atenuadores darán el soporte al material fonoabsorbente,

malla y lamina perforada, la buena colocación de estos componentes ga­ran­tizan el cumplimiento de los niveles de ruidos requeridos por el cliente. El montaje del ventilador se rea­ liza sobre los cuatro puntos de apoyo amortiguados, es de vital importancia la buena nivelación de estos elementos, una pequeña desviación puede generar turbulencias causantes de una baja eficiencia en el ventilador. En entrevista con el Ing. José S. López López Gerente General del Área APL de S&P, comenta para la revista Vector, que se siente orgulloso de formar parte de S&P Ventilation Group, empresa líder a nivel mundial en ventilación. Así mis­mo ase­gura que el éxito de esta división se da desde los más altos niveles, como lo son La dirección General para Latinoamérica a cargo del Lic. Mikel Cuatrecasas P. y la Presidencia General para latinoamerica liderada por el Ing. José Miguel Cuatrecasas F. quienes desde el origen han seguido de cerca el proyecto, realizando vistas a cliente y ahora a la obra. Un proyecto de esta categoría solo tendrá éxito cuando se ejecuta


Ingeniería civil del siglo xxi

con empresas que cuenten con toda la infraestructura humana y tecnológica, la marca S&P ha alcanzado reconocimiento mundial gracias a su equipo humano, a la calidad, fiabilidad y a una férrea apuesta por la innovación. Soler & Palau Ventilation Group ha basado su proyecto en una serie de preceptos que han pautado el pasado, presente y futuro de la empresa: • Tecnología propia: Si el proyecto de S&P debía ser fuerte y consolidarse en el tiempo, era necesario basarse en la creatividad y aportar productos diferenciales, evitando imitar lo que hacían los demás. S&P ha registrado, a lo largo de su historia, 80 patentes propias, más de 20 modelos industriales y más de 120 modelos de utilidad. • Internacionalización y crecimiento: S&P tuvo claro que la garantía de futuro de la empresa pasaba por abrirse al mundo y entrar en nuevos mercados con elevados niveles de competitividad. Ello obligaba a una constante mejora del producto. Actualmente S&P es un líder mundial en ventilación, con centros productivos en Europa, América y Asia. Una potente estructura de distribución, mediante filiales y distribuidores exclusivos, permite que S&P esté presente en todos los mercados mundiales, dando cobertura y servicio. • Autofinanciación: Una de las fortalezas de S&P ha sido el crecimiento constante y la política de reinversión de beneficios, tanto en el campo de investigación como de producción y comercialización. Esto ha permitido que S&P sea una empresa autofinanciada, lo que le proporciona una total independencia en la toma de decisiones.

El orgullo es mayor cuando ves a tu alrededor y te das cuenta que estas rodeado de personas capaces y soñadoras, el equipo de ingeniería de México y Santiago de Chile, son los encargados de que esto no se detenga, son fieles seguidores a la filosofía del Grupo, comprometidos por hacer bien las cosas, muestra de esto son los numerosos proyectos en los que actualmente nos encontramos laborando como son: Línea 3 del metro de Guadalajara, Acatunel, Túnel sumergido Coatzacoalcos, Túnel InterlomasHuixquilucan y la modernización del sistema de Ventilación para Línea 7 de metro de la Ciudad de Mexico. Diciembre 2016

7


Ingeniería civil del siglo xxi

Túneles: Optimización de Voladuras para obtener avances del 100%, con una sobre y subexcavación inferior al 5% Calidad al ciclo de trabajo, la mejora directa de la eficiencia y rentabilidad de una obra subterránea ¿Es posible controlar los efectos de una voladura en beneficio del avance?, es una pregunta constante y un desafío para todos aquellos que buscan resultados óptimos cada vez más certeros en tunelería. Presentamos a continuación una serie de herramientas donde la tecnología e innovaciones han logrado cumplir los objetivos con costes controlados mejorando la eficiencia en el desarrollo de túneles. La magia no existe, pero la tecnología sí. Estando a la vanguardia en las herramientas para simulación de efectos de voladuras, la tecnología DNA-Blast acompañado de equipos y técnicas de vanguardia en busca de lograr sus objetivos.

8

Vector

Desde el diseño del plan de voladura a “medida”, basándose en una adecuada distribución de explosivo y una secuencia de iniciación, hasta cálculos más complejos como el control de vibraciones, para evitar cualquier daño en el túnel, combinada con la contribución de parámetros geomecánicos y geofísicos, permiten alcanzar nuestros objetivos de avance con adecuada fragmentación. No existiendo mayor sobre ni sub excavación en el túnel (≤ 5%), respetando la clasificación del macizo rocoso y la profundidad de barrenos.

Diseño y Voladura Tradicional en Túneles Muchos túneles son construidos en la actualidad empleando la experiencia como punto clave, sin tomar

muchas veces en cuenta por ejemplo la variación en los parámetros de diseño de la malla de voladura más que el cambio de sección (más o menos barrenos), o como en muchos de los casos efectuando un solo tipo de malla de voladura por tipo de roca.


Ingeniería civil del siglo xxi Es el más usado no por su eficiencia si no por su uso generalizado, esta metodología tiene algunas ventajas y desventajas: Ventajas

Desventajas

Permite construir su propia experiencia

Ninguna Garantía de éxito

No requiere de herramientas tecnológicas

Puede durar mucho tiempo.

Es fácil de aplicar.

No se puede llegar a los resultados esperados de forma sistemática.

No tiene costo inicial

Puede ser riesgoso. Es costoso, ya que afecta el ciclo de producción.

El Modelo DNA-BLAST De forma breve podemos indicar que el Modelo DNA-BLAST está basado en principios físicos y matemáticos puestos en ecuaciones para representar el mundo real. Este imita los mecanismos internos de la voladura con el fin de reproducir sus efectos, es sin duda una alternativa real a los modelos estadísticos basados solamente en leyes experimentales.

Plan de perforación

Campo de presión

Onda P

Intererencias

Columna Explo

Meca. Rocas

índice de frag.

Explosivo

Onda elemental

Proyecciones

ISO Vibraciones

Frag. de un pozo

Frag. (voladura)

Frag. Calibración

Diciembre 2016

9


Ingeniería civil del siglo xxi

Basado el en trabajo de investigación por más de 25 años del Dr. Thierry Bernard (Francia 1965) y con una experiencia mundial en ingeniería de explosivos y voladura, esta tecnología permite integrar todos los parámetros que se interrelacionan al fenómeno (geología, carguío, geometría, secuencia, etc.), con el fin de poder procesar las interacciones entre estos parámetros, imitando de forma certera el fenómeno natural producido por una voladura, permitiendo así alimentar las ecuaciones físicas que constituyen el motor de esta tecnología.

Protocolo de medidas, control y análisis para la optimización, de voladuras en túneles Las medidas de campo previo y post voladura son necesarias para poder efectuar un control, análisis de los resultados obtenidos y optimizar nuestro diseño de voladura para obtener los resultados deseados, completadas por pruebas de carácter geofísico. Para ser eficaz, la optimización y mejora continua no puede apoyarse solamente sobre una base teórica, si no de informaciones recopiladas diariamente durante el ciclo de trabajo. Algunas Medidas y Controles de campo son las siguientes:

• Entrega de documento de campo donde se detalla la malla a ejecutar

• Controlar una adecuada perforación • Una vez ejecutada la voladura se toman fotos para el análisis de fragmentación y proyección. • Con el frente limpio se toman fotos del resultado final para su análisis. • Controla la sobre y sub excavación, número de medias cañas o half barrel.

• Controlar una adecuada perforación • Acompaña el cargado y secuenciamiento de la malla perforada • Colocación y configuración pa­ra registro de sismógrafos • Analizar el registro de perforación real • Análisis del nivel sísmico obtenido • Verificar la adecuada salida de todos los barrenos de la malla • Cálculo del daño real alrededor de la sección del túnel • Análisis de fragmentación mediante imágenes con ayuda del software I-Blast

A partir de los datos de campo y los análisis de resultados y en base a cálculos, es posiblediseñar diariamente mallas a medida según las condiciones precisas en campo, de esta manera se puede obtener un avance sustentable a lo largo de la excavación de un túnel.

10 Vector


Ingeniería civil del siglo xxi

Diseño y optimización de mallas de voladura sobre bases científicas Diseño y optimización de mallas de voladura sobre bases científicas • El diseño de una malla de perforación se desarrolla de la siguiente manera: • Los parámetros geológicos y geomecánicos obtenidos en campo se integran en el software I-Blast. • Para el diseño de la malla de perforación se inicia de: • La posición de los barrenos • La dirección de perforación • La profundidad de la voladura • La cantidad de barrenos • El tipo de barrenos (cuña, piso, horizontales y verticales de producción, contornos, etc.). • Continuando con el diseño, debemos tener en cuenta los siguientes parámetros. • La carga por barreno (kg) • La carga lineal • La carga total de explosivo • El factor de carga • La distribución de energía • Para diseñar la secuencia de salida: • La cuña, tiempos de vaciado de volúmen de material a partir de la velocidad de eyección. • El objetivo de los barrenos de producción, será hacer más grande esta cavidad hasta el siguiente “Perfil” • Los barrenos de contorno, tienen por objetivo delimitar la sección final

Diciembre 2016

11


Ingeniería civil del siglo xxi

Beneficios Técnicos y Productivos Gracias a la Aplicación de Ingeniería de Voladura

12 Vector


Empresas y empresarios

Válvulas de mariposa favorables al flujo para aplicaciones exigentes en la economía hidráulica Merten Venjacob Gerente Global de Productos del Grupo VAG Email: m.venjacob@vag-group.com Peter Oppinger Gerente de Marketing del Grupo VAG Carl-Reuther Strasse 1 68305 Mannheim – Alemania Teléfono: +49 621/ 749-2106 Email: p.oppinger@vag-group.com Internet: www.vag-armaturen.com

Las exigencias de planificadores y operadores de plantas de abastecimiento de agua se rigen, además de por los factores económicos, por la seguridad funcional y la confiabilidad de los componentes utilizados. Las exigencias más elevadas en calidad y facilidad de operación son vitales en la elección de válvulas. Todos los componentes deben garantizar una operación absolutamente libre de fallas y completamente automática de los sistemas de abastecimiento de agua. Las válvulas de VAG cumplen con estos requerimientos, lo que facilita una operación perfecta a través de décadas de uso. Con este fin, se utilizan los más diversos tipos de válvulas según los requerimientos.

Válvulas de mariposa Las válvulas de mariposa se fabrican desde hace décadas en diversos modelos y han probado su eficacia a nivel mundial en las condiciones de aplicación más diversas. Sin ellas, la economía hidráulica de hoy en día sería impensable. Se emplean en sistemas comunales de abastecimiento de agua, en embalses, en conductos de transporte, en sistemas

Figura 2: La nueva válvula de mariposa VAG EKN® H300

Figura 1: Válvulas de mariposa VAG EKN® DN 3500

de refrigeración de centrales eléctricas, además de en la industria, las válvulas de mariposa son utilizadas allí donde el agua se acumula, se extrae, se trata y se distribuye. Con el objetivo de ofrecer la solución ideal para cada cliente y cada caso de aplicación, la gama de válvulas de mariposa de VAG ha sido ampliada y optimizada según las aplicaciones complejas, además de presentarla de manera más transparente para cada cliente. Los dispositivos de cierre deben hacer frente a los más diversos requerimientos. Dependiendo del caso de aplicación, la seguridad funcional a través de las décadas, la resistencia mínima al flujo, la durabilidad o un diseño personalizado son simplemente imprescindibles. En muchos casos, las válvulas de mariposa son sometidas a cargas físicas muy elevadas, como por ejemplo, presiones elevadas de agua, velocidades críticas de flujo o a un sinnúmero de ciclos de accionamiento. Por otro lado, se deben considerar diversas normas y estándares locales en mercados a nivel mundial. La elección óptima desde el punto de vista técnico y económico – considerando todos los criterios – puede resultar en consecuencia una tarea compleja para planificadores y usuarios. Diciembre 2016

13


Empresas y empresarios

Sobre la base de una experiencia de décadas y tecnología de vanguardia, VAG ha concentrado, con la nueva gama de válvulas de mariposa EKN®, todas las características importantes para los más diversos casos de aplicación. El enfoque claro en cada aplicación facilita enormemente la elección de una válvula de mariposa, además de considerar la elección de los materiales más apropiados, sistemas de recubrimiento y otras opciones técnicas.

Seguridad funcional y du­rabilidad en el abastecimiento de agua potable La seguridad funcional más elevada durante toda la vida útil es indispensable en el abastecimiento de agua potable, en vista de que, tanto el cambio como la renovación de válvulas de toneladas de peso, como es el caso de tuberías subterráneas o de abastecimiento de grandes dimensiones, son considerablemente costosos. Por otra parte, una interrupción en el abastecimiento tiene una repercusión incómoda para la población y es por eso que debe evitarse. La nueva válvula de mariposa VAG EKN® H300 ha sido optimizada con respecto al fluido mediante cálculos en CFD (mecánica de fluidos computacional, CFD por sus siglas en inglés). El asiento del cuerpo, resistente a la corrosión y al desgaste, con una geometría amplificada en el asiento, mecanizado a alta precisión, lo que proporciona la mayor confiabilidad de todo el sistema de sellado. Tanto el nuevo sistema de sellado, como el nuevo diseño de buje, con una capa de deslizamiento de PTFE, proporcionan torques de accionamiento menores –incluso después de muchos años de operación o ciclos. La moderna unión de clavija cónica hace posible una unión duradera y exenta de juego entre el eje de la válvula y el disco. Especialmente en la instalación de redes de agua potable, las válvulas tienen que cumplir con los requisitos higiénicos más elevados. El agua potable no puede contaminarse de ninguna manera mediante piezas (como en el caso de las válvulas) y debe mantenerse siempre libre de agentes patógenos, además de ser pura y apta para el consumo humano. La confianza del consumidor en el abastecimiento de agua potable es alta y, con productos aprobados por la DVGW, se aseguran los elevados estándares de rendimiento para el abastecimiento de agua en Alemania. Por otro lado, la aprobación de los elastó-

14 Vector

meros utilizados (para el anillo perfilado de EPDM) según la guía DVGW W 270, garantiza una calidad microbacteriológica inofensiva. La nueva válvula de mariposa VAG EKN® H300 cumple con todos estos requerimientos. Una buena protección anticorrosiva es igualmente vital. La válvula de mariposa VAG EKN® H300 ha sido diseñada con una optimización anticorrosiva y protegida integralmente a través de la tecnología de recubrimiento epóxico. Las válvulas con el sello de calidad RAL cumplen con los requerimientos generales para la “protección contra la corrosión intensiva”, la cual garantiza al usuario la calidad perfecta y comprobada de recubrimiento a base de epóxico y con ella, un recubrimiento seguro y confiable apropiado para el uso en sistemas de agua potable. El sello de calidad RAL sólo es otorgado a los fabricantes que cumplen con los altos requerimientos de un amplio aseguramiento de calidad.

Las válvulas de mariposa op­ti­mizadas al flujo reducen los costos energéticos en estaciones de bombeo En numerosas aplicaciones, como por ejemplo en estaciones de bombeo o como válvula de entrada a la turbina, un diseño con eficiencia energética de la válvula de mariposa tiene una gran importancia, ya que el arrastre producido en la tubería está vinculado directamente con los costos energéticos. Mientras más favorable al flujo sea el diseño de la válvula, menor resistencia se producirá en el sistema. La válvula de mariposa VAG EKN® H300 tiene un nuevo diseño con disco patentado, el cual ha sido optimizado hidrodinámicamente, además que posee un diámetro interno ampliado en el asiento hermético. Los canales compensadores de presión en los ojos del cojinete del disco proporcionan una menor resistencia de flujo y menor turbulencia. El coeficiente de resistencia se reduce hasta en un 40% en comparación con las válvulas de mariposa convencionales. Para calcular el ahorro energético resultante en comparación con otras válvulas de mariposa, VAG pone a disposición del cliente interesado un medio para el cálculo respectivo. El diseño hidrodinámicamente optimizado del disco ofrece, además de arrastres mínimos, otras ventajas. De esta manera, el riesgo de daños por cavitación en velocidades de flujo elevadas se reduce no­toriamente. Del mismo modo, el flujo laminar genera una distancia sig­ni­fi­ca­ti­va­men­­te reducida hacia las piezas del lado de salida en la tu­bería.


40% más ahorro de energía. Liderazgo Tecnológico. Maxima Confianza. Canales de compensación de presión Pérdida de presión menor

Nuevo disco hidrodinámico Ahorro de energía

Geometría optimizada del asiento Sello duradero con recubrimiento de alta aleación soldada

La válvula VAG EKN mariposa serie H, M y B son la perfecta opción para todas las aplicaciones: máxima confianza, mayor eficiencia energética, y larga vida útil. Diversos sistemas de recubrimiento y opciones personalizadas permiten su uso en casi todos los campos de aplicación: distribución de agua, tratamiento de agua, aguas residuales, presas y plantas de energía.

Tu representante de VAG estará contento de encontrar las dimensiones perfectas para su Aplicación; incluso explicará como otros clientes satisfechos utilizan nuestras válvulas. Pregunta a tu representante o visita nuestra página www.vag-group.com · movemos agua Erika Villarreal: E.Villarreal@vag-group.com Director office Monterrey Tel 01 (81) 12-53-86-10


Empresas y empresarios

Válvulas de mariposa para agua de mar La válvula de mariposa VAG EKN® H400 ha sido especialmente diseñada para el uso con agua de mar y otros medios corrosivos. Además del buje de optimización anticorrosiva, otros componentes importantes, como la unión de clavija cónica entre el eje de la válvula y el disco, permanecen libres de contacto con el medio. El eje de la válvula y el anillo de retención para el sello circunferencial son construidos con acero inoxidable de alta resistencia anticorrosiva. Las superficies internas de contacto con el medio, tanto del cuerpo de la válvula como del disco, poseen una protección anticorrosiva integral con un revestimiento de goma dura, el cual se compone de una capa de goma de 3mm de espesor de tejido sintético de alta calidad o caucho natural. La adherencia del engomado al material del cuerpo hecho de hierro fundido dúctil de alta calidad EN-GJS-400-15 (GGG-40) se efectúa mediante vulcanizado. El engomado acabado se caracteriza por su gran dureza y excelente resistencia química, además de estar absolutamente exento de poros. La prueba final del engomado se realiza en fábrica mediante una prueba de penetración por chispas de 15kV.

Figura 3: Disco hidrodinámicamente optimizado de la válvula de mariposa VAG EKN® H300

Válvulas de mariposa en centrales eléctricas Las válvulas de mariposa de doble excéntrica de VAG se utilizan frecuentemente en sistemas de agua refrigerante de centrales eléctricas, las mismas que, por motivos de inspección, deben ser transitables, incluso con las válvulas de cierre bajo presión por un lado. Para asegurar que ninguna persona se exponga a daños, como consecuencia de una operación defectuosa de las válvulas de cierre, los sistemas de tuberías deben bloquearse de manera segura. Para este caso de aplicación, la válvula de mariposa VAG EKN® H600 está disponible con anclaje UVV. Los pernos de enclavamiento pueden atornillarse al cuerpo desde afuera, con lo cual se bloquea el disco en la posición de cierre. Estas válvulas cumplen con las normas de prevención de accidentes (UVV) y permite el cierre desde el exterior. Una central termoeléctrica a base de lignito en el este de Alemania utiliza, para asegurar los sistemas de agua refrigerante, 43 de estas válvulas de mariposa de VAG con un diámetro nominal DN 2000. Para satisfacer los elevados requerimientos en seguridad en centrales eléctricas o nucleares, la válvula de mariposa VAG EKN® H600 se construye con frecuencia como versión de forjado completo. En el caso de válvulas de centrales eléctricas, se realizan, a petición del cliente, pruebas especiales durante y posterior a la producción. En estos casos se tratan con pruebas de penetración de esmalte no destructivas (PT), pruebas ultrasónicas (UT) o pruebas radioscópicas. Otras aplicaciones especiales para las válvulas de mariposa en centrales eléctricas, se encuentran en las tuberías de calefacción a distancia o tuberías en el área de condensadores refrigerados por aire. En el caso de conductos de calefacción a distancia, es especial-

16 Vector

Figura 4: Válvula de mariposa VAG EKN® DN 2000 en una central termoeléctrica a base de lignito

mente necesaria una elevada resistencia a la temperatura. La válvula de mariposa VAG EKN® M800, optimizada para la calefacción a distancia, tiene un sistema de obturación resistente a las temperaturas elevadas, formado por un anillo perfilado de PTFE compuesto, además de un muelle espiral plano interno. Gracias al recubrimiento de bronce de aluminio del cuerpo y del disco, este modelo puede utilizarse con temperaturas de servicio de hasta 200°C. La válvula de mariposa VAG EKN® M700 ha sido explícitamente diseñada para el uso en condensadores refrigerados por aire (ACC), a prueba de vacío, lo que la hace apropiada para velocidades de vapor de hasta 150 m/s.

Válvulas de mariposa como válvula de entrada a la turbina En el caso de válvulas de entrada a la turbina se deben considerar con mucha frecuencia situaciones de montaje específicas


Empresas y empresarios

Figura 5: Válvula de mariposa VAG EKN® DN 250 en versión de forjado completo para central nuclear

Figura 6: Simulación de flujo CFD de una válvula de mariposa VAG EKN® H1200

del cliente, además de condiciones hidráulicas extremas. Por otro lado, el coeficiente de resistencia de la válvula de entrada a la turbina debe ser muy bajo para poder operar la turbina de la forma más eficaz posible, energéticamente. Con la válvula de mariposa VAG EKN® H1200, VAG ha diseñado a una válvula que cumple con estas condiciones de la mejor manera. Desde la fase de planificación, se utilizan el software más moderno y métodos de construcción de vanguardia. Con el cálculo CFD, se pueden analizar y visualizar de manera muy exacta los flujos en la válvula y en el sistema de tuberías subsiguiente, además de calcular los coeficientes de resistencia. A través de los métodos de elementos finitos (FEM, por sus siglas en inglés) se simulan, de manera virtual, efectos dinámicos en los diversos elementos de las válvulas, mediante los cuales se pueden dimensionar de manera segura, además de cuerpos de válvulas y discos, ejes de válvula o uniones de clavija. El profesionalismo tecnológico de VAG ha demostrado su eficacia en numerosos proyectos a nivel mundial, tanto en asesoramiento, diseño, dimensionado, producción, así como en el servicio en el lugar durante las puestas en marcha. La válvula de mariposa VAG EKN® H1200 siempre se construye de acuerdo con el pedido y según los requerimientos individuales del cliente, como es el caso de un proyecto de hidroelectricidad en Escocia, en el cual, el mayor reto era construir una válvula de mariposa con resistencia la más mínima resistencia al flujo; al mismo tiempo, debía ser capaz de transmitir torques muy elevados que pudiesen producirse limitadamente mediante las velocidades de flujo elevadas (de hasta 20 m/s). Por otro lado, se tuvo que garantizar una alta seguridad funcional incluso en temperaturas ambientales muy bajas de hasta -27°C. En la construcción del sistema oleohidráulico de palanca y contrapeso se consideraron,

además, el espacio muy limitado en la sala de compuertas disponible en el lugar. Estos requerimientos individuales pudieron calcularse de manera inteligente con la ayuda del software más moderno. Las cuatro válvulas de mariposa de diámetro nominal DN 2000 fueron entregadas e instaladas en el verano de 2015, siendo diseñadas para un tiempo de vida útil de 70 años.

Diámetros nominales y niveles de presión La válvula de mariposa VAG EKN®, de comprobada eficacia a través de los años, está disponible en todos los diámetros nominales usuales de DN 100 a DN 4000. Además de la acreditada línea F4, también está disponible una serie muy compacta short pattern en longitudes cortas de construcción (según la EN 558-1, línea base 13) hasta el DN 1500, además de una serie AWWA, conforme a los estándares estadounidenses. Con el diseño como válvula de mariposa de doble brida, la posibilidad de montaje universal de la válvula, incluso con presión diferencial total, está garantizada. La estanqueidad en ambas direcciones de flujo está garantizada mediante el anillo perfilado de presión asistida. En función al diámetro nominal y a la situación de montaje, la válvula de mariposa VAG EKN® también puede utilizarse con presiones de servicio de hasta 50 bares. Más información y detalles sobre la plataforma de válvulas de mariposa VAG EKN® los podrá encontrar visitando la página web del fabricante. Bibliografía VAG on site R. Heiler, válvulas en el abastecimiento de agua – 1994 Prospectos de VAG sobre válvulas de mariposa

Diciembre 2016

17


La

minería mexicana

Tres momentos decisivos Alfredo Ruiz Islas

Numerosos son los hitos que permiten ubicar en la historia de la minería en México a lo largo de los últimos cinco siglos. Sin embargo, se han elegido tres que, se considera, permiten comprender el rumbo tomado por el sector antes de la tecnificación acelerada de que ha sido objeto en el lapso de los últimos cincuenta años. Éstos se ubican en la época novohispana y en un periodo extenso del siglo xix.


Especial Minería

Los procesos geológicos sucedidos a lo largo de los milenios en el territorio que hoy ocupa México, han sido los responsables de la presencia de una orografía plena de sierras, montañas y cañadas, al tiempo que permitieron la formación de depósitos minerales de suma variedad y enorme cuantía. Desde épocas muy remotas, los pueblos mesoamericanos encontraron placeres en el oro, que explotaron para crear piezas ornamentales de gran valor artístico. Entre los siglos xv y xvi, los purhépechas llevaron la metalurgia un paso adelante al extraer el metal presente en vetas superficiales de cobre para formar objetos de uso cotidiano —braseros, azadas, punzones—, joyería o bien, para alearlo con estaño y forjar armas, lo cual les permitió, durante un centenar de años, resistir los embates de la Triple Alianza encabezada por los mexicas de Tenochtitlan. La minería solo adquiriría un aspecto intensivo —y extensivo— luego de la llegada de los conquistadores españoles. Sería entonces cuando comenzarían a excavarse túneles en distintas partes de la geografía novohispana, cuando las galerías penetrarían en los cerros para horadarlos de lado a lado, cuando los pozos abiertos pa­ra la extracción de minerales mostrarían a las personas una cara de la Tierra distinta de aquella, de profundos con­tenidos místicos, que había tenido hasta el momento.

El beneficio de patio Las primeras minas descubiertas en la Nueva España se encontraban en las inmediaciones de la Ciudad de México, concretamente, hacia el sur y el suroeste de la misma. En su avance hacia la costa, los exploradores españoles pronto encontraron los ricos filones de plata ubicados en Tlalpujahua, en Sultepec y en Taxco. Aparecieron entonces las primeras minas y, a su vera, las primeras fundiciones. Las tareas de exploración, conquista y colonización comenzaron a mostrarse como empresas rentables a medida que la riqueza fluía de las entrañas de la tierra a los bolsillos de los europeos y, mejor aún, a las arcas de la Real Hacienda, siempre necesitada de fondos lo mismo para costear empresas guerreras del otro lado del Atlántico que para sostener el boato de la corte del emperador Carlos. A pesar de la bonanza, para los conocedores pronto fue claro que el beneficio que se obtenía de los metales era insuficiente. La culpa, lo sabían, era del procedimiento que se empleaba para separar la plata del resto de todo aquello con lo que se encontraba en estado na-

20 Vector

La riqueza extraída de las minas novohispanas financió la construcción de una cantidad importante de edificios civiles y religiosos. En la imagen, pechina de la cúpula mayor del templo de Santa Prisca, en Taxco

tural. Es decir, de la fundición. Si el mineral no era de una cierta pureza, el procedimiento no podía ponerse en práctica. En consecuencia, el porcentaje explotable era considerablemente menor a aquel que no podía ser utilizado. La frontera minera se desplazó hacia el norte en las décadas de 1530 y 1540. En 1546 se ubicaron los ricos depósitos de plata de Zacatecas. Menos de diez años después, hacia el sur, se encontraron los yacimientos de Pachuca y sus alrededores. Aun cuando la plata no dejaba de extraerse ni de proporcionar una riqueza inimaginable a todos los involucrados en el proceso, el problema de los bajos rendimientos seguía presente. Alrededor de 1550 llegó a la Nueva España un individuo de nombre Bartolomé de Medina, comerciante de oficio aunque entendido en las artes de la minería, quien poseía una fórmula más o menos secreta mediante la cual, decía, podría obtener plata de buena ley sin importar la pureza del mineral a partir del cual se extrajera.


Especial Minería

Medina invirtió en un terreno en la zona de Pachu­ca, montó una mina y comenzó a experimentar. Luego de no pocos fra­casos, mo­tivados por el hecho de que la fórmula estaba incompleta, en 1555 Medina encontró lo que buscaba: una forma de obtener plata a partir de minerales de baja ley. El procedimiento era sencillo, aunque laborioso. El mineral de pla­ ta debía molerse y tamizarse, se le añadía mercurio, sal y un compuesto denominado “magistral” —obtenido al tostar piritas de hierro y de cobre—, se formaban tortas y se repasaban durante varias semanas, hasta que la plata se había unido con el mercurio. Después de ello se lavaba la mezcla y se retiraba el mercurio por destilación. La plata obtenida estaba lista para pasar al horno, donde se le daría la forma que resultara más conveniente. El método inventado por Medina se realizaba en enormes patios, los cuales se llenaban con las tortas de mineral. De ahí que recibiera el nombre de “beneficio de patio”. Du­rante los siguientes trescientos años sería la forma común de refinar la plata, lo que daría una mayor rentabilidad a las minas provistas de fi­lones de baja ley aunque, como contraparte, haría a la minería dependiente de los suministros de mercurio procedentes de Huancavelica —Perú— o de Almadén —España.

La modernización borbónica La minería fue, a lo largo del siglo xvi, la actividad preponderante en la economía novohispana. El descubrimiento más o menos continuo de nuevos yacimientos de plata permitió que el flujo de metal rumbo a Europa fuera constante, con

José de la Borda, uno de los mineros más acaudalados de la Nueva España, ordenó en 1751 la construcción de la iglesia de Santa Prisca, en Taxco. En la imagen, remate de uno de los retablos laterales del templo.

todo y los contratiempos asociados a su extracción, ensaye, fundición y traslado. Dichas dificultades involucraban, sobre todo, la presencia de indígenas hostiles en el camino entre los reales mineros y la Ciudad de México —o de bandoleros entre ésta y el puerto de Veracruz—, la inundación o el derrumbe de las galerías, la falta de mercurio para beneficiar la plata en la medida en que se necesitaba o del dinero y las herramientas adecuadas para ampliar los tiros de aquellas minas cuyas vetas aparentes se habían agotado. A lo largo del siglo xvii, la cantidad de metales que llegaban a la metrópoli imperial decreció de forma considerable, en parte debido a las interminables guerras que sostenía España contra sus rivales habituales —Inglaterra, Holanda, Francia—, y que interrumpían las comunicaciones marítimas durante largos periodos; y en parte también porque la producción minera novohispana disminuyó debido a las dificultades ya mencionadas. Un problema aledaño a los ya mencionados era que buena parte

de los saberes que gobernaban la actividad minera eran empíricos. Por citar solo un ejemplo, los buscadores de minas dependían de, al menos, tres de sus sentidos para cumplir con su cometido: con la vista para detectar tonos verdosos, o de un gris más profundo, que delataban la presencia de vetas de plata; con el olfato percibía los aromas poco agradables de los compuestos sulfurosos que acompañaban a los de­pósitos de plata; mientras que con el gusto comprobaban que la piedra en que había fijado su atención en verdad contenía plata. Si bien dichos métodos habían probado su valía a lo largo del tiempo, como contraparte, exponían a los mineros a una cantidad importante de riesgos y, además, el nivel de certeza con el que contaban era realmente bajo. Era evidente que se requería de mejores métodos para ubicar, extraer y refinar los yacimientos de plata. A lo largo del siglo xviii, las autoridades virreinales trataron de incrementar la producción de plata mediante la reducción del costo del mercurio o de los impuestos Diciembre 2016

21


Especial Minería

directos que afectaban a los productores, y también de generar una nueva base de conocimientos que impactara en la actividad minera. Así, junto con la apertura en 1792 del Real Seminario de Minería, en el que se impartirían las asignaturas de mineralogía o química, entre otras, se dio entrada a las ideas de distintos hombres interesados en mejorar los procesos relacionados con la extracción minera. Joaquín Velázquez de León y José Antonio Alzate, cada uno por su cuenta, inventaron sendos malacates —movidos por tracción animal— para desalojar con mayor rapidez el agua acumulada en las minas. El propio Velázquez de León propuso, en el último tercio del siglo XVIII, la construcción de hornos armados con cuatro fuelles, mediante los cuales la fundición se tornó más eficiente. El impulso recibido en el último tramo de la era virreinal por las vías legal y fiscal le permitió a la minería romper con las inercias de la crisis y experimentar el auge, el cual, a final de cuentas, resultó ser una ilusión. El estallido en 1810 de la revuelta acaudillada por Miguel Hidalgo dislocó los circuitos de los que dependía el sector, ahuyentó a la gente de los reales mineros y destruyó la infraestructura con que se contaba. Habrían de pasar varios años más para que las minas del México Independiente se reintegraran a la vida productiva, esta vez de la mano de inversionistas extranjeros armados de fuertes sumas de capital y de tecnología concebida en medio del furor industrial que lentamente se expandía por el planeta.

Guanajuato, junto con Zacatecas, fue el centro minero más importante del virreinato novohispano.

Las minas de Guanajuato aprovecharon el impulso que las Reformas Borbónicas dieron al ramo en el siglo xviii.

La mina de Guadalupe, en Guanajuato, permaneció activa, con altibajos en su producción, desde la década de 1540.

22 Vector


Especial Minería

La internacionalización La independencia de la Nueva España, y el consiguiente nacimiento de México, estuvieron acompañados de una serie de contratiempos. El principal de ellos, quizá, era la falta de recursos para hacer frente a las necesidades más apremiantes de la administración pública, un pro­blema heredado del régimen vi­ rreinal, pero también producto de los desequilibrios generados en todas las ramas de la economía por el conflicto armado que, aun cuando no se había extendido por la totalidad del territorio novohispano, sí había afectado su zona medular. El gobierno hizo frente a sus compromisos mediante la contratación de préstamos en el extranjero, mientras buscaba con desesperación la forma de conseguir recursos por otras vías. Los impuestos eran, claramente, la mejor de ellas. Sin em­ bargo, mientras las actividades pro­ ductivas no despegaran, lo recaudado sería escaso.

La moneda del Imperio español, acuñada con plata novohispana o peruana, circulaba con libertad en los mercados de América, de Europa e incluso, de Asia.

Si bien, en un principio, los conquistadores españoles tomaron los metales preciosos que se hallaban en poder de los indígenas, pronto descubrieron la riqueza presente en el subsuelo americano.

El lento arranque de la economía mexicana tenía su origen en la poca capacidad de inversión mostrada por las élites nacionales. Poca capacidad no solo causada por la falta de recursos sino también por la falta de iniciativa. Abocados a los terrenos seguros de la agricultura, la ganadería y el comercio, dejaban al azar las actividades que podrían reportarles mayores beneficios, como la minería. Hacía falta, entonces, buscar en otra parte sujetos interesados en invertir. Un poco de promoción fue suficiente para que, en 1824, se formaran en la Bolsa de Londres las primeras sociedades destinadas a comprar minas en México. Si bien los veinte años iniciales no fueron los mejores, al mostrarse una disminución en la producción anual de oro y plata en relación con lo registrado en los años finales de la época virreinal, a partir de la década de 1840 comenzaron a aumentar los montos extraídos de ambos minerales. Como complemento, en 1842 Antonio López de Santa Anna emitió un decreto por el que se liberaba del pago de impuestos a quienes decidieran invertir en la extracción, no de éstos minerales, sino de hierro; y al año siguiente emitió una serie de medidas destinadas a fomentar la explotación del mercurio. No fue sino hasta que Porfirio Díaz ascendió al poder que el capital extranjero ingresó con decisión en la minería mexicana, principalmen­te debido a las condiciones de estabilidad que el régimen garantizaba. A los Diciembre 2016

23


Especial Minería

ingleses se sumaron entonces los estadounidenses, que pronto los sobrepasaron no solo en cuanto al monto del dinero invertido, sino tam­bién en lo relacionado con la cantidad de operaciones con las que contaban en la extracción de metales preciosos y de minerales industriales. Según algunos cálculos, hacia 1907 el capital estadounidense ascendía a 400 000 000 de dólares, en tanto que los rendimientos, en ocasiones, alcanzaban cifras superiores al 2 000 %. El panorama era alentador para los empresarios extranjeros. La mano férrea del gobierno porfirista aseguraba que las condiciones para incrementar la producción —y, por consiguiente, los beneficios— se mantendrían por tiempo indefinido. Sin embargo, el cuadro presentaría sus primeras fisuras en 1906, al estallar la huelga en la mina de cobre de Cananea y ser reprimida con brutalidad. La lucha revolucionaria, iniciada cuatro años después, transformaría la situación de manera definitiva.

Los pueblos indígenas de Mesoamérica trabajaban los metales que encontraban en depósitos ubicados en la superficie de la tierra.

La minería fue la actividad más importante para la economía novohispana, seguida del comercio. Los españoles descubrieron los depósitos de mercurio de Huancavelica en 1566, lo que facilitó la explotación de las minas de plata en las Indias, especialmente las del virreinato del Perú.

En su momento de mayor auge, la mina de La Valenciana, en Guanajuato, producía el equivalente a 360 000 marcos de plata. En tanto, de la mina más productiva en Sajonia sólo se extraían 10 000 marcos.

Durante el primer decenio del siglo XIX se calcula que se extrajeron poco más de 5 500 toneladas de plata de las minas novohispanas. En el decenio subsiguiente, la guerra de Independencia hizo disminuir esa cifra hasta poco más de 3 000 toneladas. Los accionistas de la compañía Dos Estrellas invirtieron, a comienzos del siglo XX, 150 000 dólares en un proyecto minero. Cinco meses después habían recuperado su dinero. Para 1909, la compañía había acumulado 3 800 000 dólares en utilidades.

24 Vector


´

s í


Maravillas de la Ingeniería

La mecánica de suelos, base fundamental en el desarrollo de los proyectos de infraestructura La demanda nacional de infraestructura que se deriva del crecimiento poblacional ha propiciado mayor complejidad de los diseños estructurales, ya que cada vez es más frecuente construir en zonas complejas desde el punto de vista geológico y topográfico (lomas, terrenos fangosos, zonas de riesgo sísmico, etcétera). Esta es la razón por la que, dentro del contexto nacional del desarrollo de proyectos de infraestructura, esté cobrando suma importancia la interacción entre las diferentes disciplinas de la ingeniería civil. Tal es el caso de la ingeniería geotécnica, una disciplina en la cual también se involucran especialidades tales como la geología, la geofísica, la mecánica de rocas y la mecánica de suelos, entre otras. Por lo anterior, las empresas especialistas en geotecnia han cobrado gran relevancia y se han visto obligadas a implementar nuevos procesos, tanto administrativos como tecnológicos, ya que, en la actualidad, es muy común que en el mercado nacional se desarrollen proyectos regidos por especificaciones técnicas internacionales, no sólo en cuanto a la inclusión de maquinaria y equipo de vanguardia, sino también en la modelación e interpretación de análisis para el diseño de cimentaciones mediante software de última generación. En TERRAM, empresa joven y líder en el mercado, hemos asumido con responsabilidad la apertura tecnológica y del conocimiento. Participamos de forma entusiasta con profesionales de otros países y de distintas especialidades, manteniéndonos siempre abiertos a la implementación de nuevos procesos en el desarrollo de los estudios de mecánica de suelos, necesario y obligados, en todo proyecto de infraestructura.

26 Vector

La amplia gama de proyectos en los que hemos participado nos ha brindado la oportunidad de crecer en experiencias y desarrollar investigación interna que hoy nos permite brindarle a nuestros clientes soluciones eficientes y seguras. Como ejemplos, podemos mencionar la amplia gama de propuestas de estabilización de taludes y laderas que hemos presentado en los estados de Tabasco y Veracruz en el sureste del país; las soluciones innovadoras en la conformación de terraplenes aligerados para su construcción en suelos blandos, altamente deformables, que hemos implementado, y las técnicas de exploración geotécnica sobre el trazo de líneas de conducción y perforación direccional a través de cuerpos de agua. Asimismo, el proyecto de construcción de un Puente Vehicular (PIV) que formará parte del Libramiento Villahermosa, en el estado de Tabasco. Durante la realización de esta estructura de cruce se enfrentaron graves problemas de fallas en el terreno de apoyo al momento de la construcción de las rampas de acceso, que serían conformadas por materiales térreos. Para este proyecto se implementó una campaña de exploración a detalle, que nos permitió definir con precisión la estratigrafía del lugar y con ello darnos cuenta de la mala calidad de los materiales de apoyo. En respuesta, se modeló una alternativa de solución basada en el uso de Poliestireno Expandido (EPS), que es un material cuyas propiedades de densidad y peso permiten conformar estructuras aligeradas. Así, demás de interactuar con los ingenieros topógrafos y estructuristas, se implementaron técnicas y software de modelado mediante el Método de Elemento Finito (MEF).


Maravillas de la Ingeniería

Especial: La explotación petrolera mexicana

Antes de nuestra participación —momento de la falla en el terreno de cimentación— se contaba con un terraplén conformado por arena arcillosa que transmitía al terreno de cimentación una carga aproximada de 75 Kpa —motivo de la falla—. Una vez iniciada nuestra participación en el proyecto y después de modelar e implementar nuestra alternativa de solución, se construyeron terraplenes aligerados con Poliestireno Expandido (EPS) que transmitían al terreno de cimentación una carga del orden de 30 Kpa, lo que hasta la fecha ha permitido el buen funcionamiento de esta estructura. Por lo anterior, consideramos que es un hecho que, en el presente, el desarrollo de la infraestructura nacional nos obliga, como em­presarios, a detonar la investigación y la cooperación interdisciplinaria.

Diciembre 2016

27


Pasado y presente en la ventilación de

túneles Diego Elías García Torres

Desde tiempos inmemoriales, los organismos vivos han obtenido beneficios para su sobrevivencia con los túneles, desde aquellos que surgieron de manera natural, por procesos endógenos y exógenos en el relieve terrestre, hasta los más sofisticados, creados por el hombre en tiempos recientes. Uno de los principales desafíos para su desarrollo (que además cobró muchas vidas) no fueron sólo los deslaves e inundaciones, sino falta de ventilación, especialmente en túneles de minas y ferroviarios. Con la llegada de los vehículos, se hizo patente la necesidad de desahogar los gases emitidos para salud de los tripulantes. Este primer sistema fue desarrollado por Ole Singstad, en el túnel Holland, que va de Manhattan a Nueva Jersey. Dicha innovación fue replicada en otros túneles alrededor del mundo. Se han enumerado algunos tipos de ventilación artificial, además del nuevo panorama en cuanto a la construcción de túneles, así como sus mejoras para la conducción de otros servicios.


Tecnologías

Ya fuera a través de la erosión milenaria del agua sobre las rocas carbonatadas o la acción geomorfológica del magma enfriado a distintas temperaturas (tubos de lava), estos “túneles naturales” representan un elemento importante y necesario de cualquier ecosistema. Desde for­ mas de vida invertebrada hasta la lle­­ga­da del Homo sapiens sapiens, dichas formaciones fueron fun­ da­ men­tales para el desarrollo de las especies, puesto que permitían no sólo refugio, sino la obtención de aire, agua y nutrientes de manera segura. Los antepasados de la especie humana no fueron la excepción, y con el surgimiento de las primeras aldeas, continuaron extrayendo de los túneles recursos minerales que emplearían en herramientas. En cier­ tos casos, se utilizaron también con propósitos religiosos y funerarios. En los albores de las primeras civilizaciones, los túneles se volvieron elementos arquitectónicos con propósitos muy diversos, a grado tal que hoy en día siguen rodeados de leyendas. Conforme el grado de tecnifi­ca­ ción social se incrementó, y se pa­só del uso del pico y la pala a la dinamita y la perforación por vapor o sis­temas hidráulicos, comenzaron a construirse túneles más complejos y con propósitos más específicos para aprovechar los recursos minerales de las minas, servir de dre­najes para las ciudades o como pasos para aho­rrar tiempo en ciudades con ríos y canales, como aquél construido por Marc Brunel por debajo del Támesis, en 1841. Si bien, en el siglo xix con el requerimiento de recursos minerales para la revolución industrial y el enorme tendido de ferrocarriles que se llevó a cabo al interior

Túnel del Támesis, originalmente sólo para uso peatonal, aunque abierto a las calesas y carruajes. Posteriormente, fue aprovechado para el tránsito del metro en Londres.

de donde se perforaron túneles para el paso de las locomotoras (a costa de mucho tiempo de construcción y muchas pérdidas de vidas debido a los derrumbes por prospecciones geológicas erróneas, temperaturas altas, falta de ventilación y enfermedades como la silicosis), como fue el caso de los túneles ferroviarios de Mont Cenis, que se construyeron entre 1857 y 1871; así como el túnel de San Gotardo, construido en 1872 y terminado en 1882. A finales del siglo xix y principios del xx, el crecimiento acelerado de las urbes europeas y estadounidenses, aunado a la creación de sistemas de drenaje, generó el de­sarrollo de otros túneles, que for­ marían parte de un nuevo medio de transporte urbano: el metro. Las ciudades pioneras fueron Londres y Nueva York. Los trenes eran alimentados con electricidad, mientras que la disposición de los túneles, los cua­les eran construidos a profundidad somera, tenían ventilación inmediata con respiraderos dirigidos hacia las calles, en donde la simple

circulación del aire se encargaba de todo. Sin embargo, con la llegada de los vehículos y de la infraestructura necesaria para ellos –carreteras, puentes, pasos a desnivel, etcétera– igualmente fueron necesarios túneles. Dadas las emisiones generadas a causa de la combustión en los vehículos, el peligro de incendios por accidentes y el creciente número de autos que cada año se sumaban al parque vehicular con la construcción del túnel Holland (construido debajo del río Hudson en Nueva York, el cual permitía conectar la isla de Manhattan con Nueva Jersey). Éste fue el primero en incluir un sistema de ventilación expreso para evitar percances; el diseño estuvo a cargo del noruego Ole Singstad. Para lograr tal propósito, además de la construcción del túnel bidireccional, añadió en el conjunto cuatro edificios de ventilación, dos a cada lado del río Hudson que alojan 84 ventiladores de gran tamaño que renuevan totalmente el aire cada 90 segundos. Los métodos empleados en aquél entonces para el diseño y Diciembre 2016

29


Tecnologías

construcción conforman la base, aún hoy día, en muchos túneles vehiculares bajo el agua, incluso los que se encuentran en dicha ciudad, como el túnel de Lincoln, el túnel Brooklyn –Battery, el túnel Queens–Midtown. Singstad diseñó túneles en otras partes de Estados Unidos, como el túnel binacional Detroit-Windsor; el túnel de la bahía de Baltimore; y, a través de los Apalaches, el túnel de montaña “Big Walker”. Asimismo, se le deben éste tipo de construcciones en otras latitudes, como Chile, Bélgica y Canadá. A partir de estos antecedentes, la ingeniería presente en la construcción de nuevos túneles, desde en la segunda mitad del siglo xx hasta nuestros días, se enfatizó en el desarrollo de estrategias y soluciones de seguridad enfocadas en atender siniestros al interior de estas construcciones, mediante el desarrollo de sistemas naturales, artificiales o mixtos de ventilación para túneles. La ventilación natural está presente directa o indirectamente en todos los túneles y en ausencia de un sistema de ventilación artificial, determina el sen­ tido de circulación del aire en el in­terior de éstos. Por cuestiones de seguridad se ha demostrado y certificado que este sistema no debe prevalecer en una longitud superior a los 400 m. La ventilación natural de un túnel debe considerar la interacción de los efectos que pro­ducen los tres factores siguientes para garantizar su efectividad:

Túnel Holland, primer túnel con un sistema de ventilación para el desalojo de gases derivados de la combustión.

Túnel Holland: diseñado para unir la isla de Manhattan con Nueva Jersey con 4 edificios de ventilación (2 en cada extremo). Fue el primero de los 4 diseñado por Ole Singstad, en Nueva York.

a) Diferencia de presión entre las bocas del túnel b) Viento dominante en el exterior c) Pendiente del interior Grabado que ilustra el uso peatonal del puente bajo el Támesis. En la actualidad permite transportar agua potable y múltiples conductos de cables de telecomunicaciones.

30 Vector


Tecnologías Algunos ejemplos de túneles con ventilación natural, en nuestro país, son Pino Gordo, Frijolar, Leonera y Chavarría, en la autopista Du­rangoMazatlán; los túneles San Mar­cos, Xicotepec I y II, y Necaxa, de la autopista México-Tuxpan, entre otros. La ventilación artificial o forzada, se genera por la acción mecáni­ ca de ventiladores eléctricos que per­miten el desalojo de los gases producidos por los vehículos y en algunos casos, de los conductos se­ cun­darios para la entrada y salida del aire y los gases de la combustión; al mismo tiempo, están pensados para evitar desastres durante un posible incendio. Existen varios tipos de túneles con dicho método de ventilación, el cual se combina, a su vez, con la ventilación natural. Dentro de estos se encuentran: • Ventilación longitudinal simple • Ventilación longitudinal con toberas de tipo Saccardo • Ventilación longitudinal con un pozo central de extracción • Ventilación transversal • Ventilación semi transversal • Ventilación mixta (conjuga el sistema transversal con el semitransversal)

Por seguridad, un túnel con ventilación natural no puede medir más de 400 m, además se deben considerar la anchura del túnel por sección, el caudal necesario de aire para dilución de gases y el vencimiento de la resistencia aerodinámica propios del túnel. Una vez determinados estos datos, se ofrece la mejor solución de los sistemas descritos (ventilación longitudinal con un pozo central de extracción, ventilación transversal, ventilación semitransversal, etcétera). Las nuevos esquemas para la construcción de túneles no sólo pretenden agilizar la movilidad, sino el mejoramiento de la imagen urbana, elevar el valor del suelo, disminuir la proliferación de gases de efecto invernadero, entre otros servicios.

Fotografía que ilustra la renovación del nodo ferroviario King Cross- St. Pancras, una de las estaciones y túneles ferroviarios más antiguos del mundo.

Túnel de Lincoln. Comparte el diseño con el túnel Holland. Unió a la isla de Manhattan con Nueva Jersey por debajo del río Hudson.

32 Vector

Hoy en día, las nuevas tendencias de construcción en túneles conjugan no sólo el mero desahogo del tránsito vehicular sino que ofrecen una gama de soluciones multipropósito (conducción de líneas de fibra óptica, electricidad, agua, alcantarillado, etcétera); permiten la mejora y optimización de la infraestructura e imagen urbana, a fin de revalorar el suelo en términos de ecología e inmobiliaria; reducen los niveles de contaminación visual y auditiva, siempre y cuando la energía de los sistemas de ventilación sea obtenida por fuentes no productoras de los mismos gases que desalojan de los túneles.


Tecnologías

Algunos datos de interés sobre los túneles

El “túnel” natural superficial más largo del mundo es la cueva Mammoth se encuentra en Kentucky, Estados Unidos; tiene 627.6 km de longitud. La cueva subacuática más larga del mundo está en las costas del Caribe mexicano, y es la Ox Bel Ha, de 240.1 km

El primer túnel con propósito construido en una urbe fue el túnel del Támesis, construido en 1841 por Marc Brunel. Si bien fue un logro en cuanto a ingeniería civil, económicamente fue un fracaso, debido al largo periodo de construcción, el coste monetario, las vidas que se perdieron y el decaimiento de su uso. Comenzó a rendir beneficios cuando fue incorporado a la red del metro londinense. El túnel ferroviario de Mont Cenis en su momento fue el más largo del mundo con sus 13.6 km de largo. Posteriormente, la marca la ostentó el túnel de San Gotardo, con 15 km. Hoy en día, el túnel ferroviario más grande del mundo es el recién inaugurado túnel de base de San Gotardo, con 57 km. El metro de Londres es el más antiguo del mundo (1863); el de Nueva York que cuenta con más estaciones en el mundo (468); mientras que la línea subterránea más larga del mundo, con 60.5 km, es la línea 3 del metro de Guangzhou, China.

Clifford Holland, diseñador del túnel homónimo, murió el día en que se tenía previsto ambas mitades de encontraran. Fue sucedido por Milton H. Friedman, quien murió un año antes de la inauguración. Finalmente, lo concluyó el noruego Ole Singstad quien además diseñó el sistema de ventilación, primero en su tipo para un túnel vehicular.

Los cuatro edificios de ventilación, dos a cada lado del río Hudson, alojan 84 ventiladores inmensos que renuevan totalmente el aire cada 90 segundos.

34 Vector


Especial: La explotación petrolera mexicana

El Pabellón Olímpico de Gjøvik Itzel González Colín

Lillehammer es una pequeña ciudad localizada al Sureste de Noruega con características históricas, geográficas y culturales singulares. La región ha encumbrado al esquí en su escudo de armas; no sólo se le debe el escenario en el cual ocurre la (afamada en Noruega) serie Lilyhammer, en la que un ex cabecilla de la mafia italoestadounidense rehace su vida; sino también extravagancias descomunales como el parque de trolls Hunderfossen; y el menos “exótico” pero sí enorme Maihaugen, que está declarado el museo al aire libre más grande del mundo, en el cual se exhiben desde una de las más grandes colecciones de sellos postales y artesanías, hasta un total de 200 edificios históricos, entre los cuales se encuentran las casas de dos premios nobel: Sigrid Undsted (galardonada en 1928) y Bjørnstjerne Bjørnson (quien recibió el premio en 1903, y cuya obra fue apenas brevemente conocida

36 Vector

en el mundo hispano gracias al editor Saturnino Calleja). Lillehammer también ascenderá a la gloria del celestial hornillo de Hestia debido al buen tino que tuvo uno de sus ciudadanos al crear la máquina para cortar quesos, invento totalmente inservible si se le pretende restregar sobre la superficie de un queso oaxaca, pero que resulta de suma utilidad para obtener fragmentos ma­nipulables del preciado alimento más allá de los países escandinavos. Pero la historia de todo país usual­mente conlleva una buena do­ sis de sangre. Noruega no es la ex­ cepción: en 1973 un camarero marroquí fue asesinado por agentes del Mosad. Al poco tiempo se sabría que Ahmed Bouchiki (hermano de Jalloul “Chico” Bouchiki, miembro de los Gipsy Kings) había sido confundido con Ali Hassan Salameh, quien supuestamente orquestó la masacre de Múnich durante los Juegos Olímpicos del año ante-

rior. Los cinco agentes de la Mosad que perpetraron el asesinato fueron arrestados, juzgados y encarcelados en Noruega para ser enviados posteriormente a Israel. Al episodio se le conoció como el escándalo de Lillehammer, y en 2007 fue considerado por el Estado Noruego como el asesinato más grave de su historia.1 El único recuerdo indeleble en la memoria de la humanidad sobre Lillehammer serán quizás los Juegos Olímpicos de Invierno que se llevaron a cabo en la ciudad en el año 1994. Para dicha justa deportiva se eligió a Hamar como la sede en la que se llevarían a cabo las pruebas de patinaje, en todas sus variantes, mientras que Gjøvik fue elegida 1 La serie de asesinatos ocurridos en los noventa, a causa del movimiento denominado Inner Circle, que involucró a músicos de la escena del Black Metal, fue un escándalo mediático que pretendió pasar desapercibido por la monarquía noruega. La masacre perpetrada por Anders Behring Breivik, conocida como el atentado de Utøya, ocurrió en 2011.


Actualidades

En 1994 se llevó a cabo la XVII edición de los Juegos Olímpicos de Invierno, en Lillehammer, Noruega.

Formaciones rocosas encontradas en la caverna de Gjøvik, previamente a la construcción del Gjøvik Olympiske Fjellhall.

como la región en la cual se construiría la pista de hockey; ambas municipalidades, junto con Lillehammer, ocupan una franja de Mjøsa, el lago más grande en el país. Debido a las características morfológicas del suelo noruego (al menos la mitad de la región está cubierta por roca expuesta, al tiempo que existen precipitaciones en alta montaña), éste país ya había llevado a cabo exitosamente un sinnúmero de construcciones subterráneas, entre las que se encontraban casi dos centenares de centrales hidroeléctricas, y aproximadamente 1 600 túneles carreteros y ferroviarios que además fungían como refugios antiaéreos. Para 1975, Gjøvik ya había inaugurado su primera piscina subterránea, sin embargo, los requerimientos para un espacio que fuese óptimo para su uso durante los juegos debían ser sobresalientes. Una de sus características principales era que, la construcción al interior de la roca, pretendía conservar el paisaje en la región sin alteraciones considerables. En contraste, se había enfatizado el diseño estructural interno, pues el recinto olímpico debía tener una capacidad para 6 000 espectadores, de los cuales, 980 permanecerían de pie; para ello, con la meticulosidad y exactitud escandinavas, se llevaron a cabo incontables estudios con respecto a la mecánica de

suelos, además de una evaluación de los efectos psicológicos causados por la sobreexposición al entorno subterráneo; se llevaron a cabo también estudios sobre el tratamiento acústico del espacio subterráneo, mediante pruebas electrónicas e­specíficas. Se priorizaron tres factores durante los análisis del espacio: la seguridad al interior del recinto (con especial énfasis en el control de incendios), la ventilación y la energía. Las Olimpiadas serían un gran pretexto para exhibir el desarrollo tecnológico en cuanto a la ingeniería noruega de excavación en roca, que además permitía un muy bajo coste con respecto al mantenimiento y un máximo aprovechamiento energético, mientras que mostraba las posibilidades futuras que tendrían este tipo de construcciones. Pero también evidenció la nula re-

En 1994 se llevó a cabo la XVII edición de los Juegos Olímpicos de Invierno, en Lillehammer, Noruega.

Escudo de armas de Gjøvik.

38 Vector


Actualidades

Pista de patinaje dentro del Pabellón Olímpico de Gjøvik.

gulación con respecto a este tipo de estructuras, pues fue varios años después que comenzaron a implementarse regulaciones al respecto. El Palacio Olímpico, como fue conocido posteriormente, fue construido en la colina Hovdetoppen, localizada a 253 me­tros sobre el nivel del mar. La roca de la colina está constituida por gneis precámbrico, en tonalidades rojizas. La determinación de la dureza y composición del subsuelo se hizo a partir de excavaciones y mediciones geofísicas y ultrasonidos que permitieran determinar la composición total del macizo rocoso. Así, en 1993 se inauguró el Palacio Olímpico, con un costo total de 134. 6 millones de coronas noruegas, lo que fue financiado por autoridades gubernamentales. La superficie total de la construcción fue de 14 910 m², y pretendía no sólo ser la edificación más imponente durante las Olimpiadas, sino también reflejar el espíritu del folclor escandinavo. Aquél año de las justas deportivas, Noruega sería el país acreedor del mayor número de preseas en competición (26 medallas en total, aunque Rusia quedaría en primer lugar del medallero por la mayor obtención de oros), al tiem­po que estaría en la mira del mundo por haber llevado a cabo la obra de in­ge­nie­ría subterránea más grande construída a la fecha.

40 Vector

Medallas otorgadas durante la XVII edición de los Juegos Olímpicos de Invierno, que se llevaron a cabo en Lillehammer, en 1994.


Aseguro a mis clientes protección en sus pisos con alto tráfico #BienHecho Resistente a la abrasión, color y acabado brillante para pisos de concreto al interior y exterior

UFC-10

Poliuretano de altos sólidos


Revista Vector (Edición diciembre 2016)  

Última edición del año, cuyo tema central gira en torno a la minería y a las construcciones subterráneas. #Ingeniería #Minería #Construccio...