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ÓRGANO OFICIAL DE LA ASOCIACIÓN MEXICANA DE INGENIERÍA DE VÍAS TERRESTRES A.C. ISSN 2448-5292 viasterrestres.mx

AÑO 12 #72 SEPTIEMBRE OCTUBRE 2021

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VÍAS TERRESTRES CONTENIDO

EDITORIAL Arturo Manuel Monforte Ocampo

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AUGE Y DECLIVE DE LOS AEROPUERTOS MEXICANOS José Clemente Arciga Marroquín

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REUNIÓN NACIONAL DE VÍAS TERRESTRES BREVES PLÁTICAS CON LOS INGENIEROS: Vinicio A. Serment Guerrero y José Luis Chida Pardo Programa Técnico Reunión Nacional

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CURIOSIDADES MATEMÁTICAS

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SHM Y EVALUACIÓN DURANTE LA REHABILITACIÓN DE UN PUENTE SEVERAMENTE DAÑADO Juan Antonio Quintana Rodríguez, Francisco Javier Carrión Viramontes, Miguel Anaya Díaz, Jorge Alberto Hernández Figueroa, Luis Álvaro Martínez Trujano, Germán Michel Guzmán Acevedo, Héctor Miguel Gasca Zamora, Iván Valenzuela Delgado, Miguel Martínez Madrid y José Manuel Machorro López

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ESPECTROS DE CARGA Y DAÑO EN DISEÑO DE PAVIMENTOS PARA CONDICIONES MUY PESADAS DE TRÁNSITO VEHICULAR Paul Garnica Anguas

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REFLEXIONES SOBRE LA CALIDAD EN LAS VÍAS TERRESTRES Manuel Zárate Aquino

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SUSTENTABILIDAD DE LA INFRAESTRUCTURA DE TRANSPORTE Óscar de Buen Richkarday

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BITÁCORA

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VÍAS TERRESTRES AÑO 12 NO. 73, SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2021 Disponible digitalmente en www.viasterrestres.mx NOTICIAS Y BOLETINES: Encuentre las noticias de la Asociación y del gremio en nuestras redes sociales.

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Foto de portada: Carretera México-Oaxaca Adobe Stock


XXIV MESA DIRECTIVA

DIRECCIÓN GENERAL Arturo Manuel Monforte Ocampo CONSEJO EDITORIAL Presidente Jesús Eutimio Sánchez Argüelles Consejeros Amado de Jesús Athié Rubio Demetrio Galíndez López Federico Dovalí Ramos Jorge de la Madrid Virgen José Mario Enríquez Garza Manuel Zárate Aquino Miguel Ángel Vergara Sánchez Óscar Enrique Martínez Jurado Verónica Flores Déleon Víctor Alberto Sotelo Cornejo

Asociación Mexicana de Ingeniería de Vías Terrestres, A. C.

Presidente Jesús Eutimio Sánchez Argüelles Vicepresidentes Francisco Raúl Chavoya Cárdenas Vinicio Andrés Serment Guerrero José Antonio Hernández Guerrero Secretaria Elidé Rodríguez Rodríguez Prosecretaria Verónica Arias Espejel Tesorero Alberto Patrón Solares Subtesorero Pericles Sánchez Leal Vocales Martha Vélez Xaxalpa Javier Soto Ventura Raúl Martínez Téllez Juan Manuel Mares Reyes Juan Carlos Capistrán Fernández Francisco Moreno Fierros Humberto Portillo Sánchez Verónica Flores Déleon Mauricio Alfonso Elizondo Ramírez Director General Miguel Sánchez Contreras DELEGACIONES ESTATALES

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VÍAS TERRESTRES AÑO 12 NO. 73, SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2021 VÍAS TERRESTRES es una publicación bimestral editada por la Asociación Mexicana de Ingeniería de Vías Terrestres, A.C. Camino a Santa Teresa No. 187, Col. Parques del Pedregal, Alcaldía Tlalpan, C.P. 14010, CDMX. México. Tel. (55) 7678.6760. www.amivtac.org.mx | www.viasterrestres.mx correo electrónico: vias.terrestres@amivtac.org Editor responsable: Miguel Sánchez Contreras. Reserva de derechos al uso exclusivo 04-2011-030812322300-102, ISSN: 2448-5292, ambos otorgados por el Instituto Nacional del Derecho de Autor. Licitud de título: 14708, Licitud de contenido: 12881, ambos otorgados por la Comisión Calificadora de Publicaciones y Revistas Ilustradas de la Secretaría de Gobernación. Permiso SEPOMEX: PP09-1777. Impresa por: CODEXMAS, S. de R.L. de C.V., Quetzal No. 1 Int. 1, El Rosedal, Deleg. Coyoacán, 04330 CDMX, México. Este número se terminó de imprimir el 31 de agosto con un tiraje de 1000 ejemplares. El contenido de los artículos, así como las opiniones expresadas por los autores, no necesariamente reflejan la postura del editor de la publicación. Los textos publicados, no así los materiales gráficos, pueden reproducirse total o parcialmente siempre y cuando se cite la revista Vías Terrestres como fuente, incluyendo el nombre del autor y número de la revista. PRODUCCIÓN EDITORIAL: CODEXMAS, S. de R.L. de C.V. Estimado asociado, si usted desea recibir la revista impresa, favor de solicitarla a ygarcia@amivtac.org/dlopez@amivtac.org

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Delegados Aguascalientes, Ramón Cervantes López Baja California, Alejandro Mungaray Moctezuma Baja California Sur, Manuel de Jesús Anaya Sauceda Campeche, Marilú Escalante Castro Coahuila, Ricardo Herrera Rodríguez Colima, César Mora Amores Chiapas, Romeo Natarén Alvarado Chihuahua, Jimmy Azarías Dzul Góngora Durango, Arturo Enrique Salazar Moncayo Estado de México, Ismael Martínez Martínez Guanajuato, Luis Enrique Mendoza Puga Guerrero, Joaquín Hernández Rodríguez Hidalgo, Fernando Chong Garduño Jalisco, Ángel Salomón Rincón De la Rosa Michoacán, Roberto Espinoza Quintino Morelos, José Cruz Torres Campos Nayarit, Ruy Horacio Buentello Lara Nuevo León, Rafael Gallegos López Oaxaca, David Pablo Sánchez Solís Puebla, Mario Cibrián Cruz Querétaro, Efraín Arias Velázquez Quintana Roo, Ulises Morales Estrada San Luis Potosí, José Eduardo Segura Navarro Sinaloa, Lucas Manuel Aguilar Medina Sonora, Rubén Darío Soto Mendívil Tabasco, Ernesto Miranda De la Cruz Tamaulipas, Luis Alfonso De la Garza Vela Tlaxcala, Enrique Ramírez Castilla Veracruz, Fernando Elías Guevara Yucatán, Luis Manuel Pimentel Miranda Zacatecas, Aurelio Javier Gutiérrez Hernández


EDITORIAL Saludo con gusto a todos los colegas y socios de la AMIVTAC, y deseo que se encuentren bien en compañía de sus seres queridos. Lamento mucho la pérdida de algunos amigos provocada por la pandemia que aún persiste en nuestro país y en el mundo. Espero que pronto nos liberemos de tan agresivo virus. Como saben, estimados amigos, a fines de septiembre iniciará la Reunión Nacional de Vías Terrestres en la bella ciudad de Oaxaca, que se realizará de forma presencial y virtual, y que seguramente será muy exitosa porque ustedes, los asociados, siempre están dispuestos a acudir a los llamados y convocatorias de nuestra querida asociación, tanto para actualizar sus conocimientos como para aportar experiencias y encontrarse con los amigos y colegas de todos los estados de la república. Aprovecho este espacio para recordar con emoción aquellas palabras que nos dijo el Ing. Froylán Vargas Gómez durante la ceremonia de conmemoración de los 30 años de nuestro gremio: ¡AMIVTAC, esa palabra que tanto se parece a AMISTAD! Por otra parte, nuestra asociación tiene que ser una de las que más impulsen el desarrollo de la ingeniería civil en sus diversas disciplinas, y caminar codo a codo con el Colegio de Ingenieros Civiles de México (CICM) y con las asociaciones hermanas ligadas a éste. También hay que promover entre los ingenieros civiles la cultura de la ética profesional y, para lograr este objetivo, nuestro gremio está en contacto con el Consejo de Ética del CICM, que prepara una publicación con los conceptos fundamentales de la ética y varios casos de dilemas éticos que se presentan o que podrían ocurrir en el ejercicio profesional de la ingeniería civil. La sociedad mexicana debería tener una imagen del ingeniero civil ligada a su capacidad técnica, a su honestidad ya que les brinda seguridad, comodidad y eficiencia en las obras de infraestructura. Tenemos que lograr que así sea. Por último, estimados colegas y amigos, deseo manifestarles que mucho me agradaría que algunos de ustedes se sumaran al grupo de articulistas de esta revista Vías Terrestres, que escribieran sobre alguna experiencia, exitosa o no —en general, los resultados negativos enseñan más—, en algún proyecto, obra, supervisión, etc. Los invito cordialmente a preparar y proponer artículos que, previa aprobación del consejo editorial, serían publicados. Podrían también escribir acerca de temas culturales, científicos, de curiosidades matemáticas u otros. Envío un fuerte abrazo a todos nuestros lectores.

Ing. Arturo Manuel Monforte Ocampo Expresidente de la XIV Mesa Directiva de la AMIVTAC Director General de la revista Vías Terrestres

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AUGE Y DECLIVE DE LOS AEROPUERTOS MEXICANOS

JOSÉ CLEMENTE ARCIGA MARROQUÍN Meteorólogo especializado en proyectos aeronáuticos. Licenciado en lengua y literaturas hispánicas.

INTRODUCCIÓN A finales de la década de 1980, la red aeroportuaria mexicana era la más importante de América Latina. México era también, en la región, líder en el proyecto, construcción, operación y mantenimiento de aeropuertos. La capacidad técnica mexicana se reconoció internacionalmente cuando, en 1972, la OACI (Organización Internacional de Aviación Civil), solicitó a nuestro país la impartición de cursos internacionales de ingeniería de aeropuertos para técnicos de toda América Latina y el Caribe que quisieran especializarse. En 2010, casi cuatro décadas después, la aviación mexicana fue degradada por primera vez por la FAA (Federal Aviation Administration), entidad gubernamental reguladora de la aviación civil en Estados Unidos de América, y en 2021, ocurrió por segunda ocasión. Lo antes expuesto, tanto positivo como negativo, ha sido fruto de las políticas gubernamentales de los últimos doce sexenios, aunado al actual, que va de 2018 a 2024.

ANTECEDENTES: PARA ENTENDER LO QUE SE HA PERDIDO, BASTA UNA MIRADA RETROSPECTIVA Algo de historia Si bien es cierto que durante las décadas de 1940 y 1950, la aviación tuvo un gran desarrollo en México, pues era una de las naciones que registraban un mayor crecimiento a nivel mundial, también es real que dicho desarrollo se llevó a cabo de manera desordenada, con improvisaciones y algo de anarquía, atendiendo más bien a intereses particulares y sin tener una política única orientada a un propósito nacional. La demanda de transporte aéreo se hizo tan grande que, mientras fue posible, se improvisó. Para aprovechar el auge y con una política permisiva por parte del gobierno, las propias empresas aéreas construían aeropuertos. Mexicana de Aviación construyó 10 aeropuertos entre 1941 y 1945, que pasaron a formar parte de su patrimonio. En esa misma época, Líneas Aéreas Mexicanas (anteriormente llamada Líneas Aéreas Mineras, LAMSA) construyó cinco. El aeropuerto de Pie de la Cuesta en Acapulco se construyó con recur-

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FIGURA 1. Aeropuerto de Guadalajara, Jalisco, 1956, Compania Mexicana de Aviación. Foto: mexicoenfotos.com

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sos gubernamentales, mientras que Servicio Aéreo Panini construyó el de Aguascalientes. Por su parte, American Airlines construyó el aeropuerto de Monterrey y tres pistas para emergencias ubicadas en Ciudad Victoria, Tamuín y Actopan, respectivamente.

LA PARTICIPACIÓN DEL GOBIERNO El esfuerzo manifiesto en estas obras, su conservación y mantenimiento, no impiden percibir situaciones que hacen evidente la desorganización que imperaba en el medio de la aviación de ese entonces. La pluralidad de criterios operativos originó que los aeropuertos al servicio de ciudades importantes no tuvieran la seguridad y la eficiencia requeridas para un adecuado desempeño en sus funciones. El auge en la aviación implica la formación de personal especializado, que empezó a percatarse del caos operativo; cuando estas voces fueron escuchadas por el gobierno, despertaron en las autoridades gubernamentales la conciencia y necesidad de ordenar y regular las actividades en esa floreciente industria. A la par de la publicación de normas que establecían ya un modo de regulación aeronáutica, se crearon organismos encargados de aplicarlas. Pero, sobre todo, la participación del gobierno en la construcción de aeropuertos se intensificó. Así, durante la gestión del presidente Miguel Alemán Valdés se trabajó en alrededor de once obras aeroportuarias. Durante el mandato de Adolfo Ruiz Cortines se inauguraron y entraron en servicios siete nuevos aeropuertos. El Departamento de Aeronáutica Civil publicó tres reglamentos sobre aspectos aeronáuticos. En 1958, cuando este Departamento evolucionó y se convirtió en la Dirección Gene-

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ral de Aeronáutica Civil, DGAC, publicó el primer Manual para el manejo de aeropuertos federales. Con la administración del presidente Adolfo López Mateos, la Secretaría de Comunicaciones y Obras Publicas se subdividió y surgieron la Secretaría de Comunicaciones y Transportes, SCT, y la Secretaría de Obras Públicas, SOP. De igual manera, las acciones gubernamentales en torno a la aviación se subdividieron, quedando a cargo de la primera de estas dependencias la normatividad, concesiones, permisos y administración de los aeropuertos. Por su parte, a la SOP se le responsabilizó de la construcción de los aeropuertos federales y la cooperación con gobiernos estatales y municipales para la construcción y conservación de obras que estuvieran en el ámbito de competencia de dichos niveles de gobierno. A principios de los años de 1960, la incorporación de los aviones turborreactores, jet, a los vuelos comerciales dio lugar a una revolución en la industria de la aviación; las compañías aéreas se vieron en la necesidad de renovar sus flotas y, como consecuencia, los pavimentos de las superficies de operación terrestre —pistas, rodajes y plataformas— debieron ser adecuados para resistir los efectos de la operación de las turbinas de estos aviones. Por otro lado, el gobierno compró los aeropuertos a sus propietarios, de modo que al finalizar el sexenio de López Mateos, la gran mayoría de las terminales aéreas del país ya formaban parte


del patrimonio nacional. Asimismo, en el gobierno se identificó la necesidad de que el Estado Mexicano fuera quien tuviera el control de todas las actividades aeroportuarias y se comenzó a trabajar en el proyecto que permitiera concretar esa situación. Sin embargo, al terminar el sexenio gubernamental, no se llegó a la conclusión de este propósito. En 1964, cuando Gustavo Díaz Ordaz asumió la presidencia de la república existía una compleja situación en la aviación nacional. Para enfrentarla, se integró la Comisión de Planeación de Aeropuertos, con técnicos de la SOP y de la SCT. Las conclusiones a las que llegó este grupo de trabajo resultaron muy valiosas y a partir de éstas se redactó un documento conocido como El Libro Negro, que marcó un hito histórico en las actividades aéreas de la nación. Entre las acciones que recomendaba dicho texto destacan las siguientes: 1. Sustitución de la mayoría de los aeropuertos por nuevos aeropuertos. 2. Construcción de nuevos aeropuertos para que la red aeroportuaria cuente con un total de cuarenta y dos terminales aéreas, encuadradas en tres categorías operacionales según su alcance: largo, mediano, y corto. 3. Equipamiento moderno de comunicación y sistemas de radar para que el control de tránsito aéreo realice adecuadamente sus servicios a la navegación aérea.

4. Un servicio de abastecimiento de combustibles que garantice su calidad y eficiencia en todos los aeropuertos nacionales. 5. Creación de un organismo encargado de la operación, administración, mantenimiento y demás servicios complementarios.

CREACIÓN DE DOS ORGANISMOS ESTATALES PARA LA ACTIVIDAD AEROPORTUARIA En 1965, mediante decreto presidencial, se creó un organismo público descentralizado al que se denominó Aeropuertos y Servicios Auxiliares, ASA, que inició sus funciones con un total de treinta y dos aeropuertos. Conforme al decreto, quedaron dentro de sus funciones la administración, operación y mantenimiento de los aeropuertos, tanto de los elementos de operación terrestre —pistas, rodajes y plataformas—, como de los edificios terminales. También era responsable de proporcionar los servicios auxiliares de radionavegación, información meteorológica, abastecimientos de combustible y transportación de pasajeros. La objetividad de los señalamientos realizados por la Comisión de Planeación de Aeropuertos resulta incuestionable. Para atender la parte que le correspondía, la SOP incorporó en su estructura orgánica una nueva dependencia que denominó Dirección General de Aeropuertos, DGA, en 1965, conformada por un grupo de élite especializado en las múltiples disciplinas de la ingeniería de aeropuertos. Sus objetivos y también su absoluta responsabilidad eran la localización, la planeación, el proyecto y la construcción de nuevos aeropuertos, así como las obras de remodelación y adecuación que sean requeridas en los ya existentes. Cabe reiterar que la dinámica de las obras aeroportuarias suele ser muy intensa, debido a la incesante modernización en la fabricación de aviones, cuya operación demanda, en consecuencia, adecuaciones frecuentes en las instalaciones aeroportuarias.

CONCATENACIÓN DE LAS TRES DEPENDENCIAS DEL RAMO AEROPORTUARIO Prácticamente desde su creación, tanto ASA como DGA, coordinan, combinan y comparten quehaceres y responsabilidades con la DGAC. Todo dentro de un esquema donde están claramente definidas las funciones que tiene cada una de estas tres dependencias. Los frutos de esta suma de participaciones y esfuerzos combinados se pueden resumir de la siguiente manera al llegar al año de 1988: La red aeroportuaria nacional contaba con sesenta aeropuertos que operaban en estricto apego a las normas internacionales de aviación. El liderazgo de la ingeniería mexicana de aeropuertos es indiscutible, lo avalan dieciocho generaciones de profesionales de América Latina, egresados de los Cursos Internacionales de Ingeniería de Aeropuertos, impartidos cada año en México por profesionales de la DGA, con el aval, supervisión y participación de organismos nacionales como la Secretaría de Relaciones Exteriores (SRE), e internacionales como la OACI y la Organización de Estados Americanos (OEA). Asimismo,

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en los aspectos de organización y uso de infraestructura e instalaciones, apoyan, primero, el Colegio de Ingenieros y Civiles y después, la Universidad Nacional Autónoma de México. El Centro Internacional de Adiestramiento de Aviación Civil (CIAAC), creado en 1953, es el plantel académico donde acude a formarse el personal especializado, nacional y extranjero, que presta sus servicios en los aeropuertos de México y los diversos países de Latinoamérica. Pilotos, controladores de tránsito aéreo, jefes de operaciones, meteorólogos, despachadores de vuelos, etc., son algunas de las carreras que se imparten en esta Institución.

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EL PROCESO DE DEMOLICIÓN Y SUS EFECTOS EN CUATRO ETAPAS Etapa uno El 28 de diciembre de 1988, la Secretaría de Programación y Presupuesto (SPP) dictaminó la estructura orgánica básica de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes y se eliminó de la estructura de dicha Secretaría la Dirección General de Aeropuertos, transfiriendo su función al organismo Aeropuertos y Servicios Auxiliares. Con esta acción, se dispersó el valioso capital técnico que la nación había desarrollado y acumulado a lo largo de varias décadas, que se había formado en una relación de simbiosis con la institución, pues la actualización profesional era indispensable y se realizaba dentro del ámbito institucional con los apoyos que se daba a los empleados para mantener sus conocimientos a la vanguardia en las respectivas especialidades de cada uno de estos profesionistas. Solamente logró mantener su empleo un pequeño grupo de técnicos que fueron contratados en ASA. Sin embargo, la mayoría (70 % aproximadamente) de este grupo multidisciplinario de especialistas en ingeniería de aeropuertos quedó prácticamente al garete. Los que tenían una plaza de base buscaron reubicarse en otras dependencias de la secretaria o se acogieron al programa de retiro voluntario. Como consecuencia de esta decisión, el gobierno se deshizo de los especialistas versados en los Manuales de la OACI, que siempre esta-


ban pendientes de las publicaciones de la Agencia Federal de Aviación para aplicar los avances en la colocación de la piedra angular de los aeropuertos y efectuar los estudios de ingeniería básica, tales como prospección y localización, meteorológico, espacios aéreos, y topográfico, realizados para sentar las bases técnicas del aeropuerto. El proyecto aeronáutico, que contempla la orientación y numero de pistas, así como los procedimientos de aterrizaje y despegue, y además la ubicación del resto de los elementos de operación terrestre, rodajes y plataformas, y como consecuencia, la ubicación del edificio terminal. Todo esto realizado durante un cuarto de siglo, en total apego a las normas y recomendaciones de la OACI y sin la necesidad de recurrir a instancias extranjeras. Etapa dos También, con la inercia del cambio estructural instaurado a partir del sexenio de Carlos Salinas de Gortari, con el argumento oficial de promover la participación privada en el Sistema Aeroportuario Mexicano, y al amparo de la Ley de Aeropuertos promulgada en diciembre en 1995, se modificó el marco jurídico en materia aeroportuaria, lo que posibilitó en 1998 la desincorporación de 35 aeropuertos, de los 58 que administraba ASA, equivalentes a la mayoría del patrimonio nacional aeroportuario. Con esta acción, los aeropuertos más rentables quedaron en poder de cuatro grupos de negocios que se encargaron de la operación. Según la perspectiva oficial, no se trataba de una privatización, sino de una reestructuración corporativa. ASA, un organismo público descentralizado con treinta y tres años de experiencia, económicamente productivo y paradigma de empresa paraestatal, fue desplazado por cuatro grupos aeroportuarios privados que comenzaron a existir en ese mismo año de 1998: Grupo Aeroportuario del Pacífico (GAP), con 12 aeropuertos; Grupo Aeroportuario del Sureste (ASUR), con 9 terminales aéreas; el Grupo Aeroportuario del Centro Norte (OMA), con otros 13 aeropuertos y el Grupo Aeroportuario de Ciudad de México (GACM), con la terminal aérea que da servicio a la capital del país.

Los restantes 19 aeropuertos, continúan bajo la administración de ASA, 17 de ellos son deficitarios. Etapa tres Otra más de las consecuencias de estas acciones, iniciadas al extinguirse la DGA, fue que la FAA de los Estados Unidos de América redujo de categoría la aviación mexicana, que a fines de julio de 2010 estaba en 1, y la posicionó en 2. Entre las causas para esta disminución en la categoría se citan: Confusión en la adopción de normas de seguridad, inadecuada gestión del espacio aéreo, pobre experiencia de operadores, insuficientes recursos para capacitación, inadecuada reglamentación y descontrol en la emisión de licencias de pilotos y falta de un manual de procedimientos en caso de accidentes aéreos, entre otros. La FAA tiene un mecanismo de evaluación respecto a las prácticas recomendadas para las aerolíneas y su mantenimiento, donde asigna la Categoría 1 a las que cumplen con estas exigencias y Categoría 2 al país que incumple con las mencionadas prácticas. Es pertinente señalar que la FAA evalúa a las autoridades civiles de aviación y no a las aerolíneas; para el caso de México, calificó a la Dirección General de Aeronáutica Civil, DGAC. Aun cuando esta medida duró solo alrededor de 150 días, ya que se recuperó la Categoría 1 en diciembre del mismo año, afectó algunos de los planes de expansión que tenían programados las aerolíneas mexicanas, pues quedaron imposibilitadas no sólo para incrementar rutas a Estados Unidos, sino también a Canadá, ya que tampoco podían sobrevolar el espacio aéreo estadounidense. A diferencia de la DGA que, al modificarse la estructura orgánica básica de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes, fue eliminada de dicha estructura, transfiriendo su función al organismo Aeropuertos y Servicios Auxiliares, y a diferencia de la propia ASA, víctima del programa de reestructuración de la red aeroportuaria nacional, que consideró concesionar a la iniciativa privada 35 de las 60 terminales del país, a la DGAC simplemente se le dejó languidecer por recorte en los recursos presupuestales que se le asignaron. Esta circunstancia afectó también al CIAAC, uno de los mejores centros

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de adiestramiento del mundo y orgullo de nuestra nación, hasta reducirlo a una condición de sobrevivencia. Por razones desconocidas, la capacitación de excelencia que proporcionaba el personal del Centro dejó de impartirse.

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Etapa cuatro A partir de la segunda mitad del año de 2018 hubo un tema que atrajo la atención de muchos mexicanos, principalmente en la CDMX: la construcción del nuevo aeropuerto para la ciudad capital del país, designado por las iniciales de su nombre NAICM. En sí mismo, el tema no resultaba una novedad, pues esta obra se había iniciado desde el mes de septiembre de 2015. En realidad, el detonador de este tema fue el interés especial que manifestó el entonces presidente electo de la República, que se opuso a la realización de la obra y la rechazó por muy diversos motivos. Ya en funciones de presidente, suspendió la obra del NAICM y ordenó el inicio de los trabajos de construcción en terrenos de la Base Aérea Militar de Santa Lucía. Cuando concluyan las obras de las dos pistas que se van a construir, tendrá un total de tres pistas y llevará el nombre de Aeropuerto Internacional Felipe Ángeles, en honor al magnífico artillero, querido y admirado héroe de la revolución mexicana. Para el proyecto y construcción del NAICM en la zona del exvaso del Lago de Texcoco, los estudios de aeronavegabilidad, espacio aéreo, meteorológicos y de ruido se llevaron a cabo bajo las directrices de MITRE, corporación que se originó en el MIT, Instituto Tecnológico de Massachusetts; el edificio terminal fue diseñado mediante la colaboración entre Foster and Partners, FR-EE y Netherlands Airport Consultants, y contó, además, con la ingeniería estructural de Arup; la consultoría principal fue de Parsons International Ltd.; UG21 se adjudicó el plan maestro; participaron como empresas constructoras Astaldi, FCC Construcción, Acciona Infraestructura, entre otras. En mayo de 2019, ya en el sitio para el nuevo aeropuerto en Santa Lucía, las autoridades del actual gobierno siguieron recurriendo al extranjero: la empresa NavBlue, filial de Airbus, llevó a cabo los estudios de factibilidad aérea para este aeropuerto,

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mientras que el Grupo denominado Aeropuertos de París, ADP, desarrolló el Plan Maestro. Este Grupo administra actualmente los dos principales aeropuertos en París: el Charles de Gaulle y el Paris-Orly. Una y otra vez, tanto en el sitio de Texcoco como en el emplazamiento de Santa Lucía, la ingeniería mexicana de aeropuertos, sobre todo la correspondiente al proyecto aeronáutico, fue relegada. Quizás esto ocurre y ocurrió en el reciente pasado de la segunda década del siglo XXI, porque hay información que se ignora o no se alcanza a entender cabalmente, con respecto al grado de desarrollo de la ingeniería mexicana de aeropuertos. Desafortunadamente y pese a su indudable importancia, la historia del desarrollo de las técnicas aeroportuarias en México no ha tenido la difusión que merece. Este desconocimiento de una especialidad multidisciplinaria de la ingeniería no afecta únicamente al ciudadano común y corriente, al pueblo en general, sino que también se percibe en los sectores profesionales y aún, peor quizás, por una posible minusvaloración o desprecio por parte de los sectores gubernamentales, en donde se toman las decisiones respecto a estas actividades.

CONCLUSIONES Es obvio que hay un antes y un después en la historia del desarrollo de la aviación y la infraestructura aeroportuaria en México. Esta división temporal no es únicamente cronológica, también enmarca el auge durante los periodos presidenciales comprendidos entre 1946 y 1988, cuando, de una manera ejemplar, la suma combinada de esfuerzos del Estado Mexicano y la iniciativa privada se manifestó en una productiva actividad, pero bajo la rectoría del Estado. Desafortunadamente, los criterios gubernamentales que han regido las actividades de la aviación entre 1989 y la actualidad, 2021, no han tenido la capacidad de mantener los niveles de eficiencia, calidad y productividad manifiestos en el pasado. Si nuestro país no corrige el rumbo en las actividades aéreas y aeroportuarias, irremediablemente nos encaminaremos hacia una quinta etapa de demolición de este importante y estratégico sector de la economía nacional.


Para corregir y evitar que continúe el deterioro en las actividades de la aviación nacional, conviene que el Estado recupere la rectoría de este sector que opera en dos de los ámbitos considerados dentro la soberanía nacional: el territorio o tierra firme y el espacio aéreo. La soberanía de un país resulta un asunto complejo y difícil de entender, debido a que no es estática, sino que el Estado debe ejercerla de forma continua y consistente. La recuperación de la rectoría en actividades del sector aéreo es un ejercicio de soberanía, que el Estado Mexicano debe realizar lo más pronto posible con el enfoque nacionalista que dio como resultado el desarrollo y auge ya mencionados. Urge el restablecimiento y la funcionalidad operacional de la DGA como dependencia que localiza, estudia, proyecta, construye y adecua los aeropuer-

tos; ASA como la dependencia que opera, administra y mantiene las terminales aéreas nacionales; DGAC, hoy AFAC, Agencia Federal de Aviación Civil, como la autoridad que vigila, norma y supervisa todas las actividades de la aviación, aplicando de manera puntual y estricta la legislación nacional en la materia y las normas internacionales a las que está sujeto México como miembro de la OACI. También se requiere la reagrupación y participación ejecutiva institucionalizada de los técnicos mexicanos con experiencia comprobada en la materia, para que coadyuven tanto en las actividades del sector como en la formación de las nuevas generaciones de técnicos que requiere constantemente la aviación nacional.

NUEVO

INGENIERIA DE AEROPUERTOS La Asociación Mexicana de Ingeniería de Vías Terrestres presenta una nueva publicación del Ing. Federico Dovalí Ramos. Especialista en aeropuertos con más de 60 años de experiencia en el campo, desde la gestión hasta el desarrollo de proyectos, construcción y consultoría; así como en lo académico, donde acumula, a la fecha, 52 años ininterrumpidos como profesor de la materia en la Facultad de Ingeniería de la UNAM. El Ing. Dovalí, además, es integrante del Consejo Editorial de esta revista.

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Reunión Nacional de Vías Terrestres

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VINCULACIÓN ACADÉMICA | PREMIOS AMIVTAC | PROGRAMA DE ACOMPAÑANTES | VISITA TÉCNICA

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REUNIÓN NACIONAL DE VÍAS TERRESTRES Una breve conversación con el Ing. Vinicio A. Serment Guerrero Director del Programa Técnico de la XXIII Reunión Nacional de Vías Terrestres

RVT: ¿Cuál es el tema de la Reunión? VSG: Ingeniería para el Desarrollo y Sistemas de Movilidad Se busca volver a diversificar el programa técnico a todas las ramas de las vías terrestres. Habrá pláticas sobre aeropuertos, ferrocarriles, carreteras y medioambiente. La intención es integrar todos los modos de transporte terrestre. Tendremos una mesa redonda sobre el tren maya, una plática sobre el corredor transístmico y otra sobre el Aeropuerto Internacional Felipe Ángeles (AIFA), a cargo del general Gustavo Vallejo; se hablará sobre temas carreteros importantes como Barranca Larga Ventanilla. Es un programa muy diverso e interesante. También tendremos la participación del subsecretario de infraestructura Jorge Nuño. ¿Por qué la sede es Oaxaca? Primero que nada, porque el enfoque económico del país en la presente administración es hacia la región sur sureste de México. Oaxaca es una ciudad muy agradable que ofrece muchos atractivos turísticos, gastronomía, monumentos, sitios históricos, arqueología y otras atracciones. Oaxaca es una ciudad en donde hay mucho que ver. ¿Habrá visita técnica? Sí, por supuesto. Se tiene contemplada una visita a la carretera Mitla-E.C. Tehuantepec II que tiene una longitud de 169 km, y otra, a la carretera Barranca Larga-Ventanilla, con una longitud de 104 km.

¿Los estudiantes están invitados? Claro. Los estudiantes, como siempre, tendrán un precio especial. Organizamos un concurso de conocimientos y estarán presentes los finalistas en el evento. Se considera un descuento para todos los estudiantes, sea su participación de manera presencial o vía remota. La reunión será híbrida: presencial y virtual. Pueden participar en cualquiera de las dos opciones. ¿Qué medidas se tomarán para los asistentes presenciales por causa del Covid-19? Se harán pruebas rápidas previas a la inscripción. Como en otros eventos, cuidaremos la distancia, uso obligatorio de cubrebocas, la disponibilidad de gel en todos los salones y asistencia restringida al número que se permite por salón. ¿Le gustaría agregar algo más? Quisiera invitar a todos los asociados para que volvamos a vernos y saludarnos. Hace falta hacerlo en persona, porque a pesar de la gran ventaja que ha sido la capacitación virtual y que hemos llegado a más personas, siempre es necesario el intercambio de ideas frente a frente, conocer a nuevos amigos, participar de cerca con los tomadores de decisiones y tener la oportunidad de escuchar a los ponentes de viva voz.

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Reunión Nacional de Vías Terrestres

PROGRAMA TÉCNICO

Miércoles 29 de septiembre 07:00-20:00

Prueba Covid-19 y Registro

09:00-13:00

Semifinales del Concurso de Conocimientos de Ingeniería de Vías Terrestres

13:00-14:00

Box Lunch

14:00-16:30

Comida de Delegados

16:30-17:15

Final del Concurso de Conocimientos de Ingeniería de Vías Terrestres

17:15-18:00

Mesa Redonda de Mujeres Ingenieras

20:00-22:00

Coctel

Jueves 30 de septiembre

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07:00-09:15

Prueba Covid-19, registro y entrega de material

09:00-09:15

Indicaciones de seguridad y cumplimiento de protocolo sanitario COVID-19

09:15:09:30

Honores a la bandera y presentación del presídium

09:30-09:50

Bienvenida por parte del Ing. Jesús Sánchez Argüelles, Presidente de la XXIV Mesa Directiva de la AMIVTAC

09:50-10:10

Mensaje de las autoridades locales

10:10-10:40

Mensaje y declaratoria inaugural por parte del Ing. Jorge Arganis Díaz Leal, Secretario SCT

10:40-11:00

Entrega de premios y reconocimientos AMIVTAC

11:00-11:40

Ponencia 1. Concesiones: Alternativas para el desarrollo de la infraestructura del transporte

11:40-11:50

Receso

11:50-12:30

Ponencia 2. La Seguridad Vial.

12:30-12:50

Box Lunch

12:50-13:30

Ponencia 3. Programa de construcción de caminos de acceso a cabeceras municipales en el estado de Oaxaca

13:30-13:40

Receso

13:40-14-20

Ponencia 4. Situación de la seguridad vial en el Segundo Decenio de Acción para la Seguridad Vial 2021-2030

14:20-14:40

Fotografía

VÍAS TERRESTRES 73 SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2021

Lic. Jorge Nuño Lara Subsecretario de Infraestructura Ponente Ing. Rogelio Mauricio Rivero Márquez Dir. General de Desarrollo Carretero Moderador

Por confirmar.

Ing. Francisco Raúl Chavoya Cárdenas Director General de Carreteras Ponente Ing. José Luis Chida Pardo Director General del Centro SCT Oaxaca Moderador

Lic. Rolando Ramírez Ortega Subinspector de la Guardia Nacional Ponente Dr. Alberto Mendoza Coordinador de Seguridad Vial, IMT Moderador


CONTINUACIÓN... 14:40-15:20

Ponencia 5. Futuro del Sistema Ferroviario Nacional

15:20-16:00

Ponencia 6. Ponencia PIARC (Confirmar tema)

15:20-16:00

Invitación al segundo día de ponencias

Ing. Manuel Gómez Parra Director General de Desarrollo Ferroviario y Multimodal Ponente Ing. David Camacho Alcocer Titular de la Agencia Reguladora del Transporte Ferroviario Moderador Monique Aubry Presidenta del Grupo de Estudio 1.1: Proyectos bien preparados Ponente Ing. Luis Rojas Nieto Presidente del Colegio de Ingenieros Civiles de México Moderador

Viernes 1 de octubre 09:00-09:40

Ponencia 1. Buenas prácticas ambientales en las vías terrestres

09:40-09:50

Receso

09:50-10:30

Ponencia 2. Corredor Interoceánico del Istmo de Tehuantepec

10:30-10:40

Receso

10:40-12:00

Ponencia 3. Proyecto e impacto del Tren Maya en la región Sur-Sureste

Ph.D. Tony Clevenger Western Transportation Institute Ponente Ing. Norma Fernández Buces Moderador

Ing. Rafael Marín Mollinedo Dir. Gral. del Corredor Interoceánico del Istmo de Tehuantepec Ponente Ing. Alfredo Bonín Arrieta Moderador

Mesa redonda Arq. Eduardo Ortiz Jasso Agencia de Proyectos del Gob. del Estado de Quintana Roo Ing. Aarón Rosado Coordinador del Tren Maya en Yucatán, FONATUR Ing. Humberto Ibarrola Díaz Moderador

12:00-12:10

Receso

12:10-12:50

Ponencia 4. Proyecto y avances del Aeropuerto Internacional Felipe Ángeles

12:50-13:10

Box Lunch

13:10-13:50

Ponencia 5. Proyecto Barranca Larga-Ventanilla y Mitla-Tehuantepec

13:50-14:00

Receso

14:00-15:00

Mesa redonda de conclusiones

15:00-15:50

Clausura

15:50-17:00

Comida de clausura

Sábado 02 de octubre 08:00-15:00

Visita Técnica

Gral. Gustavo Ricardo Vallejo Suárez Agrupamiento de Ingenieros Santa Lucía Ponente Ing. Jorge De la Madrid Virgen Moderador

Ing. Juan José Orozco Supervisor del Proyecto, Orva Ingeniería Ponente Ing. Sergio Sánchez Rivera Dir. de Operación Técnica, BANOBRAS. Moderador

73 15


REUNIÓN NACIONAL DE VÍAS TERRESTRES Una rápida conversación con el Ing. José Luis Chida Pardo Director General del Centro SCT Oaxaca

73 16

RVT: ¿Por qué se eligió Oaxaca como sede para la Reunión Nacional? JLCP: Oaxaca es un estado muy interesante que ofrece una infinidad de atractivos. Sus manifestaciones artísticas, la gastronomía, elaboración de artesanías, arqueología y hermosas playas lo convierten en un excelente destino para ser visitado en cualquier época del año, repleto de bellos lugares naturales y zonas arqueológicas, así como edificaciones coloniales. Además, el centro histórico de Oaxaca fue declarado Patrimonio Cultural de la Humanidad por la UNESCO el 11 de diciembre de 1987 debido a su belleza, sus edificios coloniales y a sus templos, como es el caso de Santo Domingo, una construcción del siglo xvi. ¿Nos podría platicar algunos detalles y la importancia de la visita técnica a la carretera Mitla-Entronque Tehuantepec II? La autopista Mitla-E.C. Tehuantepec II es una carretera tipo A2 de 169.23 km de longitud, que comunicará la región de los Valles Centrales con el Istmo de Tehuantepec, con una sección transversal de 12 m, para alojar dos carriles de circulación de 3.5 m y acotamientos externos de 2.5 m cada uno. El proyecto incluye la construcción de 54 puentes, 11 viaductos, 5 túneles falsos y 5 túneles excavados, 20 entronques, 2 plazas de cobro principales y 9 paradores. Los volúmenes principales del proyecto son: — Cortes: 21 274 770.95 m³ — Terraplenes: 9 786 964.54 m³ — Base hidráulica: 249 465.67 m³ — Base asfáltica: 112 715.91 m³ — Carpeta asfáltica: 89 084.76 m³ — Concretos: 379 473.27 m³

VÍAS TERRESTRES 73 SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2021

Actualmente, el proyecto tiene un avance físico del 55.37 % y está programado para concluirse en julio de 2023. Sabemos que habrá un programa de acompañantes, ¿qué tienen preparado? Ya es una tradición. En el programa podrán disfrutar de la cultura, diversidad gastronómica y calidez de la ciudad de Oaxaca. Entre los lugares a visitar está Santo Tomás Jalieza, taller de telares y ropa típica; San Martín Tilcajete y sus alebrijes; San Bartolo y su barro negro. Esperamos contar con su participación. En su opinión, ¿cuáles son los puntos más relevantes de la delegación Oaxaca AMIVTAC? — Está integrada por representantes de dependencias estatales, federales, de la CMIC y del sector educativo, lo cual nos permite integrar todos los sectores relacionados con la rama y el desarrollo de la ingeniería en el estado. — Se está llevando a cabo la promoción de la AMIVTAC en todos estos sectores con el propósito de aumentar el número de afiliados en la asociación, lo que permitirá la capacitación y difusión a gran escala de cursos, talleres, conferencias y todos los temas técnicos que la AMIVTAC ofrecerá en el estado de Oaxaca. ¿Quisiera agregar algo? Del 29 de septiembre al 2 de octubre de 2021 se llevará a cabo la XXIII Reunión Nacional de Vías Terrestres, que pretende reunir a expertos en el sector de vías terrestres, a profesionales y estudiantes. Por esta razón, en el programa técnico se contempla un encuentro de vinculación académica, conferencias magistrales y mesas de diálogo. Queremos fomentar el conocimiento de la construcción de las vías terrestres entre los agremiados.


GESTIONES DEL COMITÉ DICTAMINADOR DE PERITOS PROFESIONALES ANTE LA SCT El Comité de Certificación de Peritos Profesionales en Vías Terrestres del Colegio de Ingenieros Civiles de México, A.C. propuso a la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), a través de su Dirección General de Servicios Técnicos (DGST), que se mencionara en sus diferentes Normas Técnicas la figura de Perito Profesional en Vías Terrestres, ya que solamente se hacía alusión a ella en la Norma correspondiente a Control de Calidad. También se propuso que incluyera en dichas Normas un procedimiento constructivo para proteger con suelo-cemento las alcantarillas tubulares como alternativa a la ejecutada con material de suelo compactado, propuesta basada en un trabajo preparado por el Ing. Pedro Corona Ballesteros, miembro del Comité mencionado. La justificación consistió en mostrar las siguientes ventajas: a. Se sella totalmente la tubería, lo que impide la fuga del agua y la consecuente pérdida paulatina del material del terraplén, que puede a través del tiempo generar un socavón. b. El procedimiento puede ser alrededor de veinte veces más rápido que con suelo compactado. c. Se logra versatilidad constructiva, ya que la protección de suelocemento puede colocarse con relativa facilidad en cualquier pendiente de la alcantarilla. d. Se reduce aproximadamente el 20 % del costo en comparación con el de suelo compactado. Afortunadamente, en el año 2019 apareció mencionada la figura de Perito Profesional en Vías Terrestres en las diferentes Normas Técnicas (Control de Calidad, Construcción, Conservación, Estudios y Proyectos); asimismo, en enero de 2020 se publicaron las Normas N.CTR. CAR.1.03.001.20 “Protección de suelo-cemento para alcantarillas tubulares de lámina corrugada” y N.CTR.CAR.1.03.002.20 “Protección de suelo-cemento para alcantarillas tubulares de concreto”, distinción que se agradece a la SCT y a la DGST.

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PROBLEMA 73

Un número de 10 dígitos es tal que la suma de sus dígitos es 9. ¿Cuánto da el producto de los dígitos del número?

73 18

A finales de agosto de 2021, el Colegio de Ingenieros Civiles de México (CICM), emitirá la convocatoria para los aspirantes a certificarse como Peritos Profesionales en Vías Terrestres. Esta especialidad comprende siete subespecialidades: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Planeación y programación Estudios y proyectos Construcción Conservación Puentes Aeropuertos Ferrocarriles

Exhortamos a los ingenieros civiles para que acudan a esta invitación y que el CICM incremente su padrón de Peritos Profesionales en Vías Terrestres, cuya demanda, tanto del sector público como del privado, aumenta día con día.

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SHM Y EVALUACIÓN DURANTE LA REHABILITACIÓN DE UN PUENTE SEVERAMENTE DAÑADO

FRANCISCO JAVIER CARRIÓN VIRAMONTES, MIGUEL ANAYA DÍAZ, JORGE ALBERTO HERNÁNDEZ FIGUEROA, LUIS ÁLVARO MARTÍNEZ TRUJANO, GERMÁN MICHEL GUZMÁN ACEVEDO, HÉCTOR MIGUEL GASCA ZAMORA, IVÁN VALENZUELA DELGADO Y MIGUEL MARTÍNEZ MADRID Instituto Mexicano del Transporte, Sanfandila, Querétaro, México. JUAN ANTONIO QUINTANA RODRÍGUEZ Instituto Mexicano del Transporte, Sanfandila, Querétaro, México. jaquintana@imt.mx

JOSÉ MANUEL MACHORRO LÓPEZ Cátedras CONACYT - Instituto Mexicano del Transporte, Querétaro, México. jmachorro@imt.mx 73 19

RESUMEN El puente El Carrizo sufrió un daño considerable en su superestructura en su tramo de doble voladizo después de un accidente en el que se incendió el segundo remolque de un vehículo de carga que transportaba diésel. Debido al severo daño causado, fue necesario el cierre de la autopista MazatlánDurango, lo que afectó gravemente el transporte y la economía de la región. Para atender la emergencia y recuperar, aunque de forma parcial, el tránsito en la autopista, se propuso una estrategia de rehabilitación de dos etapas: la primera, para implementar un paso provisional y permitir el tránsito a vehículos por debajo de un peso y dimensiones aprobadas lo antes posible, y la segunda, para la rehabilitación del puente con el paso provisional en operación. Lo anterior propuso varios retos que involucraron la

instalación y operación de un sistema de monitoreo remoto SHM y la realización de pruebas de carga para calcular los factores de condición estructural del paso provisional y, al final, del puente rehabilitado. En este trabajo se describe cómo se planearon las actividades para las pruebas de carga e instalación del sistema de monitoreo y se presentan los resultados que permitieron aprobar la operación del puente en condiciones limitadas con el paso provisional y al final de su rehabilitación.

1. INTRODUCCIÓN El puente El Carrizo es el segundo puente más importante de la autopista Mazatlán-Durango (FIGURA 1), se encuentra al noroeste de México y es una estructura esencial en la ruta que conecta el Golfo de México y la Costa del Pacífico. Después


73 20

del puente Baluarte y el túnel el Sinaloense, es la tercera obra más simbólica de esta autopista. Se ubica en el municipio de Concordia, en el estado de Sinaloa, se localiza en el km 162+720 de la citada autopista [1] y es uno de los diez puentes atirantados de la Red Federal Carretera en México. La construcción de este puente comenzó en 2011 y terminó en 2013. El Carrizo es un puente complejo de 479.16 metros, compuesto por tres tipos de estructuras. A la sección atirantada de 364 metros, le sigue otra estructura en doble voladizo de 72 metros y termina con una estructura simplemente apoyada de trabes tipo Nebraska postensadas de 30 m. Tiene un claro principal de 217 metros que va de la pila de la estructura atirantada a la pila de la estructura en doble voladizo. La estructura del tipo atirantado está compuesta por 4 semiarpas de 14 tirantes cada una con un tablero constituido por vigas metálicas. La estructura en doble voladizo está formada por dos vigas longitudinales tipo cajón y vigas transversales metálicas en las cuales se apoya el tablero de concreto reforzado. Una característica principal de este puente, es que un extremo de la estructura atirantada está apoyado sobre un extremo del doble voladizo con un contrapeso de 100 toneladas en cada una de las vigas cajón para mantener las estructuras unidas. El 12 de enero de 2018, a las 11:30 p. m., se registró sobre el puente un accidente que involucró un vehículo doblemente articu-

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FIGURA 1. Puente El Carrizo.

lado con 34 000 litros de combustible que provocó un gran incendio y daño severo en la estructura de doble voladizo. El combustible se quemó durante más de 6 horas y alcanzó temperaturas entre los 850 °C y los 1000 °C. Las vigas transversales quedaron severamente dañadas y deformadas por las altas temperaturas. El tablero del puente también resultó dañado y se desprendió parte del concreto constitutivo (FIGURA 2). Las caras externas de las vigas cajón también fueron afectadas y el espesor de la sección transversal de 44 cm se dañó hasta dejar un espesor equivalente a 29 cm. Estudios preliminares determinaron que 4 de los 38 cables postensados por cada cajón se dañaron (los más cercanos a la cara externa de las vigas cajón). Inmediatamente después del accidente, el tráfico en el puente se cerró, lo que provocó efectos económicos y sociales muy graves al limitar la comunicación entre Mazatlán y Durango. Un análisis posterior estimó una pérdida económica diaria superior a $ 500 000 USD, razón por la cual fue una prioridad abrir el puente al tráfico lo antes posible.

FIGURA 2. Puente El Carrizo después del accidente.


La estrategia de rehabilitación, considerando el efecto económico y social que el accidente tuvo en el área, propuso un proceso de dos etapas. La primera, la rehabilitación parcial del puente a través de pasos provisionales construidos sobre las vigas cajón rehabilitadas, con tráfico controlado, para permitir la circulación a partir del 23 de marzo, pero al mismo tiempo, permitir que las obras de rehabilitación del resto de los elementos estructurales dañados continuaran sin interrumpir el tráfico. La segunda etapa consideró la rehabilitación completa del puente. Para la primera etapa, el objetivo principal fue rehabilitar la sección transversal dañada de las vigas cajón e incorporar 4 cables de postensado adicionales en cada una para recuperar la carga de los cables dañados por el fuego y soportar la carga muerta adicional de los carriles temporales (paso provisional). La segunda etapa fue planeada para colocar nuevas vigas transversales de acero entre las vigas dañadas, reforzar las vigas cajón con diafragmas para unir las nuevas vigas transversales, reparar el tablero del puente y restaurar la junta y todos los elementos estructurales del puente que fueron afectados por el accidente. Teniendo en cuenta la gran incertidumbre sobre la condición estructural del puente y los diferentes efectos que podría tener cada etapa de la rehabilitación, CAPUFE, la agencia gubernamental a cargo de la carretera, solicitó al Instituto Mexicano del Transporte instalar un sistema de monitoreo

y evaluar todo el proceso de rehabilitación para garantizar la integridad estructural del puente. Al mismo tiempo, CAPUFE solicitó dos pruebas de carga; la primera para evaluar la condición del puente antes de abrir el tráfico con el paso provisional habilitado, y la segunda, antes de reabrir el tránsito normal, una vez concluida la rehabilitación del puente [2, 3].

2. ETAPAS DE REHABILITACIÓN Y PRUEBAS DE CARGA El proyecto de rehabilitación comprendió 7 etapas principales, desde la puesta en operación parcial del puente con el paso provisional, hasta el término de los trabajos que permitieron reabrir el puente a una operación normal. El factor de condición, como está definido en el Manual para la Evaluación de Puentes de la ASSTHO [4, 5], se utilizó como referencia para evaluar la condición de la estructura en doble voladizo en cada etapa. El cálculo de estos factores se realizó a través de un modelo de elemento finito calibrado de cada etapa y de los datos obtenidos del sistema de monitoreo. Como referencia, al no haber datos de monitoreo para calibrar un modelo y únicamente contando con información de diseño y de la inspección post-accidente, se estimaron los factores de condición del puente antes del accidente y justo después del accidente, antes de cualquier intervención de reparación. Condición de cada una de las 7 etapas de rehabilitación: — Etapa 1: Paso provisional en cada cuerpo en operación con vigas cajón reparadas y con los 4 cables de postensados adicionales a cada una. La losa de concreto sin reparación (0 % de avance en la rehabilitación y 100 % dañada). — Etapa 2: Paso provisional en operación en ambos cuerpos del puente, 40 % de la losa de concreto en proceso de rehabilitación, 60 % de la losa dañada. — Etapa 3: Paso provisional en operación en ambos cuerpos del puente, 10 % de la losa rehabilitada, 40 % de la losa de concreto en proceso de rehabilitación, 50 % de la losa del tablero dañada por el accidente, 40 % de vigas transversales y diafragmas colocados y reparados. — Etapa 4: Paso provisional en operación en ambos cuerpos del puente, 95 % de la losa de concreto rehabilitada, 5 % de la losa del tablero dañada, 100 % de vigas transversales y diafragmas colocados y reparados. — Etapa 5: Paso provisional en operación sólo en el cuerpo B con un solo carril, 95 % de la losa de concreto rehabilitada, 5 % de la losa del tablero dañada por el accidente, comienzo del retiro del paso provisional del cuerpo A. — Etapa 6: Paso provisional en operación sólo en el cuerpo A con un solo carril, 97.5 % de la losa de concreto rehabilitada, 2.5 % de la losa del tablero dañada, 100 % reparado el cuerpo A, comienzo del retiro del paso provisional del cuerpo B.

73 21


— Etapa 7: Conclusión de los trabajos de mantenimiento, puente 100 % rehabilitado. Se realiza prueba de carga para evaluar los factores de condición y aprobar su operación normal.

73 22

Es importante mencionar que las dos pruebas de carga realizadas en el doble voladizo del puente El Carrizo, además de servir para aprobar la operación del puente parcial y total, fueron utilizadas junto con los datos de monitoreo permanente para calibrar un modelo matemático con el cual se pudo inferir el estado estructural del puente antes y después del accidente. El factor de condición calculado para cada etapa y las pruebas de carga consideró únicamente la máxima carga de servicio en cada etapa, y ésta no fue siempre la misma debido a las restricciones de tránsito o limitaciones de operación por los trabajos de mantenimiento. Por lo que los factores de condición, para la etapa inicial, antes del accidente y después del accidente, consideró que los 4 carriles del puente estaban operando con la máxima carga de servicio (4 vehículos doblemente articulados con 75.5 toneladas en cada carril), aunque el tránsito fue cerrado después del accidente. Para las etapas 1 a 4, se consideró la máxima carga permitida para el paso provisional (2 tráileres T3-S3 con 54 toneladas, uno en cada cuerpo), para las etapas 5 y 6, la condición máxima de carga fue para un solo cuerpo con un solo carril habilitado (2 tráileres T3-S3 con 54 toneladas, uno enseguida del otro). Finalmente, una vez concluidos los trabajos de rehabilitación, se consideraron las mismas cargas utilizadas antes del accidente. Durante el proceso de mantenimiento del puente, los parámetros estructurales se utilizaron como referencia de monitoreo en tiempo real del puente. Entre los parámetros monitoreados más importantes destacan: las frecuencias y los modos naturales de vibrar, el centroide de las vigas cajón y las distribuciones estadísticas de los esfuerzos y deformaciones por carga viva del tránsito vehicular, el comportamiento absoluto de los esfuerzos y deformaciones debidos a la carga muerta. Estos últimos cambios correspondieron a la colocación de cables adicionales para el postensado, demolición de la losa del tablero,

VÍAS TERRESTRES 73 SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2021

remoción del paso provisional o la colocación de las nuevas vigas transversales. Para cada etapa, con base en las simulaciones de un modelo de elementos finitos calibrado en cada etapa de rehabilitación, fueron definidos límites de alarma bajo condiciones de operación normal, límites de sobrecarga por tránsito vehicular y límites de diseño.

3. EVALUACIÓN DE LAS ETAPAS DE MANTENIMIENTO Y PRUEBAS DE CARGA 3.1 Sistema de monitoreo El sistema de monitoreo se diseñó con base en tres objetivos: el primero, para evaluar de manera continua y permanente el proceso de rehabilitación en tiempo real; el segundo, para medir el comportamiento dinámico y estático del puente para calibrar modelos de elementos finitos y determinar los factores de carga del puente, y el tercero, para monitorear la respuesta del puente durante la aplicación de la carga a los cables de postensado colocados en las vigas cajón. La instrumentación se colocó únicamente sobre la estructura del puente que corresponde al doble voladizo (FIGURA 3). Los sensores utilizados para el monitoreo continuo fueron de fibra óptica (FOS) de deformación (extensómetros), inclinación

FIGURA 3. Estructura dañada e instrumentada del puente.


(inclinómetros) y temperatura. Adicionalmente, para las pruebas de carga y postensado de los cables, se complementó temporalmente la instrumentación con sensores electrónicos de deformación y deflexión. La instrumentación con sensores de fibra óptica consiste en un arreglo de 16 sensores de deformación ubicados en las caras internas superior e inferior de las vigas cajón, 4 sensores de inclinación y 4 sensores de temperatura, dos en cada cuerpo del puente (FIGURA 4). En cuanto al sistema de sensores electrónicos, está conformado por 20 sensores de deformación ubicados en las caras laterales internas izquierda y derecha de las vigas cajón y 2 sensores de deflexión ubicados al extremo del voladizo y del lado atirantado en ambos cuerpos (FIGURA 5).

FIGURA 4. Sensores de fibra óptica para monitoreo permanente.

FIGURA 5. Sistema complementario de monitoreo con sensores de deformación y desplazamiento para monitoreo temporal y pruebas de carga.

3.2 Calibración del modelo de elemento finito Para calibrar el modelo de elemento finito del puente El Carrizo se usaron datos experimentales de las pruebas de carga y de las pruebas dinámicas. Parte de la información se obtuvo directamente de las mediciones del sistema de monitoreo, mientras que el resto de la información, se obtuvo del procesamiento y análisis de la información de los datos de los sensores; por ejemplo, las frecuencias y modos de vibrar. Las condiciones de prueba (pesos y posiciones de los vehículos en el puente) complementaron los datos de entrada del modelo de elemento finito en el proceso de optimización para encontrar los mejores valores de los parámetros estructurales de los materiales constitutivos y su geometría que mejor ajustarán las respuestas del modelo con las respuestas experimentales. Las pruebas permitieron determinar el comportamiento de la estructura a través del registro de las respuestas dinámicas y estáticas de los sensores del sistema de monitoreo, esta información en combinación con los pesos y posiciones de los vehículos de prueba sobre el puente permitieron ajustar las propiedades mecánicas de los materiales constitutivos y las condiciones de frontera a través de métodos de optimización. Para realizar las pruebas de carga y dinámicas se utilizaron dos tipos de vehículos de prueba, un camión con 3 ejes (identificado como C3) con 27.5 toneladas de

73 23


73 24

peso bruto vehicular promedio (PBV) y un tráiler con 6 ejes en su configuración (T3-S3) con 54 toneladas PBV promedio. Los vehículos de prueba se colocaron en diferentes posiciones del puente para las pruebas estáticas, mientras que en las pruebas dinámicas circulaba un vehículo a la vez a diferentes velocidades por ambos cuerpos y carriles del puente; las pruebas dinámicas se realizaron bajo condiciones controladas y el puente cerrado al tránsito. En total fueron utilizados 4 vehículos C3 y 2 vehículos del tipo T3-S3. El modelo de elemento finito (MEF) del tramo de la estructura en doble voladizo del puente El Carrizo (FIGURA 6), fue desarrollado y analizado con el software SAP 2000 versión 19, consta de 1 088 elementos frame, 3 360 elementos tipo shell y 3 958 nodos. Las vigas principales, travesaños, pilas y piezas de puente fueron modeladas utilizando elementos frame, mientras que para la losa se utilizaron elementos shell. El paso provisional fue modelado utilizando elementos frame que fueron apoyados en los puntos donde se encuentran los perfiles tipo IPR a través de una restricción rígida (Body Constraints). Las condiciones de frontera, tanto para el lado del voladizo hacia Mazatlán como en la base de las pilas, se consideraron como un empotramiento, mientras que para el lado del voladizo hacia Durango se restringió el movimiento transversal. Con la información obtenida de las pruebas dinámicas se identificaron las frecuencias naturales y modos de vibrar del puente y con estos datos se implementó un procedimiento iterativo para ajustar los valores de los parámetros estructurales de

la estructura en doble voladizo [6]. La comparación de las frecuencias naturales a través del proceso de calibración se muestra en la Tabla 1, mientras que los valores actualizados de los parámetros estructurales se muestran en la Tabla 2. TABLA 1. Comparación de las frecuencias naturales. Frecuencia (Hz) Modo

Error (%) Medición

MEF

1

1.191

1.168

1.93

2

2.455

2.448

-0.32

TABLA 2. Valores actualizados de los parámetros estructurales. Parámetro

Valor final

Unidad

Módulo de elasticidad equivalente de la dovela

3 100 000

T/m2

Densidad equivalente de la dovela

2.65

T/m3

Densidad equivalente del paso provisional

3.00

T/m3

Densidad equivalente de la losa

2.65

T/m3

Módulo de elasticidad del acero (piezas puente dañadas)

12 600 000

T/m2

Módulo de elasticidad del acero (piezas puente nuevas)

21 000 000

T/m2

0.14

m

Espesor carpeta asfáltica

Para validar la calibración del MEF [7], se simularon las condiciones estáticas de las diferentes pruebas de carga con el MEF y se compararon con los datos experimentales para las mismas condiciones de prueba simuladas. De la evaluación realizada, se encontró que para todas las pruebas se obtuvo una variación menor del 10 % con un error del 5 %.

FIGURA 6. Vista general del modelo de elemento finto (paso provisional incluido).

VÍAS TERRESTRES 73 SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2021

3.3 Factores de condición de carga El cálculo de los factores de condición de carga para los momentos flexionantes y, para las fuerzas cortan-


tes, se realizó de acuerdo con el manual de evaluación de puentes de la American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) [4, 5] usando el modelo de elemento finito calibrado de las diferentes etapas. Para el análisis, las cargas vivas debidas al tránsito consideraron el máximo nivel de servicio para cada etapa de rehabilitación, incluyendo la inicial y posterior al accidente. Las ecuaciones 1 y 2 muestran las variables para calcular el factor de condición de acuerdo con el manual de AASHTO para estados límites de resistencia. 𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 =

𝐶𝐶𝐶𝐶 − (𝛾𝛾𝛾𝛾𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 )(𝐷𝐷𝐷𝐷𝐶𝐶𝐶𝐶) − (𝛾𝛾𝛾𝛾𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 )(𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷) ± (𝛾𝛾𝛾𝛾𝑃𝑃𝑃𝑃 )(𝑃𝑃𝑃𝑃) (𝛾𝛾𝛾𝛾𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿 )(𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿 + 𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼)

𝐶𝐶𝐶𝐶 = 𝜑𝜑𝜑𝜑𝑐𝑐𝑐𝑐 𝜑𝜑𝜑𝜑𝑠𝑠𝑠𝑠 𝜑𝜑𝜑𝜑𝑅𝑅𝑅𝑅𝑛𝑛𝑛𝑛

Donde:

𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 =

Factor de condición

𝑅𝑅𝑅𝑅𝑛𝑛𝑛𝑛 =

Resistencia nominal del elemento (valor esperado)

𝐶𝐶𝐶𝐶 =

Capacidad

𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 =

Efecto de la carga muerta de los componentes estructurales y accesorios

𝑃𝑃𝑃𝑃 =

Cargas permanentes distintas a las cargas muertas

𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼 =

Tolerancia por carga dinámica

𝛾𝛾𝛾𝛾𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 =

LRFD factor de carga para la superficie de rodamiento y utilidades

𝛾𝛾𝛾𝛾𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿 =

Evaluación del factor por carga viva

𝜑𝜑𝜑𝜑𝑠𝑠𝑠𝑠 =

Factor por tipo de sistema

Efecto de cargas vivas

𝛾𝛾𝛾𝛾𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 =

LRFD factor de carga para componentes estructurales y accesorios

𝛾𝛾𝛾𝛾𝑃𝑃𝑃𝑃 =

LRFD factor de carga para cargas permanentes distintas a cargas muertas

𝜑𝜑𝜑𝜑𝑐𝑐𝑐𝑐 =

Factor por condición

𝜑𝜑𝜑𝜑 =

Factor por resistencia

Tipo de factor Factores de carga

𝛾𝛾𝛾𝛾𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 –=Carga muerta – estructural

𝜑𝜑𝜑𝜑 =

Factor de condición,

𝜑𝜑𝜑𝜑𝑐𝑐𝑐𝑐 =

Factor del sistema, 𝜑𝜑𝜑𝜑𝑠𝑠𝑠𝑠

1.25

1.75

1.35

𝛾𝛾𝛾𝛾𝑤𝑤𝑤𝑤 – Carga viva superficie de

1.50

𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼 = - Tomando factor de operación

Factor de resistencia,

Valor del factor

𝛾𝛾𝛾𝛾𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿 –=Carga viva – nivel de operación rodamiento y utilidades

(2)

Los valores tomados para el cálculo de los factores de condición de carga son los mostrados en la Tabla 3.

Descripción

𝛾𝛾𝛾𝛾𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿 –=Carga viva – nivel de inventario

(1)

Efecto de la carga viva de la superficie de roda𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 = miento y utilidades

𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿 =

TABLA 3. Valores utilizados para calcular el factor de condición de carga.

20 %

Estructura concreto reforzado en flexión/tensión (losa)

0.90

Estructura concreto presforzado en flexión/tensión (viga)

1.00

Estructura concreto reforzado en cortante

0.90

Estructura de concreto reforzado nueva (losa)

0.85

Estructura de concreto reforzado nueva (viga)

1.00

Viga estructural de concreto

=reforzado

1.00

De acuerdo con los datos del sistema de monitoreo registrados por los sensores instalados y con los avances en las diferentes etapas del mantenimiento descritas, se realizó una actualización y recalibración del modelo de elemento finito para cada etapa. En la Tabla 4 se puede observar el porcentaje de variación de las dos primeras frecuencias naturales obtenidas con los modelos de elementos finitos respecto a las obtenidas experimentalmente con el sistema de monitoreo para cada etapa del mantenimiento.

73 25


TABLA 4. Frecuencias utilizadas para calibrar el MEF y estimar los factores de condición de carga. Frecuencias del primer modo de vibrar

Frecuencias del segundo modo de vibrar

Etapa

73 26

Datos de monitoreo

Datos del MEF

% de variación

Datos de Datos del monitoreo MEF

% de variación

E1

1.191 Hz

1.168 Hz

1.93

2.455

2.448

0.28

E2

1.139 Hz

1.130 Hz

0.79

1.850

1.850

0.00

E3

1.170 Hz

1.143 Hz

2.30

1.878

1.920

2.23

E4

1.171 Hz

1.200 Hz

2.47

2.397

2.100

12.39

E5

1.193 Hz

1.217 Hz

2.01

2.470

2.150

12.95

E6

1.194 Hz

1.256 Hz

5.19

2.478

2.220

10.41

E7

1.191 Hz

1.230 Hz

3.27

2.466

2.200

10.78

Las FIGURAS 6 y 7 muestran los valores de los factores de condición de carga para los momentos flexionantes y fuerzas cortantes de las diferentes etapas de mantenimiento, considerando la condición de carga máxima, de acuerdo con las condiciones reales de operación del puente en cada momento. El primer punto de análisis refleja el estado estructural del puente antes del accidente, que corresponde a un estado ideal sin daño y representa la condición de diseño. La falta de información del estado inicial fue remplazada mediante de un análisis con un modelo de elemento finito, datos de diseño de la estructura e información obtenida de las pruebas de carga y el monitoreo, de manera que se hicieron inferencias retrospectivas que llevaron a una condición que se asumió como la mejor aproximación del estado del puente antes del accidente. En este caso, se encontró que los factores de condición de carga fueron 2.20 y 2.66 para los momentos de flexión y para las fuerzas cortantes, respectivamente. De la misma manera que en el caso inicial sin daño, la evaluación de la condición dañada del puente fue a través de un análisis retrospectivo, e incluyó cambios de las propiedades mecánicas de los elementos estructurales por el daño. En este caso, los factores de condición de carga para las

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vigas cajón fueron 1.69 para los momentos de flexión y 0.89 para las fuerzas cortantes. El daño generado y prácticamente la inexistencia del tablero del puente y las vigas transversales hicieron imposible el cálculo de los factores de condición de carga para estos elementos estructurales, pero evidentemente, no fue necesario. En este caso, el factor de condición de carga para las fuerzas de cortantes es la causa de la condición más crítica para las vigas cajón debido a la pérdida del área de la sección transversal efectiva. Basado en las estimaciones anteriores y para permitir el tráfico en el puente lo antes posible, la primera etapa de la rehabilitación consideró la reparación del área de la sección transversal de las vigas cajón, el postensado de cuatro cables adicionales y la habilitación del paso provisional sobre las vigas cajón para condiciones de tráfico limitadas. Una vez concluida la primera etapa, se realizó una prueba de carga como referencia para calcular los nuevos factores de condición de carga, en este caso, considerando un peso bruto máximo vehicular de 54 toneladas, con dos tráileres simultáneamente, uno en cada carril provisional. Bajo esas condiciones de operación, los factores de condición de carga aumentaron a más de 5. A medida que la rehabilitación avanzaba, el sistema de monitoreo medía los cambios estructurales. Por ejemplo, los factores de condición de carga para la etapa 2 tuvieron un incremento debido a la demolición de la losa dañada del tablero del puente y, en consecuencia, la reducción de la carga muerta. Contrario a lo anterior, durante la etapa 3, el factor condición de carga disminuyó debido a la construcción de los nuevos diafragmas en las vigas cajón, la colocación de las nuevas vigas transversales y el inicio de la rehabilitación del tablero del puente. El efecto total en los factores de condición de carga en la tercera etapa fue debido al incremento de la carga muerta. Para la etapa 4, el factor de condición de carga aumentó nuevamente debido a que las vigas cajón, las vigas transversales y el tablero del puente comenzaron a trabajar juntos estructuralmente. En la etapa 5 hubo una pequeña disminución en el factor de condición de carga, principalmente por la remoción del paso provisional del cuerpo A, el efecto neto del postensado de los cuatro cables adicionales fue más significativo que la reducción de la carga muerta.


Durante la etapa 6, los factores de condición de carga disminuyeron nuevamente debido a la remoción del paso provisional del cuerpo B. Finalmente, la etapa 7, que corresponde a la segunda prueba de carga, representa la estructura rehabilitada y el fin de los trabajos de mantenimiento. El decremento de casi el 50 % de la calificación de los factores de condición de carga se debe a que, para la evaluación estructural, se consideró el puente operando al 100 % de capacidad estructural y las cargas de servicio consideradas en el análisis fueron las mismas que las utilizadas para la condición inicial antes del accidente. En este último análisis, las cargas consideraron cuatro carriles en servicio con cuatro vehículos doble remolque con 75.5 toneladas cada uno, según lo establecido en la norma mexicana (NOM-012-SCT-2-2017), que establece las cargas y dimensiones máximas de los camiones pesados en la red federal carretera.

4. CONCLUSIONES

Factor de condición de carga (momentos flexionantes)

Factor de condición de carga

7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00

Etapa inicial

Dañado

Etapa E1

Etapa E2

Etapa E3

Etapa E4

Etapa E5

Etapa E6

Etapa E7

Etapa de rehabilitación

FIGURA 7. Factores de condición de carga para momentos flexionantes.

Factor de condición de carga (fuerza cortante) 8.00

Factor de condición de carga

7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00

Etapa inicial

Dañado

Etapa E1

Etapa E2

Etapa E3

Etapa E4

Etapa E5

Etapa de rehabilitación

FIGURA 8. Factores de condición de carga para fuerzas cortantes.

Etapa E6

Las FIGURAS 7 y 8 muestran la evolución de los factores condición de carga en cada etapa, desde la condición inicial, antes del accidente, hasta la conclusión de la rehabilitación. El análisis final mostró que el factor de condición de carga para los momentos flexionantes cambió de 2.20 a 2.28, ligeramente mayor, pero prácticamente igual. Por otro lado, el factor de condición de carga para fuerzas cortante cambió de 2.66 a 2.57.

Etapa E7

Uno de los beneficios de los sistemas de monitoreo es confirmar la integridad de las estructuras durante los trabajos de rehabilitación, sobre todo en los casos en los que la infraestructura sigue en operación. Cumplir con este objetivo garantiza la seguridad de los usuarios. La evaluación de las etapas de mantenimiento se realizó a través del seguimiento puntual del comportamiento de los parámetros estructurales y la simulación de los diferentes escenarios utilizando modelos de elemento finito calibrados para cada etapa. Al mismo tiempo, la evaluación permitió establecer límites de operación seguros en los parámetros estructurales. Para este estudio en particular, el principal criterio para evaluar cada etapa de mantenimiento fue mediante el cálculo los factores de condición de carga utilizando el código ASSTHO. La ventaja de este criterio es que existe una relación entre los datos

73 27


experimentales del monitoreo y el nivel de seguridad de la estructura, estimada en cada etapa del mantenimiento. El análisis y evaluación de las diferentes etapas de mantenimiento a través de los factores de condición de carga permitió establecer criterios y restricciones de operación, y determinar cuándo es necesario un cierre total o parcial del puente. La conclusión más importante de este estudio es que, una vez finalizados los trabajos de rehabilitación del puente, se recuperaron prácticamente los niveles de seguridad y servicio que se tenían antes del accidente.

73 28

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REFERENCIAS [1] Sánchez J. (2018). Puente El Carrizo Carretera Durango-Mazatlán km 162 +720. Vías

Terrestres. Año 9, Número 53, pp. 12-16. [2] Quintana J., Carrión F., Crespo S., Martínez A., Gasca H., Hernández J., Martínez M.

(2017). Impact of SHM system during bridge rehabilitation. CSHM-7, Universidad EAFIT, Medellín Colombia. [3] Carrión F., Crespo S., Quintana J. (2013). Monitoring the aqueduct of Queretaro during

the expansions Works to increase the traffic capacity. International Society for Structural Health Monitoring of Intelligent Infrastructure, Hong Kong, China. [4] AASHTO. (2011). The Manual for Bridge Evaluation, 2nd Edition, American Associa-

tion of State Highway and Transportation Officials, Washington, D.C. [5] AASHTO. (2013). 2013 Interim Revision to The Manual For Bridge Evaluation, Ame-

rican Association of State Highway and Transportation Officials, Washington. D.C. [6] Friswell, M. I. Mottershead, J. E. (1995). Finite Element Model Updating in Structural

Dynamics. Springer Sciencie. [7] Zong, Z., Lin X., and Niu J. (2015). Finite element model validation of bridge based on

structural health monitoring- Part I: response surface-based finite element model updating. J. Traffic Transp. Eng. English Ed. 2: pp. 258-278.


ESPECTROS DE CARGA Y DAÑO EN DISEÑO DE PAVIMENTOS PARA CONDICIONES MUY PESADAS DE TRÁNSITO VEHICULAR PAUL GARNICA ANGUAS Centro de Innovación, Investigación y Desarrollo en Infraestructura y Seguridad Vial, CIID, México paulgarnica@ciid.com.mx

RESUMEN En este trabajo, el autor quiere presentar y compartir las mediciones de espectros de carga y su modelización para el diseño de pavimentos en la red vial mexicana que, debido al intenso nivel de comercio con Estados Unidos, presentan un porcentaje muy alto de camiones pesados en el flujo de vehículos y con altos niveles de sobrecarga. En los principales corredores de transporte del país se dan ejemplos de estas mediciones. Estos espectros de carga se ajustan matemáticamente para facilitar su incorporación a los métodos de diseño mecanicista, lo que también permite definir espectros de carga representativos de los escenarios más frecuentes en el país e incluso generar otros sintéticos. También se presentan los espectros de daño asociados a cada uno de los diferentes tipos de eje (es decir, simple, doble, tándem, trídem u otro) calculando, por ejemplo, el coeficiente de daño de Miner en los mismos rangos de carga utilizados en la definición de los espectros de carga. Es esta distribución de frecuencia del coeficiente de daño de Miner lo que se denomina espectro de daño.

Los espectros de daño parecen ser una herramienta muy útil para evaluar el daño esperado en el pavimento, es decir, la formación de surcos o grietas por fatiga, inducida para un tipo de eje determinado. Además, se puede demostrar que existe una relación directa entre las formas en el espectro de carga y el de daño. Se presentan algunos ejemplos para ilustrar los cálculos de los espectros de daños. Se discute la incorporación de estos espectros de carga en las metodologías de diseño mecánico y sus implicaciones en la definición de políticas públicas para la preservación de la red vial. En particular, el comportamiento de los pavimentos se analiza comparando los espectros de carga reales medidos con el caso hipotético de que cumplen estrictamente con la regulación de peso actual.

1. INTRODUCCIÓN Los organismos de transporte planifican, diseñan, construyen, operan y mantienen sus activos de infraestructura, especialmente pavimentos, para satisfacer la demanda de transporte y conservar

73 29


73 30

economías sanas. Las agencias de carreteras se esfuerzan por contener los costos prolongando la vida útil de los activos y protegiéndolos del deterioro causado por los vehículos de carga. Sin embargo, diseñar y aplicar políticas que sean eficaces y prolonguen la vida útil de los activos viales en la práctica no es sencillo. En efecto, predecir la durabilidad de los materiales y sistemas estructurales en pavimentos es una tarea complicada. Uno de los elementos claves del diseño de pavimentos es el tránsito vehicular, principalmente el de carga. Una correcta caracterización del tránsito vehicular es fundamental para poder predecir con mayor confiabilidad el deterioro del pavimento y garantizar un buen desempeño en su vida útil. En México [4], la extensión actual de toda la red es de más de 582 675 km, de los cuales 171 347 km son pavimentados. En cuanto a su jurisdicción, 50 435 km de la red son federales, 101 460 km son estatales y 340 287 km son caminos no pavimentados (revestidos, terracerías y brechas). El sector transporte es la cuarta actividad generadora de valor agregado bruto, en donde el transporte de carga y pasajeros participa con el 80 % del total. Es por ello que, para fines de análisis y diseño de pavimentos, la caracterización adecuada del tránsito de los vehículos de carga es indispensable. En este trabajo se presenta una metodología que, sin descuidar otros factores, enfatiza el concepto de espectro de carga para relacionarlo con el de espectro de daño, a través del análisis de esfuerzos y deformaciones en la estructura de pavimento y su correlación con los principales tipos de deterioros que se pueden presentar. En primer lugar, se presentan algunos ejemplos de espectros de carga en la red federal de carreteras en México, resaltando el hecho que el tránsito vehicular es muy pesado y sobrecargado; enseguida se explica la metodología de cálculo de espectros de daño y su uso para estimaciones de vida útil con metodología del tipo mecanicista, luego se discuten algunos ejemplos de aplicación para terminar con las conclusiones del trabajo. A continuación, los detalles.

2. ESPECTROS DE CARGA EN LA RED FEDERAL DE CARRETERAS 2.1. El concepto de espectro de carga En México existe el Estudio Estadístico de Campo del Autotransporte Nacional, realizado por la Dirección General de Servicios Técnicos, la cual, desde 1990 recopila información de las cargas por eje de los principales tipos de vehículos de carga que circulan por la red federal libre de peaje. En este trabajo, dada la consistencia tanto de calidad de la información como de variedad de ubicación, se toman los datos del periodo 2005-2017 para la elaboración de los espectros de carga.

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Un espectro de carga [8] es la distribución normalizada de la carga de un cierto tipo de eje (sencillo, dual, tándem, trídem). En las FIGURAS 1 y 2 se muestran los espectros de carga para cada uno, con el fin de ejemplificar dos estaciones del país, en las cuales se reflejan los niveles de sobrecarga existente, sobre todo en los corredores hacia Estados Unidos. La línea vertical representa el límite de carga por tipo de eje en toneladas. Entre los múltiples aspectos que se pueden mencionar en relación con los espectros de carga conviene destacar los siguientes: 1. Cada punto del espectro de carga representa el porcentaje de ejes de un cierto tipo que circula con cierto nivel de carga. 2. El área bajo la curva de cada espectro de carga debe ser unitaria. 3. El espectro de carga caracteriza el tránsito pesado en el tramo carretero donde se hace la medición. El seguimiento en el tiempo permite valorar la evolución de la distribución de las cargas, aspecto que se relaciona con la intensidad de las actividades económicas en el sector transporte. 4. Los valores máximos permiten identificar los niveles de carga más usuales, que se pueden asociar a si los vehículos circulan vacíos o con carga completa. 5. Permite identificar los tramos carreteros donde los niveles de carga exceden el reglamento y en qué porcentaje.


a) Eje sencillo

b) Eje dual

c) Eje tándem

d) Eje trídem

FIGURA 1. Espectros de carga en una cierta estación de pesaje en alguno de los principales corredores carreteros. a) Eje sencillo

b) Eje dual

73 31

c) Eje tándem

d) Eje trídem

FIGURA 2. Espectros de carga en una cierta estación de pesaje en alguno de los principales corredores carreteros.

6. Se pueden asociar comportamientos del tránsito de vehículos de carga similares y establecer espectros regionales. 7. Permiten diseñar y revisar la capacidad estructural de un pavimento con datos realmente representativos de una red carretera.

8. Son indicadores de la severidad que se puede esperar de los distintos deterioros en una carretera a lo largo del tiempo. Esto puede de ser de particular interés para los responsables de la conservación y mantenimiento de una red carretera en términos de desempeño.


Haciendo uso de la función trimodal podemos describir un espectro con tan solo 9 valores, 3 proporciones (W), 3 desviaciones estándar (σ) y 3 medias

El cálculo del LSF se realiza de manera automática al modificar la forma del espectro, usando como parámetros m igual a 4, una carga estándar para el eje sencillo de 6 toneladas, una carga estándar para el eje dual de 8 toneladas, una carga estándar para el eje tándem de 15 toneladas y una carga estándar para el eje trídem de 24.5 toneladas.

FIGURA 3. Pantalla de una herramienta informática que se programó para calcular y ajustar matemáticamente cualquier espectro de carga y calcular el LSF.

2.2. Análisis del LSF en la red federal de carreteras Para fines ilustrativos, en las FIGURAS 4 a 7 se presentan los valores del LSF calculados para el eje tándem únicamente, pues es el más representativo de los vehículos de carga en México. El uso de este parámetro único para caracterizar un espectro de carga permite hacer un estudio comparativo de la agresividad del tránsito vehicular en función del tiempo y el espacio. El análisis permite establecer aspectos como los siguientes:

Para simplificar la forma de describir el comportamiento de un espectro de carga proponemos [6] un ajuste matemático con una función logarítmica normalizada trimodal, cuya expresión es la siguiente:

(µ). Por tanto, considerando que se tiene que expresar un espectro por cada tipo de eje, se requieren 36 valores para describir en su totalidad el comportamiento de los espectros. Para encontrar dichos valores se integró una herramienta informática [3] que permite obtenerlos de manera automática (FIGURA 3).

73 32

Adicionalmente, se puede calcular el Factor de Espectro de Carga [7] conocido como LSF, Load Spectral Factor, un indicador que cuantifica el potencial de daño de un espectro de carga dado. Éste se calcula bajo la siguiente

expresión matemática:

Donde: LSF= I= i= xi = Ls = m= fi =

Factor de espectro de carga Número total de intervalos del espectro Numero de intervalo Marca de clase Carga estándar para el tipo de eje Orden Frecuencia normalizada

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1. La agresividad del tránsito vehicular ha sido creciente en promedio desde el año 2005 (FIGURA 4). 2. Está agresividad no está igualmente distribuida a nivel espacial, pues hay algunos estados donde los niveles del factor de espectro de carga LSF son mayores que en otros, y esto se debe a la actividad económica propia (FIGURA 5). Este efecto se observa en un análisis por región, donde cada una incluye a un cierto número de estados (FIGURA 6).


3. A niveles de corredores carreteros, también resaltan algunos donde los efectos de los niveles de sobrecarga que refleja el LSF son mayores (FIGURA 7).

Con los datos disponibles, debe ser clara la necesidad de considerar los niveles de carga reales del tránsito vehicular para cualquier efecto de planear, diseñar, conservar y operar la red federal de carreteras.

3. ESPECTROS DE DAÑO EN PAVIMENTOS

FIGURA 4. Factor de espectro de carga por año para el eje tándem.

Para la obtención de los espectros de daño, generalizaremos el concepto de daño definido por Miner, 1945, en donde para cada tipo de eje, i, y cada nivel de carga, j, se obtiene el cociente entre el número de repeticiones correspondiente esperado por año, n, y el número de repeticiones admisibles, N, para limitar el desarrollo de un cierto tipo de deterioro. El daño total se calcula con la siguiente ecuación: 𝐷𝐷𝐷𝐷 = � � 𝑖𝑖𝑖𝑖

FIGURA 5. Factor de espectro de carga por estado para el eje tándem.

FIGURA 6. Factor de espectro de carga por región económica para el eje tándem.

FIGURA 7. Factor de espectro de carga por corredor carretero para el eje tándem.

𝑖𝑖𝑖𝑖

𝑛𝑛𝑛𝑛𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖 𝑁𝑁𝑁𝑁𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖

El coeficiente de daño, D, así obtenido, está asociado a un cierto tipo de deterioro en el pavimento, como las deformaciones permanentes, el agrietamiento por fatiga, etc. El inverso de D representará el tiempo, T (en años), en que se alcanzará el número de repeticiones admisible de ese deterioro y es el que se debe comparar con el periodo de diseño deseado (usualmente 20 o 30 años en pavimentos asfálticos). Es práctica común [2] asociar el número de repeticiones admisible con los esfuerzos y deformaciones máximos que se presentan en puntos críticos de la sección estructural de un pavimento. Para agrietamiento por fatiga se toma, por ejemplo, la deformación unitaria de tensión máxima, εt, en la fibra inferior de la carpeta asfáltica y, para la deformación permanente de las capas inferiores, la deformación unitaria de compresión máxima, εc, en la parte superior de las terracerías. El cálculo de esas deformaciones [1] supone el conocimiento de módulos resilientes y dinámicos de los materiales, lo que es válido en pavimentos ya que los niveles de esfuerzos que se generan al paso de las cargas vehiculares son muy inferiores a la resistencia al esfuerzo cortante. Los procedimientos de ensaye para la obtención de los módulos dinámicos en mezclas asfálticas, módulos elásticos en suelos estabilizados y módulos resilientes en suelos compactados y materiales granulares están todos normalizados [4].

73 33


Para el número de repeticiones admisible [4] para agrietamiento por fatiga, Nf, se utilizan modelos del tipo que se indica en la siguiente ecuación: −f

N f = f 1ε t

2

Para los modelos de deterioro [4] por deformación permanente de las capas inferiores la forma matemática es como sigue:

N d = f 4ε c

− f5

4. REVISIÓN ESTRUCTURAL

En los cálculos que se presentan a continuación se utilizarán los parámetros del Laboratorio de Investigación Británico sobre Transporte Carretero, TRRL. El cálculo de esfuerzos y deformaciones se realizó con el método de Odemark, 1949, que permite transformar la estructura de un pavimento en una sección homogénea equivalente. Los detalles del método se pueden encontrar en el libro de Ullidtz [9]. Los resultados obtenidos con esta metodología para las deformaciones unitarias que se requieren son muy similares a los que proporcionan los programas de cómputo existentes basados en la teoría de Burmister para medios estratificados, además de permitir una programación mucho más sencilla. a) Eje sencillo dual

73 34

Las configuraciones de los ejes de carga y distribución de áreas de contacto que se utilizaron son las que se muestran en la FIGURA 8. Se considera válido el principio de superposición.

36 cm

b) Eje tándem

36 cm

122 cm

Las FIGURAS 9 y 10 presentan los espectros de carga de diseño y los espectros de daño en términos de agrietamiento por fatiga en la carpeta asfáltica y deformación permanente de las capas de terracería, respectivamente, para una sección de análisis con los espesores y módulos que se indican en la Tabla 1. Los espectros de carga de diseño considerados para cada tipo de eje (FIGURA 9A) representan condiciones de sobrecarga excesiva presentes en algunas carreteras mexicanas. Para cada tipo de eje se pueden apreciar los espectros de daño calculados en agrietamiento por fatiga (FIGURA 9B) y deformación permanente (FIGURA 10B). El espectro de daño acumulado que se indica es la suma de los correspondientes a los tres ejes. Para ambos tipos de deterioro se pueden resaltar los siguientes aspectos importantes:

c) Eje trídem

36 cm

122 cm

FIGURA 8. Configuración de los ejes de carga considerados y representación de las áreas de contacto correspondientes.

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122 cm


Capa

Espesor

Carpeta asfáltica convencional

15 cm

Base granular

40 cm

Terracerías

Propiedad Módulo dinámico de 3,500 MPa Módulo resiliente de 300 MPa

a) Espectros de carga 180

Eje dual

160

Eje tándem

140

Porcentaje %, x 1000

TABLA 1. Espesores y propiedades de la sección de análisis. Pavimento asfáltico con base granular.

Eje trídem

120 100 80 60 40 20 0

0

10

20

Módulo resiliente de 100 MPa

30

40

Carga (ton)

b) Espectros de daño por fatiga 1.4

Coeficiente de daño, x 1000

— La contribución del daño inducido por el eje sencillo dual es despreciable en relación con el tándem y al trídem, y esto para cualquier nivel de carga. — La contribución del daño inducido por cualquier eje con una carga inferior a 10 ton es despreciable para fines del análisis. — La forma de los espectros de carga y daño, en cada tipo de eje, son similares para cargas mayores a 10 ton. — El eje trídem contribuye en forma relevante al daño inducido en la sección de análisis.

1.2

Dual Tándem Trídem Acumulado

1 0.8 0.6 0.4 0.2 0

0

10

20

30

40

Carga (ton)

c) Distribución acumulada de daño 73 35

60

Si acumulamos el daño tal y como se indica en las FIGURAS 9C y 10C, se pueden obtener las contribuciones parciales por tipo de eje y la total. En cada curva se indica el tiempo, calculado como el inverso del coeficiente de daño acumulado al final de cada curva, en que se alcanzaría el número de repeticiones admisible de acuerdo con los tipos de deterioro considerados y que se debe comparar con el periodo de diseño deseado. Se observa que el tipo de deterioro dominante es la deformación permanente de las capas inferiores y que la contribución al mismo de las repeticiones del eje trídem es significativa. La metodología propuesta en este trabajo permite también revisar la misma sección de análisis de pavimento para otros espectros de carga de diseño, representativos de otras regiones de país o de la evolución económica esperada en una misma región o, incluso, del impacto que se tendría en el caso deseable que se cumpliera a cabalidad el reglamento de pesos y dimensiones de los vehículos de carga que circulan en las carreteras mexicanas.

50

18 años

Dual+tándem Dual+tándem+trídem

40

26 años

30 20 10 0

0

10

20

30

40

Carga (ton)

FIGURA 9. Espectros de carga y daño por fatiga.

En las FIGURAS 11A y 11B se presentan los espectros de carga de diseño para los ejes tándem y trídem en tres condiciones de carga diferentes. Para el eje sencillo dual, dada su poca relevancia en términos del daño inducido, se consideró el mismo que el que se muestra en la FIGURA 9A . Los espectros de daños correspondientes se muestran en la FIGURA 11C sólo para el deterioro por deformación permanente. De estos resultados puede resaltarse la ganancia en términos de vida útil del pavimento que se podría lograr con un adecuado control de cargas. También


a) Espectros de carga 180

Porcentaje, %, x 1000

160

Eje dual

140

Eje tándem

120

Eje trídem

100 80 60 40

TABLA 2. Espesores y propiedades de la sección de análi-

20

sis. Pavimento asfáltico con base estabilizada.

0 0

10

20

30

40

Carga (ton)

b) Espectros de daño por deformación Coeficiente de daño, x 1000

4

Eje dual Eje tándem Eje trídem Acumulado

3.5 3 2.5

Espesor

Carpeta asfáltica de alto desempeño

10 cm

Módulo dinámico de 4500 MPa

Base estabilizada

30 cm

Módulo elástico de 1500 MPa

Terracerías

Propiedad

Módulo resiliente de 100 MPa

1.5 1 0.5 0 10

20

30

40

Carga (ton)

c) Distribución acumulada de daño 180

Coeficiente de daño, x 1000

Capa

2

0

73 36

sección constituida ahora por una base estabilizada y una carpeta asfáltica construida con una mezcla asfáltica de módulo superior; los espesores y propiedades de tal alternativa se muestran en la Tabla 2. Los periodos de diseño deseados se logran con menores espesores de materiales de alto desempeño.

Dual+tándem Dual+tándem+trídem

160 140

6 años

120 100

9 años

80 60 40 20 0 0

10

20

30

40

Carga (ton)

FIGURA 10. Espectros de carga y daño por deformación permanente.

permite explicar el porqué de los severos deterioros que se observan en las carreteras con pavimentos asfálticos convencionales y base granular con ese orden de espesores y para las condiciones de carga reales en la actualidad. Por supuesto que también se pueden buscar alternativas de estructuración de pavimentos que permitan la obtención de altos desempeños a pesar de los espectros de carga tan severos. Por ejemplo, la FIGURA 12 muestra los espectros de daño para una

VÍAS TERRESTRES 73 SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2021

Los ejemplos aquí mostrados consideran sólo dos tipos de deterioro para fines ilustrativos. Cualquier otro tipo de deterioro se puede incorporar, en especial los relacionados con la evolución de características funcionales como las roderas, la regularidad y la fricción, según lo adecuado para cada tipo de red carretera en particular. Esto aplica, por supuesto, tanto a pavimentos asfálticos como de concreto hidráulico. Se recomienda, en especial, la determinación sistemática de los espectros de carga en carreteras, como algo que complete la información de calidad superficial y capacidad estructural que comúnmente se realiza en la actualidad para diseñar y evaluar pavimentos. La determinación de esos espectros de carga es fundamental para cualquier mejora sustancial de los procesos relacionados con el diseño, construcción, conservación y operación de las redes carreteras. Desde un contexto de gestión de carreteras, los espectros de carga permitirán una evaluación más sólida de las distintas alternativas y estrategias de conservación que se deban considerar para lograr la minimización de costos en los análisis del ciclo de vida del pavimento, contribuyendo a una verdadera preservación del patrimonio carretero nacional.

5. CONCLUSIONES Se ha presentado en este trabajo una metodología para el análisis y diseño de pavimentos que se consi-


a) Espectros de carga eje tándem

Porcentaje, %, x 1000

200

Sobrecarga alta Sobrecarga Carga legal

150 100 50 0 0

10

20

30

40

Carga (ton)

b) Espectros de carga eje trídem 300

Sobrecarga alta Sobrecarga Carga legal

Porcentaje, %, x 1000

250 200 150 100 50 0 0

10

20

30

40

Carga (ton)

Coeficiente de daño, x 1000

c) Distribución acumulada de daño 180

73 37

Sobrecarga alta Sobrecarga Carga legal

160 140 120

6 años 8 años

100 80

13 años

60 40 20 0 0

10

20

30

40

Carga (ton)

FIGURA 11. Espectros de carga y daño en deformación permanente para diferentes condiciones de carga.

a) Espectros de carga eje tándem 200

Porcentaje, %, x 1000

dera mejor adaptada a las condiciones de carga en la red mexicana de carreteras. La caracterización del tránsito vehicular a través de sus espectros de carga permite el uso del conocimiento de la distribución de la carga real, en los distintos tipos de ejes de los vehículos, para valorar el daño que se puede presentar en una sección de pavimento. Lo anterior es totalmente pertinente dado el hecho de que el espectro de carga se puede medir en campo, con tecnologías altamente confiables y sin costos excesivos. Se propone realizar una campaña de medición más intensa de espectros de carga, incluyéndolo como uno de los aspectos obligatorios que hay que medir en las evaluaciones superficiales y estructurales que comúnmente se hacen en los pavimentos. Es decir, además de medir regularidad, fricción, roderas, deflexiones, espesores con radar de penetración, obtención de corazones para ensayes especiales, etc., es imperativo medir el espectro de carga. Si el tránsito vehicular es uno de los factores más importantes en el diseño y rehabilitación de pavimentos, se impone medirlo en forma sistemática. Además, se ha demostrado que hay una relación directa entre la forma del espectro de carga y la de su correspondiente espectro de daño para cada tipo de deterioro. Esto induce a utilizar el espectro de carga como un indicador de la severidad del daño que se puede esperar en una vía, en especial en condiciones de sobrecarga. Esto es de singular importancia para los operadores privados de carreteras, en donde es necesario anticipar los montos de inversión necesarios para preservar la calidad exigida en términos de desempeño de una carretera. La metodología fomenta el análisis claro y objetivo de los espectros de daño, que permiten al diseñador la definición clara de la contribución de cada configuración de los vehículos de carga presentes en una región en particular. Su facilidad de programación, incluso con hojas de cálculo, deberá reducir la dependencia de programas de cómputo cerrados, que no permiten la adaptación de las metodologías de diseño a las condiciones específicas de una región o país.

Sobrecarga alta Sobrecarga Carga legal

150

100

50

0

0

10

20

Carga (ton)

30

40


REFERENCIAS

b) Espectros de carga eje trídem

Porcentaje, %, x 1000

300

Sobrecarga alta Sobrecarga Carga legal

250 200 150 100 50 0 0

10

20

30

40

Carga (ton)

c) Distribución acumulada de daño Coeficiente de daño, x 1000

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Sobrecarga alta

50

Sobrecarga

40

Carga legal

16 años 20 años

30

32 años

20 10 0 0

10

20

30

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Carga (ton)

FIGURA 12. Espectros de carga y daño en deformación permanente para diferentes condiciones de carga.

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Garnica P., Gómez J.A. (2002), “Mecánica de Materiales para Pavimentos”, Publicación Técnica 197, Instituto Mexicano del Transporte. Garnica P., Correa A. (2004) “Conceptos mecanicistas en pavimentos”, Publicación Técnica No. 258. Hernández R., Castro F., Garnica P., (2018). Herramienta para la caracterización de espectros de carga en la red mexicana de carreteras. Publicación Técnica del Instituto Mexicano del Transporte (en prensa). Huang Y.H., (2004), “Pavement Analysis and Design”, Ed, Prentice Hall. IMT, SCT, INEGI, (2018). Red Nacional de Caminos. México. https://www.gob.mx/imt/acciones-y-programas/red-nacional-de-caminos Prozzi J. et al., (2006). Optimal Statistical Characterization of WIM Data Bases on Pavement Impact. Proceeding of the 85th Annual Meeting of the Trnasportation Research Board. Prozzi J. et al., (2006). Methodology for Quantifying Pavement Damage Caused by Different Axle and Load Configurations. Timm, D., et al, (2006). Effect of Load Spectra on MechanisticEmpirical Flexible Pavement Design. 85th Annual Meeting of the Transportation Research Board. Ullidtz P., (1998), “Modelling Flexible Pavement Response and Performance”. Polyteknisk Forlag.


REFLEXIONES SOBRE LA CALIDAD EN LAS VÍAS TERRESTRES

ING. MANUEL ZÁRATE AQUINO Director General de Geosol, S.A. de C.V. Perito Profesional en Geotecnia y Vías Terrestres Profesor de Vías Terrestres en el Programa de Especialidades de la Facultad de ingeniería/UNAM

INTRODUCCIÓN La calidad es un concepto que debe estar presente en todas las actividades que realiza el ser humano, pues de ésta puede obtener beneficios sociales, económicos, un mejor nivel de vida y otros elementos que favorezcan en general a la población y contribuyan a actuar de manera sustentable. Este concepto de calidad figura de manera importante en las obras de infraestructura. En todas las obras de infraestructura que requiere la sociedad moderna, la calidad con la que deben concebirse, proyectarse, construirse y conservarse es fundamental, pues deben cumplir adecuadamente su función en el contexto que las involucra, que cada vez es más complejo y exigente por las características en que se desarrolla actualmente la humanidad. Las vías terrestres como carreteras, vialidades urbanas, aeropuertos y ferrocarriles, la integración territorial, el acceso a toda clase de servicios, por mencionar sólo algunos de los factores en que participan, constituyen elementos esenciales para el desarrollo económico y deben ofrecer a la población

condiciones de tránsito seguro, cómodo, eficiente y económico, y además, satisfacer la exigencias de organismos públicos y privados, inversionistas, ambientalistas y de la sociedad en general, que es la que contribuye con el pago de impuestos para su realización. Por otro lado, la inversión en la construcción y conservación de las vías terrestres es muy importante, y por lo tanto, las obras deben ser durables, resistentes, resilientes, sustentables y que requieran de un mantenimiento mínimo. De lo antes expuesto resalta la importancia de la calidad en todo el proceso, desde la planeación, los estudios y proyectos, hasta la construcción y la conservación de esta importante infraestructura.

PROCESO DE PARTICIPACIÓN DE LA CALIDAD La aplicación de la calidad es muy amplia. Inicia desde la determinación de la necesidad de una obra, que surge de un organismo público o privado quien, con estudios y análisis cuidadosos, define el tipo de obra, así como los requerimientos y nivel de calidad que deben establecerse para que la obra cumpla con

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sus funciones, integrándolos en forma clara y precisa. A continuación, el organismo debe elegir un grupo de trabajo integrado por ejecutores de estudios y proyectos, diseñadores, constructores, supervisores y, evidentemente, los encargados de la calidad de la obra, para lo cual seleccionará a los especialistas en cada aspecto y analizará las currículas individuales que, a su juicio, puedan cumplir satisfactoriamente con su tarea, sin descartar la presencia de proveedores, consultores y asesores. De esta manera inicia el proceso de la calidad. Por lo que respecta a los diferentes grupos encargados de cada una de las siguientes etapas, estarán integrados por profesionistas y técnicos especializados en sus respectivos campos de actuación, actualizados y capacitados en la aplicación de las últimas tecnologías, nuevos materiales, nuevos equipos, las herramientas electrónicas disponibles, como inteligencia artificial, Internet de las cosas, Redes Neuronales Artificiales, big data, etc. Preferentemente se contará con profesionales con estudios de posgrado, peritos profesionales certificados en diferentes especialidades, experimentados en las técnicas de exploración, ensayos de campo y muestreo de los materiales, y que conozcan, además, la presencia de suelos difíciles y de amenazas geotécnicas, etc. Asimismo, se contará con laboratorios certificados y se establecerán protocolos para el

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control y aseguramiento de la calidad. También será necesario conocer las características, propiedades y aplicaciones de los asfaltos, cementantes, modificadores, aditivos, geosintéticos, entre otros, para incorporarlos en los proyectos. Se contará con proyectos de drenaje, estabilidad de taludes y habrá de tomarse en cuenta el aspecto del cambio climático y respeto ambiental. Es conveniente contar con técnicas como la aplicación de LIDAR y de drones para facilitar los proyectos en zonas de difícil acceso. En las FIGURAS 1 a 6 se presentan los diferentes tipos de vialidades, que deben ser objeto de un diseño especial de acuerdo con sus características Los proyectos se elaborarán de acuerdo con las exigencias de la obra, se redactarán especificaciones para la calidad de los materiales, su proceso, acomodo, así como del producto terminado, mismas que

FIGURA 1. Terminales y plataforma de embarque de un aeropuerto internacional.

FIGURA 2. Área para manejo de contenedores industriales.


FIGURA 3. Vialidad urbana.

FIGURA 4. Autopista moderna de ocho carriles.

FIGURA 5. Ferrocarril para transporte de contenedores de carga.

deberán reflejar el estado actual del conocimiento y de las nuevas tecnologías. El constructor desempeña un papel importante, pues debe contar con personal y equipos especializados y actualizados, además de un laboratorio de control de calidad certificado; él es el principal responsable de la calidad de la obra. También es importante la participación de la supervisión y del laboratorio de verificación de calidad. La supervisión es responsable de vigilar el cumplimiento del proyecto. Durante la ejecución de la obra, la supervisión tendrá a su cargo la verificación de la calidad de los materiales, su tendido y compactación, así como la calidad del producto terminado, elaboración de gráficas de control, análisis estadístico de resultados y planes de mejoramiento. Es importante la ejecución de ensayos de campo como la medición del índice de perfil desde las capas de subbase y base para garantizar la planicidad y espesores de las capas subsecuentes. Además, se deben determinar los módulos de elasticidad de las capas terminadas, puesto que éstos fueron considerados en el proyecto del pavimento, no así el grado de compactación, que no deja de ser relevante. Al término de la obra, es necesaria la determinación del índice de perfil y coeficiente de fricción, aunque también el cumplimiento de los módulos de elasticidad, para garantizar que funcional y estructuralmente el proyecto sea satisfactorio.

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FIGURA 5. Ferrocarril de alta velocidad.

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También cabe destacar que, durante la ejecución de la obra, ésta se debe controlar con el sistema BIM. La participación de estos grupos tiene la misma función: cumplir con los requisitos de calidad de la obra requerida. Posteriormente, durante la vida de operación de la obra, se vigilará que se sigan conservando los niveles de calidad establecidos, asumiendo que, con el paso del tiempo, se producirá una degradación natural pero que, detectada en el momento correcto, se puedan aplicar las técnicas de mantenimiento y rehabilitación requeridas. Esta labor debe quedar en manos de un equipo de expertos en técnicas de evaluación del estado del pavimento, que utilicen metodologías especiales de investigación, como el deflectómetro de impactos, medición del coeficiente de fricción, textura y macrotextura, IRI, y equipos para determinar el estado superficial de deterioros, fallas y análisis del comportamiento del drenaje y subdrenaje, para definir los trabajos por ejecutar, los que quedarán a cargo de constructores especializados, y siempre teniendo en cuenta la calidad de todos los procesos. Esta etapa es permanente y la calidad de la investigación realizada, así como las técnicas de mantenimiento, rehabilitación y reconstrucción del pavimento deben estar presentes indudablemente en la totalidad del proceso.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES De lo antes expuesto, se puede concluir que la calidad es un concepto de responsabilidad compartida por todos los actores involucrados, y es importante porque busca satisfacer las necesidades de la infraestructura requerida por la sociedad moderna, en un mundo globalizado y altamente competitivo. Se tomará en cuenta la incorporación de vehículos

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terrestres y aeronaves más pesados y en mayor volumen, zonas urbanas más extensas, ferrocarriles de alta velocidad y mayores áreas para manejo de contenedores, obras que requieren un alto nivel de calidad. La infraestructura debe considerar el mejor aprovechamiento de los recursos naturales, económicos y humanos; conceptualmente, debe ser más durable, resistente, resiliente, sustentable y económico, aspectos en los cuales, como denominador común, figura el concepto de la calidad y se debe tener en cuenta que el costo de la mala calidad se paga caro con el tiempo. Estudios efectuados indican que la mayoría de los problemas ocurridos durante la construcción y operación de las vías terrestres se relacionan con la calidad de la información obtenida. Existen tres niveles de calidad: el deseado por el organismo promotor de la obra, el obtenido en la construcción y el percibido por el usuario, niveles que teóricamente deben ser iguales. Sin embargo, es posible que el percibido por el usuario sea el menor, aunque es más exigente en la actualidad. Por lo tanto, es fundamental igualar los tres niveles y aplicar el concepto de la calidad en cada una de las etapas mencionadas. La obra debe ejecutarse de acuerdo con el programa de construcción, con el costo presupuestado y la calidad especificada, para cumplir adecuadamente con sus funciones y enfrentar los retos del futuro.


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SUSTENTABILIDAD DE LA INFRAESTRUCTURA DE TRANSPORTE

ÓSCAR DE BUEN RICHKARDAY Ingeniero civil y maestro en Ciencias con especialidad en Transporte. Presidente de la PIARC en el periodo 2013-2016.

La infraestructura es esencial para el funcionamiento de las economías y sociedades modernas. Los sistemas para la captación, tratamiento y abastecimiento de agua, los sistemas de transporte y comunicaciones, las redes de generación, transmi-

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sión y distribución de energía y la extracción, procesamiento y distribución de petróleo y sus derivados, por sólo citar algunos ejemplos, son activos públicos de infraestructura sin los cuales sería imposible el mundo contemporáneo.


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Sin embargo, a pesar de los innegables beneficios de la infraestructura existente, su desarrollo ha acarreado consecuencias indeseables para el planeta, por lo que hoy en día es indispensable contar con una infraestructura sustentable que atienda las necesidades sociales y a la vez permita alcanzar los Objetivos de Desarrollo Sustentable de las Naciones Unidas y las metas de calentamiento global establecidas en el Acuerdo de París de 2015. La infraestructura sustentable comprende a los sistemas naturales y a los instrumentados por el hombre que sean capaces de proveer servicios de una manera que asegure la sustentabilidad económica, financiera, social, ambiental e institucional del proyecto de infraestructura a lo largo de todo su ciclo de vida, desde su planeación hasta su abandono y/o reconfiguración. Por consiguiente, el que

una infraestructura sea o no sustentable depende de la forma en que se haya desarrollado, así como de la manera en que se gestione. Algunos elementos que contribuyen a la sustentabilidad de la infraestructura son: — La transición energética de los combustibles fósiles hacia las energías renovables, que es fundamental para reducir la huella de carbón de la infraestructura. — La atención a temas de género en el diseño de los servicios que ofrece la infraestructura, con objeto de facilitar la participación de las mujeres en la economía. — La planeación integral del desarrollo de infraestructura para crear sinergias y mejorar la calidad y la equidad de los servicios de la infraestructura.


— La incorporación de los principios de la economía circular en los procesos de planeación y ejecución de obras para reducir desperdicios. — La inversión en infraestructura natural para controlar avenidas, propiciar la filtración del agua y reducir las emisiones de CO2 a costos razonables.

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Asegurar la sustentabilidad de la infraestructura es importante para combatir el cambio climático, restituir las condiciones del medio ambiente natural, reducir las desigualdades sociales, la marginación y preservar la biodiversidad. Adicionalmente, está demostrado que los proyectos resilientes que además procuran la equidad de género producen mayores beneficios y obtienen mayores rentabilidades, por lo que la cantidad de inversionistas que exigen que los activos de infraestructura cumplan criterios de sustentabilidad va en aumento constante. Lo anterior es particularmente cierto en el caso de la infraestructura de transporte, en la que resulta indispensable incorporar enfoques sustentables para facilitar la transición hacia un futuro en el que la humanidad disminuya su huella de carbón y coexista de manera saludable con la naturaleza. El desarrollo de proyectos de infraestructura sustentable puede ocurrir de múltiples formas. En proyectos nuevos siempre es útil incorporar el concepto de sustentabilidad desde las fases iniciales del desarrollo del proyecto, ya que así puede manejarse un mayor número de opciones que aprovechen sinergias y consideren en forma equilibrada los factores económicos, sociales y ambientales que intervienen en el desarrollo del proyecto. En la infraestructura existente, la preocupación por la sustentabilidad puede introducirse en la fase operativa del ciclo de vida del proyecto, y aunque tenga muchos años en operación siempre será mejor ocuparse de su sustentabilidad que no hacerlo. El enfoque de la sustentabilidad puede incorporarse a los proyectos de infraestructura por sectores, temas o etapas en el ciclo de vida del proyecto. Dada la importancia de la sustentabilidad de la infraestructura, se han desarrollado amplios conjuntos de materiales bibliográficos y fuentes de conocimiento que lo abordan desde diferentes ópticas y con diver-

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sos propósitos. Por ejemplo, para facilitar el acceso a este acervo de materiales, el Ministerio de Desarrollo y Cooperación de la República Federal Alemana asumió la tarea de desarrollar un navegador de internet para facilitar la consulta de referencias y herramientas relacionadas con la sustentabilidad en la infraestructura. Esta herramienta está disponible en la dirección: https://sustainable-infrastructure-tools.org. Como ejemplo de las referencias disponibles en el navegador, en transporte contiene materiales que abordan temas de movilidad incluyente, incorporación de perspectivas de género al transporte y su infraestructura, políticas para el desarrollo de ciudades verdes, políticas de movilidad, estándares e indicadores para el transporte público y la movilidad urbana sustentables, diseño de ciclovías y calles peatonales seguras, centros intermodales de transporte, calculadora de emisiones del transporte en ciudades, apoyo del transporte a los Objetivos de Desarrollo Sustentable, incorporación de resiliencia a proyectos de transporte y calificación de la sustentabilidad en proyectos de transporte. El reporte del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático divulgado el 9 de agosto de 2021 presenta evidencia inequívoca de la contribución del hombre a la elevación de la temperatura media global y contiene un llamado claro a tomar acciones decisivas para abatir y en lo posible eliminar las emisiones de CO2 provocadas por las actividades humanas con objeto de evitar las potencialmente devastadoras consecuencias del cambio climático. En el transporte y la infraestructura existe la obligación de actuar para contribuir a ese objetivo. Promover la sustentabilidad de la infraestructura de transporte, tanto existente como futura, es un primer paso que no admite demoras.


BITÁCORA EVENTOS PASADOS 30 DE JUNIO DE 2021 TOMA DE PROTESTA DELEGACIÓN OAXACA

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Se llevó a cabo la toma de protesta de la VII Mesa Directiva, Delegación Oaxaca. En el presídium estuvieron los ingenieros Jesús E. Sánchez Argüelles, Presidente Nacional de la AMIVTAC y José Luis Chida Pardo, Director General del Centro SCT Oaxaca; el maestro Javier Lazcano Vargas, Secretario de Infraestructura y Ordenamiento Territorial Sustentable del gobierno de Oaxaca, así como los delegados saliente y entrante, los ingenieros, Jaime Jesús López Carrillo y David Pablo Sánchez Solís. Nos acompañaron autoridades del sector educativo superior de ingeniería y del sector de las vías terrestres. De igual forma, se tomó protesta al Capítulo Estudiantil AMIVTAC del Tecnológico de Oaxaca. Quedó como Presidente, Javier Alejandro Landa Zárate. El Ing. Sánchez Solís presentó su programa de trabajo en el que destaca la colaboración con la AMIVTAC Nacional para la realización de la XXIII Reunión Nacional de Vías Terrestres, en el estado de Oaxaca. El Ing. Sánchez Argüelles invitó a los nuevos integrantes a trabajar y apoyar durante la Reunión. Así mismo, los exhorto a hacer frente a los retos actuales y dar lo mejor de sí para que el evento sea constructivo para todos los participantes.

EVENTOS PRÓXIMOS

29 DE SEPTIEMBRE AL 2 DE OCTUBRE, 2021 XXIII REUNIÓN NACIONAL DE VÍAS TERRESTRES Asociación Mexicana de Ingeniería de Vías Terrestres, A.C. (AMIVTAC) Oaxaca, Oax. 27 AL 29 DE OCTUBRE, 2021 XI CONGRESO MEXICANO DEL ASFALTO Asociación Mexicana de Asfalto, A.C. (AMAAC) Cancún, Quintana Roo

3 Y 4 DE MARZO, 2022 5° SIMPOSIO INTERNACIONAL DE CIMENTACIONES PROFUNDAS Sociedad Mexicana de Ingeniería Geotécnica, A.C.


EL COMITÉ TÉCNICO DE MEDIO AMBIENTE Y SOSTENIBILIDAD DE LA AMIVTAC En el marco de la Vigésimo Tercera Reunión Nacional de Vías Terrestres “Ingeniería para el Desarrollo y Sistemas de Movilidad”,a celebrarse en la ciudad de Oaxaca, tiene el honor de invitarlos a la Conferencia Magistral que sustentará el Doctor Anthony Clevenger del Western Transportation Institute y al acto simbólico de “Plantar un Árbol de Ceiba”. Como reconocimiento al compromiso permanente de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes y la AMIVTAC con la sostenibilidad ambiental y con una gestión siempre de respeto y protección al medio ambiente en la ejecución de las obras de vías terrestres.

Asociación Mexicana de Ingeniería de Vías Terrestres A.C.

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Vías Terrestres #73  

Revista Vías Terrestres #73, septiembre-octubre 2021. Órgano Oficial de la Asociación Mexicana de Ingeniería de Vías Terrestres A.C. | Edito...

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