revista2_2012-INGENIERIA CIVIL.pdf

Ingeniería CivilNo. 2, Junio - Septiembre 2012

Facultad de Ingeniería Civilhttp://www.fic.umich.mx

Universidad Michoacana deSan Nicolás de Hidalgo

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EDITORIAL En este segundo número de la Revista de la Facultad de “Ingeniería Civil” de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo se continúa con el espíritu de divulgación del desarrollo de la ciencia que llevan a cabo nuestros investigadores en conjunto con los alumnos de nuestra comunidad Universitaria. Asimismo, se hace patente la vinculación que se tiene con investigadores del ámbito gubernamental y de la iniciativa privada, con la finalidad de coadyuvar en la elaboración de propuestas novedosas que permitan solucionar problemas de ingeniería y resolver demandas sociales. Los artículos presentados en este número abarcan diversos temas relacionados con la hidráulica, como es el caso de una parcela demostrativa que eficientiza el uso del agua con fines agrícolas; Los efectos del cambio climático que nos deberían concientizar acerca de la necesidad impostergable de hacer un adecuado manejo y distribución de los recursos naturales y los riesgos que corremos como humanidad en caso de no hacerlo. Incluye una encuesta acerca del conocimiento de software para la gestión de recursos hídricos y la reproducción de una entrevista realizada al Dr. Gilberto Sotelo Ávila+ autor del clásico libro de “Hidráulica general: Fundamentos”. Además, se cuenta con una propuesta empresarial como solución integral para sistemas de agua municipal. En el área de Vías terrestres y Cartografía se contemplan temas sobre la deficiencia en el transporte producto de una infraestructura y estructura vial inadecuada, así como datos técnicos relevantes de la construcción del Entronque de la autopista México-Querétaro. Se presenta una propuesta de metodología que facilita la realización e interpretación de cartas que contengan los procesos de inestabilidad de taludes. En cuanto a temas computacionales se refiere, el Departamento de Ciencias básicas y matemáticas presenta propuestas de algoritmos para la reducción de ruido en imágenes digitales. Se incluye un concentrado de ideas que nos introducen a la cuarta dimensión a través de la posibilidad de considerar las proyecciones tridimensionales del teseracto en cuatro dimensiones en diseños arquitectónicos vanguardistas. Estoy seguro que lo aquí presentado servirá de referencia tanto para profesores, investigadores, estudiantes y público interesado en estos apasionantes temas y de que la difusión, a través de este medio, hace patente a la comunidad académica, científica y a la sociedad el compromiso social que nuestra carrera y en particular nuestra Institución tiene con la sociedad. Atentamente M.C. Joaquín Contreras López Director de la Facultad de Ingeniería Civil

Revista Facultad de Ingeniería Civil

Número 2, Junio 2012

CONTENIDO

Parcela demostrativa de los diferentes tipos de riego Benjamín Lara Ledesma ...................................................................................................................................... 3 Entrevista al Dr. Gilberto Sotelo Ávila: “La hidráulica y la investigación” Edmundo Pedroza González ................................................................................................................................ 9 El vistazo de un ingeniero a la cuarta dimensión Aldo Iván Ramírez Orozco ................................................................................................................................. 13 Efectos del cambio climático, escenario y modelo climático de Michoacán Sonia Tatiana Sánchez Quispe y Denise Lisette García Pérez ............................................................................... 17 Algoritmos para la reducción de ruido en imágenes digitales Carlos Alberto Júnez Ferreira, Fernando Augusto Velasco Ávalos y Nelio Pastor Gómez ........................................ 23 Transporte deficiente, estructura e infraestructura vial inadecuada Efraín Márquez López, Julio Alejandro Chávez Cárdenas y Mario Salazar Amaya ................................................. 31 Diagnóstico sobre el conocimiento y uso de software para la gestión de recursos hídricos Constantino Domínguez Sánchez y Alejandro García Concha ............................................................................... 35 Como hacer una cartografía geomorfológica para la inestabilidad de taludes Eleazar Arreygue Rocha, Carlos Chávez Negrete y Jorge Alarcón Ibarra .............................................................. 39 Entronque autopista México-Querétaro Ramiro Silva Orozco, Luis Alfonso Merlo Rodríguez, Cecilio Mendoza Rodríguez y Óscar Juárez Contreras ............ 46 Tubería de Polietileno de alta densidad Policonductos® : la solución integral en el diseño de sistemas municipales de agua Abraham Bernal Ortiz y José Valencia Castrejón ................................................................................................ 50

Facultad de Ingeniería Civil Revista No. 2, Junio-Septiembre de 2012

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Parcela demostrativa de los diferentes tipos de riego

Benjamín Lara Ledesma1

1Profesor-investigador, Facultad de Ingeniería Civil, Cuerpo Académico de Gestión Integral del Agua, Departamento de Hidráulica, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Edificio H, Ciudad Universitaria, Avenida Francisco J. Mujica S/N, C.P. 58030,

Morelia, Michoacán, México E-mail: [email protected]

Durante décadas, se tenía la percepción de que el recurso hídrico era abundante, un bien inagotable, además de barato y en muchos países, gratuito. Todo esto condujo a un uso y abuso del recurso que ha llevado a crear una nueva conciencia sobre la importancia de su explotación. Al igual que en el resto del mundo, México se enfrenta a importantes problemas relacionados con el agua debido al crecimiento de la población, la sobreexplotación del recurso, la contaminación y el aumento en la demanda. De acuerdo con el INEGI, el año pasado, México ocupó el lugar número 89 en disponibilidad de agua a nivel mundial. En menos de 60 años, el agua disponible per cápita en el país ha disminuido en tres cuartas partes y más del 70% del agua dulce se utiliza para actividades agrícolas. El reto es concentrarse en el sector agrícola para hacer un uso eficiente del agua, esto se logra con la mejora en la conducción y la aplicación del agua en las parcelas. El tipo de riego más utilizado en México es el aplicado por gravedad, y si el terreno en donde se aplica está desnivelado la eficiencia de aplicación se disminuye. Para lograr mejorar la eficiencia es necesaria una nivelación del terreno o cambiar el tipo de riego, por ejemplo, por aspersión o por goteo. La materia de obras hidráulicas impartida en el décimo semestre de la carrera de ingeniero civil, uno de los temas principales es el riego, por lo que se implementó una parcela demostrativa en el laboratorio de hidráulica de nuestra facultad, donde se visualizan los tres tipos de riego existentes, y con ello se logra una mejor comprensión del tema. Palabras claves: aspersión, goteo, gravedad, parcela demostrativa, riego. INTRODUCCIÓN La técnica de riego consiste en reponer la humedad del suelo en cantidad y oportunidad adecuadas a fin de lograr en los cultivos el máximo rendimiento económico. Por método de riego se entiende a las técnicas y procedimientos empleados en hacer que el agua moje la zona de las raíces (zona radicular) de los cultivos. Dichas técnicas según la forma de aplicación del agua al suelo y su disposición se clasifican como se muestra en la Tabla 1.

Tabla 1 – Métodos de riego Método de riego Método de

aplicación Técnica de aplicación

Por escurrimiento o gravedad

Surco, inundación o “a manto” y corrugación

Clásica

Sin escurrimiento Aspersión y goteo Semi-mecanizada

Subterráneo o sub-irrigación

Mecanizada

Para la elección de un método de riego deben considerarse las condiciones técnicas siguientes: topografía del terreno, pendiente, características físicas del suelo, cultivo y caudal disponible. Pero, principalmente, se tendrá en cuenta el

factor económico relacionando los costos de instalación y operación con la eficiencia del riego y el valor de la producción a obtener. En la Tabla 1 se adjunta la síntesis de las características de los métodos de riego a fin de facilitar su selección. A continuación se describen los más importantes. MÉTODO POR ESCURRIMIENTO O GRAVEDAD El agua se aplica cubriendo parcialmente el terreno y escurre infiltrándose en los pequeños cauces llamados surcos (riego por surcos, corrugaciones) o bien se desliza sobre el suelo en una delgada lámina que se infiltra en su desplazamiento (riego por inundación). En ambos casos el agua infiltrada moja la zona de raíces del cultivo para que ésta pueda aprovecharla. Se consideran las siguientes variantes: surcos, corrugaciones e inundación o “a manto”. Surcos El agua agregada escurre por los cauces (surcos) infiltrándose, Fotografía 1. Se emplea para cultivos en líneas: viñedos, frutales y hortalizas, donde las labores comunes del cultivo preparan el terreno para el riego. Se adapta a todos los suelos, cuando el caudal que se dispone es pequeño. La eficiencia que se logra con este sistema es

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media y los costos de instalación y operación no son elevados. La forma y tamaño de los surcos dependen de la maquinaria usada en la labranza oscilando de triangular a rectangular. La distancia entre surcos varía con la clase de suelo y el cultivo (profundidad de raíces). Los perfiles de suelo humedecidos por el riego deben tocarse en la zona de raíces para regar con eficiencia.

Fotografía 1 – Riego por gravedad en Valle de Santiago,

Guanajuato Hay necesidad de un menor espaciamiento entre los surcos en suelo arenoso y de uno mayor en arcillosos. El largo del surco depende de la textura del suelo, pendiente y cantidad de agua. En general, es conveniente que disminuya a medida, que los suelos son más livianos (arenosos) y aumenta la pendiente; sin dejar de considerar la planificación agroeconómica de la propiedad. Corrugaciones Son disposiciones en el suelo en pequeños surcos paralelos en forma de “V”, no mayores de 15 cm de profundidad y distanciados de 40 a 80 cm, según la textura del suelo que corre en el sentido de la pendiente. Se adaptan a terrenos medianamente irregulares, con suelos medios a pesados, de baja infiltración, con pendiente de hasta el 10% (óptima 1%). Se le utiliza para cultivos de forrajes y cereales sembrados al voleo y cuando se dispone de un caudal pequeño. El agua llega al campo por medio de las acequias distribuidoras “a nivel” desde donde el líquido se vuelca a los surcos.

Inundación o “a manto” Es muy conocido por los agricultores como “enlagunado”. Se presta para los cultivos sembrados al voleo (alfalfares, tréboles, etc.) para riegos de pre-siembra, lavados de terrenos y en el riego de arrozales. También en algunas regiones se practica este tipo de riego en frutales y vid. Presenta tres formas de sistematización: platabandas o “melgas y bordos”. El terreno se encuentra dividido en platabandas (espacio de suelo) separadas por bordos. La longitud varía entre 50-200 m en el sentido de la pendiente y el ancho de 5-20 m. Los bordos serán no menores de 20 cm de altura y un ancho que permita el paso de la maquinaria. Debe utilizarse en terrenos llanos ya que requiere una pendiente transversal nula y longitudinal baja (no mayor de 0.2%). De ahí que sea necesario separar cuidadosamente el terreno a fin de que el agua no se “encharque” y corra uniformemente por la melga. El costo de instalación es alto (nivelación) y se compensa con la economía de mano de obra y tiempo, una vez instalado el costo de operación es bajo. Se presta principalmente para alfalfares, tréboles y cereales; en los suelos de buena infiltración y con un caudal grande (de 50 l/s). Si la topografía es irregular y la pendiente es hasta el 2% se practica el riego en “melga en contorno”, los bordos siguen las curvas de nivel (cultivos forrajeros y cereales). En este caso es necesario disponer de gran caudal, la eficiencia a obtener es baja y los costos medios. A medida que se colocan elementos nuevos de aforo y distribución en los métodos tradicionales y con ello se permite transformar el trabajo del artesano en una operación precisa diseñada según la técnica y la regulación mecánica se va transformando el riego tradicional en un método modernizado o mecanizado. Siendo al respecto la expresión máxima el riego por aspersión y goteo. MÉTODOS SIN ESCURRIMIENTO El agua se aplica por partes y se infiltra directamente en la zona de raíces sin escurrir en superficie. En este grupo se encuentra el riego por aspersión en el cual el agua se asperja semejando una lluvia. Este sistema mecanizado se ha difundido en forma explosiva en los últimos años. Es el que se impone en las nuevas zonas de planificación (Francia, Israel, España, etc.). Según las posibilidades económicas y disponibilidad del crédito se ha extendido paulatinamente. El riego por aspersión se presta principalmente para terrenos


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irregulares, con fuertes pendientes de hasta el 25%, Fotografía 2; suelos livianos (arenosos), superficiales. Se emplea en cultivos forrajeros, cereales de gran producción y hortalizas e igualmente en frutales. En los parrales el uso de aspersores sub-arbóreos que mojan debajo del nivel del follaje (micro-aspersión), es una solución al desarrollo de las enfermedades de hongos, en las variedades de vid más sensibles. El caudal a utilizar debe ser pequeño de hasta 8 l/s con largas horas de riego (hasta 24 horas al día). La fuente de agua debe ser propia y constante, subterránea o bien procedente de embalses reguladores o bien manantiales.

Fotografía 2 – Riego por aspersión en Pasco, Washington

La eficiencia de aplicación obtenida es alta (85-90%) mientras que en riegos por escurrimiento como máximo se alcanza el 70%. Los costos de instalación son elevados por la inversión inicial alta. Los costos de operación son medios a altos por el traslado diario del equipo, los que se reducen en los equipos fijos o semi-fijos; aumentando, en cambio en éstos, la inversión inicial. Este sistema por cañería fija tiende al uso múltiple del agua; riego, lucha contra plagas, fertilización, protección contra las heladas y riego climático. Un equipo de riego por aspersión está formado por: a) una bomba que aspira el agua desde la fuente y la

impulsa por las tuberías hasta los aspersores, creando la presión necesaria. Las bombas más empleadas son las centrífugas con motor eléctrico o de combustión interna;

b) tuberías que conducen el agua hasta los aspersores

pueden ser fijas, semi-fijas y móviles. Las fijas pueden ser metálicas o de fibrocemento mientras que un ala

móvil está constituida generalmente por tubos de aluminio en tramos de 6 m de largo por 2" a 8" de diámetro. Los tramos se unen con accesorios de acoplamiento rápido;

c) aspersores o rociadores que pueden ser fijos o giratorios.

Estos últimos son los más usados; de mediana presión (3 a 4.5 atmósferas) de trabajo. La lluvia que suministra es fina de 2 a 8 mm/h; y,

d) varios accesorios: manguera de aspiración, llaves de

paso, uniones, codos, reducciones, etc. El diseño del riego por aspersión es distinto para cada propiedad y debe proyectarse teniendo en cuenta “muchas horas de riego con pocas horas de traslado de tuberías”. Al decidirse por este sistema deberá considerarse la calidad del agua disponible. Ésta debe ser óptima sino producirá quemaduras en el follaje. El otro riego mecanizado es el de goteo que es un medio que da la técnica para resolver ciertos problemas (de pequeños volúmenes de agua y calidad mediocre). Se entiende por riego mecanizado el que utiliza para la conducción y aplicación del agua a la parcela de riego medios mecánicos: riego por medio de tuberías con pequeñas compuertas de salida regulable; riego con tuberías perforadas; riego con tuberías de hormigón subterráneas y válvulas; el riego por aspersión en sus formas variadas: tuberías de traslado normal, tuberías fijas, tuberías sobre ruedas y aspersión directa con cañones regadores desde acequias; riego por tuberías subterráneas y riego por goteo, Fotografía 3.

Fotografía 3 – Riego por goteo (cintillas)


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Las ventajas del riego mecanizado comparado con el tradicional son: un mayor rendimiento del agua de turno y/o subterránea por su menor gasto de agua (mayor eficiencia); menor costo de las labores de regadío; mayor aprovechamiento de la tierra y, convierte al riego en una operación precisa. Es decir permite programar al riego aplicando las cantidades necesarias según lo exige el suelo y la planta y el momento oportuno del riego. Las experiencias demuestran que en estas condiciones los rendimientos aumentan. La mecanización del riego surge como una necesidad de aplicar más racionalmente el escaso recurso disponible y reducir la mano de obra. En las zonas de regadío es más fácil mejorar los métodos tradicionales comenzando por perfeccionar la entrega del agua a las propiedades (volúmenes programados en los ríos con embalses compensadores) y aumentando, en las fincas, la difusión y el uso de las formas adecuadas de control y distribución del caudal de las acequias a los surcos (marcos, sifones, tubos de hormigón y/o válvulas). No creemos que en zonas de riego integral, sean muchos los casos en que la aspersión reemplace al riego por superficie cuando éste funcione satisfactoriamente, porque sería duplicar las inversiones (costo de instalación en aspersión y costo de sistematización del suelo, nivelación, impermeabilización de cauces, compuertas aforadoras, etc., en riego superficial). Podría ser utilizado sólo en aquellos casos donde el riego tradicional ya existente tropiece con problemas serios de suelo y/o nivel. La lógica lo indica como económico en todas las nuevas explotaciones donde la nivelación del suelo y la escasez de agua encarecerían al riego superficial. El sistema de riego por aspersión por tubería rodante y auto propulsado tienen dos inconvenientes: su elevado costo, la tubería rodante es casi el 100% más cara que la de traslado manual y el autopropulsado el 200%, lo que se compensa con el ahorro de mano de obra obtenido, y se les limita a suelos con un piso de buena sustentación para que no se entierren las ruedas. La razón por la que estos sistemas son utilizados en los Estados Unidos de América es porque ahí la mano de obra es costosa y la maquinaria es más económica, y el producto vale mucho más, es decir, el cálculo económico es distinto al nuestro. Por lo tanto a pesar de la comodidad que presentan estos tipos muy automatizados resultan de difícil justificación económica en nuestro país y es el motivo de la mayor difusión de los tipos de aspersión de traslado manual.

MÉTODO SUBTERRÁNEO O SUB-IRRIGACIÓN En este sistema el agua llega a la parte inferior de la zona de raíces por medio de tuberías enterradas perforadas (cintillas exudantes) desde una acequia o tubería principal, Fotografía 4.

Fotografía 4 – Colocación de las cintillas exudantes a la

tubería principal Como cada tubo (cintilla exudante) tiene perforaciones, el agua en contacto con el suelo, asciende por las fuerzas capilares del suelo a las capas superiores, Figura 1.

Figura 1 – Riego subterráneo (ascenso del agua por

capilaridad) Teóricamente, el método es muy eficiente pero en la práctica se complica porque las raíces de las plantas van invadiendo las tuberías del agua y tapan los goteros; afortunadamente, existen químicos que impiden que esto suceda. PARCELA DEMOSTRATIVA Con el objetivo de mostrar las diferentes técnicas de riego se implementó en el laboratorio de hidráulica de nuestra


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facultad una parcela demostrativa para tal fin. La implementación la llevo a cabo los alumnos de la segunda sección, décimo semestre, ciclo 2010/2010. La materia que contiene el tema de la irrigación es la de obras hidráulicas. El resto de las secciones, aunque no participaron en la implementación de la parcela, la visitan y con ello se logra una mejor comprensión en la temática del riego. Los tipos de riego que se implementaron son: gravedad, aspersión y goteo. El riego por gravedad se aplica en uno de los surcos utilizando una manguera. El riego por aspersión se muestra al colocar un aspersor móvil a la manguera. El riego por goteo es el que se observa en las fotografías siguientes; consiste en instalar cintillas que tienen goteros a cada 20 cm y son conectadas a una tubería de polietileno de 19 mm de diámetro. La alimentación de la tubería antes mencionada se hace directamente del servicio público de agua potable. En la Fotografía 5 se muestra a los alumnos sembrando el maíz en cada uno de los surcos. Se deben sembrar de 7 a 8 semillas por cada metro de surco. El maíz es híbrido de la variedad Dekalb-2031, ya que este tipo de maíz es de alta producción y resistencia a las enfermedades.

Fotografía 5 – Siembra del maíz realizada por los alumnos La instalación de las cintillas de riego la hicieron los alumnos. Una vez terminada la siembra se procede al riego, Fotografía 6. Como es un riego para que nazca el maíz, la duración del riego es de 24 h.

Fotografía 6 – Aplicación del riego de nacencia

La Fotografía 7 muestra al maíz a los 15 días de nacido. La mancha negra que se observa en los surcos es debida al humedecimiento del terreno por la aplicación del agua por el gotero.

Fotografía 7 – Maíz a unos días de su nacimiento

El maíz que se muestra en la Fotografía 8 tiene 35 días de nacido, y a medida que va creciendo, su necesidad de agua se va incrementando. El requerimiento de agua se debe dar por el sistema o por el agua de lluvia, ya que la época de lluvias está por esa fecha (junio).


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Fotografía 8 – Maíz en su etapa de crecimiento

En esta etapa de crecimiento el maíz comienza a espigar, Fotografía 9, esto sucede a los 90 días de nacido. Es en la etapa en la que se consume más agua, por lo que se debe de aumentar la frecuencia del riego (a cada tres días, con una duración de 2 h).

Fotografía 9 – Maíz al inicio de la aparición de la espiga

Por último, la Fotografía 10 muestra al maíz a 100 días de nacido, el riego debe darse diariamente aplicándolo al menos una hora. El ciclo vegetativo del maíz arriba mencionado está entre 150 y 180 días, dependiendo de la época de siembra. Terminado el ciclo, hasta el año siguiente se sembrará de nuevo la parcela, ahora por los alumnos correspondientes al semestre par, para continuar con la función de la implementación de la parcela demostrativa. CONCLUSIONES Con la implementación de la parcela demostrativa se ha logrado, y se seguirá logrando, que los conceptos de los diferentes tipos de riego que se utilizan en la aplicación del agua a los cultivos sean comprendidos de una manera más rápida cuando se explica la teoría. Desde la instalación a la fecha, al menos cinco personas han preguntado como implementar una parcela en su casa. Es factible su instalación ya que con el agua de llave que viene del servicio público es suficiente para alimentar a un

sistema de 10 surcos de una longitud de 10 m. Además la instalación del sistema es muy simple. Al tener un huerto familiar es de gran ayuda en cuestión de economía, ya que se pueden sembrar hortalizas y emplearlas en los alimentos; además, el consumo de agua por el sistema es muy poco, ya que la gota aplicada por la cintilla se le administra de manera puntual a cada planta. Si a los alumnos se les inculca que se debe hacer un uso eficiente del agua y se les muestra como hacerlo, será una lección que difícilmente se les borrará de su memoria y además, seguirán transmitiendo esta enseñanza.

Fotografía 10 – Maíz en su etapa reproductiva (jiloteo)

BIBLIOGRAFÍA 1. Comisión Nacional del Agua. “Usos del agua”, en el libro Síntesis de las estadísticas del agua en México. Ed. CNA, México. <http://www.cna.gob.mx/eCNA/Espaniol/ Directorio/Busqueda.aspx?id=SUIBA>. 2005. 2. Lara, L.B. “Apuntes de la materia de obras hidráulicas: técnicas de riego”. Facultad de Ingeniería Civil. Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. Morelia, México, 2010. 3. Losada, A. “Uso Eficiente del Agua en la Agricultura Sostenible”. Jornada Temática: “Aspectos Medioambientales de la Agricultura”. Universidad Politécnica de Madrid, España, 4p. <http://www.libroblancoagricultura.com/libroblanco/jte-matica/aspectos_medioamb/comunicaciones/losada.pdf>. 2002. 4. Martínez, F.J. Introducción al Riego. Ed. Universidad Politécnica de Valencia, España, 200 p. 2001. 5. Mays, L.W. Water Distribution Systems Handbook. Ed. McGraw-Hill. 1999.


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Entrevista al Dr. Gilberto Sotelo Ávila: “La hidráulica y la investigación”

Edmundo Pedroza González1

1Investigador del Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, Paseo Cuauhnáhuac 8532, C.P. 62550, Jiutepec, Morelos, México E-mail: [email protected]

El personaje entrevistado, Gilberto Sotelo, es el autor del libro: “Hidráulica General: Fundamentos”, que es el más utilizado en la mayoría de las universidades mexicanas donde se imparte la materia de hidráulica. La entrevista se realizó el 9 de noviembre de 2006, en el marco del XIX Congreso Nacional de Hidráulica celebrado en la ciudad de Cuernavaca, Morelos. Dicha entrevista fue publicada en la revista Tláloc número 43 (noviembre de 2008 a mayo de 2009, revista publicada por las Asociación Mexicana de Hidráulica “AMH”), a la cual le agradecemos nos haya permitido publicarla de nuevo. El entrevistado, desafortunadamente falleció el 26 de octubre de 2008, fue profesor e investigador de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México. El entrevistador, Edmundo Pedroza, es egresado de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, con maestría en ingeniería hidráulica por la División de Estudios de Posgrado de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México y actualmente trabaja como investigador en el Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. Palabras clave: ciencia, Gilberto Sotelo, hidráulica, ingeniería experimental, investigación. De aquí en adelante se utilizará la siguiente nomenclatura en el desarrollo de la entrevista, Gilberto Sotelo Ávila (GS) y Edmundo Pedroza González (EP), Fotografía 1.

Fotografía 1 - De izquierda a derecha, Gilberto Sotelo

Ávila y Edmundo Pedroza González EP: Buenas tardes Doctor Gilberto Sotelo Ávila. Dentro de la cuestión de la metodología de la ciencia se habla del método, de las investigaciones, etc., he estado leyendo un poco y he visto que todos se enfocan a lo que son las ciencias, el método científico está enfocado hacia las ciencias; entonces, alguna primer pregunta que me surgió es… inclusive he escuchado que algunos comentan: ¿La hidráulica es una ciencia? ¿La hidráulica no es una ciencia? ¿La hidráulica es una parte de una ciencia? Inclusive por ahí, el Dr. Arteaga del Colegio del Postgraduados –que tiene un libro de hidráulica– comenta que es “la ciencia de los coeficientes” ¿Usted qué opinión tiene al respecto?

GS: Bueno, la hidráulica yo diría que es ciencia para empezar, y es una ciencia que se inicio de manera, vamos a decir, experimental, intuitiva a veces, pero experimental esencialmente; se aprendió haciendo como quien dice “tanteos” –¿No?– para ver si las cosas funcionan, y eso es una ciencia: hacer un experimento, verificarlo, como resulta hacerlo ya más grande, más práctico y tratar de obtener resultados generales. Y pues eso no se hace de manera intuitiva y de manera sencilla, tiene que ser algo más allá; generalizar las cosas, pues eso es parte de la ciencia precisamente, y esa es nuestra tarea precisamente. La hidráulica es una ciencia muy antigua; últimamente ha ido cambiando su posición, en cuanto a si se refiere a ciencia o no ciencia, vamos a decir que la hidráulica dio origen a muchas otras disciplinas pero ahora ya quedó relegada como exclusivamente del agua; cuando fue la madre de todas las mecánicas de fluidos. La mecánica de fluidos es una disciplina mucho más general, trata todos los fluidos, y ahora, pues el agua es apenas uno de ellos. Digamos que la hidráulica es “mecánica de líquidos” no de fluidos; pero muchas de las leyes que se aplican en uno u otro caso son igualmente válidas para unos que para otros. EP: Doctor, ¿Usted cree que existe una diferencia entre lo que se considera ingeniería hidráulica y la “hidráulica” propiamente dicha? GS: Bueno… yo diría que la hidráulica es la herramienta que utiliza el ingeniero para hacer sus obras; es decir, si no tuviera esa herramienta difícilmente podría diseñar una obra, construirla y llevarla adelante. Entonces, la ingeniería hidráulica pues es, digamos, el área de aplicación de la hidráulica pura; es la hidráulica aplicada, pero a un fin que sería la construcción de obras.


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EP: Precisamente la siguiente pregunta tiene mucha relación ¿Piensa que existe una hidráulica básica y una hidráulica aplicada? GS: Bueno, no es exactamente así como lo dice, yo diría que hay una hidráulica fundamental, no tanto “básica” –aunque ahora les ha dado por llamarla así– hay una hidráulica fundamental, que es de donde se parte, vamos a decir, el origen de las cosas, y de ahí surgen una serie de aplicaciones. Y esa sería la hidráulica aplicada, se aplica igualmente a maquinaría hidráulica, se aplica al diseño de tuberías, se aplica a diseño de canales, se aplica al diseño de obras hidráulicas con distintos tipos y con distintos objetivos. Entonces, esa sería la aplicación, el área de aplicación de la hidráulica fundamental. EP: ¿Se puede decir que existe una investigación en la hidráulica? ¿Y cómo se podría definir? GS: Bueno… yo siento que realmente investigar significa, para mí, llegar a resultados, serían experimentales, pero que pudieran ser aplicables a otras obras; no solamente al equipo en especial que estamos investigando, sino que se pudiera generalizar; claro, hay investigaciones muy puras, muy singulares, prácticamente aplicables solamente a ese campo pequeño, a veces pequeño campo, a veces muy grande. Pero la investigación en hidráulica pues es múltiple, es muy variada, y pienso que todavía existe investigación aunque ya mucho se ha avanzado, mucho se tiene. Ahora (la investigación) esencialmente se dedica a la cuestión de aplicación de métodos numéricos de computadoras; a resolver viejos problemas que antiguamente no se podía –no porque no se tuviera el conocimiento– sino simplemente porque no se tenía la herramienta para poder hacer cálculos tan complejos y tan continuos y tan sistemáticos y sobre todo, tan amplios y tan largos de seguir. A mi me tocó todavía la época en que se hacían cálculos –no complejos– sino tediosos. Sí, la computadora (ahora) es la que resuelve todo. EP: Regresando un poco a la pregunta. Podríamos entonces decir, que hay una investigación en la hidráulica que viene desde hace mucho; y más bien, algunas investigaciones son como más puras en el sentido de que son más particulares y singulares a algo muy especifico dentro del mismo campo de la hidráulica. GS: Si, si las hay. Hay investigaciones de tipo doctoral por ejemplo, que son muy puntuales para tratar “x” asunto; muy específico de ese campo, pero a mí ese tipo de investigaciones no me gusta mucho, me gusta más lo general. EP: ¿A usted le gusta más ese tipo de investigación? GS: A mi me gusta más la investigación experimental, desafortunadamente con los años la investigación

experimental ha sufrido, yo diría retraso –porque no tanto es cuestión de que no haya gente que lo haga, o falta de capacidad– lo que ocurre es que la computadora ha venido a resolver una serie de problemas que antiguamente no los podíamos resolver por la vía numérica; hoy en día se pueden resolver estos problemas numéricamente y claro, la computadora es una herramienta mucho más accesible, mucho más, que un laboratorio; mucho más fácil de tener a la mano y sobre todo no se queja, siempre está trabaje, y trabaje, y trabaje; en cambio en el laboratorio se necesita mucho tiempo, mucho esfuerzo, mucho trabajo, mucha gente a veces; y sobre todo hoy en día, un instrumental más complicado que es caro además… costoso. EP: ¿Cuáles debieran, o cuáles son, los productos de la investigación en hidráulica? GS: Bueno, como yo soy ingeniero, yo creo que los productos deben ser en beneficio de la sociedad, específicamente la resolución de problemas que creen beneficio a la sociedad; puede ser una obra hidráulica, puede ser… pues no se… la solución, la “eficientización” de estructuras ya construidas; puede ser la solución de problemas, incluso de medio ambiente que ya están muy de moda; que desde luego redunda en beneficio de la sociedad y se preguntará uno, bueno ¿Y qué existen de las otras, o sea, que no redundan en beneficio? Pues si existen, o que redundan en poco beneficio; muchas veces son investigaciones de una persona que le gusta eso; y para satisfacerse a si mismo pues lo está haciendo, y si tiene aplicación o no, muchas veces ni le interesa. EP: ¿Cree usted que la investigación que se realiza en esta área de la hidráulica, tendría relación con el método científico? GS: Bueno, se aplica absolutamente a todo. Yo creo que lo aplicamos más en la vía experimental porque la cuestión de nuestras leyes y los problemas, vamos a decir, la “base” de la hidráulica, pues esa ya en buena medida está ya muy avanzada, me refiero a ecuaciones, a leyes básicas que se aplican en la mecánica de fluidos; eso, pues tiene cierto grado de avance y está más o menos resuelto lo más importante; pero en la cuestión experimental, pues ahí si se tiene que seguir; se tiene que continuar haciendo y resolviendo problemas; a veces de estructuras hidráulicas muy especificas, muy concretas, y pues yo creo que ahí es donde deberíamos poner énfasis; desafortunadamente era lo que señalábamos antes –¿No?– que ya tiene poca vigencia la hidráulica experimental. EP: ¿Y algún otro método, técnica, procedimiento sistemático, reconocido, que usted recomiende que se debe usar para la investigación en hidráulica, aparte del método científico? GS: Bueno, si hay técnicas experimentales evidentemente,


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y en buena medida se deben a los instrumentos de medición que se han logrado hasta la fecha; por ejemplo medición, técnicas para la medición de transporte de sedimentos en ríos; esto no ha sido del todo desarrollado al ciento por ciento y allí todavía falta mucho por avanzar; la técnica de medición de sedimentos aún no está resuelta, hay algunas cosas que están, algunos instrumentos para la medición, pero no son del todo confiables, o sea que tengan la absoluta precisión, no; ahí falta, hay más técnicas de medición …no se… de oleaje, cosas de fenómenos que dependen del tiempo… falta mucho… EP: ¿Qué opinión le merece la investigación en la hidráulica en nuestro país? GS: Este… yo creo que está muy bien, está avanzando; desafortunadamente –sobre todo en las universidades públicas– yo creo que se tienen problemas en cuanto a sus laboratorios; pero la investigación experimental, pues yo creo que está satisfecha; por ejemplo en el Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA) tienen un laboratorio muy grande, para mi gusto moderno todavía. Está también Comisión Federal de Electricidad, tiene lo suyo. Antes había un laboratorio de Tecamachalco de la Secretaría de Recursos Hidráulicos pero pues ya lo cerraron, el IMTA sustituyó a ese. Pero a los laboratorios de hidráulica en las universidades pues les falta mucho en México, estoy hablando de México; yo pienso que la universidad debe estar siempre a la cabeza, en todos sentidos; en cuanto a personal académico, en cuanto a instrumentación, en cuanto a instalaciones, en cuanto a todo eso. EP: Este material lo quiero relacionar con la clase que se imparte en la maestría en hidráulica en el campus Morelos. Si un estudiante decide dedicarse a la investigación en hidráulica, qué cree usted que pueda encontrar como recompensa o como satisfacciones personales. Y una pregunta muy relacionada con esto: ¿Usted por qué se dedicó a esta investigación? GS: Bueno… yo pienso que ahora un egresado de doctorado, –porque se supone que el doctorado es para formar investigadores– debe tener la posibilidad de algún trabajo y si quiere ser verdaderamente un doctor, tiene que seguir investigando; porque luego hay gentes que usan el grado para fines políticos o para conseguir un puesto, o un trabajo; o a lo mejor un grado. Y pues el doctorado no significa tener una gran amplitud de conocimientos, como antes mencionábamos, puede ser el conocimiento muy puntual de alguna cosa, pero eso no le da universalidad a su doctorado; yo creo que debe seguir investigando, si no, no tiene sentido, para mi, ser doctor. Yo recientemente fui doctor y fui doctor porque yo me lo propuse, antes me lo había propuesto pero no me dejaron terminar, concluir, esa parte de formación; hasta que llegó un momento en que yo dije “me voy a dedicar de tiempo completo a la

universidad” y bueno, pues me dije “necesito un doctorado para estar a buen nivel” y me doctoré hace cinco años. Siempre fui ingeniero –¿Porqué me dedique a esto, a la investigación?– Bueno… fue también por el hecho de haber estado en un sitio de investigación y porque además, me gustó ser profesor; impartir cátedra a mi me llamo siempre la atención y siempre me ha gustado y me sigue gustando; y por otra parte –el hecho de ser ingeniero– yo nunca estaba de acuerdo con las soluciones clásicas sino decía yo “siempre hay que buscar algo distinto”. Los problemas de ingeniería se resuelven de muchas maneras, no se necesita una sola manera, sino de muchas maneras y se puede dar respuesta y solución de muchas formas; entonces, lo que pasa es que como usamos ya a veces soluciones acartonadas, queremos a fuerza que entre dentro de este tipo de soluciones y no es el caso; y cuando uno quiere tener una solución diferente, pues lo tiene que demostrar al jefe y le tiene que decir muy claramente por qué; y si se puede, pues hacerle un experimento, sobre todo en la hidráulica que siempre se puede hacer –¿No?– siempre se podrá hacer si uno tiene laboratorio sobre todo; ahora, si uno no tiene laboratorio, pues la verdad es que si es más difícil, es mucho más difícil porque no se puede demostrar. Entonces, yo tuve la oportunidad de ser ingeniero proyectista, y a su vez ser profesor, y a su vez ser investigador en el instituto; entonces, las tres cosas me ayudaron y me hicieron tener una mentalidad diferente; y eso pues ocurrió hace muchos años. Esos muchos años también significaron un momento en el que la ingeniería en nuestro país tuvo un auge muy grande; se construyeron grandes presas, se construyeron grandes obras hidráulicas, y pues todo eso fue, digamos, circunstancial. Ahora también se construyen, pero también ahora hay más ingenieros, y pues bueno, afortunadamente hay más, aunque no son del mismo tipo de los ingenieros de antes, que antes veíamos con más amplitud las cosas; ahora pues son muy especializados y sólo lo que saben hacer, y ya, se acabó. EP: Doctor, por mi parte es todo. GS: Pues espero que le haya ayudado.

Semblanza del Dr. Gilberto Sotelo Ávila El Dr. Gilberto Sotelo Ávila nació en el estado de Guerrero, México, el 15 de abril de 1936. Es ingeniero civil egresado de la Universidad Autónoma de México. Obtuvo los grados de maestro en ingeniería hidráulica y doctor en ingeniería hidráulica en la División de Estudios de Posgrado, Facultad de Ingeniería de la UNAM. Fue, hasta su deceso, profesor de carrera nivel C, definitivo, tiempo completo en la Facultad de Ingeniería de la UNAM. Fue también profesor en la División de Estudios de Posgrado de la misma Facultad desde 1958. Durante su carrera académica impartió 56 cursos extra-curriculares dentro y fuera del país. Asistió a 46 congresos nacionales e


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internacionales. Fue autor y coautor de 76 artículos de investigación en revistas especializadas y de 11 artículos de difusión. Fue autor de seis libros y de un capítulo. Participó como coautor en dos obras más. Publicó diversos apuntes y notas de sus cursos. En 2002 publicó el libro “Hidráulica de Canales” y actualizó el de “Hidráulica General”. Dirigió 37 tesis de licenciatura, cinco de maestría. Tres de los alumnos tutorados por él recibieron mención honorífica. Los trabajos de investigación del Dr. Sotelo se enfocaron a la planeación, proyección y supervisión de aproximadamente 250 obras de ingeniería civil dentro y fuera del país. Dentro de sus labores de investigación colaboró con el laboratorio de hidráulica y mecánica de suelos de la Universidad Técnica Federal en Zurcí y en el laboratorio federal de obras hidráulicas del gobierno alemán en Karlsruhe. Distinciones académicas: Premio Nacional Miguel A. Urquijo mejor artículo de ingeniería civil (1997 y 1998), Cátedra Javier Barros Sierra (1999), Cátedra Mariano Hernández Barrenechea (2000), Premio Nacional José A. Cuevas (2002) por el mejor artículo técnico de ingeniería civil y Premio Nacional Mariano Hernández Barrenechea a la docencia (2003) otorgados por el Colegio de Ingenieros Civiles de México. Diploma al mérito universitario por cumplir 25 años como profesor de la UNAM. Diploma y medalla al mérito universitario por cumplir 35 años Tláloc-Nueva Época 17 como profesor de la UNAM. Una de sus publicaciones fue seleccionada para aparecer en los anales de la Universidad de Chile, con motivo de los estudios en honor de Francisco Javier Domínguez, quien escribió el primer libro de hidráulica en el continente americano; Gilberto Sotelo Ávila aparece en la tabula gratulatoria a dicho profesor. Placa de homenaje como profesor de la Sociedad de Exalumnos de la Facultad de Ingeniería de la UNAM. Premio Universidad Nacional en docencia de ciencias exactas (1998). Miembro del Comité Evaluador de Investigadores del Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, desde marzo de 2000. Miembro del Consejo Asesor Nacional de la Red de Investigación y Desarrollo Tecnológico sobre Agua del CONACYT-SEP desde septiembre de 2000. Miembro de la Comisión Dictaminadora del Instituto de Ingeniería, UNAM, de agosto 2001 a la fecha. Fue designado miembro de Jurado del “Premio Universidad Nacional” y “Distinción Universidad Nacional” para Jóvenes Académicos” 2001 en el área de docencia en ciencias exactas. En agosto del 2001 también fue designado “Miembro Honorario” de la Academia Nacional de Ingeniería y después Académico de Honor de la Academia de Ingeniería. Miembro de la Comisión Especial de Área para el Programa de Primas al Desempeño del Personal Académico de Tiempo Completo (PRIDE D) en el Consejo Académico de Área de las Ciencias Físico Matemáticas y de las Ingenierías, desde agosto de 2002 a la fecha. Fue designado Presidente de Jurado del Premio Enzo Levi a la Investigación y la Docencia 2002 de la Asociación Mexicana de Hidráulica,

en agosto del 2002. Fue miembro de las siguientes asociaciones académicas y/o científicas: Sistema Nacional de Investigadores (Nivel 2), Academia Mexicana de Ciencias, International Association for Hydraulic Engineering and Research, Asociación Mexicana de Hidráulica, Colegio de Ingenieros Civiles de México, Sociedad de Exalumnos de la Facultad de Ingeniería, Unión de profesores de la Facultad de Ingeniería, Academia Nacional de Ingeniería, Academia de Ingeniería y Sociedad Americana de Ingenieros Civiles. Fue miembro de los comités editoriales de las revistas: Ingeniería, Investigación y Tecnología, (SIN 1405-7743) de la Facultad de Ingeniería, UNAM; de Ingeniería Hidráulica en México, del Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, clasificada de excelencia por el CONACYT; y de Tláloc de la Asociación Mexicana de Hidráulica. Durante su experiencia profesional fue Jefe del Departamento de Hidráulica en la División de Ingeniería Civil, Topográfica y Geodésica, en la División de Estudios de Posgrado. Jefe de la Academia de Hidráulica y miembro propietario del Consejo Técnico en la Escuela de Ingeniería, Universidad Autónoma del Estado de México. Consejero Académico Propietario del Área de las Ciencias Físico-Matemáticas y de las Ingenierías, en la Facultad de Ingeniería, UNAM, Miembro del consejo Académico del Centro Nacional de Evaluación (CENEVAL), como representante de la Facultad de Ingeniería (UNAM) para elaborar el Examen General de Egreso de la licenciatura en ingeniería civil. Ha sido proyectista de obras hidráulicas en el sector público. Director de proyectos en bufete de ingeniería civil. Director general de Ingeniería, Desarrollo y Sistemas. Asesor técnico de Rioboo. Director general de Sottec Ingenieros. Dentro sus actividades independientes fue consultor para diversas instituciones privadas y gubernamentales, nacionales y extranjeras, del Banco Interamericano de Desarrollo, de la Comisión del Río Papaloapan, Veracruz, del Instituto de Investigaciones Eléctricas, del Laboratorio de Ingeniería Experimental de la Dirección General de Construcción y Operación Hidráulica del Gobierno del D.F. Fungió como Experto Internacional de la Organización de Aviación Civil Internacional, en coordinación con el Programa para el Desarrollo de las Naciones Unidas. Tutor de los alumnos en el Programa de Alto Rendimiento Académico (PARA). Participó en la planeación, proyecto o supervisión de aproximadamente 250 obras de ingeniería civil dentro y fuera del país. Fue jefe de la Sección de Hidráulica en la División de Estudios de Posgrado de la UNAM. Miembro distinguido de la Junta de Honor del Consejo Directivo 2008-2009 de la Sociedad de Exalumnos de la Facultad de Ingeniería de la UNAM. Gilberto Sotelo era, al ocurrir su deceso, Profesor Emérito, Secretario de Posgrado e Investigación y destacado profesor de la División de Ingeniería Civil y Geomática en la Facultad de Ingeniería de la UNAM, institución a la que dedicó más de cuarenta años de su vida.

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Es precisamente ahí donde el contenido de la obra nos permite establecer la analogía existente entre nuestro mundo y el espacio de cuatro dimensiones. En su contacto con el espacio el cuadrado, protagonista y narrador de la historia y su familia, tienen la visita de una esfera y es ahí donde empiezan las complicaciones. La esfera confiesa que viene del espacio tridimensional, el cual evidentemente los demás no conocen. Demuestra cómo, desde arriba (o abajo) puede ver y descubrir todo lo existente en el mundo bidimensional. Por ejemplo, puede ver lo que el cuadrado guarda en lugares cerrados, sin tener que abrirlos o incluso ver el interior de sus propios cuerpos, lo cual infringe un gran shock al protagonista. Más aún, cuando la esfera se “materializa” en el plano la sorpresa es mayúscula. Expliquemos. El ser plano no puede ver a la esfera, puesto que sólo vive en dos dimensiones, pero si imaginamos que la esfera está formada por una infinidad de planos, entonces el sólido si puede atravesar el plano (Figura 3). Lo que el cuadrado ve entonces es una serie de círculos que van creciendo desde un punto hasta un diámetro máximo y después en forma paulatina van decreciendo hasta desaparecer. Es decir, el círculo aparece, crece, decrece y desaparece, justo desde la nada. Aterrorizante, ¿verdad? La esfera explica al cuadrado a partir de un punto tiene dimensión cero, el cual es desplazado en una dirección imaginando que va dejando una estela, como se forma una línea (dimensión uno) y luego desplazando la línea en una dirección perpendicular y nuevamente dejando una estela, se forma un cuadrado. De esa misma forma, hay que desplazar el cuadrado en una tercera dirección perpendicular a las dos anteriores; y dejando una estela, formaríamos un cubo. Quizás hasta ahí quede nuestro resumen de Planilandia de Abbott y estemos listos para avanzar una dimensión adicional.

Figura 3 – La esfera cruzando Planilandia (Abbott, 1884)

En efecto, nuestra vida sucede en el espacio tridimensional y sabemos del ancho, largo y profundo. Sin embargo, en las matemáticas, es posible construir espacios de mayores dimensiones en teorías sólidas y congruentes. ¿Cómo serían los entes de la cuarta dimensión? En analogía con el razonamiento de Abbott, simplemente tendríamos que desplazar el sólido, digamos el cubo, sobre una dirección perpendicular a las tres que conocemos. Lo sé, es difícil concebirlo, puesto que vivimos en tres dimensiones, pero inténtenlo, pues en matemáticas como mencionaba es un argumento válido. Si desplazamos el cubo y permitimos que vaya dejando esa estela en su camino, encontraríamos el ente tetradimensional conocido como hiperesfera o teseracto. No lo podemos dibujar, puesto que adicional al problema de que este elemento tiene cuatro dimensiones y nosotros vivimos en tres, ¡nuestros dibujos están aún limitados a dos! Sin embargo, es posible continuar con la analogía, puesto que así como en Planilandia sólo pueden ver la sombra o proyección de los entes tridimensionales (de hecho es el artificio al que recurrimos cuando dibujamos un cubo en el papel, por medio de dos cuadrados conectados), nosotros, en nuestro espacio 3D sólo podemos ver la proyección (una especie de sombra 3D) del teseracto. En su forma básica, la proyección luce como un par de cubos, uno pequeño dentro de uno más grande, con sus vértices conectados. En el espacio 4D, todos los ángulos del hipercubo son rectos y todos los lados siguen midiendo lo mismo. Además entre el cubo interior y el exterior hay más cubo. Un hipercubo tiene 16 vértices, 32 aristas, 24 caras y 8 celdas cúbicas. La materialización de este ser de cuatro dimensiones en nuestro mundo sería el equivalente a ver como de la nada y a partir de un punto, nace y empieza a crecer un cubo; llega a un tamaño máximo y luego comienza a decrecer hasta desaparecer. Así sería precisamente como el teseracto “atraviesa” nuestro espacio, tal y como la esfera cruza el plano (Figura 4). Ejercicio desafiante a la mente sin duda. Inspirador; por supuesto. Así como los habitantes de Planilandia no se dan cuenta del mundo tridimensional, aún cuando este existe, asimismo, nosotros no notamos el mundo tetradimensional, aún cuando existe. La recomendación es mantener los ojos muy abiertos para notar la siguiente ocasión que un ser 4D cruce nuestro espacio. Le llevará sólo unos momentos, pero durante ese tiempo seremos capaces de ver sus proyecciones tridimensionales en nuestro mundo. No olviden que desde el mundo 4D, no existe ningún secreto del mundo 3D, así como la esfera puede ver todo en

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Efectos del cambio climático, escenario y modelo climático de Michoacán

Sonia Tatiana Sánchez Quispe1 y Denise Lisette García Pérez2

1, 2Profesora-investigadora y estudiante, respectivamente, Facultad de Ingeniería Civil, Cuerpo Académico de Gestión Integral del Agua, Departamento de Hidráulica, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Edificio H, Ciudad Universitaria, Avenida Francisco J.

Mujica S/N, C.P. 58030, Morelia, Michoacán, México. E-mail: [email protected]

A través del tiempo, el uso inadecuado de los recursos naturales ha provocado que existan cambios irreversibles en nuestro planeta. El abuso del empleo de combustibles fósiles utilizados en las actividades humanas (carbón, petróleo, gasolinas, diesel, gas natural y los combustibles derivados del petróleo), así como la tala inmoderada, incendios forestales y contaminación del agua y suelo; son las principales causas de que se presenten fenómenos naturales que provoquen desastres en el país. El cambio climático es inminente, sin embargo sus efectos pueden ser controlados. Hemos notado que existen incrementos en la temperatura global del planeta y alteraciones en el ciclo hidrológico que se ven reflejadas en la disminución de la precipitación. Es tiempo de concientizar a las comunidades acerca de un adecuado manejo y distribución de los recursos naturales, así como establecer medidas de prevención y mitigación que nos permitan disminuir las consecuencias que originan los climas más extremosos y fenómenos naturales más intensos como sequías e inundaciones. Esto se logra gestionando los efectos del cambio climático, es decir tomando medidas anticipadas. Para ello es necesario identificar el escenario climático que represente mejor la zona o la región en estudio. El presente trabajo identifica para el estado de Michoacán el escenario y modelo climático que representa los cambios de la meteorología de una región del Estado de Michoacán, esto es, conocer la precipitación y la temperatura para la región, más probable, afectadas por el cambio climático. Palabras claves: cambio climático, escenario, modelo, precipitaciones, temperaturas. INTRODUCCIÓN Los científicos han definido al cambio climático como: “todo cambio que ocurre en el clima a través del tiempo, consecuencia de variabilidad de los ciclos naturales y de las actividades del hombre”. El calentamiento global, por su parte, es la manifestación más evidente del cambio climático y se refiere al incremento promedio de las temperaturas terrestres y marinas globales. El cambio climático esta íntimamente relacionado con el crecimiento demográfico de las comunidades, así como su desarrollo socioeconómico. Es común pensar que el cambio climático sólo se manifestara en incrementos en las temperaturas, sin embargo no es así. Por ello, es necesario identificar cuales serán los sectores más vulnerables al cambio climático y conocer sus implicaciones en los mismos. En Michoacán, Figura 1, el cambio climático afectará a los agricultores, la población urbana, el turismo, las zonas costeras, los ecosistemas, entre otros. La agricultura es una de las principales actividades que traen mayores beneficios económicos al estado, principalmente el cambio climático entorpecerá la

agricultura de temporal debido a que se presentaran erosiones en el suelo, sequias frecuentes e inundaciones esporádicas.

Figura 1 – Recursos naturales de Michoacán

Por otra parte, la población urbana se verá afectada con fuertes olas de calor y déficit en la disponibilidad del agua para el uso doméstico. A su vez, las zonas costeras y el turismo se verán mermados por la aparición de huracanes de mayor intensidad, aumento en el nivel medio del mar y cambios en las playas de las costas michoacanas.


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Por último, es evidente que el mayor daño lo sufrirán los ecosistemas por medio de cambios en los climas locales, incendios forestales, tala inmoderada, desertificación y aparición de plagas, entre otros. Usualmente, los gases de efecto invernadero son los culpables de causar aumento en la temperatura de la atmósfera. Actualmente, el incremento de las concentraciones de gases como: el bióxido de carbono (CO2), el vapor de agua, el ozono (O3) , el óxido nitroso (N2O), el metano (CH4) y los cloroflurocarbonos (CFCs), etc.; ha provocado un aumento en la temperatura de 14°C en la superficie de la tierra. Por lo que es de vital importancia regular las actividades que estén generando gases de efecto invernadero, Figura 2, en grandes concentraciones tales como: hacer mas eficientes los procesos de industrialización, mitigar la contaminación provocada por el uso de vehículos automotores, impulsar a la economía para disminuir la población que se encuentra en pobreza extrema y regular el empleo y distribución del agua.

Figura 2 – Fuentes de gases de efecto invernadero

EFECTOS DE CAMBIO CLIMÁTICO EN MICHOACÁN Efectos del cambio climático en el ciclo hidrológico Las consecuencias del cambio climático más tangibles son los aumentos en la temperatura y disminución de la precipitación. Los aumentos en la temperatura de la región han causado incrementos en la evapotranspiración y la demanda hídrica de los cultivos. Por su parte, los cambios en la precipitación se ven reflejados directamente en fenómenos naturales como huracanes, inundaciones y sequías; lo que repercute directamente en los flujos de escurrimiento superficial y subterráneo de los cuerpos de agua.

La precipitación es la principal variable en el balance de agua, cualquier cambio tiene influencia en la aparición de inundaciones y sequías, así como en la distribución temporal y espacial de caudales en los ríos. Un incremento de la temperatura provoca incremento en la evapotranspiración. La evapotranspiración en la superficie terrestre incluye la evaporación del agua a superficie libre, la del suelo, la del agua subterránea poco profunda y la del agua almacenada en la vegetación a lo largo de la transpiración de las plantas. La evapotranspiración está en función de las características de la vegetación, de los suelos y la cantidad de agua disponible. La cantidad de agua almacenada en el suelo es importante en la agricultura y tiene influencia directa en el incremento de la evapotranspiración, aumento en la recarga de agua subterránea y generación del escurrimiento superficial y subterráneo. Es importante señalar que los efectos locales del cambio climático en la humedad del suelo, varían con las características del suelo y con el grado del efecto del cambio climático en cada zona. El cambio climático afecta las características del suelo a través de los constantes fenómenos como sequias e inundaciones, lo cual también podría afectar las propiedades de almacenamiento de a humedad de agua del suelo. Por otra parte, debido a la sobre explotación de fuentes de agua superficiales y la contaminación de las mismas se exploran nuevas fuentes de abastecimiento. El agua subterránea es la fuente de agua para uso urbano más grande y libre de contaminantes que existe. Estos acuíferos generalmente se recargan por lluvias, ríos y lagos, Figura 3; por ello un cambio en la cantidad de lluvia efectiva altera el ciclo de recarga y pone en riesgo el agua que se distribuye para el uso humano.

Figura 3 – Clico hidrológico


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En zonas costeras la sobre explotación de acuíferos ha generado una nueva forma de contaminación conocida como intrusión salina (intrusión de agua de mar en acuíferos costeros provocada por el sobre-bombeo de acuíferos); este problema puede hacerse más grave con el incremento del nivel del mar a lo que se le llama intrusión marina. Los caudales de los ríos también se ven afectados por el cambio climático, la escorrentía tiende a incrementarse cuando la precipitación aumenta y disminuye por el incremento de las temperaturas y precipitaciones menores. A nivel regional, el cambio climático ha afectado a las demandas y el suministro del agua del estado. Lo anterior, ha repercutido en los componentes de los sistemas de recursos hídricos de Michoacán, incluyendo la operación de los embalses existentes en el estado. Las cuencas desarrolladas (incluyendo presas, canales de riego, etc.) han sido diseñadas con unas condiciones hidrológicas sin contemplar el cambio climático. Sin embargo, si estas condiciones cambian la infraestructura hídrica del estado puede resultar inadecuada y nos enfrentaríamos al reto de adaptar las reglas de operación de las obras hidráulicas existentes. Escenarios de cambio climático Debido a que el cambio climático es originado por la acción del hombre y sus efectos han tenido un crecimiento acelerado y catastrófico, se decidió crear el panel intergubernamental del cambio climático (IPCC). El IPCC es el encargado de contemplar las emisiones de concentraciones de gases de efecto invernadero así como el desarrollo socioeconómico de cada región, para la creación de escenarios que muestren en cambio climático. Para realización de un escenario de emisiones para nuestro estado, debemos de suponer que los municipios de Michoacán compartirán variables como: crecimiento económico, crecimiento poblacional, velocidad del cambio tecnológico y la velocidad en que nuestro país alcanzará tecnológicamente a los países desarrollados. Cuando estudiamos escenarios climáticos, Figura 4, usualmente analizamos los siguientes: Escenarios “A”: partimos de la premisa en que en el futuro las tendencias de producción de gases de efecto invernadero seguirán siendo como hasta ahora, es decir, se seguirá quemando petróleo y carbón hasta que las existencias prácticamente se agoten, el crecimiento poblacional continuara incrementándose rápidamente y los

países mas desarrollados cambiaran su uso de energía a fuentes alternas (solar, eólica, etc.) mucho mas rápido que los países mas desarrollados. Escenarios “B”: presuponen una importante disminución del consumo de combustibles fósiles, además comparten una disminución del crecimiento poblacional y un cambio tecnológico rápido en el que los países menos desarrollados alcanzaran relativamente rápido a los desarrollados.

Figura 4 – Escenarios del cambio climático

De lo anterior, podemos mencionar 3 escenarios de emisiones importantes: escenario A2 “pesimista”, escenario A1B “intermedio” y escenario B1 “óptimista”, son los más utilizados en México. Actualmente, se han desarrollado estudios para predecir el clima futuro de Michoacán, demostrando que nuestro estado tiende hacia el Escenario A2. SERIES DE TEMPERATURA Y PRECIPITACIÓN FUTURA Modelos de Circulación General de la Atmósfera Para poder conocer como se comportará el clima en el futuro, se deben tener en cuenta el uso y tipo de suelo de la zona de estudio, su topografía, identificar los cuerpos de


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agua, considerar la temperatura superficial y del océano, además de la nubosidad y salinidad. El IPCC ha reunido a un grupo de expertos de las más destacadas universidades del mundo para realizar una serie de simplificaciones que nos permita modelar los escenarios a los que tiende una determinada zona de estudio. A estas simplificaciones las conocemos como modelos de circulación general de la atmósfera, Figura 5.

Figura 5 – Modelos de circulación general

Los modelos de circulación general de la atmósfera pueden definirse como: “una representación del clima futuro que es internamente consistente, la cual ha sido construida empleando métodos basados en principios científicos y que puede ser utilizada para comprender las respuestas de los sistemas medio ambientales y sociales ante el futuro cambio climático”. Los “modelos de circulación general de la atmósfera”, son modelos numéricos que dividen a la atmósfera en capas, cada capa en una cuadrícula, generando así una retícula de celdas en tres dimensiones. Con datos de temperatura y presión, entre otras variables, en cada celda se estima cómo varían estos parámetros en el tiempo según las condiciones generales y los valores de las celdas vecinas, claro según principios físicos. Hoy en día, se dispone de modelos tan complejos que consideran no sólo la atmósfera, sino también la dinámica de los océanos, de la biosfera, y la criósfera (casquetes de hielo y nieve).

Los modelos, son capaces de procesar cascadas de datos que proceden de una red de estaciones, satélites y estaciones de control remoto cada vez más amplia para entregar pronósticos del tiempo precisos, aunque no exactos. La resolución espacial típica de los MCGs (300 km x 300 km) no permite considerar los forzantes del clima local (topografía, uso de suelo). Algunas veces, los impactos de las variaciones del clima global cobran características especiales muy particulares en regiones de topografía marcada, en islas o en regiones de contrastes en el uso de suelo, factores que generan circulaciones de mesoescala. Debido a que una resolución espacial de 300 km x 300 km no permite obtener detalles si queremos emplear un modelo para el estado de Michoacán, el Instituto Nacional de Ecología (INE) realizó una regionalización que permite el estudio de los modelos de circulación general a una resolución de 50 km x 50 km. Haciendo un análisis de los modelos regionalizados por el INE, obtuvimos que los MCGs que se asemejan al clima observado en Michoacán son los siguientes: CCCMA_T6 (Canadá), MIPIECHAM_5 (Alemania), ENSAMBLE (promedio multimodelo INE), MIROC3_HIRES (Japón), UKMO_HAD (Inglaterra). Cabe destacar que se estudiaron los 20 modelos para los escenarios A1B, A2 y B. Estos modelos de circulación general regionalizado permiten obtener las variaciones de temperatura mensual que tendremos en el Estado, así como el porcentaje de precipitación que caerá dentro de esta zona de estudio. La importancia de conocer esta variación en las temperaturas y precipitaciones es que a partir del estudio del comportamiento histórico de estas variables, podemos predecir mediante métodos estadísticos, cual será la cantidad de precipitación en Michoacán hasta el año 2099 y el aumento de temperaturas al mismo año. Es evidente que si se obtiene el grado en que afectará el cambio climático en el futuro, se podrán establecer medidas de anticipadas y así mitigar los efectos de fenómenos naturales como: inundaciones, huracanes y sequías, Figura 6; con la finalidad de evitar pérdidas humanas y fomentar la correcta explotación de recursos de nuestro estado. METODOLOGÍA Y RESULTADOS Para establecer una metodología que permita obtener series de precipitación y temperatura contemplando los efectos


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del cambio climático en una determinada zona de estudio, primeramente se debe realizar una comparación entre las temperaturas y precipitaciones para un periodo histórico, esto es: 2000–2010, contra las obtenidas por los modelos de circulación general de la atmósfera regionalizados.

Figura 6 – Efectos del cambio climático

Por medio de gráficos se observó cuales son los modelos más cercanos a las precipitaciones y temperaturas para el periodo histórico, para una región del estado de Michoacán. Resultando que la precipitación y temperatura histórica presenta un comportamiento similar al escenario A2 mencionado anteriormente, Figuras 7 y 8.

Figura 7 – Temperaturas para el escenario A2

Figura 8 – Precipitaciones para el escenario A2

De las figuras anteriores y con un análisis más detallado de la información, pudimos deducir que los modelos que más

se acercan a la información real de la región del estado de Michoacán son: el Modelo ENSAMBLE y el Modelo UKMO_HAD. Hay que destacar que el modelo ENSAMBLE, es una representación promedio de todos los MCG. A pesar que presenta un comportamiento similar a nuestra zona de estudio, consideramos que no evalúa eventos extremos (inundaciones y sequías); los cuales son muy importantes en un estudio de efecto de cambio climático. CONCLUSIONES Para establecer una metodología que permita obtener precipitaciones futuras que tengan en cuenta el efecto de cambio climático, en una determinada región del estado de Michoacán, primeramente se debe realizar una comparación entre las temperaturas y precipitaciones históricas contra las obtenidas por los modelos de circulación general de la atmósfera regionalizado. Es recomendable utilizar el periodo histórico enero 2000–diciembre 2009 para la creación de las series históricas de precipitación y temperaturas; posteriormente se comparan los porcentajes de precipitación y la variación de temperaturas históricas contra las calculadas con el MCG de estudio. Realizando un estudio detallado, pudimos observar que nuestro estado tiende al escenario climático “A2”, mientras que el modelo de circulación general de la atmósfera que mas se asemeja a las variables que presenta Michoacán, fue desarrollado en Inglaterra y se conoce como UKMO_HAD. Debido a que el cambio climático en nuestro estado es inminente, es de esperarse que exista una combinación de incremento de la temperatura y disminución de las lluvias, lo que se verá reflejado en que los ecosistemas de Michoacán sean más áridos de lo que son actualmente. El cambio climático tendrá impactos muy negativos en la producción agrícola y forestal del estado, además de tener también un impacto negativo en la flora y fauna silvestre. Lo anterior provocará que el nivel socioeconómico del Estado se encuentre en riesgo, ya que el 34% de la población vive de actividades relacionadas con el campo. Finalmente, consideramos que el cambio climático en el estado de Michoacán provocara un incremento promedio de la temperatura de 1.4ºC para el año 2030 y también habrá una disminución promedio de la precipitación del 8.8%. Como medida de prevención, podemos sugerir que se investiguen nuevas alternativas para cultivar en las zonas


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agrícolas del estado. Para la elección de dichos cultivos, se deben considerar plantas que necesiten menos agua para desarrollarse y sean más resistentes a temperaturas elevadas. Al tener zonas agrícolas que maximicen la utilización del agua de la región, se garantizará tener dotación para la generación de energía y el volumen necesario para distribuir a la población; de esta manera se mitigaran los cambios que el ciclo hidrológico sufre y se disminuirán los fenómenos naturales. RECONOCIMIENTOS Se agradece al Cuerpo Académico Gestión Integral del Agua, y al Departamento de Hidráulica de la Facultad de Ingeniería Civil de la UMSNH por el apoyo técnico brindado, así como al Consejo Estatal de Ciencia y Tecnología del Estado (COECyT) por el apoyo económico dentro del Programa Estancias de Investigación 2011. Especialmente se agradece a Joel Hernández Bedolla y a Constantino Domínguez Sánchez por su orientación e introducción al área de la investigación. BIBLIOGRAFÍA 1. Centro de Ciencias de la Atmósfera, UNAM. “Guía para la generación de escenarios climáticos a escala regional”. D.F., México, 2008. 2. Instituto Nacional de Ecología. INE/A1-006/2007. Pronóstico climático estacional regionalizado para la República Mexicana como elemento para la reducción de riesgo, para la identificación de opciones de adaptación al cambio climático y para la alimentación del sistema: cambio climático por estado y por sector. <http://zimbra.ine.gob.mx/escenarios/>. D.F., México, 2007. 3. Panel intergubernamental del cambio climático. Modelos de circulación general de la atmósfera. 4to. informe. <http://www.ipcc.ch>. Ginebra, Suiza, 2007. 4. Panel Intergubernamental del cambio climático. Modelos de circulación general de la atmósfera CCMA. 4to. informe. <http://www.cccma.bc.ec.gc.ca/>. Ginebra, Suiza, 2007.

5. Panel Intergubernamental del cambio climático. Modelos de circulación general de la atmósfera UKMO_HAD. 4to. informe. <http://www.ecmwf.int/research/demeter/general/docmodel/ingv.html>. Ginebra, Suiza, 2007.


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Algoritmos para la reducción de ruido en imágenes digitales

Carlos Alberto Júnez Ferreira1, Fernando Augusto Velasco Ávalos1 y Nelio Pastor Gómez1

1Profesor-investigador, Facultad de Ingeniería Civil, Departamento de Ciencias Básicas y Matemáticas, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Edificio A, Ciudad Universitaria, Avenida Francisco J. Mujica S/N, C.P. 58030, Morelia, Michoacán, México.

E-mail: [email protected], [email protected] y [email protected] En este artículo se presenta un algoritmo para la reducción de ruido impulsivo de alta densidad. La reducción de ruido es un área relevante y en constante evolución dentro del procesamiento de imágenes ya que prepara a éstas para procesos tales como la segmentación y el reconocimiento de objetos. Diversos trabajos se han presentado con la finalidad de reducir o eliminar ruido en imágenes, sin embargo no existen aún métodos que restauren la imagen de manera adecuada ante la presencia de ruido impulsivo de alta densidad. El algoritmo que se propone es adaptable en el sentido de que ajusta, de manera creciente, el tamaño de la ventana de filtrado y es selectivo con respecto a los pixeles por procesar. Los resultados obtenidos pueden ser considerados como buenos, tanto cualitativa como cuantitativamente, comparado con los algoritmos más populares para suprimir ruido. Cabe mencionar que el algoritmo propuesto tiene buen desempeño ante la presencia de ruido impulsivo del tipo sal y pimienta de alta densidad, lo que habla de su robustez. Palabras claves: algoritmos, gaussiano, imagen, impulsivo, ruido. INTRODUCCIÓN De manera común, se define a una imagen como la representación visual en un cierto dominio de una señal física adquirida mediante un dispositivo [1]. En el dominio bidimensional, una imagen puede ser modelada mediante una función de dos variables constituida por una distribución espacial de valores de intensidad en un plano [2]. Para fines de procesamiento y almacenamiento en una computadora, es necesario transformar la información continua en discreta, asumiendo que la imagen se puede representar mediante una matriz de coordenadas espaciales enteras mediante un proceso de digitalización. Digitalizar una imagen involucra dos pasos: muestreo y cuantización. Muestrear una imagen es el proceso de representar la imagen original continua y bidimensional con una rejilla que consta de pequeñas localidades. Un punto en la rejilla es llamado pixel. Cuantización es el proceso de asignar un valor entero a cada localidad (para una imagen en tonos de gris estos valores enteros se encuentran dentro del intervalo [0,255]). Una imagen que ha sido muestreada y cuantizada es llamada imagen digital.Una imagen I, de tamaño

, se representa como un arreglo bidimensional de puntos donde es el número de renglones del arreglo y es el número de columnas. Un pixel , tiene asociado un valor de intensidad (cuantizado a un valor entero) con la posición , en el arreglo.El conjunto de todas las posiciones de los pixeles en el dominio de la imagen se representa por Ω 1,… , 1, … , . En lo que respecta a las imágenes a color, existen diversos espacios o modelos, siendo el más empleado el modelo RGB (del inglés Red, Green, Blue), mediante el cual la imagen digital está representada por una matriz para cada uno de los colores. El objetivo de la visión computacional es desarrollar sistemas que puedan comprender o interpretar la

información presente en una imagen, describiendo las estructuras y propiedades de una escena del mundo real a través del uso de imágenes [1]. El procesamiento de imágenes es una de las herramientas con que cuenta la visión computacional y consiste en producir nuevas imágenes a partir de las imágenes originales, resaltando las características más deseables para ciertos fines. Uno de los objetivos de sus aplicaciones consiste en proporcionar una herramienta para el análisis de imágenes, tratando de obtener información y, a partir de ésta, formular conclusiones que incidan en la toma de decisiones o resolución de problemas. El procesamiento de imágenes se conforma por las áreas de transformación, descomposición, descripción, restauración, segmentación, detección de bordes y el reconocimiento de objetos en imágenes. La relevancia del procesamiento de imágenes en diversos campos ha estado creciendo de manera importante hasta nuestros días, teniendo numerosas aplicaciones en áreas como la industria, la militar y las ciencias biomédicas, entre otras. En particular, en el área de la ingeniería civil, el procesamiento de imágenes se ha aplicado sobre todo en experimentación y fotogrametría [3-6], sin embargo, su utilización en áreas como el control de calidad y otras es inexistente, lo que puede crear nuevas oportunidades de desarrollo. Con frecuencia, las imágenes digitales son alteradas por variaciones aleatorias indeseables en sus valores de intensidad, las cuales se conocen como ruido [7]. Entonces, se hace necesario desarrollar técnicas que permitan restaurar una imagen y que la preparen para procesos posteriores, tales como la segmentación y el reconocimiento de objetos. En este artículo se presentan algunas de las técnicas más utilizadas en la reducción de ruido y se hace una propuesta para restaurar imágenes con


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ruido de tipo impulsivo. RUIDO EN IMÁGENES La presencia de ruido se debe a diversos factores tales como el proceso de adquisición, compresión y transmisión de los datos, así como la ocurrencia de fenómenos en la escena de interés [8]. De manera general, un pixel de una imagen con ruido aditivo e independiente de la misma (también existe el de tipo multiplicativo, el cual no se tratará en el presente trabajo) puede ser representado como

, , (1)

donde , y , son los pixeles en la posición , de la imagen observada I y de la imagen original sin alterar I0, respectivamente, y es el ruido agregado cuyo valor es aleatorio. Existen diversos tipos de ruido, y entre los más comunes se encuentran el ruido gaussiano y el impulsivo. Ruido gaussiano El ruido gaussiano consiste en variaciones de la intensidad descritas por medio de una distribución gaussiana, con cierta desviación estándar o varianza y comúnmente con media igual a cero [7]. Es decir, en la expresión (1), cada muestra de ruido proviene de una distribución normal ~ 0, . El ruido gaussiano es un buen modelo para

muchos tipos de ruido debido a la superposición de diversos procesos individuales, lo cual se puede relacionar con el teorema del límite central, el cual establece que la suma de diferentes tipos de ruido tiende a tener una distribución próxima a la gaussiana. En la Figura 1(b) se muestra a la imagen de la Figura 1(a) con ruido gaussiano con desviación estándar =20. Ruido impulsivo En la teoría de señales, un impulso es un pico estrecho y alto con área finita, comúnmente igual a 1. En señales discretas un impulso unitario es una muestra unitaria definida como

0, 01, 0

(2)

En el área del procesamiento de imágenes, el ruido impulsivo es aquel que modifica solamente algunos pixeles con un cierto valor de intensidad, dejando los pixeles restantes inalterados [9]. Con base en lo anterior, un impulso puede ser definido como aquella observación que es inconsistente con los datos pertenecientes a su región o

vecindario. El ruido de tipo impulsivo se produce debido a fallas en sensores de los dispositivos de adquisición, a fallas en localidades de memoria o a interferencias en los canales usados para la transmisión. Un caso particular de ruido impulsivo, es el conocido como sal y pimienta, llamado así debido a su apariencia de puntos blancos y negros en la imagen, ya que los valores de intensidad de algunos pixeles cambian aleatoriamente a los valores máximo o mínimo del rango de intensidades y se cuantifica por el porcentaje o densidad (δ) de pixeles alterados. Las Figuras 1(c) y 1(d) muestran ejemplos de una imagen con ruido sal y pimienta con densidad δ=20% y δ=80%, respectivamente.

(a)

(b)

(c)

(d) Figura 1 –Imagen original (a),con ruido gaussiano ( =20) [b],con ruido

sal y pimienta (δ=20%)[c], con ruido sal y pimienta (δ=80%) [d]

El ruido sal y pimienta puede ser modelado como se describe a continuación: Sea , el valor de intensidad de un pixel en la


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posición , de una imagen, y sea , , i.e. , , para toda , ∈ Ω, el rango

dinámico de I0. Se define como I, con densidad δ, a la versión alterada con ruido sal y pimienta de I0, entonces, el valor de intensidad observado en la posición , de la imagen I está dado por

,

, 1 (3)

donde define la densidad de ruido total en la imagen, es la densidad de pixeles alterados con valor de intensidad mínimo y es la densidad de pixeles considerados ruido con valor de intensidad máximo. Medición del ruido Con la finalidad de cuantificar el daño que produce el ruido en una imagen se han definido diferentes maneras de medirlo, entre las que se encuentran el error medio absoluto (MAE), el error medio cuadrático (MSE), la relación señal-ruido (SNR) y la relación señal-ruido de pico, entre otras [8]. La relación señal-ruido de pico (PSNR), es la más ampliamente utilizada y define la relación entre la máxima energía posible de una señal y el ruido que afecta a su representación fidedigna. Se expresa generalmente en escala logarítmica, su unidad es el decibel (dB) y se puede expresar como

, 10,

(4)

donde corresponde al máximo valor de intensidad presente en la imagen y , , es el error medio cuadrático que se calcula con la expresión

, ∑ ∑ , , (5)

MÉTODOS DE REDUCCIÓN DE RUIDO El objetivo de los métodos de reducción de ruido es recuperar la imagen de la escena original (o la mejor aproximación posible a ésta) a partir de su versión con ruido, tratando de conservar o restaurar lo mejor posible los detalles existentes en la escena. Hasta la fecha, de la mano con la evolución de los sistemas de cómputo, una gran cantidad de métodos han sido propuestos con la finalidad de suprimir ruido en imágenes digitales, inclusive utilizando herramientas actuales para su implementación, tales como las redes neuronales, la computación evolutiva y las técnicas difusas. Cabe mencionar que, hasta el momento, no existe un método capaz de resolver el problema de supresión de ruido de manera general para todo tipo de ruido y en tiempos cortos debido

principalmente a la estructura propia de las diferentes clases de imágenes y del ruido presente en ellas, así como de las bases teóricas y modelos a partir de los cuales fueron desarrollados. Por los motivos anteriores, así como la combinación de técnicas diversas, tampoco se puede hablar de una clasificación generalizada de las metodologías seguidas para suprimir ruido. Filtrado gaussiano Una de las formas más simples para remover ruido es convolucionando la imagen con un kernel que represente un filtro, efectuando una operación de suavizado a través de un promedio pesado de los valores de intensidad de los pixeles vecinos, en el cual usualmente los pesos varían con la distancia existente entre éstos y el pixel central de la ventana del filtro. Los filtros gaussianos son una clase de filtros lineales de suavizado, cuyos pesos se definen de acuerdo con una función gaussiana [2][10]. El kernel gaussiano en dos dimensiones, con media igual a cero y desviación estándar , se puede expresar de la forma

, , (6)

De esta manera, la obtención de la imagen suavizada se puede expresar como

∗ (7) donde el símbolo * representa la operación de convolución y que, de manera discreta, en una ventana de tamaño

con 2 1, remplaza el valor del pixelen la posición , por medio de la operación

, ∑ ∑ , , , (8) El filtro gaussiano es considerado como un buen reductor de ruido, sin embargo, el empleo de filtros pasa-bajas provoca borroneo de los bordes y detalles de la imagen, lo que conduce al problema de la selección de escala (varianza o desviación estándar): a mayor escala, más atenuación del ruido, pero también más borroneo de los bordes y detalles. Difusión anisotrópica Un trabajo orientado a solucionar el problema del borroneo o desvanecimiento de los bordes fue presentado por Perona y Malik [11], cuya propuesta consiste en procesar la imagen con una ecuación diferencial parcial de suavizado similar a la ecuación de difusión de calor, conocida como difusión anisotrópica. La idea principal consiste en que dado un coeficiente de difusión diseñado para detectar bordes, el ruido puede ser removido sin el borroneo de


26

éstos. Se parte de la definición de la ecuación de difusión

, , , , , , ∆ (9) donde , , es el coeficiente de difusión, t es la escala,

es el gradiente, y ∆, el Laplaciano, con respecto a las variables espaciales x y y. El Laplaciano es empleado en la detección de bordes. Los filtros basados en el Laplaciano tienen una respuesta cero (o muy pequeña) en regiones uniformes o con poca variación y mayor en regiones no uniformes. De esta manera, la segunda derivada proporciona los máximos locales de los valores de gradiente, lo que permite la detección de los bordes. Esto quiere decir que en los puntos de bordes hay un pico en la primera derivada y por lo tanto hay un cruce por cero de la segunda, condiciones que se buscan en la solución del problema de detección de bordes. Ahora, se supone que se conocen las localidades de los bordes mediante una estimación Ey lo que se desea es suavizar dentro de la región y no en los bordes. Esto sería posible haciendo igual a 1 el coeficiente c al interior de cada región y 0 en los bordes, entonces el coeficiente de difusión se puede definir como función de la magnitud de la estimación

, , ‖ , , ‖ (10) donde la función tiene que ser monotónicamente decreciente y no negativa con 0 1. Perona y Malik propusieron una función considerando al gradiente de la imagen como una estimación E:

‖ ‖

(11) Esta propuesta proporciona buenos resultados solamente ante niveles muy bajos de ruido. Filtrado bilateral Tomasi y Manduchi[12] presentaron el filtrado bilateral, el cual se ha convertido en una técnica muy popular que proporciona buenos resultados (en el caso de ruido impulsivo genera un sobre-suavizado), la cual combina valores de pixeles con base en su cercanía geométrica o distancia y la similitud de sus intensidades, prefiriendo valores cercanos a aquellos distantes y promediando valores de intensidad con pesos que se encuentran en función de su similitud. En otras palabras, se remplaza el valor de intensidad de un pixel con un promedio de intensidades similares de pixeles cercanos:

, ∑ ∑ ∙ ∙ , (12)

donde es una constante de normalización y es una función de cercanía o distancia que opera en el dominio

espacial de la imagen y está dada por

, , , (13) La función de similitud opera en el rango de intensidades

, , ,, ,

(14) Los parámetros y controlan el nivel de suavizado. Medias no locales Buadeset al. [13], propusieron el algoritmo de medias no locales, soportado en la idea de que las imágenes contienen estructuras repetidas, y que promediando estas estructuras se puede reducir el ruido. Esto es, en lugar de usar promedios de valores de intensidad similares, este método promedia vecinos con vecindarios similares. Se define a un vecindario , centrado en el pixel con la posición , , de tamaño con 2 1, como el

conjunto

, , (15) con y . El valor restaurado , , es calculado como el promedio pesado de todos los pixeles de la imagen, es decir,

, ∑ ∑ , , , ∙ , (16) donde el peso , , , depende de la similitud

, , , entre los vecindarios centrados en las posiciones , y , , y satisface las condiciones 0 , , , 1 (17) y

∑ ∑ , , , 1 (18) La similitud entre los vecindarios es medida a través de la expresión

, , , ∑ ∑ , , (19) Los pixeles con vecindario similar a , tienen pesos más grandes dentro del promedio. Estos pesos se definen como

, , ,, , ,

(20)


27

donde es la constante de normalización

∑ ∑, , ,

(21) El parámetro actúa para definir el nivel de suavizado, es decir, controla el decaimiento de los pesos como función de las distancias. Este algoritmo brinda muy buenos resultados, sin embargo puede llegar a tener un alto costo computacional, además de que no funciona de manera adecuada ante la presencia de ruido impulsivo. Filtro mediana Es un filtro no lineal que remplaza el valor de intensidad de un pixel por el valor de la mediana de las intensidades del conjunto de pixeles de su vecindario , [9]. Lo anterior se puede expresar como

, , (22) donde , es la mediana del vector que contiene todos los valores de intensidad de los pixeles del vecindario

, . Los filtros basados en la mediana han sido ampliamente utilizados, debido a su capacidad de preservar bordes. Sin embargo, esto no siempre sucede en imágenes con alta densidad de ruido, ya que la gran mayoría de los pixeles, sobre los cuales se basa el cálculo de la mediana, están contaminados. Otra desventaja que puede presentar su empleo es que en ocasiones llegan a degradar la imagen en bordes curvos, esquinas o líneas delgadas. Filtro mediana ponderada Al emplear el filtro mediana simple, cada muestra de la ventana tiene la misma influencia en la salida. Sin embargo, en ocasiones es deseable dar mayor importancia a algunos pixeles en posiciones específicas dentro de la ventana, es decir, aquellos que por alguna razón puedan ser considerados más confiables. Esta idea condujo al desarrollo de los filtros de mediana ponderada [14]. Se define una operación de repetición del valor , veces ( entero) por medio del símbolo ◊, esto es,

◊ ,… ,

(23) Sea , el peso para el pixel en la posición , , entonces la salida del filtro de mediana ponderada se puede obtener mediante la operación

, (24) donde es el valor mediana del vector con los elementos

, ◊ , (25) con y . Filtros adaptables Este tipo de filtros se basan en estadísticas locales. Kuanet al. [15] propusieron un método basado en la mediana y la desviación estándar obtenida en una ventana. De esta manera, la fórmula para el filtrado de ruido impulsivo es

, , 1 , (26)

donde , es el valor de la mediana del vecindario centrado en , , es la desviación estándar del ruido y

es una estimación de la desviación estándar de la imagen original, la cual está dada por la mediana de las desviaciones absolutas con respecto a la mediana. ALGORITMO PARA REDUCIR RUIDO IMPULSIVO El algoritmo que se propone obtiene una estimación de la imagen restaurada usando un filtro basada en la mediana, cuyo tamaño de ventana (o vecindario) se ajusta a la información en la misma. Se sabe que, de acuerdo con el modelo definido en (3), los pixeles ruidosos toman valores del conjunto , . Entonces, el filtro se aplicará únicamente a los pixeles en las posiciones del conjunto , : , , (27) i.e. es el conjunto de los candidatos a ser pixeles ruidosos. Así también se define a como el conjunto de los pixeles no considerados como ruido. Comenzando con un tamaño de ventana mínimo , se define un vecindario , para el pixel ruidoso localizado en la posición , , posteriormente, todos los pixeles pertenecientes a este vecindario y considerados como no alterados son almacenados en un vector . Si este vector contiene al menos un elemento, entonces el pixel es remplazado por el valor de la mediana de los elementos de este vector, obteniéndose el valor de intensidad estimado

, . Si el vector está vacío, el tamaño de la ventana se incrementa, repitiéndose el procedimiento antes

descrito. Con este tipo de filtrado se considera la cercanía geométrica para la restauración, es decir, que es más probable que el valor de intensidad real del pixel ruidoso, sea parecido a alguno de los pixeles más cercanos. Si el tamaño se incrementa hasta un tamaño de ventana máximo

y el vector continúa vacío, el valor de intensidad es remplazado por la mediana de todo el vecindario. A continuación se muestra el algoritmo para restaurar el pixel en la posición , :


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Entrada: , , , , , , Salida: , si , ∈ ,

← hacer

← ← 1 /2

← hacer

← hacer si , ∉ ,

← ∪ , ← 1

mientras ← 1

mientras si

, ← termina hacer-mientras si no

← 2 mientras si

, ← , si no

, ← , EXPERIMENTOS La implementación del algoritmo propuesto se aplicó en la imagen de la Figura 1(a), la cual fue alterada con ruido gaussiano con =20 e impulsivo del tipo sal y pimienta, con densidades 20% y 80%. Los algoritmos con los que se compara son el Filtro Gaussiano (FG), Difusión Anisotrópica (DA), Filtro Bilateral (FB), Medias No Locales (MNL), Filtro Mediana Simple (FMS), Filtro de Mediana Ponderada (FMP) y Filtro Adaptable (FA). La implementación de todos los algoritmos fue realizada en MATLAB R2007b en una PC con procesador Intel Core2 Duo, 2.20 Ghz. El tamaño de ventana usado fue 5, en el caso del algoritmo propuesto 3 y 7. Para los filtros con parámetro de suavizado, esté fue de

=10. Las Tablas 1 a 3, muestran los resultados cuantitativos en términos de la Relación Señal-Ruido de Pico (PSNR) obtenidos de la implementación de los algoritmos, para los tres casos de ruido mencionados anteriormente. Las Figuras 2 a 4 muestran las restauraciones de todos los algoritmos para los mismos casos.

Tabla 1 – PSNR de la restauración de la imagen de la Figura 1(b) Algoritmo PSNR(dB)

FG 18.10 DA 23.31 FB 20.88

MNL 19.92 FMS 24.65 FMP 22.32 FA 21.88

Propuesta 22.22

Tabla 2 – PSNR de la restauración de la imagen de la Figura 1(c)

Algoritmo PSNR(dB) FG 17.45 DA 17.81 FB 19.48

MNL 19.77 FMS 24.44 FMP 30.13 FA 21.78

Propuesta 30.40

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

(g) (h) Figura 2 – Restauración de la Figura 1(b) con el algoritmo FG (a), DA (b),

FB (c), MNL (d), FMS (e), FMP (f), FA (g), Propuesta (h)

Se puede observar que en los casos de ruido sal y pimienta, el algoritmo propuesto brinda los mejores resultados, tanto cuantitativa como cualitativamente, esto se debe a que el tamaño de ventana y la selección de pixeles no sobre-borronean las regiones. En el caso de la imagen con ruido gaussianola propuesta proporciona también buenos resultados, sin embargo es superado por la difusión


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anisotrópica, el filtro mediana simple y el filtro mediana ponderada.

Tabla 3 – PSNR de la restauración de la imagen de la Figura 1(d) Algoritmo PSNR(dB)

FG 13.08 DA 9.38 FB 13.17

MNL 12.80 FMS 11.89 FMP 11.43 FA 12.15

Propuesta 22.83

CONCLUSIONES Se han revisado los métodos más populares dentro del área de la reducción de ruido y presentado un algoritmo con buen desempeño en la reducción de ruido impulsivo del tipo sal y pimienta de alta densidad. Este algoritmo adapta el tamaño de la ventana de filtrado y es selectivo en cuanto a los pixeles por procesar. Lo anterior permitirá preparar una imagen para su utilización en áreas de oportunidad de desarrollo como la fotogrametría, el control de calidad y otras de relevancia para la ingeniería civil.

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

(g) (h) Figura 3 – Restauración de la Figura 1(c) con el algoritmo FG (a), DA (b),


(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

(g) (h) Figura 4 – Restauración de la Figura 1(d) con el algoritmo FG (a), DA (b),


BIBLIOGRAFÍA 1. Muñoz, X. “Imagesegmentationintegrating color, texture and boundaryinformation”. PhD. Thesis, Universitat de Girona, España, 2002. 2. Jain, R yKasturi, R.Machine Vision. 1ª edición. Ed. McGraw-Hill. USA, 1995. 3. Baussart, M. “Photogrammetry and civil engineering in France”. The photogrammetric record, vol. 6, pp. 6-17, 1968. 4. Derenyi, E. Photogrammetry for civil and forest engineers, University of New Brunswick, Canada, 1982. 5. Kraus, K. “Modern photogrammetric technology focusing civil engineering”. Photogrametria, vol. 41, pp. 31-41, 1986. 6. Hampel, U. “Crack detection during load tests in civil engineering material testing with digital closed range photogrammetry-algorithms and applications”. Intenational archives of photogrammetry, remote sensing and spatial information, vol. 38, 2010.


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7. González, R.Digital imageprocessing. 1ª edición. Ed. Prentice-Hall. USA, 2001. 8. Chacón, M.Procesamiento digital de imágenes. 1ª edición. Ed. Trillas. México, 2007. 9. Astola, J.Fundamentals of nonlinear digital filtering. 1ª edición. Ed. CRC Press. USA, 1997. 10. Russ, J.Theimageprocessinghandbook. 3ª edición. Ed. CRC Press. USA, 1999. 11. Perona, P. y Malik, S. “Scale-space and edge detection using anisotropic diffusion”. IEEE Transactions on Image Processing, vol. 6, nº 2, pp. 629-639, 1990. 12. Tomasi, C. y Manduchi, R. “Bilateral filtering for gray and color images”. In proc. IEEE international conference on computer vision, pp. 839-846, 1998. 13. Buades, A.; Morel, J. y Coll, B. “A non-local algorithm for image denoising”.In proc. IEEE computer society conference on computer vision and pattern recognition, vol. 2, pp. 60-65, 2005. 14. Brownrigg, D. “The weighted median filter”. Communications of the ACM, vol. 27,nº 8, 1984. 15. Kuan, D.T; Sawchuck, A.; Strand, T. y Chavel, P. “Adaptive noise smoothing filter for images with signal-dependent noise”. IEEE Transactions on pattern analysis and machine intelligence, vol. 7, pp. 165-177, 1985.


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Transporte deficiente, estructura e infraestructura vial inadecuada

Efraín Márquez López1, Julio Alejandro Chávez Cárdenas1 y Mario Salazar Amaya1

1Profesor-investigador, Facultad de Ingeniería Civil, Departamento de Vías Terrestres, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Edificio A, Ciudad Universitaria, Avenida Francisco J. Mujica S/N, C.P. 58030, Morelia, Michoacán, México.

E-mail: [email protected], [email protected] y [email protected] Las ciudades son dinámicas y su desarrollo urbano no siempre es ordenado y planificado. Los servicios demandados por los habitantes son insuficientes o deficientes. Un caso es el transporte y la movilidad de las personas en la ciudad de Morelia, Michoacán. El presente artículo es una reflexión sobre el transporte deficiente de personas en la ciudad de Morelia. Su presentación tiene más bien un carácter narrativo, comparando las vialidades de ayer con las vialidades de hoy en términos de facilidad de circulación. Son muchos y complejos los factores que interactúan en la movilidad urbana, pero en este documento se hace referencia a dos: la estructura y la infraestructura vial. Se concluye que el transporte de personas está lejano de ser óptimo y no satisface las necesidades de desplazamientos oportunos, al no operar sistemas de transporte de calidad y sustentable, al carecer de una estructura e infraestructura vial que sea moderna e integrada a una red de comunicación terrestre urbana y metropolitana. Palabras claves: estructura, infraestructura, movilidad, transporte, servicios. INTRODUCCIÓN El transporte de las personas, en unidades automotoras de carácter público o privado, debe ser de calidad. Y para que sea de calidad, debe cumplir con las características de seguridad, eficiencia y comodidad. La eficiencia implica a la vez que sea suficiente, oportuno y adecuado. El transporte en general, y en particular el de las personas, es un problema complejo porque en él inciden además de los diferentes niveles de gobierno, aspectos de índole técnico, político, social y, adosado a ello, lo económico. En lo técnico, debe incluir estudios de ingeniería de tránsito, gestión de pavimentos y mantenimiento vial, impacto al medio ambiente y estudios del transporte público de pasajeros. De los estudios técnicos, uno de ellos considera la estructura vial y la infraestructura asociada al transporte en sus diferentes modalidades, incluyendo la no motorizada. El objetivo del presente artículo es hacer énfasis en que, en el contexto de las políticas de un desarrollo sostenido y los programas de planeación y desarrollo urbano, es necesaria una gestión para la modernización de la estructura vial y el mejoramiento de su infraestructura, de manera que se puedan racionalizar los desplazamientos y optimizar las condiciones de su operación en beneficio del transporte y en consecuencia de la sociedad usuaria.

LAS VIALIDADES DE ANTES, LAS VIALIDADES DE HOY Calles empedradas o de tierra se orientan en una traza reticular hacia los cuatro puntos cardinales. Con holgura, carruajes, jinetes y personas transitan sobre ellas, sin que exista un conflicto de espacio entre usuarios, ni problemas en el tránsito o de rutas para llegar a su destino. Es la ciudad de Valladolid antes de la mitad del siglo XIX; es la ciudad de Morelia antes de la quinta década del siglo XX. En la Fotografía 1 se muestra esa ciudad del siglo XIX.

Fotografía 1 – Calles de aquellos tiempos

La vida agitada la vivían muy pocas personas, el denominado estrés citadino se desconocía y los grandes recorridos urbanos no existían. Existían problemas y conflictos sociales, pero no una disputa casi permanente por el uso de la vía pública. A partir de la mitad del siglo pasado la ciudad de Morelia inicia su transformación con una dinámica de crecimiento de la población y de su mancha urbana no acorde con la oferta de servicios, incluyendo el transporte y las vías que


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lo faciliten. En la Fotografía 2 se muestra la ciudad de Morelia a mediados del siglo pasado, es el inicio modernizador de un transporte colectivo de pasajeros y de vialidades pavimentadas. A partir de entonces también se inicia ese acelerado y característico crecimiento más bien desordenado que se acentúa al paso del tiempo.

Fotografía 2 – La modernidad inicia

En la misma ciudad y en estos tiempos tenemos otra cosa. En la radio se escucha una voz que proporciona información vial en un formato acartonado: “El tránsito vehicular es complicado: el flujo de vehículos avanza lentamente. Se tienen problemas de circulación sobre la avenida Camelinas a la altura de la Casa de Gobierno; protestan por... Le sugerimos tome vías alternas. Informó para usted Vianey Almanza. Que tenga un excelente día”. Lo que dice Vianey pueden ser estrategias de comercialización radiofónica, pero como se ve en la Fotografía 3, esta es en días normales, la realidad vial en el Morelia de hoy.

Fotografía 3 – El mismo lugar, tiempos actuales

Es el Morelia de hoy, donde la movilidad de la personas es difícil. Los problemas de transporte se manifiestan aquí y allá y se vuelven cotidianos durante 12 horas del día, por lo menos. Aumentan los congestionamientos, la contaminación, la inseguridad y los problemas de salud.

La problemática del transporte se convierte en pérdida de tiempo, dinero y bienestar. Hay una lucha de uso de la vía pública y premura por llegar a los destinos. La Fotografía 4 muestra esa lucha de espacio y tiempo.

Fotografía 4 – Lucha de espacio y tiempo

Hay conflicto en el transporte. Contar con un ordenado sistema de transporte con características de eficiencia energética y ambiental, implica asumir seria y comprometidamente la responsabilidad que nos compete. La solución a la problemática en el transporte es compleja, porque inciden los diferentes niveles de gobierno, concesionarios y usuarios. Porque se entrelazan aspectos de índole técnico, político, social y, adosado a ello, lo económico. Veamos parte del enfoque técnico. Entonces, el transporte público en la ciudad de Morelia y áreas conurbadas no es de calidad. Éste es el problema. Un transporte de calidad debe ser seguro, cómodo, eficiente y sustentable. Consideremos sólo la eficiencia. LA EFICIENCIA DEL TRANSPORTE Escuchamos con frecuencia, entre otras, las siguientes expresiones: “Hago 45 minutos de mi casa al trabajo”, “Todas las combis vienen llenas”, “Esperé media hora y la combi no pasó”, “El camión me llenó de humo”, “La combi se para donde quiere”, “El transporte no entra a mi colonia”. La eficiencia implica un servicio suficiente, oportuno y adecuado. La suficiencia se caracteriza por los parámetros de la oferta y la demanda, y por indicadores de cobertura, derroteros y trayectorias. Lo oportuno: por la frecuencia de paso, tiempos de recorrido y tiempos de ascenso y descenso de pasaje. Lo adecuado: por ser sustentable, por el costo de operación y del transporte, por la atención al usuario y por la imagen del operador o prestador del servicio. Muchos de los parámetros mencionados no se cumplen. La sustentabilidad no se cumple porque no implica un


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desarrollo con equidad económica y social y no se da en armonía con el espacio (ambiente) y el tiempo (para hoy y mañana). En la Fotografía 5 se ve un transporte altamente contaminante. En consecuencia el servicio del transporte no es de calidad.

Fotografía 5 – Un transporte contaminante

LA ESTRUCTURA VIAL URBANA Mejorar el flujo vehicular y lograr la eficiencia en el servicio del transporte, requiere mejorar otros elementos asociados. Uno de estos elementos es la estructura vial urbana y suburbana. La estructura vial es el tejido o red que forman las vialidades existentes. La estructura vial se conforma en el proceso dinámico de la expansión urbana; debe facilitar la accesibilidad a las zonas marginadas y responder a las tendencias del desarrollo urbano, que debe ser moderno, sustentable, eficiente y con respeto a la imagen arquitectónica de su Centro Histórico. La urbanización y la estructura vial, en el caso de Morelia, conlleva tres componentes geométricos que contribuyen a la deficiencia del transporte: las dimensiones de las calles, la traza irregular y discontinua, y, una cobertura insuficiente. Los derroteros son erráticos, las rutas y trayectorias son sinuosas. La estructura vial no establece una jerarquía precisa. La denominada red primaria actual es fácilmente identificable; son vialidades que reciben ese nombre por ser popularmente conocidas y no por sus capacidades y niveles de servicio. En la Figura 1 se identifican las vialidades que conforman, de acuerdo al Programa de Desarrollo Urbano del Centro de Población de Morelia (PDUCPM), la estructura de la red vial primaria. Mencionemos las características de una de ellas. Por ejemplo, la Avenida Solidaridad: poco honor hace a su nombre de avenida, pues debería tener cuatro o más carriles de circulación en ambos sentidos y, en su caso, faja separadora central, camellones laterales y accesos controlados. Sin embargo, es más bien una vialidad secundaria de sección transversal variable y desarrollo discontinuo, múltiples intersecciones con conflictos vehiculares y muchos obstáculos a la circulación vehicular.

La estructura vial de la Morelia actual no responde a un sistema moderno e integrado. Ni corresponde a una red bien articulada entre vialidades colectoras, secundarias, primarias, interurbanas y metropolitanas. Carece de conectividad: no existen circuitos y vialidades periféricas como estructura de las comunicaciones y el transporte. No se tienen corredores que enlacen los diferentes elementos urbanos y articulen el equipamiento y los servicios. Existe ausencia de avenidas amplias y seguras que comuniquen e integren a los más recientes asentamientos humanos y áreas de crecimiento urbano.

Figura 1 – Red vial primaria

En la Figura 2 se muestra la actual estructura vial de la ciudad de Morelia, en la cual no se identifican periféricos que realmente funcionen como tales, circuitos metropolitanos o un sistema ciclovial.

Figura 2 – Estructura vial de Morelia

El transporte público de pasajeros no cumple con los estándares de calidad, consecuencia, entre otros factores, de la estructura del sistema vial en la zona urbana y conurbada de Morelia. Aunado a la estructura vial, se suma también un inadecuado equipamiento e insuficiente infraestructura asociada al transporte: distribuidores viales, puentes peatonales y de otro tipo. La construcción de obras viales y el mejoramiento del servicio de transporte deben establecer prioridades y congruencia entre los componentes siguientes:


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entre los instrumentos de planeación y la estructura e infraestructura vial y el transporte de personas; y, entre la infraestructura vial y el medio ambiente. Bajo este esquema, la referencia inicial para mejorar la eficiencia del transporte es hacer realidad lo que establece el Programa de Desarrollo Urbano del Centro de Población de Morelia (2010) [2], en particular, lo que concierne a los nuevos desarrollos y asentamientos humanos, y la estructura vial propuesta y, en función también, de lo que establece el Programa Sectorial de Vialidad y de Transporte. BIBLIOGRAFÍA 1. Gobierno del Estado de Michoacán de Ocampo. Código de Desarrollo Urbano del Estado de Michoacán de Ocampo. 2. H. Ayuntamiento de Morelia. Programa de Desarrollo Urbano del Centro de Población de Morelia (PDUCPM), 2010. Morelia, Michoacán. 3. Márquez, L.E.; Salazar, A.M. y Chávez, C.J.A. Estudio del transporte público colectivo de pasajeros en sus modalidades de urbano, urbano y suburbano, suburbano, colectivo urbano, colectivo urbano y suburbano y colectivo suburbano, así como el ingreso y recorrido de las rutas foráneas a la zona urbana por los distintos accesos a la misma, para definir trayectorias de recorrido y crecimiento de las rutas en la ciudad de Morelia, Michoacán. Facultad de Ingeniería Civil de la UMSNH, COCOTRA de Gobierno del Estado y el Centro SCT de Michoacán. 2010. 4. Molinero, M.A. y Sánchez, A.I. Transporte Público. Planeación, Diseño, Operación y Administración. UAEM. 1997.


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Diagnóstico sobre el conocimiento y uso de software para la gestión de recursos hídricos

Constantino Domínguez Sánchez1 y Alejandro García Concha2

1, 2Profesor-investigador y estudiante, respectivamente, Facultad de Ingeniería Civil, Cuerpo Académico de Gestión Integral del Agua, Departamento de Hidráulica, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Edificio H, Ciudad Universitaria, Avenida Francisco J.

Mujica S/N, C.P. 58030, Morelia, Michoacán, México. E-mail:[email protected]

La disponibilidad de acceso a los equipos de cómputo y a las herramientas informática para la evaluación y selección de alternativas para la gestión de recursos hídricos e infraestructura hidráulica hoy día es más fácil. De ahí el interés de las instituciones de enseñanza y de investigación en ofertar programas que involucren el conocimiento y manejo de tales herramientas, que formen profesionistas especializados para trabajar y desarrollarse en el gobierno del ámbito federal, estatal y municipal. Es así que se tuvo a bien realizar una encuesta con la finalidad de conocer el interés y necesidad en el manejo de estas herramientas informáticas a estudiantes de los últimos semestres de la carrera de ingeniería civil y a ingenieros civiles que trabajan en dependencias de gobierno del ámbito federal y estatal. Los resultados se muestran en el presente trabajo. Palabras claves: gestión, infraestructura, programas, recursos hídricos, software. INTRODUCCIÓN Es interés de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo el ofrecer programas de nivel superior y de posgrado que aseguren el conocimiento y manejo de herramientas que garanticen la formación de profesionistas especializados. Es así que el Departamento de Hidráulica tuvo a bien realizar una encuesta con la finalidad de conocer el interés y necesidades de uso y manejo de herramientas informáticas para la evaluación y selección de alternativas para la gestión de los recursos hídricos e infraestructura hidráulica. Dicha encuesta estuvo dirigida a estudiantes de los últimos semestres de la carrera de ingeniería civil, a egresados y profesionistas que trabajan en dependencias de gobierno del ámbito federal y estatal asentadas en la ciudad de Morelia, Mich. Se realizaron cinco preguntas relacionadas con el conocimiento y manejo de herramientas informáticas en su trabajo. Los resultados se muestran en el presente trabajo. Con tales resultados el Departamento de Hidráulica podrá proponer la actualización de la temática de los programas, recomendar el uso de software y ofertar cursos e implementar programas de posgrado del tipo especialidad y/o maestría. MATERIALES Y MÉTODOS Con la finalidad de conocer el grado de conocimiento y del manejo de software útil para la gestión de los recursos hídricos y para el diseño de infraestructura hidráulica se levantaron encuestas dirigidas a los alumnos de los últimos semestres de la carrera de ingeniería civil y a los ingenieros

civiles que trabajan en dependencias de gobierno, del ámbito estatal y federal, ubicadas en la ciudad de Morelia. La encuesta a estudiantes se realizó a alumnos de los semestres octavo y décimo de la carrera de ingeniería civil de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. En tanto que en el ámbito del gobierno se realizaron a profesionistas que trabajan en la Comisión Estatal del Agua y Gestión de Cuencas, en la Delegación Estatal de la Secretaría Comunicaciones y Transportes y en la Delegación Estatal de la Comisión Nacional del Agua. Las preguntas realizadas a los encuestados fueron las relacionadas con el conocimiento, manejo y uso del software relacionado con los recursos hídricos e infraestructura hidráulicay de su interés y disponibilidad de tiempo para el aprendizaje de las herramientas propuestas. En cuanto al software propuesto se mostró una lista y descripción de las herramientas con mayor frecuencia utilizadas y que su disposición es libre. Algunos de ellos se indican a continuación:HECRAS, HEC GEORAS, HEC HMS, HEC GEOHMS, EPANET, QUAL2, ARCVIEW, ARCHYDRO, WASP, MODFLOW. RESULTADOS A continuación se presentan los resultados obtenidos a partir de laspreguntas realizadas en la encuesta de los cuatro sectores entrevistados. a) Encuesta realizada a los 105 estudiantes de los

últimos semestres de la carrera de ingeniería civil.


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1. ¿Conoces algún software para la gestión del agua? Figura 1.

Figura 1 – Porcentaje de conocimiento de softwareen general

2. ¿Conoce o ha tenido contacto con el manejo del software

que a continuación se enlista? Figura 2.

Figura 2– Porcentaje de conocimiento de softwareen particular

3. ¿Considera necesario manejar ese software en su

trabajo? Figura 3.

Figura 3 – Porcentaje de requerimiento de softwareen el

trabajo 4. ¿Está interesado en el manejo de alguno de estos

Software? Figura 4.

Figura 4– Porcentaje de interés en manejar software

b) Encuesta realizada a 10 profesionista que trabajan en

la Comisión Estatal del Agua y Gestión de Cuencas. 1. ¿Conoces algún software para la gestión del agua?

Figura 5.

Figura 5 – Porcentaje de conocimiento de softwareen

general 2. ¿Conoce o ha tenido contacto con el manejo del software


Figura 6 – Porcentaje de conocimiento de softwareen particular


trabajo? Figura 7.


37

Figura 7 – Porcentaje de requerimiento de softwareen el trabajo

4. ¿Está interesado en el manejo de alguno de

estossoftwares?Figura 8.

Figura 8 – Porcentaje de interés en manejar software c) Encuesta realizada a 24 profesionista que trabajan en

la Comisión Nacional del Agua. 1. ¿Conoces algún software para la gestión del agua?

Figura 9.


general 2. ¿Conoce o ha tenido contacto con el manejo del software



particular 3. ¿Considera necesario manejar ese software en su

trabajo? Figura 11.

Figura 11 – Porcentaje de requerimiento de softwareen el trabajo

4. ¿Está interesado en el manejo de alguno de estos

softwares? Figura 12.



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d) Encuesta realizada a 16 profesionista que trabajan en la Delegación de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes

1. ¿Conoces algún software para la gestión del agua?Figura

13.

Figura 13 – Porcentaje de conocimiento de softwareen general

2. ¿Conoce o ha tenido contacto con el manejo del software

que a continuación se enlista?Figura 14.

Figura 14 – Porcentaje de conocimiento de softwareen particular


trabajo? Figura 15.

Figura 15– Porcentaje de requerimiento de softwareen el

trabajo

4. ¿Está interesado en el manejo de alguno de estos softwares? Figura 16.


5. ¿Si está interesado en el manejo de alguno de estos

softwares? Indique el turno y el rango de horas disponibles. Figura 17.

Figura 17– Porcentaje de disposición de tiempo

CONCLUSIONES En términos promedio las muestras levantadas definen que el 53.38% conoce el software relacionado en tanto que el 46.62% no, en cuanto a la utilidad de estas herramientas en el trabajo el 76.26% la reconoce, mientras que el 17.38% no y el 9.36%, no sabe o no contesta. Así el 80.77% muestra interés en aprender el manejo del software listado, en tanto que el 19.33% no. En cuanto a la disponibilidad de tiempo para asistir a cursos relacionados con el manejo de estas herramientas el 45.48%, prefiere el fin de semana, el 41.08% tiene preferencia por los turnos vespertinos, mientras que el 15.74% se decanta por el turno matutino, el 12.2% no opina. Del diagnóstico anterior se concluye que es necesario implementar cursos sobre el uso de software, tanto para estudiantes como profesionistas. También surge la necesidad implementar posgrado, especialidad y diplomados en el área de la hidráulica para satisfacer la demanda de aprendizaje en el área de la gestión de recursos hídricos.


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Como hacer una cartografía geomorfológica para la inestabilidad de taludes

Eleazar Arreygue Rocha1, Carlos Chávez Negrete1 y Jorge Alarcón Ibarra2

1Facultad de Ingeniería Civil, Laboratorio de Materiales, 2 Facultad de Ingeniería Civil, Departamento de Vías Terrestres, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Edificio A, Ciudad Universitaria, Avenida Francisco J. Mujica S/N, C.P. 58030, Morelia,

Michoacán, México. E-mail: [email protected], [email protected] y [email protected]

En este trabajo se hizo una revisión bibliográfica de la cartografía más usada y aplicada a la inestabilidad de taludes, encontrándose una gran gama de posibles soluciones y formas de interpretarlos, ya que cada país tiene su estilo. Para la representación cartográfica se está proponiendo una metodología que facilita la realización e interpretación de cartas que contengan los procesos de la inestabilidad de taludes. Hasta hace algunos años no existían leyes universales para los eventos influenciados por el agua o que sean activados por la gravedad o algún sismo, en este trabajo se presentan estas leyendas de utilidad para quienes elaboren este tipo de cartografía. Para ejemplificar mejor la metodología y la aplicación de leyendas se presenta una carta en la que están representados diferentes tipos de deslizamientos en masa. Palabras claves: Cartografía, geomorfología, inestabilidad de taludes, mapa, a detalle. INTRODUCCIÓN La exigencia de representar en un plano la distribución de cuerpos inestables de suelos o roca, fenómenos de gran relevancia social además de científica, no es nuevo. Un ejemplo de estas representaciones fue publicado en el siglo XVIII (Cotecchia et al. 1969); en él se reportan la inestabilidad de taludes, así como los lagos que se formaron en un río después de un deslizamiento en masa producido en un área de la Calabria meridional (Italia), después del terremoto de 1783. El primer trabajo regional fue realizado por Almagià (1910) el cual, en un amplio documento todavía rico de interés, ha reproducido en escala 1:500,000 todas las principales áreas de inestabilidad de taludes clasificándolas según las dimensiones y la tipología sobre la base de observaciones de campo. En los años sucesivos numerosos mapas del mismo género se publicaron en Inglaterra, Italia, Francia, Alemania, etc.; como ejemplo tenemos la cartografía de grandes deslizamientos en los depósitos Pleistocénicos del Río Columbia (Estados Unidos), la cobertura sistemática a escala 1:25,000 de todo el territorio Checoslovaco realizada entre los años 60’s y 70’s (Pasek et al. 1977). Los documentos mencionados realizados en escalas diferentes, presentan una notable heterogeneidad, proporcionando a veces, junto a las representaciones de los deslizamientos, un cierto número de información suplementaria como los datos sobre la tipología de los fenómenos, sobre su estado de actividad, sobre la litología y sobre el arreglo estructural del substrato del área, sobre la naturaleza de las formaciones superficiales, sobre los cortes

en taludes y sobre otras condiciones ambientales significativas (Figura 1).

Figura 1 – Inestabilidad de taludes en

diferentes tipos de materiales Los trabajos que reportan esta información pueden resultar particularmente útiles ya que, además de indicar la


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distribución espacial y la tipología de los fenómenos, permiten efectuar consideraciones sobre la manifestación potencial de los mismos y de realizar hipótesis, muy generales, sobre las condiciones de la estabilidad de taludes. La representación conjunta de la inestabilidad de taludes, la litología del substrato y la pendiente del talud se ha utilizado como base para la realización de mapas de los fenómenos potenciales (Civita et al. 1973; Corniello et al. 1980). Sin embargo algunos límites implícitos en estas metodologías, tienen el mérito de ser el primer intento de elaborar algunas cartas de la inestabilidad de laderas de manera simple y estandarizada. Metodologías cartográficas fundadas sobre criterios simples de zonificación, sostenidas por valuaciones sintetizadas efectuadas sobre el terreno por el operador, han sido elaboradas en el ámbito del Servicio Geológico de Italia (Brugner y Valdinucci, 1972) y en otros países, tales como Francia, Inglaterra y Suiza etc., donde son la base de proyectos nacionales de cartografía de la inestabilidad de taludes (Varnes, 1984). Entre las metodologías de zonificación de la inestabilidad propuestas por investigadores italianos recordamos también aquélla de Papani y Tellini (1973), en la cual se toman en consideración datos relativos a la litología, a la relación entre yacimiento de los estratos y topografía, a la pendiente de los taludes y al tipo de cobertura vegetal, elaborando para cada uno de ellos un documento específico en el cual se reporta la difusión en el área de sus diversas ocurrencias más o menos desfavorables. De la superposición de los planos mencionados vienen entonces obtenidas, por simple sumatoria de los diversos datos, zonas de diferente capacidad de deslizamiento en masa. Los métodos de los cuales se ha hecho referencia hasta ahora tienen la indudable ventaja de ofrecer a los usuarios documentos cartográficos en los cuales el territorio resulta descompuesto en áreas distinguidas por valores numéricos de la capacidad de movimientos potenciales. Éstos, sin embargo, pueden resultar algo peligrosos en la práctica, sobre todo si se trata de cartas a gran escala, que pueden dar una imagen ilusoria de simplicidad en una realidad natural bastante más compleja. Estos métodos pueden tener un empleo más apropiado en escalas a medio detalle (1:50,000 – 1:200,000) que a pesar de proporcionar un primer cuadro general de las características del territorio, están muy distantes de sugerir a los usuarios su uso particular para actividades directamente operativas.

LA CARTA GEOMORFOLOGICA A DETALLE Un acercamiento diferente al conocimiento de la capacidad de la inestabilidad del territorio es el basado sobre cartografía geomorfológica a detalle consistente en una clasificación objetiva y sistemática de las zonas inestables y de los depósitos superficiales presentes en el área examinada. Esta metodología ha iniciado a ser utilizada alrededor de los años 50’s en Polonia, difundiéndose rápidamente en diferentes países, y alcanzando en algunos casos un notable desarrollo metodológico y riqueza de publicaciones (Paulissen, 1973; Leser y Stablien, 1978). La carta geomorfológica a detalle se debe elaborar a una escala comprendida entre 1:5,000 y 1:50,000 (Demek, 1976), es decir con un detalle tal de permitir la representación de las formas ligadas con los fenómenos morfodinámicos que afectan laderas, el fondo de valles, planicies y costas (morfografía). Ésta debe además proporcionar información adecuada a las dimensiones de las formas que están, hasta lo posible, reportadas en escala (morfometría), sobre su origen (morfogénesis) y sobre su edad (morfocronología). En las cartas geomorfológicas a detalle, pueden además presentarse otros datos relativos a factores considerados como significativos para la morfogénesis del área; según los casos se reporta información sobre las condiciones lito-estructurales del substrato, sobre características litológicas y sedimentológicas de la cubierta, sobre la hidrología (presencia y profundidad de acuíferos, gastos de manantiales, etc.), sobre la inclinación de las laderas, sobre cobertura vegetal, etc. Los documentos escritos pueden realizarse de acuerdo a dos orientaciones principales dirigidas a poner en evidencia, por una parte, la evolución del área considerada en tiempos geológicos, y por otra parte, la tipología y la actividad dinámica de los procesos morfogenéticos recientes. Las primeras examinan sobre todo las etapas evolutivas del relieve, reconstruyendo las secuencias morfológicas y evidenciando los factores principales, de entre ellos principalmente las condiciones climáticas sucedidas en el pasado y la actividad geotectónica local. Estas cartas encuentran la mejor realización en escalas menores de 1:20,000, de tal forma que permiten la visión del conjunto de elementos morfológicos de referencia, como las superficies de erosión en las cimas, rellenos orográficos y terrazas de aluviones y marinas, reconociendo las eventuales deformaciones tectónicas posteriores a su modelado.


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Las cartas del segundo tipo consideran en cambio principalmente los fenómenos morfogenéticos conexos con las condiciones climáticas actuales y con las acciones antrópicas; la actividad geotectónica se considera exclusivamente en relación a sus manifestaciones más violentas con efectos directamente generados sobre el terreno (fallas activas y sismos). Este último acercamiento resulta particularmente adecuado para elaborar cartas geomorfológicas de tipo aplicativo. Estas representaciones requieren escalas de mayor detalle, y por lo general nunca inferiores a la escala 1:25,000, de tal manera que se reporte con la seguridad necesaria las formas y los depósitos relacionados con los procesos morfo-evolutivos que afectan o han afectado laderas o taludes, valles, planicies y costas. A diferencia de lo que se espera para las cartas del primer tipo, en este caso las representaciones de la litología y de la base estructural del substrato asumen una importancia fundamental los documentos cartográficos (Dramis et al. 1979). La observación integrada de lo que está representado en el plano geomorfológico a detalle proporciona un cuadro complejo de la morfogénesis actual del área considerada, permitiendo comunicar entre ellos formas, procesos y factores diferentes y de realizar previsiones razonables sobre la evolución espacio temporal de los fenómenos individuales. La notable cantidad de información que debe existir en el plano geomorfológico y la gran variación de las situaciones ambientales por representar vuelven extremadamente problemática la adopción de una leyenda que satisfaga completamente todas las situaciones y todas las finalidades. Sin embargo los notables progresos logrados a nivel internacional (Demek, 1972) para lograr una leyenda unificada que, sin hacer demasiado pesada la legibilidad del plano, pueda proporcionar toda la información necesaria está todavía lejos de alcanzarse. Todas las leyendas actualmente en uso, no consideran suficientemente algunos aspectos, por ejemplo la cronología de la forma, la morfometría, la morfogénesis, la litología de las formaciones superficiales o del substrato (Figura 2).

Figura 2 – Cartografía sobre los peligros geomorfológicos

Antes de realizar cualquier proyecto de cartografía geomorfológica es necesario proporcionar una cuidadosa elección de los elementos por considerar y de la metodología de representación gráfica. Algunas elecciones preliminares, sin embargo, ya se han efectuado en algunos países bajo el impulso de escuelas locales y de grupos de trabajo. Así, por ejemplo, la leyenda francesa (Tricart, 1965), tiende a privilegiar, además de aquéllos de base, los aspectos litológicos y estructurales, la belga (Paulissen, 1973) evidencia mayormente la morfometría y las características de los depósitos superficiales, la polaca, subrayan génesis y cronología de las formas, descuidando completamente la litología y la base estructural del substrato. La leyenda italiana, por sus propias características, se presta particularmente a la representación de los procesos recientes y en el acto entre los que se encuentran la inestabilidad de taludes y por lo tanto a la elaboración de documentos cartográficos de intención aplicativa, como se observa en la Figura 3.

Figura 3 – Cartografía geomorfológicos


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Los primeros ejemplos de cartas italianas específicamente producidas para este fin se deben a Canuti et al. (1979) y a Dramis et al. (1979), Figura 4. En las leyendas que, a parte de algunas diferencias menores, son entre sí muy similares, se destaca sobre todo el agente morfodinámico responsable de las geoformas, representadas mediante colores cuya gradación, más que sobre la cronología, dan indicaciones sobre su estado de actividad. La inestabilidad de taludes se representa con detalle, distinguiéndose fácilmente, según la clasificación de Varnes (1958 y 1978), retomadas por Carrara y Merenda (1974). En la segunda leyenda se proporciona también información sobre la cobertura vegetal y del uso del suelo.

0 1 km

Guerci

El Casal

300

425

375

Arroyo Salino

Río

Ten

a

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Leyenda:

Figura 4 – Ejemplo de una carta de inestabilidad de taludes, tomando como base una carta geomorfológica a

escala 1:25,000 [1 a 5 áreas inestables por deslizamientos en masa del tipo “Slide e Flow” (Índice de la inestabilidad): 1). Ii = 0; 2). ≤ 20; 3). 20

< Ii ≤ 40; 4). 40 < Ii ≤ 70; 5). Ii < 70); 6). Áreas inestables por solifluxión; 7). Áreas de cárcavas; 8). Áreas inestables por escurrimientos; 9). Áreas

inundables; 10). Cauces fluviales inestables por intensa erosión] La cartografía geomorfológica puede estar aún mejor orientada a la representación de los deslizamientos si la litología del substrato se substituye por unidades litológicas, según los propios principios de la geotecnia (UNESCO-I.A.E.G., 1976; Cherubini et al. 1987). En definitiva la carta geomorfológica a detalle, sobre todo si se orienta a la representación de fenómenos recientes y

actuales, ofrece la mejor metodología de representación para la inestabilidad de taludes. Éstas encuentran una colocación apropiada en la morfodinámica, de tal manera que comprenda los factores genéticos y que individúe las tendencias evolutivas. Las técnicas de levantamiento de las cartas geomorfológicas a detalle ahora son estandarizadas (Demek, 1972), se utiliza como base una carta topográfica de escala adecuada, primero se realiza el análisis cartográfico del área (usando fotografías aéreas a escala cercana). Posteriormente las formas se observan directamente sobre el terreno, con particular atención de aquellos elementos no visibles sobre la foto aérea pero de importancia fundamental para la comprensión de los factores genéticos y de los mecanismos evolutivos de las mismas. En la misma ocasión se efectúa el levantamiento geológico del substrato y de las formaciones superficiales del área. En este ámbito se debe poner particular atención a las características sedimentológicas de los depósitos superficiales y a su estado de alteración, de la gran utilidad para la comprensión del origen de los fenómenos geomorfológicos y por la previsión de sus modalidades evolutivas. Algunas investigaciones de campo pueden ser útiles para obtener indicadores sobre el estado de actividad de las formas y en particular sobre los cuerpos inestables, como las observaciones sobre la entidad y sobre la edad de la cobertura vegetal (métodos cronológicos) y el análisis de transformaciones realizado en el pasado de acuerdo a deslizamientos en masa (Orombelli y Porter, 1983). Así mismo sobre el terreno es posible recolectar una serie de informaciones sobre los pozos de gran utilidad ya sea para conocer los desplazamientos de los niveles freáticos o ya sea para tener indicadores sobre la profundidad de las formaciones superficiales. Por último no hay que olvidar las noticias importantes sobre la actividad de las formas y sobre la recurrencia de la evolución de la inestabilidad que pueden obtenerse con entrevistas con los residentes. Integrada por datos históricos esta información puede ser de gran interés (Dramis et al. 1982). Terminado el trabajo de campo, es importante reexaminar una vez más toda el área en las fotografías aéreas, de tal manera que se efectúe una delimitación definitiva de las diversas situaciones geomorfológicas observadas sobre el terreno. Por lo que respecta más particularmente a la inestabilidad de taludes, en la prospectiva de una cartografía precisamente caracterizada en sentido aplicativo, puede ser


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oportuno enriquecer los datos del terreno con sondeos de subsuelo, los sondeos mecánicos y geofísicos (eléctricos y sísmicos), además de pruebas geotécnicas de laboratorio y determinaciones instrumentales de los movimientos. También puede resultar de gran utilidad la representación gráfica de los efectos de deformación sufridos en edificios y otras obras. Existen además situaciones particularmente difíciles de representar, como la sobre posición de los fenómenos gravitacionales de diferentes escalas entre sí ligados y caracterizados por estados de actividad diferente (Coltorti et al. 1986). A pesar de las limitantes mencionadas, la gran cantidad de información obtenida con trabajo rápido y relativamente a poco costo vuelven a las cartas geográficas particularmente útiles en la gestión del territorio y sobre todo en la realización de planos urbanísticos, planos paisajísticos, etc., y en las indagaciones preliminares para la reducción de los riesgos (Dramis et al. 1989; Blumetti et al. 1987). Como ya se señaló, la lectura integrada por la información presentada en las cartas geomorfológicas, permite efectuar previsiones sobre la evolución de los fenómenos, además de valuaciones sobre la posibilidad de que otros se produzcan en áreas donde no se han presentado. Estas últimas acciones son todavía más difíciles de realizar, a menos que sean efectuadas por personal especializado. Con la finalidad de superar estas dificultades se han establecido métodos particulares para derivar de las cartas geomorfológicas documentos más legibles (Dumas et al. 1984). Algunos de estos métodos descomponen el área en diferente grado de inestabilidad, proporcionando a los especialistas datos semi cuantitivos sobre la inestabilidad de los diferentes procesos. A través de acciones sencillas el área representada en la carta se divide en zonas con diferente grado de inestabilidad para deslizamientos rotacionales, traslacionales y coladas o de flujos. Además, siguiendo en parte las indicaciones de Panizza (1973) la cartografía representa también las zonas afectadas por solifluxión, caída de bloques y otros procesos morfogenéticos. Otra técnica de zonificación de la inestabilidad de taludes, a partir de cartas geomorfológicas es la propuesta por Canuti et al. (1985 y 1987), che utiliza a su vez un particular procedimiento gráfico para la construcción de isolíneas ilustrativas de la densidad de los deslizamientos en masa de diferente tipología. Una última metodología para la zonificación del territorio, que también se puede aplicar para México es la basada en la confrontación interactiva entre cartas geomorfológicas y

cartas de factores de inestabilidad que se observa en la Figura 5, propuesta por Canuti y Casagli, (1994). CONCLUSIONES Por lo que concierne al uso de las cartas geomorfológicas a detalle es necesario tener presente que éstas no proponen solucionar peligros sobre las condiciones de inestabilidad de taludes individuales, sino dar indicaciones generales sobre el conjunto de pendientes en el área en estudio. Sería, por lo tanto, muy peligroso estas representaciones, aunque se elaboren a escala de gran detalle, pretendiendo recabar información que sólo investigaciones extremadamente sofisticadas y costosas pueden proporcionar. El conjunto de los dos documentos puede representar un cuadro oportuno de referencia para elecciones preliminares en áreas extensas para las cuales cada tipo de acercamiento resultaría del todo prohibitivo desde el punto de vista económico.

AGENTE MORFODINAMICO

AGUA SUPERFICIAL DE ESCORRENTÍA

ESTADO DEACTIVIDAD

Áre a afectada por la escorrentía

ActivoEn

rep oso Inac tivo

Zanja de escorrentía concentrada

Escarpe de erosión fluvial

Erosión en el cauce:a) en el aluvión; b) en el substrato

Erosión de la margen

Erosión fluvial en terrazas

Zona de inundación

Conoide de deyección

Manantiales

Estancamiento y avenidas

Barranca fluvial

Desviación fluvial

Cárcava

ESTADO DEACTIVIDADAGENTE MORFODINAMICO

GRAVEDAD Activo InactivoEn

reposo

Área afectada por movimientossuperficiales

Área afectada por solifluxión

Lóbulo de solifluxión

Ladera detrí tica

Cono detrítico

Escarpe afectado por caídade detrítos

Corona de deslizamiento

Escarpe de deslizamiento

Contrapendiente

Trinchera

Fracturas de tracción

Cuerpo de movimiento por caída o volcamiento

Cuerpo de movimiento por deslizamiento traslacional

Cuerpo de movimiento por flujos

Expansión lateral

Cuerpo de movimientos complejos

Área afectada por deformacionesgravitativas profundas

Área afectada por deformacionesplásticas

Cuerpo de movimiento por deslizamiento rotacional

Figura 5 – Leyenda para la realización de cartas geomorfológicas de base (Canuti y Casagli, 1994)


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Entronque autopista México-Querétaro

Ramiro Silva Orozco1,Luis Alfonso Merlo Rodríguez1,Cecilio Mendoza Rodríguez2 y Óscar Juárez Contreras3

1Profesor-investigador, Facultad de Ingeniería Civil, Departamento de Ciencias Básicas y Matemáticas, Universidad Michoacana de San

Nicolás de Hidalgo, Edificio A, Ciudad Universitaria, Avenida Francisco J. Mujica S/N, C.P. 58030, Morelia, Michoacán, México. 2Jefe del Departamento de Seguimiento y Control de Obra de la empresa Constructora Mexicana del Centro Occidente S.A. de C.V.

3Subdirector de Planeación y Servicios Técnicos, Constructora Mexicana del Centro Occidente S.A. de C.V. E-mail:[email protected]

El entronque de la autopista México-Querétaro se encuentra en la porción Norte del Estado de México, y geográficamente se localiza en los 99º 30’ de Longitud Oeste y 19º 59’' de Latitud Norte. Este proyecto fue convocado por el gobierno de México a través de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes del Estado de México y por conducto de la Dirección General de Carreteras Federales, su dependencia encargada de estudios y proyectos, y con número de contrato de obra pública a precio unitario: 5-Ø-CE-A-557-W-0-5. Palabras claves: autopista México-Querétaro, contrato de obra pública, entronque, precio unitario, proyecto. INTRODUCCIÓN Sin duda alguna con la construcción del entronque de la autopista México-Querétaro, ubicado en el km 89+477 de la autopista México-Querétaro (Figura 1), y el cual forma parte del Libramiento Norte de la ciudad de México, se busca entre otras cosas dar una solución a mejorar la vialidad y comunicación entre el poblado de Atlacomulco y Tula, así como de las comunidades cercanas, pero principalmente y debido a que está ubicado en un punto neurálgico servir como enlace para diferentes autopistas.

Figura 1 –Ubicación del entronque de la autopista México-

Querétaro MARCO TEÓRICO El entronque contempla, trece ramas o ejes que distribuyen el tránsito de tal forma que exista una incorporación y circulación de los vehículos en la zona; contempla así, un Paso Superior Vehicular (PSV) en el cual la circulación de la autopista México-Querétaro sea continua, misma que cuenta con dos cuerpos, que a su vez tiene tres carriles de

circulación. Con la construcción del entronque se permite la incorporación a la autopista México-Tula, Tula-México, Tula-Querétaro, Querétaro-Tula, México-Atlacomulco, Atlacomulco -México, Atlacomulco-Querétaro, Querétaro-Atlacomulco, Tula-Atlacomulco, Atlacomulco-Tula. CONSTRUCCIÓN DE LA OBRA La obra fue construida bajo un plan integral que incluyó: terracerías, obras de drenaje, pavimentación con carpeta de concreto asfaltico, señalamiento horizontal y vertical,un paso superior vehicular y sus accesos, así como obras complementarias. En la construcción de terracerías se realizó con una estructura de terraplenes, una capa de subyacente y una capa de sub-rasante; para la construcción de estas capas fue necesario utilizar cerca de 450,000 m3 de material procedente de banco. Para la construcción de los pavimentos se utilizo un pavimento flexible, el cual consiste en tres capas, la capa de sub-base hidráulica la cual fue de 20 cm de espesor, la capa de base hidráulica la cual también fue de 20 cm. De acuerdo a la intensidad del tránsito pesado en un solo sentido que es más de 2,000 vehículos diarios; se determinó el tipo de carpeta asfáltica, el cual fue una mezcla en caliente producida en planta y de 10 cm de espesor.Se utilizaron cerca de 45,000 m3 de material procedente de banco para la construcción de sub-base y base hidráulica; y 10,000 m3 para la elaboración de la carpeta asfáltica. Para la construcción del puente se realizó de la siguiente manera; primeramente en la infraestructura se construyeron pilotes colados en sitio dentro de una perforación previa utilizando el sistema Tremie, con un diámetro de 1.20 m.


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Los cuales varían desde los 13.33 m a los 15.74 m de longitud, y fueron 63 piloteslo cual nos da un longitud total en pilotaje de 538 m. Se necesitaron 608 m3 de concreto de f’c = 2.45 kN/cm2 (f’c = 250 kg/cm2); y 1,472 kN (150 t) de acero de refuerzo. En la subestructura se construyeron columnas y cabezales. Las columnas al igual que los pilotes son de 1.20 m de diámetro y de 7 m de longitud en promedio. En estos elementos se necesitaron 435 m3 de concreto de f’c = 2.45 kN/cm2 (f’c = 250 kg/cm2). Sobre las columnas descansan los cabezales; para los cabezales se necesitaron aproximadamente 530 m3 de concreto; y en total para la subestructura se necesitaron 2,158 kN (220 t) de acero de refuerzo. Para la superestructura la cual está formada por seis tramos de losa de concreto reforzado sobre trabes de concreto precolado pretensado de 30, 26, 32 y 12 m de claro respectivamente. Ancho total de losa de 29.08 m. Para carga móvil T3-S2-R4, tipo I [711 kN (72.5 t)] en todos los carriles de circulación. Son un total de 116 trabes, de las cuales 16 son de 12.60 m, 36 de 26.60 m, 20 de 30.60 m y 44 de 32.60 m. Las trabes que se emplearon para esta obra son trabes AASHTO tipo IV de concreto pretensado con un f’c = 3.43 kN/cm2 (f’c = 350 kg/cm2) para las trabes de 12.60 y 26.60 m, y de un f’c = 3.92 kN/cm2 (f’c = 400 kg/cm2) para las de longitud de 30.60 y 32.60 m. Para la fabricación de la losa se utilizo concreto de un f’c = 2.45 kN/cm2 (f’c = 250 kg/cm2). Con un espesor es de 18 cm y una longitud total de 161.86 m. Se utilizó para la construcción de la superestructura 1,600 m3 de concreto para trabes y 850 m3 para la losa; 991 kN (101 t) de acero de refuerzo y 942 kN (96 t) de acero de pre-esfuerzo para las trabes; y 853 kN (87 t) de acero de refuerzo para la losa. Para la construcción de las obras de drenaje se necesitaron cerca de 2,500 m3 de concreto hidráulico; además dentro de las obras complementarias y con el objetivo de la mitigación del medio ambiente y rehabilitación del área forestal, se plantaron alrededor de 1,300 árboles de la región y cerca de 48,000 m2 de pasto en los taludes de los terraplenes, mediante tepes. La obra cuenta también con el señalamiento horizontal y vertical adecuado para que el usuario pueda transitar de manera segura y confiable para que no tenga problemas para dirigirse a su destino. Esta obra tuvo un costo aproximado a los 90 millones de pesos. Ver las Figuras 2 y 3 de la obra ya terminada.

Figura 2–Fotografía aérea del entronque de la autopista

México-Querétaro (tomado de Google Earth, 2010)

Figura 3–Fotografía del entronque de la autopista México-

Querétaro (tomado de Google Earth, 2010) BENEFICIOS Y CONCLUSIONES Después de su inauguración, residentes de Tula, Jilotepec, Atlacomulco, entre otros municipios aledaños, así como transportistas, comerciantes y productores, coincidieron en destacar los beneficios de esta importante obra vial que por varios años fue solicitada, ya que se han reducido considerablemente los tiempos de traslado entre las poblaciones anteriormente mencionadas. Durante su ejecución no se interrumpió en ningún momento el tránsito de la autopista México-Querétaro. Hoy gracias a las estrategias de logística desarrolladas, el panorama que se observa es totalmente diferente, dinámico y eficaz. Algo fundamental es el hecho de que es un gran enlace en el transporte de personas, bienes y productos entre las regiones norte occidente (15 entidades federativas) y sur-sureste (9 estados), lo que en conjunto suman 24 estados y un total de 63 millones de habitantes.


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FICHA TÉCNICA DEL LIBRAMIENTO NORTE DE LA CIUDAD DE MÉXICO Localización: este tramo forma parte del Libramiento Norte de la ciudad de México, con una longitud de 223 km, con inicio en Atlacomulco, estado de México y concluye en San Martín Texmelucan, Puebla. Obra que comunicará a las principales autopistas del centro de la República: México-Guadalajara, México-Querétaro, México-Pachuca, México-Tuxpan y México-Puebla. Está conformado por los siguientes tramos carreteros: Tramo Carretero "I". El tramo carretero Atlacomulco-Piedras Negras, tipo A2, de pavimento flexible, de 26 km de longitud, que inicia en el km 65+000 de la carretera Toluca-Palmillas y termina en el km 25+000 del Libramiento Norte de la ciudad de México. Tramo Carretero "II". El tramo carretero Piedras Negras-entronque autopista México-Querétaro, tipo A2 de pavimento flexible, de 25 km de longitud, que inicia en el km. 25+000 del Libramiento Norte de la ciudad de México y termina en el km 89+477 de la autopista México-Querétaro, en el estado de México. Tramo Carretero "III". El tramo carretero entronque autopista México-Querétaro a entronque Tula I, tipo A4 de pavimento flexible, de 26 km de longitud, que inicia en el km 89+477 de la autopista México-Querétaro y termina en el km 58+800 del Libramiento Norte de la ciudad deMéxico. Tramo Carretero "IV". El tramo carretero entronque Tula I-entronque Sanctórum, tipo A4S de pavimento rígido, de 115 km de longitud, que inicia en el km 58+000 At=0+000 Ad del Libramiento Norte de la ciudad de México y termina en el km 73+750 de la carretera federal Los Reyes-Zacatepec, en el Entronque Sanctórum, en los estados de México, Hidalgo y Tlaxcala. Tramo Carretero "V". El tramo carretero entronque Sanctórum- entronque San Martín Texmelucan, tipo A4 de pavimento rígido, de 27 km de longitud, que inicia en el km. 73+750 de la carretera federal Los Reyes-Zacatepec en el entronque Sanctórum y termina en el entronque San Martín Texmelucan de la autopista federal San Martín Texmelucan-Tlaxcala, en el estado de Tlaxcala. Tramo Carretero "VI". El tramo carretero entronque San Martín Texmelucan-entronque autopista México-Puebla, tipo A4S de pavimento flexible, de 4 km de longitud, que inicia en el entronque San Martín Texmelucan de laautopista de cuota San Martín Texmelucan-Tlaxcala, en el Estado de Tlaxcala y termina en el entronque con la autopista México-Puebla, en el estado de Puebla.

De acuerdo con la Secretaría del Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT), la cantidad de vehículos que dejarán de circular anualmente –gracias a este libramiento, Figura 4– por la zona metropolitana del Valle de México, será de 2.2 millones.

Figura 4 – Mapa de la autopista Arco Norte

Posiblemente, se dejarán de emitir 2,430 toneladas de CO2, 1,470 toneladas de óxidos de nitrógeno y 520 de hidrocarburos cada año. Dichas emisiones equivalen a las que genera la industria química instalada, la operación total de aeronaves y la industria mineral no metálica. El ahorro de combustible anual se estima en 946,820 litros de gasolina y 507,432 litros de diesel.


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BIBLIOGRAFÍA 1. Alvares, J.S. y Beneditti, A. Desarrollo y uso de los pilotes. <http://www.construaprende.com/t/03/T3paG2.php>. 2008. 2. Dirección General de Carreteras Federales, SCT. Planos de proyecto y especificaciones generales y particulares, incluidas en las bases de licitación como parte del proyecto del “Entronque Querétaro”. 2007. 3. González, G.J.F. Un grandioso paradigma carretero. <http://www.imcyc.com/ct2007/oct07/artportada.htm>. 2007. 4. Ingeniería Vial y Transporte, S.A. de C.V. “Estudio geotécnico y diseño de pavimentos, carretera: Tula-Jilotepec-Atlacomulco, tramo: límite de los estado México/Hidalgo-Atlacomulco, entronque: Querétaro”. 2007. 5. Instituto Mexicano del Transporte. Carreteras, normas de construcción. <http://normas.imt.mx/carr.htm>. 2007. 6. Mendoza, R.C. “Procedimiento constructivo del entronque de la autopista México-Querétaro del tramo carretero libramiento norte de la ciudad de México, en el estado de México”. Tesis para la obtención del grado de Ingeniero Civil, Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Morelia, México, 2008.


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Tubería de Polietileno de alta densidad Policonductos®: la solución integral en el diseño de sistemas municipales de agua

Abraham Bernal Ortíz1 y José Valencia Castrejón2

1Gerente Regional de Ventas y 2Gerente Comercial de Policonductos, S.A. de C.V., Av. CFE No. 700, Zona Industrial 2ª Sección, C.P.

78395, San Luis Potosí, S.L.P. [email protected] y [email protected]

La tubería de polietileno de alta densidad (PEAD) ha sido y sigue siendo la más recomendable para conducir flujos a presión en los sistemas de agua municipales (cabe mencionar que actualmente se utiliza también para conducir agua tratada, agua residual, agua contra incendio, etc. en redes municipales, en industrias y en minería). Esto se evidencia en los principales países europeos que poseen redes de distribución de tuberías de PEAD, y que tienen como norma utilizarlo siempre en sus ampliaciones y rehabilitaciones. En nuestro país el uso de este tipo de tubería va en aumento y existen ciudades donde es el material especificado a utilizar por las grandes ventajas que ofrece sobre los materiales convencionales. Si se le compara con el fierro fundido o el hierro dúctil tiene la ventaja de mantener su capacidad de conducción y no corroerse o incrustarse. Respecto al PVC, la tubería de PEAD tiene al menos el doble de vida útil, 50 años, una gran resistencia al agrietamiento y una elevada resistencia a cargas puntuales originadas por el tránsito intenso en las calles, mismo que somete a las tuberías enterradas a vibraciones y sobrecargas importantes y que en el caso de la tubería de PVC pueden agrietarla. La tubería de PEAD tiene la cualidad de no requerir ningún mantenimiento después de colocarla, ya que exteriormente no la degradan los agentes de los suelos de relleno e interiormente el agua clorada no le afecta en absoluto. Otra importantísima propiedad es que gracias a la unión por termofusión, la tubería de PEAD queda dotada de continuidad lo que garantiza a la vez que no haya fugas. Esta continuidad aunada a la flexibilidad le permite además absorber, sin romperse, asentamientos diferenciales de terreno. En zonas sísmicas está comprobado por la experiencia, que las tuberías que sufren el menor daño son las de PEAD. Policonductos, S.A. de C.V., ofrece una gama completa de tuberías y conexiones de polietileno de alta densidad marca Policonductos® para sistemas con de conducción y/o distribución de agua. Somos conocidos por la excelente calidad de nuestros productos, por el menor tiempo de entrega que ofrecemos, por el mejor servicio que brindamos a nuestros clientes y por el equipo de personas técnicamente preparadas y dedicadas a atender a los usuarios pertenecientes a los sectores que servimos. Policonductos, S.A. de C.V. es uno de los fabricantes más grandes de tubería de PEAD para trabajar a presión, en México. Solamente utilizamos resinas seleccionadas que cumplan con nuestro estricto estándar de excelencia y calidad. Por lo tanto, se puede predecir el comportamiento, de acuerdo a la especificación, de cualquier sistema de tuberías Policonductos®. Si la aplicación es para construir redes nuevas, rehabilitar las existentes, efectuar perforaciones direccionales (para cruce de ríos, canales o carreteras) o sustituir tuberías existentes por reventamiento, la solución es tubería Policonductos® para el sistema de agua municipal completo. Palabras claves: agua municipal, polietileno de alta densidad, Policonductos, redes, tubería. VENTAJAS DE LOS PRODUCTOS DE POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD POLICONDUCTOS® A continuación se enlistan las principales ventajas de nuestro producto: La tubería, accesorios y piezas especiales de PEAD

proveen de soluciones totales a los sistemas de redes municipales de agua.

Mayor durabilidad, vida útil de 50 años y resistencia a

largo plazo. Flexibilidad y ligereza. Elevada resistencia a la corrosión, a la abrasión y al ataque de sustancias químicas, en particular al cloro

residual presente en el agua potable. Aprobada para conducir agua potable para consumo

humano. Facilidad de manejo e instalación. Uniones termofusionadas a prueba de fugas y dotadas de

continuidad, esto es importantísimo en redes de agua potable en terrenos inestables y en regiones sísmicas.

Mayor capacidad de conducción yreducción en los

costos de bombeo. Menor costo (material e instalación) debido a la rapidez

y facilidad de colocación.


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Disponibilidad en rollos para diámetros entre 1/2” y 3” de diámetro.

Disponibilidad en tramos rectos de 12 m, desde 3” a 36”

de diámetro. En la Fotografía 1 se muestra la planta de Policonductos, S.A. de C.V. ubicada en la ciudad de San Luis Potosí, SLP. En la Fotografía 2 se muestra la línea de extrusión de tubería de polietileno de alta densidad (PEAD) Policonductos®.

Fotografía 1 – Planta de Policonductos, S.A. de C.V.,

ubicada en San Luis Potosí, S.L.P.

Fotografía 2 – Línea de extrusión de tubería de polietileno

de alta densidad (PEAD) Policonductos® CARACTERÍSTICAS SUPERIORES DE CONDUCCIÓN La superficie interior lisa de la tubería de PEAD Policonductos® ofrece una resistencia mínima al flujo y, ésta permanece constante durante la vida de la misma, a

diferencia de las tuberías de otros materialesa las que hay que considerarles una reducción en su capacidad de conducción conforme pasa el tiempo. Cuando se utiliza tubería de PEAD Policonductos® se puede esperar, para un diámetrodado, un mayor gasto comparado con tuberías de otros materiales. Gasto: tubería de polietileno de alta densidad (PEAD) Policonductos® contra tubería de hierro dúctil (HD) La tubería de PEAD Policonductos® tiene excelentes propiedades para conducir flujos a presión. Para calcular la caída de presión en estos flujos originada por la fricción con la tubería, para cierto gasto y diámetro de tubería, puede utilizarse la ecuación de Hazen-Williams:

. .

. . (1)

Donde: Pf es la pérdida por fricción para agua en m/m; C es el coeficiente de pérdidas, que en el caso de la tubería de PEAD (Fotografía 3) es de 155. Los valores típicos de C para tubería nueva de HD revestido con cemento son 120-140 (puede llegar a 100 para tubería vieja si se ha deteriorado el revestimiento de cemento), Fotografía 4; Q es el gasto en l/s; y, D es el diámetro interior de la tubería en mm.

Fotografía 3 – Tubería de polietileno de alta densidad

marca Policonductos® en su planta ubicada en San Luis Potosí, S.L.P.


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Fotografía4 – Tubería de hierro dúctil

Es claro de la ecuación (1), que para el mismo gasto en dos tuberías de materiales diferentes y con la misma pérdida de carga por fricción en los dos casos, el diámetro interior requerido en ambas tuberías, están relacionados con:

. (2)

Por lo tanto, utilizando tubería de PEAD Policonductos®, con su superficie lisa, el diámetro interior de la tubería puede ser entre 3.8 y 15.4% menor que una tubería de hierro dúctil. Esto es muy importante porque la tubería de PEAD tendrá un espesor de pared mayor que el la tubería de HD, pero puede conducir el mismo gasto con un diámetro interior menor. DETERMINACIÓN DE LA PRESIÓN DE DISEÑO Y SOBREPRESIONES DEBIDAS A CAMBIOS INSTANTÁNEOS EN LA VELOCIDAD DEL AGUA (GOLPE DE ARIETE) Las ventajas inherentes de la tubería de PEAD Policonductos®, cuando se le compara con una tubería rígida de otros materiales, residen en la capacidad que posee el PEAD para soportar continuamente presiones, además, de las sobrepresiones que resultan de eventos dinámicos tales como el cambio instantáneo en la velocidad del agua. Además, el que los tramos de tubería de PEAD se termofusionen, en comparación con las uniones de macho y campana, puede también eliminar el requerimiento de colocar atraques si la tubería está enterrada y tiene deflexiones de hasta 22.5°.

Determinación de la presión de diseño La presión de diseño (P) en una tubería de PEAD Policonductos® se determina de acuerdo con lo indicado por el Instituto de Tuberías Plásticas (PPI) en cuanto al valor recomendado de diseño para el esfuerzo admisible en el material y con las dimensiones físicas de la tubería. Los cálculos de las presiones de diseño están basados en la fórmula ISO o de Mariotte que relaciona el esfuerzo en la pared de la tubería con la presión interna:

(3) Donde: P es la presión de diseño en la tubería de PEAD en kg/cm2; RD es la relación dimensional (diámetro exterior real/espesor mínimo de pared); BDH es el esfuerzo permisible a 23ºC (PEAD PE3608 = 112.5 kg/cm2); y, Fs es el factor de seguridad = 2. La principal virtud de esta expresión es que la presión de diseño es totalmente independiente del diámetro de la tubería y depende solamente de la relación dimensional (RD) que es un número adimensional. La Tabla 1 resulta de aplicar la ecuación 3.

Tabla1 – Presiones de diseño, P ( kg/cm2), para la tubería de PEAD PE3608 de los diferentes RD comerciales (Fotografía 5 y 6) y vida útil de

50 años

RD 7 9 11 13.5 17 Presión (kg/cm2)

18.75 14.06 11.25 9.00 7.03

RD 21 26 32.5 41 Presión (kg/cm2)

5.63 4.50 3.57 2.81

Para el caso de golpe de ariete la tubería de PEAD Policonductos® tiene un esfuerzo permisible adicional que puede ir del 50% en eventos recurrentes al 100% en eventos accidentales, mientras que para la tubería de PVC el esfuerzo admisible se debe disminuir. Ondas de presión y golpe de ariete El golpe de ariete en una tubería es la presión hidráulica transitoria y es un cambio repentino en la presión debido a las fluctuaciones de velocidad del flujo en la misma. El cambio en la velocidad puede ser causado por la abertura o cierre repentino de una válvula, por el paro de una bomba, por falta de suministro de energía eléctrica o por cualquier otro fenómeno dinámico. La magnitud de la onda de presión y la sobrepresión asociada pueden ser calculadas utilizando las ecuaciones indicadas en el manual de diseño


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y uso de tuberías de polietileno de alta densidad Policonductos®, mismo que se encuentra a disponibilidad para cualquier persona que lo solicite. Utilizando las ecuaciones anteriormente mencionadas se puede comparar, para tuberías de diferentes materiales, la celeridad de las ondas de presión esperadas y las sobrepresiones en las mismas.

Fotografía 5 – Tubería de PEAD Policonductos® de 24” de

diámetro RD 7

Fotografía 6 – Tubería de PEAD Policonductos®de 36” de

diámetro RD 41 Cada material responderá de manera diferente al golpe de ariete. Esto depende de la habilidad del material para disipar la energía de la onda de presión. Debido a sus propiedades de rigidez, las tuberías de hierro dúctil y de PVC son las que presentan las mayores sobrepresiones, y por lo tanto es necesario sobrediseñarlas respecto a sus requerimientos de presiones de operación normal, no así en el caso de tuberías de PEAD Policonductos® En comparación con tuberías de materiales más rígidos como el hierro dúctil y el PVC, las propiedades elásticas del polietileno absorben, a través de su expansión, una

cantidad mayor de la energía de la onda de presión. Esta elasticidad reduce la sobrepresión. Por estas características únicas, la tubería de PEAD Policonductos® puede soportar sobrepresiones recurrentes hasta del 50% y sobrepresiones accidentales del 100% de la presión de operación de diseño. Esto resulta en que la tubería de PEAD Policonductos® no tiene que sobrediseñarse para manejar el golpe de ariete y por lo tanto es un sistema de tuberías más económico. Ondas de presión debidas a un cambio instantáneo en la velocidad del agua Cualquier cambio instantáneo en la velocidad del flujo, como el debido al cierre instantáneo de una válvula, resulta en la generación de ondas de presión y en sobrepresiones. La velocidad (celeridad) de la onda de presión y la sobrepresión correspondiente se calculan con:

=1,435

1+ −2 1 2⁄

(4) Donde: a es la velocidad de la onda en m/s; K es el módulo de elasticidad volumétrico del agua 210’000,000 kg/m2; RD es la relación adimensional; y, E es el módulo de elasticidad dinámico efectivo (PVC = 280,000 kg/m2 y PEAD = 105,000 kg/m2). Para calcular la sobrepresión por golpe de ariete para el caso de una maniobra rápida, se utiliza la formula de Joukowsky:

(5)

Donde: Ps es la sobrepresión en m; V es el cambio en la velocidad del agua en m/s; y, g es la aceleración de la gravedad (9.81 m/s2). En líneas de conducción por bombeo, en donde las velocidades del agua son menores a 3 m/s, por consideraciones de diámetro económico, no es necesario aumentar el espesor de pared (disminuir el RD) cuando se toman en cuenta las presiones transitorias del golpe de ariete debidas a el paro repentino de la bomba por interrupción de la corriente eléctrica al motor que la acciona. Esto tiene ventajas económicas respecto a las tuberías rígidas que si requieren mayor espesor o bien, de válvulas aliviadoras de presión que limitan la sobrepresión al 10% de la presión en flujo permanente.


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CONCLUSIONES Policonductos, S.A. de C.V. fabrica tubería y conexiones de PEAD marca Policonductos® (Fotografía 7), para diversas aplicaciones, principalmente a presión, tales como conducción de: agua potable, agua tratada, agua contra incendio, agua cruda de presas y agua residual, ofreciendo las siguientes características: Las uniones herméticas termofusionadas (Fotografías 8 y 9) le dan continuidad a la tubería y eliminan la necesidad de atraques en tuberías enterradas y para deflexiones hasta de 22.5°.

Fotografía 7 –Instalación de la tubería y conexión de

PEAD Policonductos® por termofusión

Fotografía 8 –Instalación de la tubería de PEAD

Policonductos® por termofusión

Fotografía 9 – Instalación de la tubería de PEAD

Policonductos® por termofusión La termofusión de tramos de tubos elimina las fugas y los problemas de penetración de raíces de árboles y plantas. La capacidad de conducción se mantiene óptima a lo largo de la vida de la tubería, el coeficiente C permanece constante. Posee alta resistencia a la incrustación biológica y mecánica. Posee excelente resistencia al golpe de ariete; los efectos de sobrepresión son mucho menores que en PVC o en HD. Elimina fallas por clima frío; el agua se puede congelar sin causarle daño alguno a la tubería. Su ligereza y flexibilidad reduce los costos de instalación. Se requieren menos piezas especiales; la flexibilidad de la tubería permite radios de curvatura de 20 a 40 veces el diámetro. Dependiendo del RD la tubería puede enrollarse hasta 3” de diámetro (Fotografía 10). Su contenido mínimo de 2% de negro de humo la protege contra la degradación causada por los rayos ultravioleta y, elimina los problemas de almacenamiento a la intemperie (Fotografía 11). Excelente resistencia al impacto aún a bajas temperaturas. Disponibilidad de amplia variedad de métodos de unión incluyendo la transición a otros tipos de tuberías. Los factores de seguridad a la ruptura son: 4 en condiciones de operación normal y, 2 en golpe de ariete. Es el material que se elige cuando se utiliza tecnología sin zanjeo (trenchless) en la sustitución de redes municipales envejecidas.


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Fotografía 10 –Rollos de tubería de PEAD Policonductos®

Fotografía 11 – Línea de conducción con tubería de PEAD

Policonductos® BIBLIOGRAFÍA 1. Joukowsky, N. “Waterhammer”. Translation of O. Simin, Proceedings, AWWA, 24th Annual Convention. 1904. 2. Parmakian, J. Waterhammer analysis. Editorial Prentice Hall, USA. 1955. 3. Plastic Pipe Institute. “Handbook of polyethylene pipe”, 2nd Ed., PPI, disponible en línea: <http://plasticpipe.org/cart/pe_handbook.html>. 2009. 4. Plastic Pipe Institute. “Nature of hydrostatic time to rupture curves”. Publication TN 7, PPI. 2005. 5. Plastic Pipe Institute. “Recommended design factors and design coefficients for thermoplastic pressure pipe”. Publication TN 9, PPI. 2002. 6. Streeter, V. y Wylie, E.B. Hydraulic transients. McGraw-Hill, New York, USA. 1967.

Revista Facultad de Ingeniería Civil

Número 2, Junio 2012

CONTENIDO

Parcela demostrativa de los diferentes tipos de riego Benjamín Lara Ledesma ...................................................................................................................................... 3 Entrevista al Dr. Gilberto Sotelo Ávila: “La hidráulica y la investigación” Edmundo Pedroza González ................................................................................................................................ 9 El vistazo de un ingeniero a la cuarta dimensión Aldo Iván Ramírez Orozco ................................................................................................................................. 13 Efectos del cambio climático, escenario y modelo climático de Michoacán Sonia Tatiana Sánchez Quispe y Denise Lisette García Pérez ............................................................................... 17 Algoritmos para la reducción de ruido en imágenes digitales Carlos Alberto Júnez Ferreira, Fernando Augusto Velasco Ávalos y Nelio Pastor Gómez ........................................ 23 Transporte deficiente, estructura e infraestructura vial inadecuada Efraín Márquez López, Julio Alejandro Chávez Cárdenas y Mario Salazar Amaya ................................................. 31 Diagnóstico sobre el conocimiento y uso de software para la gestión de recursos hídricos Constantino Domínguez Sánchez y Alejandro García Concha ............................................................................... 35 Como hacer una cartografía geomorfológica para la inestabilidad de taludes Eleazar Arreygue Rocha, Carlos Chávez Negrete y Jorge Alarcón Ibarra .............................................................. 39 Entronque autopista México-Querétaro Ramiro Silva Orozco, Luis Alfonso Merlo Rodríguez, Cecilio Mendoza Rodríguez y Óscar Juárez Contreras ............ 46 Tubería de Polietileno de alta densidad Policonductos® : la solución integral en el diseño de sistemas municipales de agua Abraham Bernal Ortiz y José Valencia Castrejón ................................................................................................ 50

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