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Revista

CIENCIA

EDITOR

Roberto Aguiar Falconí Departamento de Ciencias de la Tierra y la Construcción

Universidad de Fuerzas Armadas, ESPE

Valle de los Chillos, Ecuador

e-mail: [email protected]

COMITÉ EDITORIAL

A.H. Barbat E.T.S. Ingenieros de Caminos y Canales y Puertos

Universidad Politécnica de Cantuña

Campus Norte UPC, 08034.

M.E. Medina Departamento de Ciencias de la Vida Universidad de Fuerzas Armadas, ESPE Valle de los Chillos, Ecuador.

J. L. Almazán Escuela de Ingeniería Pontificia Universidad Católica de Santiago

Santiago de Chile

M. Lafuente Instituto de Materiales y Modelos Estructurales Universidad Central de Venezuela

Caracas, Venezuela.

L. Córdova Facultad de Ciencias y Humanidades

Universidad del Valle de Guatemala

Guatemala.

W. Pozo Centro de Investigaciones del IASA


Valle de los Chillos, Ecuador.

P. Dechent

Escuela de Ingeniería Universidad de Concepción

Concepción, Chile

A. Koch Departamento de Ciencias de la Vida Universidad de Fuerzas Armadas, ESPE


S. Fernández Academia de Estructuras

Instituto Politécnico Nacional México D.F.

J. M Ruiz Facultad de Construcciones

Departamento de Ingeniería Civil Universidad de Oriente

Santiago de Cuba, Cuba.

P. Caiza Departamento de Ciencias de la Tierra

Universidad de Fuerzas Armadas, ESPE Valle de los Chillos, Ecuador

S. Ruiz Instituto de Ingeniería

Universidad Nacional Autónoma de México México D.F.

C. Genatios Instituto de Materiales y Modelos Estructurales

Universidad Central de Venezuela

Caracas, Venezuela.

F. Williams L. Instituto de Ingeniería

Universidad Veracruzana

Veracruz, México. G. Palazzo Departamento de Ingeniería Civil Universidad Tecnológica Nacional

Mendoza, Argentina.

A. Oleas Centro de Investigaciones del IASA Universidad de Fuerzas Armadas, ESPE


FORMATO DE TEXTO

Marco Vinicio Caiza Flores Carrera de Ingeniería Civil


Valle de los Chillos, Ecuador

ISSN 1390-1117

©2015 ESPE, Quito, Ecuador

mailto:[email protected]

Revista

CIENCIA

Sumario

Volumen 17, número 1, 2015

Desempeño Académico de los docentes que laboran en forma paralela bajo los modelos tradicionales por competencias y su incidencia en el proceso de aprendizaje 1 Jorge Oswaldo Zuñiga Gallegos Diseño y evaluación de mezclas asfálticas en caliente características de pavimentos flexibles o bituminosos con la adición de tereftalato de polietileno como material constitutivo 11 Patricio Romero Flores, Guillermo Huertas Cadena, Juan Cazar Ruiz Fabricación de hormigones livianos con materiales volcanoclásticos (Lapilli) y su influencia en la reducción de fuerzas sísmicas 21 Andrés Paul Martínez Ruiz, Pablo Enrique Caiza Sánchez Materiales termoeléctricas que permiten transformar calor residual de automóviles en energía eléctrica 41 Mario Enrique Echeverría Yánez, Edwin Marcelo Cevallos Romero Importancia de los recursos genéticos en la diversidad biológica ecuatoriana, en el marco del protocolo de nagoya 59 Marco Romero Simbaña, Vicente Delgado Rodriguez A partir de Hidrocarburos de Petróleo con enlaces dobles obtención de surfactantes, colorantes y solventes 71 Vladimir Aguirre, Vicente Delgado, María José Anrango, Luis Escobar, Nelson Jaramillo Juntas de dilatación en edificios 83 Christian Garzón Chalco, Marcelo Romo Proaño Modelación de diagrama momento-curvatura y momento-rotación en secciones de acero estructural 99 David Mora, Roberto Aguiar Gestión de la calidad en los procesos constructivos, situación actual de la mano de obra civil Ecuatoriana 125 Thomás Morocho Empleo de técnicas isotópicas en investigación agrícola, absorción y recuperación de fertilizantes en cultivos 137

Emilio Rodrigo Basantes Estudio de las propiedades mecánicas de mampostería de bloques de hormigón en edificaciones del valle de los chillos que iniciaron su construcción durante el año 2014 147 Carolina Robalino, Lorena Peñaherrera, Dayana Tito, Maricelo López Propuesta metodológica para la ubicación de un centro de investigación de energía nuclear a nivel nacional mediante el uso de técnicas SIG y evaluación multiciterio (EMC) 159 Oswaldo Padilla, Daniel Cañarte, Nataly Zambrano ¿Cómo emplear los conocimientos teóricos de Ceinci_Lab para el manejo adecuado de Programas comerciales? 167 Roberto Aguiar Falconi, David Topón Gualichico, Ángel Morales Sánchez Propuesta metodológica para el manejo de poblaciones caninas usando tecnologías Geoespaciales 183 Alfonso Tierra Criollo, Alejandra Román, Mirián Fernández Revista Semestral de la Universidad de Fuerzas Armadas, ESPE. Quito, Ecuador. ISSN 1390-1117 2015 ESPE, Quito – Ecuador ESPE, Quito – Ecuador

Revista CIENCIA Vol.17,1 1-10 (2015)

Recibido: Diciembre de 2014 Aceptado: Marzo de 2015

DESEMPEÑO ACADÉMICO DE LOS DOCENTES QUE LABORAN EN FORMA PARALELA BAJO LOS MODELOS TRADICIONAL Y POR COMPETENCIAS Y SU INCIDENCIA EN EL PROCESO DE

APRENDIZAJE

JORGE OSWALDO ZUÑIGA GALLEGOS (1)

(1)Departamento de Ciencias de la Tierra y la Construcción Universidad de las Fuerzas Armadas. ESPE

Av. Gral. Rumiñahui, Sangolquí - Ecuador [email protected]

RESUMEN

La presente investigación está orientada a establecer los procesos didácticos y metodológicos utilizados por los docentes que en forma paralela dictan clases en los Modelos Tradicional y por Competencias, y sus resultados en el proceso de aprendizajes de los estudiantes de la Carrera de Ingeniería Civil de la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, en razón del elevado número de estudiantes de la primera fase de formación que reprueban asignaturas en porcentajes muy elevados. Luego de la investigación bibliográfica, mediante la cual se determinan conceptos generales sobre los dos modelos analizados, para la mejor comprensión del tema en estudio, se aplica como técnica, las encuestas a docentes que paralelamente dictan clases en los dos modelos, y a estudiantes de los mismos, para lo cual fue necesario previamente, hacer una matriz de variables, dimensiones e indicadores, para esto se estableció una muestra de estudiantes de cada uno de los modelos y docentes, equivalente al cincuenta por ciento de la población total. Se hace el seguimiento a los estudiantes de la primera cohorte del Modelo basado en Competencias hasta su egreso. Sobre la base de las conclusiones obtenidas, se generan recomendaciones y una propuesta para capacitar al personal docente en la aplicación técnica – pedagógica del Modelo basado en Competencias, que permita obtener niveles óptimos en la organización del curso, comunicación con el estudiante y la evaluación de aprendizajes.

ABSTRACT

The present research is aimed at establishing educational and instructional processes used by teachers who teach classes in parallel in Traditional Models and Competency, and results in the learning process of the students of the School of Civil Engineering, University ESPE Armed Forces, because of the high number of students from the first phase of training subjects who fail at very high percentages. After the literature review, in which general concepts of the two models analyzed, for a better understanding of the topic under study are determined, it is applied as a technique, surveys of teachers simultaneously teach classes in both models, and students of thereof, for which it was previously necessary, make an array of variables, dimensions and indicators for this sample of students from each of the models and teachers, equivalent to fifty percent of the total population was established. Tracking students from the first cohort of the Competence-based model is until they leave. Model-based pedagogical skills, enabling optimum levels in the organization of the course and communication with the student assessment - Based on the conclusions, recommendations and a proposal to train teachers in the technical application are generated learning.


2 Jorge Oswaldo Zuñiga Gallegos

1. INTRODUCCIÓN

La implementación del Modelo basado en Competencias, en la Escuela Politécnica del Ejército, inicia en el período académico octubre 2008 – febrero 2009. Esta primera cohorte cuenta en su nómina con 26 estudiantes matriculados, 8 mujeres y 18 hombres.

Finalizado este periodo académico, se establece que en promedio, el 17% de los estudiantes

del primer nivel reprueban asignaturas. Era un porcentaje totalmente aceptable. Para los dos siguientes periodos, el porcentaje de repetición en el primer nivel sube al 38%.

Estos porcentajes elevados de repetidores generó la necesidad de mantener el seguimiento

a los estudiantes de la primera cohorte del modelo basado en competencias, hasta la culminación de sus estudios e investigar en qué medida estaba afectando su rendimiento académico, el hecho de que la gran mayoría de los docentes impartían clases paralelamente en el Modelo Tradicional, que paulatinamente debía ir desapareciendo, y en el Modelo basado en Competencias.

El cambio al Modelo basado en Competencias tiene como objetivo fundamental enfrentar

con éxito las exigencias originadas por los nuevos cambio a nivel nacional y mundial, para lo cual es necesario contar con hombres y mujeres modernizados en lo cultural, en los avances tecnológicos y fundamentalmente en los conocimientos académicos, lo que implica una educación que los prepare para actuar en un medio altamente cambiante y competitivo, los capacite para tomar decisiones adecuadas a pesar de la información insuficiente y les dote de visión de futuro, liderazgo y creatividad, como para desarrollar y materializar ideas propias o ajenas en el aprovechamiento de nuevas oportunidades.

Estas características deben orientar la formación los nuevos profesionales, dentro de los

cuales están los futuros Ingenieros Civiles de la ESPE, por lo que se debía considerar con responsabilidad, la modificación sustancial de sus programas de estudio, revisar las exigencias de la competencia profesional requeridas para afrontar estos desafíos y fundamentalmente capacitar adecuadamente a los docentes en conocimientos didácticos, metodológicos y estrategias didácticas, que contribuyan sustancialmente en el aprendizaje de los estudiantes lo que representa un gran compromiso para quienes brindan su contingente académico y profesional, mucho más si paralelamente al Modelo Tradicional, está en proceso el Modelo Educativo basado en Competencias, donde el binomio maestro-estudiante juega un papel de muchísima importancia.

Del seguimiento realizado a los estudiantes de la primera cohorte, a medida que avanzaban

los niveles de estudio, se evidenció que los resultados no diferían de la formación tradicional, pues la mayoría de los docentes que aportan a la Carrera, se han limitado a cumplir con el contenido de la asignatura y no orientan la misma a resultados del aprendizaje declarados en los Syllabus o a los Proyectos Integradores. Si los estudiantes seguían siendo solo receptores, el problema apuntaba a que los profesores de los diferentes Departamentos que aportan a la Carrera de Ingeniería Civil, no están capacitados en estrategias metodológicas para el Modelo basado en Competencias y siguen aplicando las del Modelo Tradicional, lo que viene incidiendo negativamente en el proceso de aprendizaje de los estudiantes de la Carrera de Ingeniería Civil, pues el número de matriculados que dieron inicio a la primera cohorte se venía reduciendo significativamente por pérdidas o deserciones.

Desempeño académico de los docentes que laboran en forma paralela bajo los modelos 3 tradicional y por competencias y su incidencia en el proceso de aprendizaje

2. METODOLOGÌA

Con el fin de tener resultados reales y coherentes que permitan dar una solución al problema detectado se planteó la presente investigación con el objetivo fundamental de establecer cuáles son los procesos didácticos y metodológicos utilizados por los docentes, en los Modelos Tradicional y por Competencias, relacionándoles con los aprendizajes de los estudiantes.

El tipo de investigación que se aplicó fue exploratoria, descriptiva, explicativa. Como muestra se tomó el 50% de la población total de estudiantes y el 50% de la población total de profesores que paralelamente dictan clases en el Modelo Tradicional y en el Modelo basado en Competencias. Como técnicas de recolección de datos se establecieron la observación, la investigación bibliográfica y encuestas.

Para definir las preguntas de las encuestas se generó la matriz de variables en donde se identificaron las unidades de análisis, las variables, dimensiones y los correspondientes indicadores. Definidas las encuestas, se estableció la siguiente secuencia en la aplicación, tabulación, resumen y análisis de los resultados:

• Aplicando los instrumentos respectivos, se hicieron encuestas a 12 docentes que paralelamente dictan clases tanto en el Modelo Tradicional como en el Modelo basado en Competencias.

• Se aplicaron los instrumentos a 82 estudiantes del Modelo Tradicional, en siete asignaturas representativas y a 91 estudiantes del Modelo Basado en Competencias, en ocho asignaturas representativas.

• Se tabularon todas las encuestas, 656 para el Modelo Tradicional, 637 para el Modelo basado en Competencias y 12 para docentes, generando tablas estadísticas con los resultados obtenidos.

• Se hace una clasificación de los resultados, para tres objetivos planteados hasta generar resumen de datos que sirven de base para el análisis final.

• Para facilitar la comprensión, se generan barras o columnas agrupadas con las tres unidades de análisis: Docentes, estudiantes del Modelo Tradicional y estudiantes del Modelo basado en Competencias.

• Para cada uno de los objetivos, se analizan tres variables:

o Organización del curso. o Comunicación educativa o Evaluación de aprendizajes

3. EVALUACION DE RESULTADOS Y DISCUSIÒN.-

Para efectos del análisis de los resultados, en todas las encuestas realizadas se utiliza la siguiente escala de valoración:

5 = Siempre; 4 = Casi siempre; 3 = Ocasionalmente; 2 = Casi nunca; 1 = Nunca


Análisis.-

En los Modelo Tradicional y basado en Competencias, la evaluación se realiza mediante

exámenes, la mayoría sin consulta, constituyéndose en pruebas memorísticas. Generalmente, el docente utiliza los mismos criterios de evaluación en forma estandarizada y ocasionalmente se realizan muchas y frecuentes evaluaciones, tanto para retroalimentar a los estudiantes como para introducir mejoras a la didáctica y al programa de enseñanza.

Figura 1 La evaluación se realiza a través de pruebas estandarizadas, generalmente para evaluar el producto final

Figura 2 Se utilizan los mismos criterios de evaluación en forma estandarizada, tanto a estudiantes del Modelo Tradicional como a los del Modelo basado en Competencias

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Las estadísticas demuestran que en el Modelo basado en Competencias, al igual que en el

Modelo Tradicional, ocasionalmente se comprueban los resultados del aprendizaje sobre los contenidos dictados en el curso y en la evaluación se cuantifican los resultados.

Figura 3 En la evaluación se cuantifican los resultados y se expresan a través de números

En los Modelo Tradicional y basado en Competencias, se enseñan contenidos que en poco tiempo quedan obsoletos, por la falta de interés del estudiante debido a que las partes que se aprenden están divorciadas entre sí, evidenciándose que es necesaria la integración de las asignaturas en la red lógica de contenidos. Existe ausencia de enlace de contenidos.

En esta investigación, se demuestra que coincidentemente, en el Modelo basado en

Competencias como en el Tradicional, siempre el estudiante es el receptor, que recibe pasivamente el saber y las “verdades” monopolizadas por los docentes quienes adicionalmente no tienen claridad para explicar y trasmitir los conceptos y problemas derivados de los temas y presentan sus clases en forma expositiva.

Figura 4 El docente presenta la información en forma expositiva, repite a fin de dejar claro el fragmento de contenido, hace preguntas, pasa al pizarrón a los estudiantes y pocas veces evalúa

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Se determina que en los dos Modelos, menos de la mitad de los docentes presentan y resuelven ejemplos acordes con los temas y en la mayoría de asignaturas, casi nunca u ocasionalmente incorporan otras actividades de aprendizaje como tareas, prácticas de laboratorio, talleres, etc., para la comprensión de los temas.

Figura 5 El docente incorpora otras actividades de aprendizaje para la comprensión de los temas

En el Modelo basado en Competencias, al igual que en el Modelo Tradicional, la mayoría de

docentes no planifica sus actividades académicas. Casi nunca se planifica visitas y giras técnicas como reforzamiento a la asignatura y ocasionalmente utiliza diversos recursos didácticos para apoyar el proceso de aprendizaje.

Figura. 6 Planificación de visitas y giras técnicas como reforzamiento a la materia.

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Est. Competencias


En los Modelo Tradicional y basado en Competencias, se enseñan contenidos que en poco

tiempo quedan obsoletos, por la falta de interés del estudiante debido a que las partes que se aprenden están divorciadas entre sí, evidenciándose que es necesaria la integración de las asignaturas en la red lógica de contenidos. Existe ausencia de enlace de contenidos.

Figura 7 Los contenidos son fragmentados, dosificados con arreglo a la disponibilidad de tiempo, sin ninguna planificación de relación con las demás asignaturas del pensum.

En los dos Modelos, el incumplimiento de normativas es permanente. El estudiante está

siempre en desventaja con el docente, pues no exige sus derechos por temor a represalias, es decir, la comunicación ente docentes y estudiantes no es asertiva.

Como se establece en la tabulación de las encuestas, la forma de actuación que utilizan los

docentes de la Carrera de Ingeniería Civil, sigue siendo tradicional, es decir tienen la clase como espacio dominante de actuación, dando como consecuencia que pocas veces trabajen en equipo, sin comunicar por lo tanto sus experiencias a otros colegas.

Discusión.

Del análisis y evaluación de las encuestas se desprende que en la Escuela Politécnica del Ejército, no hubo compromiso de cambio de los docentes que paralelamente dictan clases en el Modelo Tradicional y en el Modelo basado en Competencias, pues luego de haber transcurrido cinco años desde la aplicación del nuevo Modelo, los resultados no han variado respecto de lo que tradicionalmente se ha venido haciendo. No hay orientación hacia las diferentes etapas de formación, no se cumple adecuadamente el ciclo de aprendizaje. Las evaluaciones de aprendizajes son las de siempre, prácticamente se ha eliminado la evaluación continua y por el contrario se ha regresado a la vieja y tradicional forma de registrar una calificación. No existe investigación que apoye a la formación profesional del estudiante.

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De manera concreta, las limitaciones de la aplicación del Modelo basado en Competencias se resumen a continuación:

• Desconocimiento de métodos didácticos por parte de los docentes. • Aplicación de técnicas didácticas caducas • La misma evaluación del aprendizaje en los dos Modelos. • No hay diferencia en el tratamiento metodológico de los contenidos • La planificación didáctica se limita a seguir formatos curriculares • La formación no es integral • La relación docente estudiante no ha evolucionado.

Haciendo relación con los objetivos de la Investigación, se determina que en general la metodología aplicada en el Modelo basado en Competencias, es la misma que la aplicada en el Modelo Tradicional, es decir, la planificación de la asignatura pocas veces es conocida por el estudiante; las clases siguen siendo magistrales; hay pocas clase prácticas; falta retroalimentación y refuerzo con tutorías; la evaluación suele ser sumativa.

Complementariamente, se establece mayoritariamente que las fases lógicas del proceso

didáctico también tiene falencias, toda vez que coincidente con lo que dice Danilov, 1968, “esta es una actividad conjunta e interrelacionada de profesores y estudiantes para la consolidación del conocimiento y desarrollo de competencias”. De la investigación realizada se establece que pocas veces hay: motivación, presentación, desarrollo, aprendizaje permanente, integración, evaluación y rectificación.

Los problemas antes citados, determinan que se mantiene el mismo Modelo educativo

Tradicional con el nombre de Modelo basado en Competencias, por lo que existen dudas e incertidumbres sobre la posibilidad de que los docentes no se encuentren capacitados para aplicar nuevos procedimientos didácticos y metodológicos necesarios por lograr los objetivos Institucionales; o quienes orientan la aplicación del nuevo Modelo no dirigen adecuadamente su aplicación.

De mantenerse esta realidad, la formación por competencias será solo un nombre. Se

estaría dejando de lado la estrecha integración entre docencia, investigación y vinculación con la colectividad. Se olvidaría que una de las necesidades básicas del modelo centrado en el aprendizaje es aprender a pensar.

Que importante resultaría, que con suficiente capacitación y espíritu proactivo, los docentes

generen evaluaciones formativas para que en función de los resultados se puedan establecer acciones correctivas para ayudar al estudiante en su proceso académico. La teoría básica en este sentido es que no es mejor estudiante aquel que tiene las mejores calificaciones, sino aquel que hace su mejor esfuerzo motivado por avanzar, progresar y cambiar durante su formación académica.

4. TRABAJOS RELACIONADOS.-

Ana Teresa Molina Álvarez de la Facultad de Ingeniería Mecánica del Instituto Superior Politécnico “José Antonio Echeverría” de la Habana Cuba, expresa: Fuera de los muros universitarios existe un mercado de trabajo que demanda cada vez más, no solamente un egresado hábil y capaz, sino también “competente”. Contrario a esta cita, la presente investigación establece que la aplicación del Modelo basado en Competencias no se está cumpliendo con su objetivo, fundamentalmente por la falta de preparación de los docentes, por lo que una de las responsabilidades que tienen las universidades y sus programas académicos, está en lograr que su personal académico trabaje en pos de perfeccionar su práctica docente.


Johana Astrid Coy Ortiz. Psicóloga. Especialista en Pedagogía de la Expresión Lúdica.

Tutora Virtual de la UNAD - CCAV Neiva, dice: “La Educación Tradicional apagó las preguntas y las motivaciones propias de los educandos, generando el desinterés y la incomprensión de la ciencia, común entre los jóvenes y adultos de nuestro tiempo. Al asignarle al estudiante la función de receptor pasivo, se dejó de lado el necesario ejercicio de las capacidades intelectuales”. Esto es coincidente con las respuestas a las preguntas planteadas, que solo ratifican el hecho que al no aplicar adecuadamente el Modelo basado en Competencias, está generando un deficiente aprendizaje en los estudiantes y eliminaría la competencia como principio organizador de la formación cuyo contenido es práctico y permite a cada estudiante construir su proceso de aprendizaje a partir de la experiencia personal, la reflexión activa y la interacción en grupo.

Otra gran coincidencia que se puede observar en el resumen de las encuestas, en lo

referente a la evaluación de aprendizajes, es que se aplica la misma en los dos modelos, contrariando lo que planteaba la Comisión Técnica de la ESPE: Robayo Iván; Maldonado Betzabé; Tapia Nancy; Velasco Edgar. Diseño Curricular basado en Competencias y que por tanto debía ser de aplicación obligatoria: “La evaluación de la formación de competencias se desarrolla como un proceso continuo de tal manera que se facilita la progresión del aprendizaje del estudiante, permitiendo ajustar las desviaciones con respecto a los estándares establecidos, logrando el desarrollo integral de las competencias determinadas. En el sistema de evaluación de formación por competencias, el estudiante conoce desde el inicio, que se evaluará y bajo qué condiciones.

5. CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO

Los resultados de la presente Investigación, determinan que el problema planteado se ratifica. Definitivamente los procesos didácticos y metodológicos utilizados por los docentes que paralelamente dictan clases en los Modelos tradicional y basado en Competencias inciden negativamente en los aprendizajes de los estudiantes de la Carrera de Ingeniería Civil de la ESPE, pues hay deficiencia en la organización del curso, prácticamente ha desaparecido la interacción educativa y fundamentalmente la evaluación de aprendizajes sigue siendo la tradicional.

La competencia de un estudiante se valora sobre su capacidad de reacción a solucionar problemas concretos y esto solo se logra con la práctica en proyectos reales. Para esto es fundamental la participación activa de la empresa, que brinde la oportunidad a los estudiantes. Un proyecto, en el futuro muy cercano, complementario a esta investigación, es que el Modelo basado en Competencias tenga el componente dual, es decir academia – empresa. Será necesario entonces que la academia primero prepare a sus docentes para este reto, sin lo cual será muy difícil establecer este nexo agregado a la formación académica.

6. REFERENCIAS.-

[1] Albéniz Laclaustra Vicente, Escuela Colombiana de Ingeniería; Cañón Rodríguez Julio César, Universidad Nacional de Colombia; Salazar Contreras Jaime, Universidad Nacional de Colombia; Sánchez Eduardo Silva, Escuela Colombiana de Ingeniería. (2011). Tres momentos del compromiso docente en ingeniería.

[2] Crisanto Velandia Mora. (2011) “Modelo pedagógico para la formación de docentes universitarios”. Tesis de Doctorado. Universidad del País Vasco. Facultad de Filosofía y Ciencias de la Educación. Doctorado en Intervención Psicopedagógica.


[3] Esteban, M. y Sáez, J. (2008, Junio). Las profesiones, las competencias y el mercado. Red U. Revista de Docencia Universitaria, número monográfico I1 “Formación centrada en competencias” [4] Galvis, Rosa Victoria. (2012). Universidad Pedagógica Experimental Libertador (UPEL) - Instituto Pedagógico de Caracas / [email protected]. De un perfil docente tradicional a un perfil docente basado en competencias. [5] UACH (2003). Proyecto de Reforma e innovación curricular. Construcción del perfil de desempeño por competencias. Dirección Académica. Universidad Autónoma de Chihuahua. [6] Vargas, Ruth. 2006. “Metodología Tuning”. XI Reunión general de directores de la Asociación Nacional de Ingeniería. Espacio común de educación superior en Ingeniería en México. Facultad de Ingeniería.


Recibido: Noviembre de 2014 Aceptado: Febrero de 2015

DISEÑO Y EVALUACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE CARACTERÍSTICAS DE PAVIMENTOS FLEXIBLES O

BITUMINOSOS CON LA ADICIÓN DE TEREFTALATO DE POLIETILENO COMO MATERIAL CONSTITUTIVO

Patricio Romero Flores(1) , Guillermo Huertas Cadena(1) , Juan Cazar Ruiz(1) (1)Departamento de Ciencias de la Tierra y la Construcción

Universidad de las Fuerzas Armadas. ESPE Av. Gral. Rumiñahui, Sangolquí - Ecuador

[email protected]

RESUMEN

En la presente investigación se buscó dar un uso útil a la gran cantidad de desechos plásticos generados en nuestro país aprovechándolos como material constitutivo adicional de mezclas asfálticas en caliente que dan pie a los muy conocidos pavimentos flexibles o bituminosos. Para el diseño se siguieron los procedimientos dictados por las distintas normas utilizadas en nuestro país analizando detenidamente la forma y método que permitiera la introducción del material plástico de una manera viable y óptima; es decir, tratando de generar buenos resultados. Una vez presentes los lineamientos se compararon los resultados de mezclas en caliente tal cual la norma junto con mezclas en caliente con plástico en su constitución.

ABSTRACT

In this research we aimed to provide a useful use of the large amount plastic waste generated

in our country taking advantage of them as an additional constituent material in hot mix asphalt that give rise to the well-known flexible or bituminous pavements. About the designing, we followed the procedures set by all different standards used in our country analyzing carefully the form and method that allow us the plastic material introduction in a viable and optimally way, trying to generate good results. Once we had the guidelines, results in standard hot mixtures were compared with hot mixtures with plastic in its constitution.


12 Patricio Romero Flores, Guillermo Huertas Cadena, Juan Cazar Ruiz

1. INTRODUCCIÓN

En nuestro país se destaca en mayor medida el uso de pavimentos flexibles y dependiendo del correcto análisis de cada proyecto se puede prever que el factor económico puede ser decisivo al momento de seleccionar un tipo de pavimento sobre otro.

En varios países se viene experimentando el uso del plástico como material constitutivo del pavimento pero debido al proceso de obtención de patentes los resultados de estas investigaciones no han visto la luz de manera extensa por lo que lamentablemente no existe información técnica detallada ni mucho menos una norma de aplicación que explique cómo manejar el plástico en mezclas asfálticas en caliente por lo que esta investigación se centró en darle una respuesta a esta incertidumbre. Si bien es cierto existen procedimientos en los diferentes métodos de diseño de pavimentos como el método marshall tradicional, o el superpave en uso en los países desarrollados, que implican la verificación y comprobación de las cualidades mecánicas del agregado y del asfalto, pero no así de un aditivo modificador.

La construcción de carreteras es un síntoma de desarrollo de una nación y nuestro país no es la excepción ya que en los últimos años ha habido un despunte en el número de vías de primer orden. Es por esto que la tecnología en desarrollo de pavimentos está avanzando constantemente, la cual siempre debe ir de la mano de un proceso que sea favorable con el medio ambiente.

Cabe destacar que en los últimos cinco años la inversión estatal se ha dirigido de manera primordial a la construcción y reconstrucción de carreteras de tal manera que se pueda proveer al país de vías de primer orden y que cumplan con estándares de calidad, durabilidad y seguridad.

Con respecto al Medio Ambiente, se podría ayudar mucho a mantener el mismo al reciclar productos plásticos y darles un uso técnico en el diseño de pavimentos ya que la contaminación provocada por desechos plásticos es crítica en el país y de acuerdo con información de prensa, en la capital, el 65% de la basura es material orgánico y 35% inorgánico, generados en un 70% por hogares y 30% por industrias y comercio. Entre los principales desechos inorgánicos están el plástico, tetra-pak (polietileno, cartón y aluminio), papel, cartón, vidrio, aluminio y lata. En los últimos años, por las tendencias del mercado, los productos alimenticios usan envases de plástico que, por su menor costo, han sustituido al vidrio y al cartón.

Las quejas y críticas por parte de muchos usuarios de las vías y que corresponden a muchos sectores de la sociedad son generalizados debido a la presencia recurrente de problemas de calidad en vías y que lastimosamente alteran la cotidianidad de la sociedad. Tomando en cuenta que son el medio de comunicación principal del país deben ser tratadas con la importancia suficiente pues cualquier alteración en su normal funcionamiento puede perjudicar seriamente la economía nacional.

Por todo le mencionado, en esta investigación se trata de proponer una alternativa para el reciclaje de botellas de plástico utilizadas en bebidas carbonatadas y agua (PET Tipo I), utilizándolas en el diseño y fabricación de pavimentos flexibles, dimensionando sus resultados y comparándolos con resultados de mezclas en caliente.

2. ESTADO DE ARTE Debido a todos los problemas típicos de los pavimentos flexibles a nivel nacional se ha

introducido en nuestro mercado el uso de polímeros que modifican directamente a las mezclas en su composición dándoles mayor resistencia, entre otras características, pero que sin duda aumentan considerablemente los costos de los proyectos. Es por esto que nuestra propuesta se basa en el uso de material reciclado, específicamente el uso de botellas recicladas correspondientes a PET Tipo I como componente adicional de las mezclas tradicionales para el pavimento flexible.

Actualmente se sigue una normativa de diseño a nivel nacional basada en los estándares norte americanos, en donde se tipifica paso a paso el proceso para un correcto diseño junto con el respectivo análisis de resultados; en nuestro caso, con la adición de plástico a la mezcla, seguimos

Diseño y evaluación de mezclas asfálticas en caliente características de pavimentos 13 flexibles o bituminosos con la adición de tereftalato de polietileno como material constructivo

los estándares de la misma forma analizando el momento y la forma de introducir el PET TIPO 1 tratando de mejorar el comportamiento de la mezcla.

Cabe destacar que el método usado generalmente es el método Marshall para diseño de pavimentos y últimamente en el diseño de pavimentos mediante el superpave, que estudia las cualidades dinámicas de mezclas asfálticas mediante el estudio de módulos de resilencia. Pero que requiere un cambio de tecnología en el estudio de las propiedades mecánicas del asfalto y del agregado, por esta razón su uso es muy limitado o casi nulo en Latinoamérica.

3. MATERIALES Y MÉTODOS

En esta investigación nos basamos en la metodología de la prueba y error diseñando mezclas bajo los lineamientos propuestos por las normas para ensayo Marshall ASTM D 6926 y ASTM D 6927. No obstante es prudente mencionar que antes de entrar en el diseño de la mezcla se caracterizó tanto al agregado grueso como al agregado fino definiendo sus propiedades volumétricas y determinando si son aptos para mezclas asfálticas de acuerdo a lo propuesto por la norma NEVI-12, volumen 3. Lo propio con el ligante asfáltico.

Se seleccionó el PET Tipo 1 por ser el más común en el medio por lo que se puede reciclar en cantidades masivas; está representado por bebidas carbonatadas, energizantes, agua embotellada, etc.

Todos los ensayos se llevaron a cabo utilizando el equipo presente en el laboratorio de suelos y de pavimentos de la Universidad de las Fuerzas Armadas-ESPE conforme a lo propuesto por cada norma.

La comparación mencionada entre mezclas asfálticas en caliente con y sin PET Tipo 1 se basó en el análisis de los distintos pesos específicos junto con los porcentajes de vacíos calculados priorizando los resultados para estabilidad y flujo de cada grupo de mezclas. Es decir que la conclusión de la investigación se basó en la capacidad de resistencia y deformación otorgados por el material plástico a la mezcla, bajo la acción de carga.

4. DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN

Para el inicio de esta investigación se seleccionó el material pétreo correspondiente a la mina de Pintag debido a sus características adecuadas para mezclas asfálticas, esto se determinó en función de varios análisis en proyectos de tesis anteriores que buscaron calificar a las distintas minas de la capital.

Para el agregado se priorizaron sus características más relevantes como son: • Granulometría, que no es más que la característica física principal y fundamental de todo

conjunto de partículas porque influye de forma muy importante en la resistencia mecánica del conjunto de la mezcla. Normalmente se utilizan granulometrías bien gradadas, a fin de conseguir la máxima compacidad del conjunto, aunque también se emplean granulometrías discontinuas en el caso de algunas mezclas asfálticas.

• Se consideró también el peso específico de los agregados, el cual es la relación que existe entre el peso de una sustancia cualquiera y su volumen a una temperatura cualquiera. Nos basamos en las normas ASTM C128 y C127 que cubren la determinación de la medida la densidad de una cantidad de partículas de agregado fino y grueso, la densidad relativa (gravedad específica), la absorción del agregado, entre otros.


• Abrasión según la norma ASTM C131-89, es la acción mecánica de desgaste o erosión provocado por el rozamiento de un material cualquiera con otro. El coeficiente dado por este ensayo presenta estrecha relación con la capacidad resistente del material considerado; adquiere mucha importancia en áridos para la elaboración de hormigones asfálticos; entre otros ensayos de caracterización como por ejemplo el equivalente de arena.

Con respecto al ligante asfáltico, se utilizó asfalto virgen AC-20 y se lo caracterizó mediante los ensayos de: • El punto de reblandecimiento que nos permite identificar la tendencia que tiene un asfalto

para fluir en temperaturas elevadas cuando éste entre en uso o servicio, además que puede ser un parámetro utilizado para la clasificación de bitúmenes. De esta manera se midió el punto de ablandamiento o reblandecimiento y la diferencia de temperatura existente en una misma muestra de asfalto AC-20 para conocer su calidad y su desempeño con respecto a la norma ASTM D 36-95.

• La penetración del asfalto que se define como la distancia, expresada en décimas de milímetro hasta la cual una aguja normalizada penetra verticalmente en el material en condiciones definidas de carga, tiempo y temperatura. Así determinamos la penetración de una aguja normalizada dentro de una muestra de asfalto AC-20 para conocer su consistencia con respecto a la norma ASTM D 5-97.

Con estos parámetros se calculó el índice de penetración del asfalto, el cual cumplió con los estándares propuestos por la norma.

Con los materiales constitutivos de la mezcla se realizó el procedimiento Marshall bajo las normas ASTM D 6926 y ASTM D 6927 tanto para las mezclas normales tomadas como mezclas patrón así como para las mezclas con plástico (aditivadas con PET). Una vez encontrado el porcentaje óptimo de asfalto igual al 6.5% del peso total de cada mezcla se comenzó con la introducción del plástico seleccionado correspondiente al Tereftalato de Polietileno o PET Tipo 1 en tres formas distintas:

• PET tipo 1 en forma de fibras que no excedieran los 8mm de largo y no tuvieran menos de

3mm de ancho. • PET tipo 1 triturado pasante del tamiz 3/8 y retenido en el tamiz #4. • PET tipo 1 triturado pasante del tamiz #10 y retenido en el tamiz #40.

Luego de ensayadas las mezclas, tanto con plástico como sin este, se realizó el análisis de densidades y vacíos como sigue:

a) Gravedad específica neta del agregado Gsb � = � + � + … + �� + � + ⋯ + ��

Dónde: Gsb = gravedad específica neta del agregado P , P , PN = porcentajes individuales por masa de agregado G , G , GN = gravedad específica neta individual del agregado


b) Gravedad específica efectiva del agregado Gse

�� = �� − �� − �

Dónde: Gse = gravedad específica efectiva del agregado Gmm = gravedad específica teórica máxima (ASTM D 2041/AASHTO T209) de mezcla de

pavimento (sin vacíos de aire) Pmm = porcentaje de masa del total de la mezcla suelta = 100% Pb = contenido de asfalto con el cual ASTM D 2041/AASHTO T 209, desarrolló el ensayo; el

porcentaje por el total de la masa de la mezcla. Gb = gravedad específica del asfalto

c) Gravedad específica máxima de la mezcla asfáltica Gmm

�� = �� + �

Dónde: Gmm = gravedad específica teórica máxima de la mezcla del pavimento (sin vacíos de aire). Pmm = porcentaje de la masa del total de la mezcla suelta = 100. Ps = contenido de agregado, porcentaje del total de la masa de la mezcla. Pb = contenido de asfalto, porcentaje del total de la masa de la mezcla. Gse = gravedad específica efectiva del agregado. Gb = gravedad específica del asfalto

d) Absorción del asfalto Pba

� = × �� − �� × �� ×

Dónde: Pba = asfalto absorbido, porcentaje de la masa del agregado. Gse = gravedad específica efectiva del agregado. Gsb = gravedad específica neta del agregado. Gb = gravedad específica del asfalto

e) Contenido de asfalto efectivo Pbe � � = × �� − �� × �� ×

Dónde: Pbe = contenido de asfalto efectivo, porcentaje de la masa total de la mezcla. Pb = contenido de asfalto, porcentaje de la masa total de la mezcla. Pba = asfalto absorbido, porcentaje de la masa del agregado.


Ps = contendido de agregado, porcentaje total de la masa de la mezcla.

f) Porcentaje de vacíos en el agregado mineral VAM

�� = − � × ��

Dónde: VAM = vacíos en el agregado mineral (porcentaje del volumen neto). Gsb = gravedad específica neta del total de agregado. Gmb = gravedad específica neta de la mezcla asfáltica compactada (ASTM D 1188 O D

2726/AASHTO T 166). Ps = contenido de agregado, porcentaje del total de la masa de la mezcla asfáltica

g) Porcentaje de vacíos de aire

� = × �� − ��

Dónde: Va = vacíos de aire en la mezcla compactada, porcentaje del volumen total. Gmm = gravedad específica máxima de la mezcla asfáltica. Gmb =gravedad específica neta de la mezcla asfáltica compactada

h) Porcentaje de vacíos llenos de asfalto VAF

�� = × �� − ��

Dónde:

VAF = vacíos llenados con asfalto, porcentaje de VAM. VAM = vacíos en el agregado mineral, porcentaje del volumen total Va = vacíos de aire en mezclas compactadas, porcentaje del volumen total

5. RESULTADOS

Se pudo observar que el PET triturado retenido en el tamiz #4 y pasante del tamiz 3/8”, con un porcentaje de vacíos del 4% en la mezcla, presenta valores menores en estabilidad al compararlo con una briqueta tradicional con un porcentaje óptimo de asfalto de 6.5% y al 4% de vacíos, y a su vez muestra valores superiores en flujo tanto para la briqueta normal como para los límites de la norma NEVI-12, por lo tanto, se puede concluir que esta forma de incorporar el Tereftalato de Polietileno no representa una mejora en la estructura del pavimento.

Al comparar briquetas tradicionales las cuales contienen un porcentaje óptimo de asfalto así como también un 4% de vacíos de diseño, con briquetas a la cuales se le incorporo un porcentaje óptimo de PET tipo fibra para obtener un porcentaje de vacíos del 4%, se observó que las briquetas


modificadas con PET presentan valores superiores de estabilidad y flujo, concluyendo así que se obtuvo un pavimento más resistente pero a su vez con mayor capacidad de deformación.

Con respecto al PET Tipo 1 dispuesto en forma de fibra, se recomienda que sea perpendicular al efecto de la carga de los vehículos para aprovechar en su totalidad la resistencia a flexión y sobre todo a tracción ofrecidos por cada fibra, esto lamentablemente puede dificultar su puesta en obra y por ende su correcta trabajabilidad.

Tabla 1 Comparación de Resultados para Estabilidad y Flujo.

Características de la Mezcla

% Optimo PET tipo 1 Estabilidad (lb) Flujo (0.25 mm)

Tradicional sin PET tipo 1

---------- 1824.0 14

Pet tipo 1 dispuesto en fibra

11.6 2120.0 23

Pet tipo 1 triturado pasante tamiz 3/8” y

retenido en tamiz Nº4

16.8 1730.0 21

Pet tipo 1 triturado pasante tamiz Nº10 y

retenido en tamiz Nº40

13.8 2750.0 22

Figura1 Comparación % Óptimo de PET


Figura2 Comparación de Estabilidades

Figura3 Comparación de Flujos

A grandes rasgos se puede argumentar que se obtuvieron los resultados esperados. Si bien es cierto el plástico provoca una deformación por fuera de la norma, Según la norma NEVI-12, página 922, tabla 812-4.1, se estipula un flujo a 0.25mm entre 8 y 14 para vías de alto tráfico; en el caso actual se tiene un flujo de 22 para el porcentaje de PET Tipo 1 óptimo de 13.6% por lo que no se cumple a cabalidad la normativa; hay que tener en cuenta que con el valor aumentado de estabilidad provisto de igual manera por el plástico se va a tener un punto de rotura en un valor más alto. Es decir, que para que la mezcla entre en fluencia y pierda su capacidad dúctil se va a necesitar más carga a pesar de que se deforme en mayor medida luego del dicho punto de fluencia.

6. TRABAJOS RELACIONADOS

Entre la poca información que existe referente a este tema se destaca el “Plastisoil” desarrollado por el profesor asistente de Ingeniería Civil y Ambiental en la Universidad de Temple en Filadelfia, Estados Unidos, NajiKhoury. Éste material se caracteriza por ser duro y permeable, ya que es elaborado con una mezcla de suelo y botellas de plástico trituradas, entre otros elementos. Gracias


8. RECOMENDACIONES

• Luego del proceso de abertura de tamices para el cumplimiento de la granulometría seleccionada comparada con los límites propuestos por la norma puede darse el caso en que el porcentaje de vacíos Va de las briquetas no se encuentre entre los valores de 3 y 5% recomendados por la norma NEVI-12, razón por la que un método de prueba para la respectiva corrección de este parámetro consiste en aumentar el porcentaje de material fino correspondiente al retenido y pasante del tamiz #200 como se hizo en el caso actual dejándolos al límite granulométrico superior propuesto por la norma.

• Es recomendable que al manejar e introducir el PET tipo fibra se tengan dimensiones mayores a 3mm de ancho pues dimensiones menores no resisten el calor de la mezcla y compactación de una briqueta y por ende de un pavimento en caliente, ocasionando que las fibras se deformen en exceso y pierdan desde su longitud hasta su consistencia.

• De igual forma, con respecto al PET Tipo 1 dispuesto en forma de fibra, se recomienda que sea perpendicular al efecto de la carga de los vehículos para aprovechar en su totalidad la resistencia a flexión y sobre todo a tracción ofrecidos por cada fibra y esto puede dificultar su puesta en obra y por ende su correcta trabajabilidad.

9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] American Society for Testing and Materials ASTM. (2006). Standard Test Method for

Marshall Stability and Flow of Bituminous Mixtures. Pennsylvania: ASTM.

[2] American Society for Testing and Materials ASTM. (2010). Standard Test Method for

Marshall Stability and Flow of Bituminous Mixtures. Pennsylvania: ASTM.

[3] Asphalt Institute MS-22. (2009). Construction of Hot Mix Asphalt Pavements, Second

Edition. En A. I. MS-22, Asphalt Institute MS-22 (pág. Cap. 3). United States: Asphalt Institute MS-

22.

[4] Ministerio de Transporte y Obras Públicas del Ecuador MTOP. (2013). Norma Ecuatoriana

Vial NEVI-12 MTOP. En S. d. Trasnporte, Especificaciones Generales para la Construcción de

Caminos y Puentes (págs. 400-533). Quito: Ministerio de Transporte y Obras Públicas del Ecuador

MTOP.


Recibido: Enero de 2015 Aceptado: Marzo de 2015

FABRICACIÓN DE HORMIGONES LIVIANOS CON MATERIALES VOLCANOCLÁSTICOS (LAPILLI) Y SU INFLUENCIA EN LA

REDUCCIÓN DE FUERZAS SÍSMICAS

Andrés Paul Martínez Ruiz (1), Pablo Enrique Caiza Sánchez (2)

(1) Universidad de las Fuerzas Armadas “ESPE”. Programa de Titulación- Ingeniería Civil

Av. Gral. Rumiñahui s/n, Valle de los Chillos

(2) Departamento de Ciencias de la Tierra y la Construcción Universidad de las Fuerzas Armadas “ESPE” Av. Gral. Rumiñahui s/n, Valle de los Chillos

RESUMEN

Este artículo determina la factibilidad de uso de materiales de procedencia ígnea para la fabricación de hormigones livianos, enfrentando afecciones producidas por la reactividad álcali- sílice (RAS). Para el efecto se analiza una gama de materiales volcanoclásticos presentes en la superficie de la Provincia de Cotopaxi-Ecuador. De las rocas analizadas, los áridos lapilli negros obtuvieron los mejores resultados para su posterior aplicación en hormigones, a pesar de considerarse, por su estructura celular, como un agregado de mala calidad. Por lo cual, se tomaron medidas técnicas dentro de la dosificación, mezclado y compactación, y se alcanzaron resistencias a los 28 días de 280 kg/cm², con un margen de seguridad del 33 % por encima de las resistencias de diseño. Por otro lado se observó que, los hormigones livianos tienen un efecto significativo en el comportamiento sismo resistente de las estructuras, tanto en la reducción de fuerzas sísmicas como en los desplazamientos relativos de piso. Palabras clave: Volcanoclásticos, hormigones livianos, reactividad álcali-sílice, fuerzas sísmicas, desplazamientos relativos de piso.

ABSTRACT

This article determines the feasibility of using materials of igneous origin for the

manufacture of lightweight concrete, facing conditions caused by alkali-silica reactivity (RAS). For this purpose a range of volcanoclastic materials, at the surface of the Cotopaxi Province in Ecuador, is analyzed. Among the rocks analyzed, black lapilli obtained the best results for later use in concrete, although it is regarded, by its cellular structure, as an aggregate of poor quality. Therefore, Taking technical measures within dosing, mixing and compactation procedures, 280 kg / cm² strength is achieved, with a safety margin of 33% above the design strengths. Furthermore it was observed that the lightweight concrete has a significant effect on the behavior of earthquake resistant structures, both in reducing the seismic forces and story drift. Keywords: volcanoclastics, lightweight concrete, alkali-silica reactivity, seismic forces, story drift

22 Andres Paul Martínez, Pablo Caiza Sánchez

1. INTRODUCCIÓN

Este artículo analiza la posibilidad de usar materiales alternativos, considerados de mala calidad en primera instancia, para la elaboración de hormigones estructurales. Esto se debe sobre todo a sus posibles ventajas para el diseño sismo resistente. En la zona de Cotopaxi, la actividad económica de mayor demanda es la agricultura, una de las estructuras más utilizadas son los invernaderos. Por lo cual, se pretende elaborar sus cimentaciones con materiales obtenidos directamente de las faldas del Volcán Cotopaxi (0° 48’ 48.71” Sur, 78° 55’ 41.67” Oeste), donde se encuentran grandes depósitos de piedra pómez (lapilli). En términos generales, la piedra pómez es una roca porosa, frágil y de bajo peso específico, procedente de magma volcánico, que está compuesta por cuarzo en forma de vidrio volcánico y silicatos (principalmente feldespato). Adicionalmente, dentro del análisis de la composición mineralógica que presenta este agregado, el (NEVI_12, 2011), menciona que el árido para ser utilizado en hormigón no debe contener ningún material que sea perjudicialmente reactivo con los álcalis del cemento y en cantidad suficiente que cause expansiones excesivas al mortero o al hormigón. 1.1 Materiales Analizados

El área de estudio se concentró en San Agustín de Callo, Cotopaxi, Ecuador, mismo que

se encuentra asentado sobre una vasta extensión de áridos ligeros, producto de la cercanía con el volcán Cotopaxi. Existe gran abundancia de piedra pómez (lapilli), identificada por su color en dos tipos, y en general más conocida en el medio como chasqui (Ver Figura 1), La chasqui blanca (CHB) es comúnmente utilizada para la elaboración de bloques de hormigón para mampostería, mientras que la chasqui negra (CHN) es desechada en los procesos de explotación por su notable dureza y, por lo tanto, poca manejabilidad en la producción de bloques alivianados para paredes.

Figura 1 Chasqui Blanco y Negro, extracto de la zona de Lasso Cotopaxi

Fabricación de Hormigones livianos con materiales volcanoclásticos (Lapilli) y su 23 influencia en la reducción de fuerzas sísmicas

1.2 Hormigones livianos con piedra pómez de tipo lapilli.

La gran mayoría de los hormigones que se elaboran en Ecuador ocupan para su fabricación agregados de densidad normal, por lo que el hormigón liviano, es un material poco conocido. Sin embargo existen razones que justificarían su empleo estructural, debido fundamentalmente a la abundancia de material de baja densidad (piedra pómez).

El hormigón estructural de peso liviano se define en ACI (213R, 1987), como aquel que

posee una densidad en situ (peso unitario) en el orden de 90 a 115lb/pie³ (1440 a 1840 kg/m³) en comparación con el concreto de peso normal que presenta una densidad en el rango de 140 a 150 lb/pie³ (2240 a 2400 kg/m³). Adicionalmente, para aplicaciones estructurales la resistencia del concreto a la compresión deberá ser superior a 17.2 MPa, (Mauricio López, 2006).

En las recomendaciones del ACI (211.2.98, 2000), la pre saturación de áridos ligeros, junto

con la granulometría y la relación agua/cemento, son considerados los factores más influyentes en el diseño de los hormigones ligeros estructurales. Además gran parte del desarrollo de los hormigones livianos menciona que los hormigones que alcanzan mayores resistencias, reemplazan todo o una porción de la parte fina con arena de peso normal. En este artículo se busca el aprovechamiento total (reemplazar tanto el agregado fino como el grueso), de los materiales de la zona de estudio, porque se cree que generaría un impacto en los costos de construcción de este tipo de estructuras.

Es importante mencionar que se trata con agregados que aparentemente son de mala

calidad, lo que hace pensar que la resistencia a la compresión no alcanzará niveles estructurales. Sin embargo el ACI (213R, 1987), menciona que con algunos agregados livianos no hay ninguna dificultad en la obtención de resistencia a la compresión de hasta 41 MPa.

1.3 Reactividad de los Agregados

La reacción álcali- agregado, está identificada como un fenómeno físico y químico que se produce al reaccionar los hidróxidos alcalinos del hormigón y los compuestos minerales que presenta la roca empleada como agregado, generando productos químicos que pueden llegar a desatar expansiones y micro fisuras del hormigón según (ALAEJOS, 2003).

En esta reacción, cabe mencionar, que todas las rocas silíceas han sido clasificadas en

algún caso como árido reactivos, pero la experiencia de unos países a otros y el comportamiento de los áridos en obra no son directamente extrapolables (BCA, 1992). Debido a esto, es importante el uso de diferentes ensayos que permitan comprobar de forma específica el comportamiento del agregado a utilizar en este estudio. Uno de los parámetros de mayor influencia en el RAS está la estructura del mineral, ya que la reacción será más rápida en tanto que más desordenada sea la estructura del mineral.

Dentro de la estructura mineral, el vidrio volcánico de la piedra pómez es su componente potencialmente reactivo.

De la descripción en (JOYCE., 1996), acerca del vidrio volcánico, cabe indicar que,

“Dependiendo del tipo de magma, el vidrio ira de ultrabásico a ácido. Los vidrios ácidos e intermedios son los reactivos. Los básicos (normalmente basálticos) son inocuos”.


1.4 Reactividad Álcali- Sílice (RAS) La particularidad de la reacción es la formación de un gel, que al estar en contacto con el agua, tiene la propiedad de absorberla y aumentar su volumen. Este gel se ubica en los poros y micro-poros del hormigón, los que al llenarse inducen tensiones y agrietamientos, que pueden llegar a producir fallas por fatiga y eventualmente la desintegración del hormigón, afectando su durabilidad. 1.4.1 Proceso de la RAS La reacción álcali-sílice se produce entre los iones hidroxilos (OH-) de los hidróxidos de sodio y potasio presentes en el cemento y los componentes silíceos reactivos de los agregados. La presencia de iones (OH-) quiebra la estructura de la sílice de los agregados y luego, la diferencia de carga permite la adsorción de los iones alcalinos, dando lugar a la formación de un gel sílico-alcalino (composición aproximada de los silicatos de sodio y potasio), expansivo al absorber agua en presencia de calcio. El hidróxido de calcio está en forma cristalizada mientras que los hidróxidos de sodio y potasio se encuentran presentes en la solución, (Silvia Palazzi, 2008). Las reacciones químicas son:

Proceso 1

Sílice (SiO )+Álcali (2NaOH) +Agua (H2O) = Gel álcali-sílice (Na SiO3.2H O)

Proceso 2

El gel producto de la reacción + agua = Expansión del hormigón

2. RESULTADOS

Se utilizaron 3 muestras para el estudio, dos son procedentes de San Agustín, y la muestra restante, es derivada de Latacunga, misma que será utilizada como un elemento comparativo. El origen y designación para cada muestra se describen en la Tabla 1:

Tabla 1 Identificación y Descripción de los Agregados

Chasqui Blanco

Chasqui Negro

Pumita

CHB

Agregado

CHN

PL

San Agustín de Coltas; 0° 48’ 48.71” Sur,

78° 55’ 41.67” OesteCantera "EGAS"

C. Honduras-Latacunga; 0° 54’ 35,20” Sur,

78°38’ 39,60” OesteCantera "Pitigua"

Ubicación Nombre Designación


Las propiedades de los agregados son fundamentales para determinar los requisitos que

deben cumplir los áridos para ser utilizados en la preparación de hormigón de cemento hidráulico. El análisis de los resultados obtenidos de los ensayos de tolerancia, resistencia mecánica, descripción mineralógica del árido y comportamiento expansivo se muestran a continuación.

2.1 FASE 1: Ensayos de caracterización de los áridos:

Estos estudios tienen como objetivo determinar los parámetros de tolerancia de cada árido en estudio (CHB, CHN, PL), así como la identificación de sus componentes químicos a través de un ensayo de Difracción de Rayos X, con el fin de realizar un análisis comparativo de sus propiedades físico- mineralógicas que permita establecer el árido óptimo para la elaboración de hormigones.

2.1.1 Caracterización Física de los Áridos

En las Tablas 2, 3, 4 se muestran las propiedades físicas de los áridos CHN, CHB, y Pl.

Tabla 2 ÁRIDO CHN. Tabla Resumen de Propiedades Físicas

Valor Unidades1,098 g/cm³

1,119 g/cm³

19 %

0,645 g/cm³

0,7 g/cm³

12 esferas -

41,25 %

Carga Abrasiva

Abrasión en Porcentaje

GRANULOMETRÍA

VALORES CARACTERISTICOS- CHNPropiedades Imagen Chasqui NegraPeso Específico

Peso Específico S.S.S.

Absorción de Agua

Densidad Suelta

Densidad Compactada

0

50

100

150

9,5 4,76 2,36 1,18 0,6 0,3 0,15 0

% P

AS

A

ABERTURA DE LOS TAMICEZ ( MM)

GRANULOMETRÍA CHNCurva CHN Limite Inferior Limite Superior

2´´ 50,0 0 0,000 0,000 100,01 1/2´´ 38 0 0,000 0,000 100,0

1´´ 25 504,8 4,669 4,669 95,33/4´´ 19 2774,1 25,658 30,327 69,71/2´´ 12,7 3285,9 30,392 60,718 39,33/8´´ 9,5 2254,1 20,848 81,567 18,4N° 4 4,75 1119,6 10,355 91,922 8,1N° 8 2,36 208,6 1,929 93,851 6,1

Fondo 664,8 6,149 100,000 0,0TOTAL 10811,9 100

TamicesTamices

(mm)Peso (gr) % Retenido % Acumulado % Pasa


Tabla 3 ÁRIDO CHB. Tabla Resumen de Propiedades Físicas


0,616 g/cm³

41 %

0,474 g/cm³

0,495 g/cm³

12 esferas -

43,09 %

Densidad Compactada

Carga Abrasiva

Abrasión en Porcentaje

VALORES CARACTERÍSTICOS- CHB

Imagen Chasqui BlancaPropiedadesPeso Específico


Absorción de Agua

Densidad Suelta

Tabla 4 ÁRIDO PL. Tabla Resumen de Propiedades Físicas


0,355 g/cm³

53 %

0,487 g/cm³

0,541 g/cm³

12 esferas -

54,17 %Abrasión en Porcentaje

GRANULOMETRÍA

VALORES CARACTERISTICOS- PLPropiedades Imagen PumitaPeso Específico


Absorción de Agua

Densidad Suelta

Densidad Compactada

Carga Abrasiva

2.1.2 Caracterización Mineralógica de los Áridos (Difracción de Rayos X)

La determinación de los compuestos con cristalización definida presente en las muestras se realizó empleando el Difractómetro D8 ADVANCE, y el programa Diffrac plus para cualificación y cuantificación. A continuación en las Tablas 5 y 6, se detallan los resultados obtenidos en el análisis:

Tabla 5 ARIDO CHN. Propiedades Mineralógicas. Ensayo de Difracción de Rayos X.

86

2

5

2

5

Coesita

(Na, Ca)Al(Si,Al)Si O₈SiO

Maghemita

Caolinita

Halloysita

Al (Si O )(OH)

Al (Si O )(OH) H O

Fe O

MUESTRA CHN

Mineral FormulaContenido

(%)

Grupo plagioclasa (albita, andesita, anortita)


Tabla 6 ARIDO CHB. Propiedades Mineralógicas Fuente: Ensayo de Difracción de Rayo X.

52

3

39

2

4

Coesita SiO

Al (Si O )(OH)

Halloysita Al (Si O )(OH) H O

Caolinita

Maghemita Fe O

MUESTRA CHB

Mineral FormulaContenido

(%)


(Na, Ca)Al(Si,Al)Si O₈

En el caso del árido PL, los resultados de la muestra no presentan una cristalinidad definida, y se la precisa como una muestra amorfa.

2.1.3 Discusión de Resultados de Caracterización de los Áridos.

La Fase 1 de este proyecto nos permite establecer las primeras resoluciones en torno a la factibilidad de uso de los materiales en estudio, como agregados para hormigones. A continuación se presentan algunas conclusiones preliminares que son decisivas para la continuidad del proyecto.

El árido CHN presenta las mejores condiciones tanto físicas como mineralógicas, por lo que se evaluará su comportamiento expansivo, y posteriormente mecánico dentro de una mezcla de hormigón. El árido CHN paso la prueba de desgaste a la abrasión con un 41.25%, y a pesar de tener una absorción también elevada de 19%, tiene mejores condiciones que los otros áridos analizados. Lo más importante a destacar es su granulometría que exhibe una distribución de tamaños bastante ajustado a los límites de gradación que expone la norma, así como una forma y textura recomendable para un mejor comportamiento de adherencia en la mezcla. Los resultados mineralógicos muestran que su contenido de sílice es de 2%, que al igual que CHB, es considerado un árido no reactivo con los álcalis del cemento. Además su alto contenido de feldespato se considera beneficioso, pues este mineral posee una gran tendencia a combinarse con la cal en presencia de agua a temperatura ambiente, dando lugar a una nueva formación de compuestos estables, poco solubles en el agua y que poseen características cementantes, es decir, capaces de desarrollar resistencia por endurecimiento hidráulico.

2.2 FASE 2: Identificación y Cuantificación de componentes reactivos.

Esta fase del estudio permitirá constatar la presencia de componentes reactivos en el árido identificado como óptimo para la elaboración de hormigones a través de un estudio de lámina petrográfica.


2.2.1 Sistematización del Estudio Petrográfico

Por el origen de la muestra es de suma importancia la detección de vidrio volcánico,

identificado como componente reactivo en la bibliografía. A partir de lo expuesto, se tratará de fijar criterios lo más objetivos posibles, que permitan diferenciar componentes reactivos e inocuos del árido. Según la NTE INEN (870, 2012), el estudio petrográfico se realiza con el propósito de determinar las cantidades relativas de los componentes de la muestra, reconociendo propiedades que puedan esperarse tengan influencia en el comportamiento del material según el uso deseado. En el presente estudio, es necesario determinar si hay presentes sustancias potencial y perjudicialmente reactivas, y de existir, en qué cantidades. A continuación la Tabla 7 presenta los resultados de la Petrografía efectuada al árido CHN.

Tabla 7 ARIDO CHN. Porcentaje aproximado de minerales en la muestra. Fuente: Estudio Petrográfico

Matriz 25%

Feldespatos 5 - 10%

Piroxenos 1 - 5%

Anfiboles 1 - 2%

Clastos de otras rocas 1 - 3%

Clastos de otras rocas 40 - 45%

Vidrio volcánico 5 - 8%

Piroxenos 1 - 3%

Anfiboles 1 - 3%

Vidrio volcánico 5 - 10%

MUESTRA CHN

Detritos/Clastos 75%

Feldespatos 10 - 15%

Se confirma los resultados del análisis de Difracción de rayos X, que muestra bajos índices de vidrio volcánico, que es el mineral de mayor interés para los objetivos de la investigación. La Tabla 7 muestra en la sumatoria de clastos y detritos finos (matriz), que alcanza un máximo de 18%, aún menor al 45% de sílice, por lo que se establece como un árido básico según la clasificación de las rocas ígneas por su contenido de sílice (Escobar, 2003), es decir que no es reactivo con los álcalis del cemento. Pero la Norma Ecuatoriana menciona que, los resultados del examen petrográfico deben ser consultados en conexión con otros ensayos químicos para establecer conclusiones y recomendaciones que conciernen al uso de combinaciones árido-cemento en hormigón. Este criterio fue considerado en la siguiente fase del proyecto.


Tabla 8 ARIDO CHN. Microfotografía en luz polarizada y natural.

Fuente: Estudio Petrográfico MICROFOTOGRAFÍA EN LUZ POLARIZADA

En un clasto milimétrico en la parte inferior se observa los fenocristales grandes, son de plagioclasas y asociados al vidrio volcánico, en la parte central se observa en la matriz ferro-magnesianos (anfíboles) y pocos piroxenos. Diámetro de cada campo 2,2 mm.

NOMBRE DE LA ROCA: Volcanoclástico, con detritos de composición basáltica

MICROFOTOGRAFÍA EN LUZ NATURAL

En minerales pequeños clastos orientados de formas redondeadas y sub-redondeadas, su orientación es por fluidez, y los incoloros de feldespato, y la masa oscura vidrio volcánico y óxido de hierro.

En la Tabla 8 se observa una textura clástica, con detritos de rocas volcánicas basálticas con piroxenos y anfíboles (minerales del grupo de los silicatos); los clastos son sub-redondeados a angulosos; la matriz está conformada por detritos orientados de rocas volcánicas y masa vítrea o amorfa, es decir que no alcanza una forma cristalina por la rapidez con la que el magma se funde.

2.3 FASE 3: Ensayos de Comportamiento (normalizados):

Una vez conocidos los resultados del estudio petrográfico y definidos los componentes

reactivos, se ensayarán las siguientes técnicas para establecer el comportamiento expansivo del árido: • Ensayo químico (ASTM C289). • Ensayo acelerado de probetas de mortero (ASTM 1567).


2.3.1 Ensayo Químico ASTM C289

El resultado de este ensayo se expresa como el cociente o la relación molar que existe

entre valores de concentración de sílice solubilizada o disuelta del árido silicatado frente a la concentración de sodio que se consume en el proceso (expresada en todos los casos en términos de concentración de Na O).

En la Figura 3 que acompaña a la norma ASTM que fija los límites entre reactivo e inocuo,

se ha representado el resultado del árido CHN y se muestra la zona en la que se estableció. En la gráfica se marca la relación entre la reducción de la concentración alcalina (Rc) o concentración de hidróxido de sodio y el volumen de sílice disuelto (Sc) en la solución original.

Figura 2 Resultado del Método Químico aplicado al Árido CHN. Detalle de la ubicación del árido. Fuente: Método Químico ASTM C289

ÁRIDO CHN

16,64 mmol/l 9,75 mmol/l Agregado inocuo

(Rc) Reducción en

Álcali

(Sc) Silica disuelta

RESULTADO

NADA

Áridos considerados

Áridos

considerados

potencialmente

Áridos considerados


El ensayo clasifica al árido CHN, por la zona establecida en la Figura 2 como un agregado

inocuo, ya que la sílice disuelta por el árido no es suficiente para clasificarlo como reactivo. La NTE INEN (868, 2011), recomienda que las interpretaciones basadas en este método se correlacionen con la NTE INEN (870, 2012), correspondiente a la petrografía de los áridos.

Por lo que al analizar los resultados, se establece una relación semejante en ambos

ensayos, que clasifica al árido CHN como no reactivo. Sin embargo el método químico tienen limitaciones que pueden deberse a un tiempo corto de ensayo, por lo que la norma ecuatoriana recomienda que el carácter inocuo del árido deberá ser comprobado por ensayos complementarios, en este caso el ensayo acelerado de barras de mortero, NTE INEN (867, 2009).

2.3.2 Ensayo Acelerado de Barras de Mortero.

De la misma forma que el método anterior, estas probetas se someten al ataque de una

disolución de NaOH 10³ mol∙m-³, a 80 °C, midiendo la elongación de cada probeta en diferentes edades. Se ha realizado el ensayo acelerado de probetas de mortero al árido CHN y los resultados obtenidos se muestran a continuación:

Tabla 9 Deformaciones de las Barras en Porcentaje del Árido CHN.

Fuente: Ensayo Acelerado de Barras de Mortero.

barra 1 barra 2 barra 3 Promedio Norma

2 0,000 0,000 0,000 0,000 0,1008 0,009 0,012 0,012 0,011 0,10011 0,015 0,013 0,015 0,014 0,10014 0,016 0,016 0,017 0,016 0,10016 0,018 0,019 0,019 0,019 0,100

Edad díasDeformaciones de las Barras (%)

De los resultados obtenidos, la Tabla 9 muestra las deformaciones medidas a diferentes

edades, en tres barras de mortero elaboradas con el árido CHN, donde la deformación promedio a los 14 días desde la medición cero, fue un valor de 0.019% (<0.10%), que según la norma determina al árido como “INOCUO”.

Para tener una idea de la evolución de crecimiento, la Figura 3 presenta una gráfica de

tiempo (días) vs porcentaje de expansión de cada barra en análisis, gráfica que es conocida como Curva de Crecimiento.


Figura 3 Curva de Crecimiento del Árido CHN. Fuente: Ensayo Acelerado de Barras de Mortero

2.4 FASE 4: Ensayos de Resistencia Mecánica

Esta fase contempla la clasificación del árido según su resistencia a la compresión uniaxial

mediante el ensayo de Carga Puntual en Rocas descrita en el ASTM D5731, Resistencia a la Compresión de Cilindros de Hormigón, Ensayo de Módulo de Elasticidad del Material, Densidad del Concreto, mismos que se presentan en un resumen a continuación en la Tabla 14. Pero previo a lo expuesto, se considera de gran importancia la descripción de las propiedades del árido fino, así como de los criterios adoptados para la dosificación, mezclado y compactación de los hormigones fabricados en laboratorio.

2.4.1Proporciones de las Mezclas de Prueba

Tabla 10 ARIDO FINO. Tabla Resumen de Propiedades Físicas y Mineralógicas.

Valor Unidades Contenido (%)1,045 g/cm³

1,062 g/cm³

10,2 % 83,54 g/cm³ 83,962 g/cm³ 2

6Densidad Compactada

PropiedadesPeso Específico


Absorción de Agua

Densidad Suelta

VALORES CARACTERISTICOS- FINO PROPIEDADES MINERALÓGICAS

CoesitaCaolinitaHalloysita


Maghemita

Mineral

76

En la Tabla 10 se expone las propiedades físicas y mineralógicas del árido fino procedente de San Agustín de Callo, considerado para la elaboración de hormigones. Se observa un contenido mineralógico similar al de CHN y CHB, en diferentes proporciones, por ser procedentes de la misma mina, además su peso específico se considera un 44% más liviano que el árido fino normal entre 2.30-2.50 g/cm³.


Tabla 11 Proporciones de la Mezcla

Cemento Fino Grueso A/C1 0,75 1,37 0,49

Cemento Fino Grueso Agua363,87 271,75 497 180

Dosificación para

f´c=210 Kg/cm²

PROPORCIONES EN VOLUMEN

PESO EN Kg PARA 1m³

La Tabla 11 muestra las proporciones de la mezcla en volumen y en Kg para 1 m³ para hormigón de 210kg/cm².

Tabla 12 Pesos Húmedos con Corrección por Humedad

HL-A HL-B HL-CCEMENTO 18 18 18

FINO 14,65 13,93 15,52GRUESO 27,54 28,3 29,53

AGUA 10,79 10,74 7,93

PESOS HUMEDOS EN Kgf´c=210 Kg/cm²

Por otra parte, la Tabla 12 presenta la misma mezcla para áridos livianos, pero que difieren en la corrección por humedad, el mezclado y tiempos de concentración mostrados posteriormente. Además las nomenclaturas utilizadas se describen de la siguiente manera: Hormigón liviano; Mezcla A (HL-A), Mezcla B (HL-B) y Mezcla C (HL-C).

2.4.2 Consideraciones de Mezclado y Compactación.

La presente investigación adoptó como base para el amasado todas las recomendaciones

recopiladas en la bibliografía con la finalidad de establecer un proceso de mezclado óptimo para hormigones elaborados con áridos ligeros. A continuación se presenta el procedimiento de mezclado y compactación considerado para el presente proyecto:

Al estimar que el almacenamiento de los agregados ligeros no es el óptimo al estar

expuesto a la intemperie, por ende a las variaciones de humedad debidas a fenómenos exteriores, como la lluvia, se realizó un ensayo de humedad natural, tanto a los áridos gruesos como finos, antes de la fabricación de las mezclas.

El mezclado se realizó mediante concretera, misma que se humedeció antes de colocar los componentes del concreto.

Para efectuar la mezcla se colocó primero el árido grueso liviano y seguidamente con la concretera en marcha se añadió 2/3 de agua de amasado, para la presaturación del agregado y se lo mezcló por 45 segundos.

Posterior a ésto, se añadió el cemento, el árido fino liviano y el agua restante y se lo dejó mezclar por 6 minutos, ya que se consideró que una larga duración del mezclado, influye beneficiosamente en la docilidad del hormigón fresco con este tipo de agregado.

Debido a la baja densidad que presenta el agregado la compactación del hormigón varia, ya que el comportamiento del árido en el hormigón difiere del árido de densidad normal. Puesto que los áridos livianos tienden a amortiguar fuertemente las vibraciones, mientras


que los áridos de peso normal se compactan al poco tiempo. Pasa lo mismo el momento de expulsar el aire contenido después de la compactación, ya que la movilidad de los áridos de peso normal en el hormigón resulta más favorable que para agregados de baja densidad, por lo cual, el número de inmersiones de la varilla y el número de golpes con el mazo se estima al doble. A continuación se presenta la Tabla 13, que resume los parámetros adoptados para cada mezcla.

Tabla 13 Consideraciones de Mezclado y Compactación

MezclaPresaturación de los árido

Tiempo (seg)

Tiempo total de amasado

(min)

Número de Penetraciones

de Varilla

Número de Golpes de

maso

HL-A 30 6 35 28HL-B 45 7 30 25HL-C 60 8 35 30

CONSIDERACIONES DE MEZCLADO Y COMPACTACIÓN

2.4.3 Resumen y Discusión de Resultados de Resistencia Mecánica.

Además de las mezclas para hormigón liviano presentadas, con el propósito de establecer diferencias entre el hormigón liviano y el hormigón convencional, se elaboró una mezcla que conserve la dosificación anterior, pero con el reemplazo de agregados livianos por agregados de densidad normal, manteniendo la relación de volumen que ocupa el árido fino y grueso. Los resultados de los diferentes ensayos se muestran a continuación en la Tabla 14:

Tabla 14 Resumen de los Resultados de Asentamiento, Resistencia a la Compresión, Módulo de

Elasticidad y Densidad del Concreto

MEZCLA HL-A HL-B HL-C H.Normal

Asentamiento (cm) 10 9 10 15

Resistencia a la Compresión 28 día (Kg/cm²)

279,33 214,48 280,59 119,89

Densidad Kg/m³ 1839,7 1837,7 1838,8 2215,8

Módulo de Elasticidad Kg/cm² 123313,685178353,828

RESUMEN DE FASE 4 DEL PROYECTO

El valor de la Resistencia a la Compresión Uniaxial alcanzada por el árido CHN en MPa fue de 98.50 y se estableció en la clasificación como una roca

Dura.

2.4.3.1 Resistencia a la Compresión y Densidad aparente

La Figura 4 muestra la evolución de las resistencias a la compresión de las mezclas en

estudio, donde se observa que la mezcla HL-A y HL-C alcanzan una resistencia a los 28 días similar en promedio de 279.96 kg/cm². Para el caso del hormigón convencional su resistencia los 28 días fue pobre y no alcanzo el 60% de la resistencia de diseño. Cabe recalcar que en la mezcla HL-B, con la finalidad de disminuir la densidad, se consideró la reducción de una parte del


agregado grueso, por lo cual de la granulometría se utilizó el pasante del 1 1/2´ y el retenido en el No. 4 (4.75mm).

0

50

100

150

200

250

300

0 5 10 15 20 25 30

Res

iste

nci

a (k

g/c

m²)

Tiempo (días)

EVOLUCIÓN DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN

HL-A

HL-B

HL-C

HN

Figura 4 Evolución de Resistencia a Compresión

Puesto que los hormigones livianos generalmente contienen aproximadamente un 70 % en volumen de áridos, su densidad depende en primer lugar de la de los granos de los áridos de la mezcla. Las mezclas para hormigones livianos presentaron densidades entre 1837 kg/m³ a 1839 kg/m³, dentro del rango estipulado por el ACI, y resultaron ser 16.97% más livianos que la misma mezcla elaborada con áridos de peso normal, misma que alcanzo una densidad de 2215 kg/m³, cabe recalcar que éste es una densidad baja, considerando que son agregados normales. Esto se debe a que la dosificación no es específica para las propiedades que presentan los agregados de densidad normal. La Figura 5, muestra las densidades alcanzadas por las mezclas elaboradas en laboratorio.

0

500

1000

1500

2000

2500

HL-A HL-B HL-C HN

1839,74 1837,72 1838,84

2215,8

DE

NS

IDA

D

(kg

/m³)

MEZCLAS DE LABORATORIO

Densidad del Hormigón

Figura 5 Densidad del hormigón


2.4.3.2 Zona de Interface y Módulo de Elasticidad.

La dosificación empleada para la elaboración del hormigón convencional (HN) contemplo una relación a/c de 0.49, que es relativamente elevada para las propiedades que presenta el agregado de densidad normal, razón que provoca la debilidad de la zona de interface ZIF (zona de contacto mortero-agregado), debido a la película de agua adsorbida que rodea a los agregados. Sucede lo contrario con los hormigones livianos, ya que al poseer los áridos de baja densidad niveles de absorción elevados, estos disminuyen la relación a/c en la ZIF, para luego transformarse en una reserva de agua que prolonga la hidratación de las partículas de cemento. Aumenta de esta manera la resistencia mecánica de la ZIF, que no aporta en el caso de los agregados gruesos pero si en la fase soportante de pasta de cemento con los áridos finos.

Por otro lado el módulo de elasticidad presentado por el hormigón convencional (HN), de

123313 kg/cm², resulto un 30.86 % más bajo que el modulo del hormigón liviano. Esto a pesar de que se estima que el módulo de elasticidad del agregado normal es más elevado en comparación con el agregado ligero. Se considera que el problema radica en la trasferencia de tensiones bajo carga del agregado hacia la fase de la pasta de cemento endurecida, que para el caso de HN es muy débil por su alta relación a/c, lo que genera mayores deformaciones en el hormigón y por tanto menor módulo de elasticidad.

El módulo de elasticidad que registró el hormigón ligero fue de 178353 Kg/cm², que resultó

ser un 37.52% más bajo que el límite máximo aproximado expuesto para hormigones elaborados con agregados ligeros por (Mehta, 1986).

2.5 Influencia de Hormigones Livianos en la Reducción de Fuerzas Sísmicas.

El hormigón liviano elaborado en la presente investigación posee una densidad entre 1835 y 1840 Kg/m³, lo cual resulta aproximadamente un 25% más ligero que los hormigones convencionales con densidades entre 2200 y 2400 kg/m³.

Desde el punto de vista de resistencia sísmica, las propiedades dinámicas de los materiales estructurales como la masa, la rigidez, la frecuencia natural y la razón de amortiguamiento tienen un efecto significativo en las fuerzas sísmicas de la estructura. En base a lo expuesto anteriormente se desarrollará un ejercicio comparativo donde se presenta el análisis sísmico de una estructura de dos pisos por el método de superposición modal mencionado en (Aguiar, 2012).

Ejemplo:

Realizar un análisis modal plano de acuerdo a la Norma Ecuatoriana de la Construcción (NEC-11), para el pórtico en sentido X, que tiene dos vanos, de la estructura de dos pisos, cuya distribución en planta es la indicada en la Figura 6. La altura de cada entrepiso es de 3.0m; todas las columnas son de 20/30 cm.; las vigas de 25/25 cm (Ver Figura 7). Las cargas verticales que gravitan son de 500 Kg/cm² para carga muerta y 200 Kg/cm² para la carga viva (construcción destinada a vivienda), considere un 25% de reducción de la carga muerta para la estructura elaborada con hormigones livianos.


25/25 25/25

25/25 25/25

25/2

5

25/2

5

25/2

5

4.0

m

4.0 m 5.0 m

0.3 m

0.2

m

Figura 6 Distribución en planta de estructura de dos pisos. (Aguiar, 2012).

20/30 20/30 20/30

20/30 20/30 20/30

25/25 25/25

25/25 25/25

4.0 m 5.0 m

3.0

m3

.0 m

Figura 7 Esquema del pórtico en sentido X. (Aguiar, 2012).

La estructura se halla ubicada en la ciudad de Portoviejo sobre un perfil de suelo C, de

acuerdo al NEC-11. El factor de reducción de las fuerzas sísmicas es R=4. Para encontrar la matrices de rigidez lateral se trabajó con un módulo de elasticidad igual a E=2100000 T/m², E= 1783538 T/m², para hormigón convencional y liviano, respectivamente, y se consideró inercias agrietadas (Iv=0.5*Ig; Ic=0.8*Ig). Se realizó el control de cortante basal mínimo, deriva de piso y efecto P-Δ. A continuación se muestra la matriz de rigidez lateral para cada estructura y la matriz de masas:

1472,8 -583,8Kcon=

-583,8 378

1250,9 -495,9Kliv=

495,9 321


1,0102 0Mcon=

0 1,0102

0,78 0Mliv=

0 0,78

Mediante el uso de los programas de CEINCI-LAB (programas elaborados en MATLAB en la Universidad de las Fuerzas Armadas “ESPE”) se calculó las propiedades dinámicas de la estructura. A continuación se muestra la Tabla 15, que es un resumen de los resultados de ambas edificaciones.

Tabla 15 Tabla Resumen- Propiedades Dinámicas

PISOFuerza

Horizontal (T)Cortante (T)

Peso desde el Piso al Tope (T)

Derivas de Piso inelástica

Derivas de Piso elástica

θi

1 -0,3955 -0,913 1,8472 4,8553 19,8 0,0114 0,0038 0,01549652 -0,913 0,3955 3,0081 3,0081 9,9 0,0142 0,0047 0,0154682

Modos de Vibración

ESTRUCTURA CON HORMIGÓN CONVENCIONAL, E= 2100000 T/m²

PISOFuerza

Horizontal (T)Cortante (T)

Peso desde el Piso al Tope (T)

Derivas de Piso inelástica

Derivas de Piso elástica θi

1 -0,4501 -1,039 1,4263 3,7489 15,3 0,0103 0,0034 0,01387612 -1,039 0,4501 2,3226 2,3226 7,65 0,0129 0,0043 0,0141630

Modos de Vibración

ESTRUCTURA CON HORMIGÓN LIVIANO, E= 1783538.28 T/m²

2.5.1 Discusión de Resultados

Para el pórtico analizado con hormigón liviano se observa una reducción en la matriz de

rigidez y de masas de la estructura, además se observa que el pórtico analizado con hormigón liviano reduce un 22.78% las fuerzas horizontales aplicadas a cada piso en comparación con el hormigón convencional, y que las deformaciones relativas de piso, en el mismo caso, se redujeron en 9.65%.

3. CONCLUSIONES

• Para obtener un concreto óptimo se buscó una estructura de agregados con la forma y secuencia de tamaños adecuados, para lograr la más alta compacidad, motivo principal de la elección del árido CHN para la elaboración de hormigones. Además, la textura del árido resulto ser conveniente para favorecer la adherencia. El desgaste del agregado no superó el 50% establecido por la NTE INEN (860, 2011) y se clasificó como un árido medio a duro.


• Las experiencias en la aplicación de hormigones con empleo de áridos ligeros, han

confirmado las posibilidades de cumplir con las exigencias especificadas en normas internacionales y se han logrado rangos de densidades entre 1835 y 1840 Kg/m³, resistencias a la compresión que superan los 240kg/cm², así como módulos de elasticidad superiores a 1700000 T/m².

• Las principales consideraciones que se tiene el momento de diseñar una estructura son que las derivas de piso se encuentren lo más alejadas posible del 2% recomendado por la norma, para esto los diseñadores consideran un aumento en la dimensión de los elementos estructurales. La utilización del hormigón liviano puede plantearse como una alternativa viable para la reducción de las deformaciones relativas de piso en un 9.65%.

4. BIBLIOGRAFÍA

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Recibido: Enero de 2015 Aceptado: Marzo de 2015

MATERIALES TERMOELÉCTRICAS QUE PERMITEN TRANSFORMAR CALOR RESIDUAL DE AUTOMÓVILES EN

ENERGÍA ELÉCTRICA

Mario Enrique Echeverría Yánez (1), Edwin Marcelo Cevallos Romero(1)



RESUMEN

Sin lugar a dudas en un mundo donde el combustible fósil representa la mayor amenaza de

contaminación y donde uno de sus principales usos está en el campo automotriz, cualquier tecnología que reduzca dicho uso permitirá una optimización de recursos en favor del medio ambiente. El presente artículo tiene como finalidad dar a conocer justamente una de ellas, que consiste en usar las propiedades de materiales conocidos como termoeléctricos en la generación de electricidad a base de la reutilización de calor residual proveniente de forma particular de los escapes de los automóviles. Se usa un estudio básico para comprender la importancia de los materiales termoeléctricos en la construcción de generadores como base para la creación de energía eléctrica a usarse en diferentes aplicaciones automotrices como aire acondicionado y equipos electrónicos. Palabras clave: material termoeléctrico, generador termoeléctrico, efecto Seebeck, efecto Peltier, Efecto Thomson.

ABSTRACT

Undoubtedly in a world where fossil fuel poses the greatest threat of contamination and where

one of its main uses is in the automotive field, any technology that reduces such use will optimize resources for the environment. This article aims to present just one that is to use the properties of thermoelectric materials known as the generation of electricity from the reuse of waste heat from the particular form of car exhausts. A basic study is used to understand the importance of thermoelectric materials in the construction of generators as the basis for the creation of electricity used in various automotive applications such as air conditioning and electronic equipment. Keywords: Thermoelectric material, thermoelectric generator, Seebeck effect, Peltier effect, Thomson effect.


42 Mario Enrique Echeverría Yánez, Edwin Marcelo Cevallos Romero

1. INTRODUCCIÓN

La conciencia cada vez mayor del uso de la energía y la conservación del medio ambiente ha reavivado las perspectivas para aplicaciones en campos automotrices y en centrales termoeléctricas. El número de vehículos de motor en las carreteras de Ecuador y el número de kilómetros recorridos por dichos vehículos continuará creciendo, lo que resulta directamente en aumento de la contaminación del aire, el aumento del consumo de petróleo y el aumento de la dependencia de fuentes externas de petróleo que, a pesar de las mejoras en el control de emisiones de los vehículos y la eficiencia de combustible que se ha dado en la última década ha ido en aumento. Para contrarrestar estas tendencias, las nuevas tecnologías de los vehículos deben ser introducidas para que puedan alcanzar una mejor economía de combustible sin aumentar las emisiones nocivas.

Para una gasolina típica, alimentando un motor interno de combustión (ICE) de vehículos, sólo alrededor del 25% de la energía combustionada se utiliza para la movilidad y sus accesorios; el resto se pierde en forma de calor residual en el escape y refrigerante, así como en fricción y pérdidas parásitas. Además , con el fin de satisfacer las crecientes requisitos de seguridad , mejorar el rendimiento del motor y reducir las emisiones de escape , fabricantes de equipos originales de automoción, están incorporando el aumento del contenido electrónico, como pueden ser: la estabilidad controles , la telemática , sistemas de prevención de colisiones , sistemas de comunicaciones , sistemas de navegación , frenado electrónico , los controladores del sistema de propulsión - cuerpo adicionales , y sensores que pueden optimizar automáticamente el rendimiento , mejorar la economía de combustible , y mejorar la seguridad del vehículo .

Todos estos dispositivos electrónicos adicionales requieren más energía del motor, o utilizar los esquemas de gestión de energías mejoradas. Por desgracia, los diseños de motores actuales no pueden satisfacer todas nuestras necesidades futuras. Con el fin de satisfacer la creciente requerimientos de energía eléctrica de los fabricantes de equipos originales están considerando varias alternativas como: sistemas de 42 voltios, vehículos híbridos, combustibles alternos para vehículos, y así sucesivamente. Una de estas alternativas es el uso de tecnología termoeléctrica (TE).

2. MATERIALES TERMOELÉCTRICOS

Hay tres efectos principales conocidos que participan en el fenómeno termoeléctrico: efecto Seebeck, Peltier y efecto Thomson. En 1821, Thomas Johann Seebeck descubrió que un conductor genera un voltaje cuando es sometido a un gradiente de temperatura. Este fenómeno es llamado efecto Seebeck, y se puede expresar como:

V =αΔT (1)

Dónde: V es el voltaje termoeléctrico, ΔT es la temperatura gradiente, y α es el llamado coeficiente Seebeck. El efecto Peltier consiste en lo siguiente: Cuando se hace pasar una corriente por un circuito compuesto de materiales diferentes cuyas uniones están a la misma temperatura, se produce el efecto inverso al efecto Seebeck. En este caso, se absorbe calor en una unión y se desprende en la otra. La parte que se enfría suele estar cerca de los 25 °C, mientras que la parte que absorbe calor puede alcanzar rápidamente los 80 °C. El efecto Thomson se relaciona al

Materiales termoeléctricos que permiten transformar calor residual de automóviles en 43 energía eléctrica

gradiente térmico reversible y al campo eléctrico de un conductor homogéneo. La figura 1 permite comprender el flujo de energía cuando se usa un módulo termoeléctrico para generación de calor en electricidad y viceversa.

Figura 1 Módulo termoeléctrico que muestra la dirección del flujo de carga tanto en refrigeración y generación de energía

La eficiencia de conversión y la energía de un dispositivo de TE están determinados por la ecuación de los materiales:

ZT= S2T/kρ (2)

Dónde: S es la capacidad termoeléctrica, T la absoluta temperatura, k la conductividad térmica total y ρ la resistencia eléctrica. Durante casi medio siglo entre el 1940 y principios de 1990, los valores más altos de todos los materiales ZT permanecieron por debajo de 1 .La sustancial financiación federal en EE.UU desde principios de 1990, así como la empresa privada, han dado lugar a un aumento significativo en la investigación en los últimos años, para revitalizar el interés en la tecnología de TE en particular, la tasa de aumento ZT ha crecido por un factor de 20 de acuerdo con los últimos datos. No sólo tienen los mayores valores ZT, se incrementaron sustancialmente, una gran variedad de nuevos materiales de eficiencia que cubren un amplio rango de temperaturas entre 200 K (-73 °C) y 900 K (627 °C). Para algunos de ellos se muestra que ZT alrededor de 3 daría lugar a la eficiencia de un generador de TE acercándose al 50 % de la eficiencia de Carnot ( un límite termodinámico ) y COP en refrigeradores TE que superan los valores de las unidades de aire acondicionado mecánicas , reciente avances en la investigación de materiales que proporcionan ZT > 1, como se indica en la figura 4, la cual nos proporciona el rendimiento de materiales ZT conforme se incrementa su valor , y algunos de hasta 3.6, motivan un interés significativo para las aplicaciones en automóviles con la tecnología TE [4].


Figura 2 Rendimiento de los materiales ZT [9]

Un material con una gran ZT necesita tener un gran valor del coeficiente Seebeck (que se encuentra en los semiconductores de baja concentración portadores o aisladores) y una gran conductividad eléctrica (Que se encuentra en los metales con alta concentración de portadores). Como consecuencia del equilibrio entre el coeficiente Seebeck y la conductividad eléctrica, la mayoría de materiales termoeléctricos están fuertemente dopados. Estos materiales típicamente poseen concentraciones de portadores de 1019-1021 carriers/cm3. La optimización termoeléctrica es adicionalmente complicada por el transporte térmico, que se produce por ambos: electrones y fonones. Para asegurarse de que el coeficiente de Seebeck neto es grande, un portador de carga debe dominar el transporte. Mezclas de tipo n y de tipo p de conducción reducen la tensión general de un gradiente de temperatura entre electrones y los huecos que se mueven al extremo frío.

La mayoría de los buenos materiales termoeléctricos, por lo tanto deben tener el nivel de Fermi cerca del borde de un hueco de banda. Los materiales con lagunas en la banda generalmente se pueden entender como compuestos de valencia utilizando la regla de valencia. En un compuesto iónico, la suma estequiométrica de las valencias iónicas formales se debe equilibrar exactamente, lo que lleva a configuraciones electrónicas de gas noble. La brecha de la banda se produce entre los estados aniónicos, llenos (banda de valencia) y vacío, estados catiónicos (banda de conducción). En la unión covalente surgen semiconductores cuando se forma una brecha de banda entre unión llena y desocupada.

Las valencias formales en semiconductores covalentes se equilibran cuando el número de enlaces covalentes y electrones de valencia contribuidos se tienen en cuenta. El método de valencia en general funciona mediante la comparación del número de estados electrónicos en la banda de valencia con electrones disponible en lugar de suponer completa la transferencia de carga.


Figura 3 La dependencia de las propiedades termoeléctricas de concentración de portadores (N) que se espera para curvas de semiconductores se basan en resultados de una muestra Ba 8 Ga

16 -x Ge 30+x con n = 8 x 1020 cm-3 a 600 K generados con un solo modelo de banda parabólica.

Los materiales termoeléctricos son convertidores de energía de estado sólido cuya combinación de térmica, propiedades eléctricas y semiconductoras les permite ser usados para convertir el calor residual en electricidad o energía eléctrica directamente en refrigeración y calefacción. Estos materiales pueden ser competitivos con los sistemas basados en fluidos, tales como compresores de aire acondicionado de dos fases o bombas de calor, o utilizado en aplicaciones a menor escala, tales como en asientos de automóviles, sistemas de visión nocturna, y enfriamiento del armario eléctrico.

Los dispositivos TE, pueden transformar el calor directamente en energía eléctrica y también puede actuar como enfriadores de estado sólido. Los avances en la tecnología de TE puede tener un impacto significativo en la industria del automóvil en términos de ahorro de combustible, mejoras mediante la generación de electricidad a partir del calor residual y de aire acondicionado de alta eficiencia. En primer lugar, la tecnología de TE tiene el capacidad de utilizar las decenas de kilovatios de las pérdidas de calor en los vehículos para generar electricidad sin carga del motor añadido. En segundo lugar, la tecnología TE podría dar lugar a la implementación del estado sólido , para generar un sistema automotriz confiable, con una condición para generar aire acondicionado reversible que no utiliza refrigerantes, con los consiguientes problemas de gases de efecto invernadero y puede ser: más simple , más fácil de empaquetar y más eficiente para operar .

Refrigeradores con tecnología TE probablemente requieran más energía eléctrica que los sistemas mecánicos actuales y esto debe ser considerado. El aumento de la fiabilidad de las baterías y componentes seleccionados es generalmente debido a la capacidad de utilizar dispositivos TE para controlar la temperatura de la batería u otra dispositivo. Generadores de energía TE podrían ayudar a aumentar la capacidad de ICE para convertir el combustible en energía útil. Mediante la conversión del calor residual en electricidad, rendimiento del motor, eficiencia, fiabilidad y flexibilidad de diseño se podría mejorar significativamente. La figura 4, nos permite entender el funcionamiento básico de un módulo termoeléctrico aplicado a un circuito eléctrico básico.


Figura 4 Esquema de funcionamiento del módulo termoeléctrico (a) el modo de refrigeración; (B) el modo de calefacción


Figura 5 Diagramas esquemáticos de módulos termoeléctricos multielementos. (a) Tipo A de configuración con aislante de cerámica platos y gran separación entre termoelemento; (b) Escriba

la configuración B, sin placa aislante de cerámica y con muy pequeña separación entre termoelemento

Para comprender la figura 5 cabe indicar que los módulos TE, tienen composición con elementos electrónico en base a compuestos n y p que básicamente están formados por materiales semiconductores del tipo n o p dopados con materiales distintos de familia III o V de la tabla periódica.

Figura 6 (a) Representación esquemática de la densidad de estados de un Semiconductor equilibrado de valencia. (b) En un semimetal, la superposición de bandas produce un

comportamiento metálico a pesar de parecer valencia equilibrado. (c) Nivel Fermi se desplaza desde la banda prohibida por el retiro de electrones debido a un desequilibrio de valencia. (d)

Múltiple banda de conducción con diferentes mínimos de energía en la 3 Te 4 conducen una mayor masa efectiva cuando el nivel de Fermi se cruza en ambas bandas


Con cálculos de la estructura electrónica se puede facilitar la selección y la optimización de materiales termoeléctricos. Estos cálculos suelen adoptar un enfoque de banda rígida, donde un solo cálculo de la estructura de bandas es realizado y el nivel de Fermi es posteriormente variado para imitar diversos niveles de dopaje. El coeficiente de Seebeck y la conductividad eléctrica puede calcularse a partir de las correspondientes ecuaciones de transporte de Boltzmann; sin embargo, estos cálculos requieren supuestos sobre la dispersión dominante, el mecanismo de dopaje y la magnitud de la relajación portador tiempo . Una común aproximación es que es independiente de la energía del portador, contrariamente a la dependencia energética comúnmente observada en la dispersión en materiales termoeléctricos. Sin embargo, en los cálculos del coeficiente Seebeck utilizando la energía independiente la aproximación de la magnitud de es más compleja.

Varios candidatos con altos valores de ZT como los antimoniuros han sido identificados a partir de búsquedas automatizadas de rendimientos termoeléctricos, sobre todo LiZnSb con un ZT predicho de aproximadamente 2 cuando tiene un dopado tipo n Experimentalmente, el tipo p para LiZnSb se encuentra para tener valores de . Desafortunadamente, los esfuerzos para formar una composición de tipo n no han tenido éxito. Como los cálculos de estructura electrónica para el comportamiento termoeléctrico siguen mejorando, estos trabajos serán cada vez más valiosos para la investigación de materiales termoeléctricos. Por su parte la conductividad térmica es la suma de electrónica y fonones (vibraciones de la red) El término electrónico es generalmente proporcional a la conductividad eléctrica y puede ser estimada a partir de la Relación de Wiedemann-Franz (Ke = L T) con el número de Lorenz (L) aproximado como el límite metálico o calculado a partir de la teoría de transporte de Boltzmann.

Figura 7 Estructuras y células unitarias primitivas de (a) SrZnSb2, (b) SrZn 2Sb2 se compone de dos monocapas de Sr (verde) y losas con enlaces covalentes de Zn-Sb (azul poliedros). En

SrZnSb2, estas capas se alternan con cadenas en zigzag Sb (naranjas). (c) Conductividad térmica del, SrZn 2Sb2 [9]


3. APLICACIONES AUTOMOTRICES

Dentro del conjunto de aplicaciones automotrices, los materiales termoeléctricos son usados básicamente en la construcción de generadores termoeléctricos (TEG), los cuales son detallados a continuación, analizando su concepción, funcionalidad y aplicación en el sistema de escape de un automóvil, sin embargo, se puede determinar otros tipos de aplicaciones de los materiales termoeléctricos dentro o fuera del campo automotriz y que serán sujetos de estudios complementarios.

3.1 Generadores Termoeléctricos TEG

Generadores Termoeléctricos, TEG, también podrían utilizarse para eliminar cargas secundarias desde el tren de potencia del motor, lo que reduce par y potencia de pérdidas del motor, esto ayudaría a reducir el peso del motor y dirigir el poder total al árbol de transmisión, lo que a su vez ayuda a mejorar la rendimiento y economía del combustible. Además, la potencia del generador TEG podría ayudar a mejorar la eficiencia del combustible (a través de la recuperación de energía) mediante el apoyo al motor apagado, operación con las necesidades mínimas de la batería, y podría aumentar energía eléctrica para nuevas características. Generadores de energía TEG pueden funcionar por sólo un corto período de tiempo después de que el motor se apaga utilizando gases de escape, o el calor del refrigerante [3]. Un quemador de combustible añadido al subsistema TEG utilizará combustible, pero a una tasa mucho más baja que un motor en pleno funcionamiento ; mejorando así la economía del combustible sin una batería de alto valor. Un estudio reciente sugiere que la economía de combustible del automóvil se podría aumentar por hasta un 20%, simplemente mediante la captura el calor residual y la conversión de alrededor del 10 % de la misma a electricidad, un aumento de la eficiencia comparable a la que se alcanzaría mediante la conversión de los coches en EEUU y la flota de camiones a los motores diesel, pero sin el problema de NOx o las emisiones de partículas.

Históricamente, debido al bajo coeficiente de rendimiento de enfriamiento (COP), alrededor

de 1 y la eficiencia de conversión de energía (nichos de mercado alrededor del 5%), la tecnología de TE sólo ha sido ocupado, como generadores de radioisótopos TEG, para naves espaciales de la NASA, donde el bajo COP y la eficiencia se ven compensados por la aplicaciones distintas y específicas. A pesar de nuevos descubrimientos importantes en la última década, el desarrollo de calor residual TE en automóviles a gran escala, con tecnologías de recuperación sigue siendo extremadamente difícil debido a menos esfuerzos se han dirigido a evaluar térmicamente la estabilidad de los nuevos materiales , la evaluación del desempeño TE a una nivel de módulo utilizando los materiales avanzados TE , el diseño de intercambiadores de calor óptimos en automóviles , la integración de subsistemas TE en el manejo de la energía eléctrica del vehículo, o examinar el impacto de economía de combustible a nivel del vehículo.

La gran incertidumbre en los materiales, el módulo, el costo del subsistema y el tamaño del

mercado es también un factor importante que impide el desarrollo de la tecnología. Gran cantidad de materiales con ZT > 1 no se han evaluado suficientemente para definir un volumen alto de costos de producción. Dispositivos de tipo de circuito integrado (quantum punto, superredes, pozos cuánticos, etc.) sólo han sido demostrados a escala de laboratorio con gran incertidumbre en la eficiencia de la producción y el costo.

Hasta tanto el rendimiento y el costo se entiendan mejor, la posibilidad de seleccionar la

mejor tecnología TE en materiales para restos de recuperación de calor residual del automóvil es difícil.


3.2 Elementos de un TEG

Un generador termoeléctrico consiste básicamente en tres componentes: a. La estructura de soporte, donde los módulos termoeléctricos se encuentran. La parte

interna de esta estructura normalmente se modifica con el fin de absorber la mayor parte del calor acumulado en los gases de escape.

b. Los módulos termoeléctricos, dependiendo de la gama de temperaturas: silicio-germanio, teluro de plomo o se utilizan módulos de teluro de bismuto.

c. El sistema de disipación de calor, lo que favorece al calor transmisión a través de módulos termoeléctricos.

Sistema de disipación de calor

Módulo Termoeléctrico Estructura de soporte con aletas internas

Figura 8 Esquema de un generador termoeléctrico genérico

Esta estructura, como la que se indica en la figura 8, es extremadamente importante en cualquier TEG, orientada para ser utilizado en un automóvil, debido a que el generador tiene los siguientes motivos y limitaciones:

La transmisión de calor de los gases de escape a la estructura debe hacerse normalmente en una longitud corta. En general es necesario introducir los disipadores de calor de aletas internas, u otras estructuras que aumentan el área de contacto entre los gases y la estructura de soporte y aumentar la turbulencia aumentando el coeficiente promedio de convección de calor.

Sin embargo, los disipadores de calor de aletas o paquetes son verdaderos obstáculos en el

camino de los gases de escape, generando una presión alta. Esto puede afectar la eficiencia del motor, incluso causando un nuevo diseño del árbol de levas.

El espacio disponible para montar un generador termoeléctrico en un automóvil normalmente

se reduce debido a la tendencia a poner más equipos en menos espacio. Hay principalmente tres posibles ubicaciones para el TEG:

• Justo detrás del colector de escape. • Entre el colector y el convertidor catalizador. • Después del catalizador.


El peso de la estructura. Aproximadamente representa al menos 50% del peso total del TEG.

Si el sistema es demasiado pesado, la pérdida en el rendimiento del motor puede superar la energía eléctrica producida por el TEG lo que lo convierte en completamente ineficaz.

Variabilidad de la temperatura del gas de escape. Los diferentes puntos de trabajo del motor

provocan que la temperatura de los gases de escape en el mismo punto del tubo varíen, esto afecta el coeficiente de rendimiento del TEG, y por lo tanto la energía eléctrica generada. La estructura debe ser diseñada de tal manera que todo el módulos termoeléctricos montado este trabajando cerca de su rendimiento óptimo para el funcionamiento más eficiente del motor.

3.3 Aplicaciones en el campo automotriz

Uno de los primeros en implementar un estudio y un TEG han sido los vehículos BMW, que,

basándose en el efecto Seebeck, obtiene energía eléctrica del calor que genera el motor. La técnica es similar a la se emplea desde décadas atrás en sondas espaciales para obtener electricidad del calor generado por una fuente radiactiva. En los coches, resulta más realista acoplar el TEG al tubo de escape. De momento se están consiguiendo potencias cercanas a los 200 vatios, aunque siendo todavía un valor pequeño, con la introducción de nuevos materiales, los expertos confían en acercarse a los 1.000 vatios.

Para entender mejor, un BMW, serie 5 actualmente necesita entre 600 y 700 vatios para

alimentar todos sus elementos electrónicos desde el lector de CD hasta la iluminación. Con algo más de desarrollo, se podría evitar el gasto de combustible necesario para obtener esa electricidad, con lo cual, se logrará una reducción del consumo en alrededor del 5 por ciento.

El calor también podría servir para calentar el aceite del motor, el de transmisión o la propia

calefacción. Parece contradictorio, pero los gases de escape salen calientes casi desde el principio, mientras los sistemas de refrigeración y lubricación tardan unos minutos en alcanzar su nivel óptimo de temperatura. Otra posibilidad sería integrarlo en el catalizador para, mediante el efecto contrario (efecto Peltier) obtener calor de la electricidad y calentarlo durante los primeros instantes de funcionamiento. En cuanto consiga su temperatura de funcionamiento, el proceso se revertiría para obtener electricidad.

Como lo indica la figura 9, se puede observar claramente el posicionamiento del TEG, en la

zona de escape del vehículo, para aprovechar de forma eficiente el calor residual del automóvil.


Figura 9 Posicionamiento del TEG en el automóvil [2]

El Centro de Investigación de Nissan ha desarrollado para TEG, diferentes intervalos de temperatura .El prototipo utiliza módulos BiTe (teluro de bismuto) con una longitud de 455 mm. y una sección transversal interna de 160 x 40 mm2. Este generador termoeléctrico consiste en el modelo 16 comercial HZ-20.

Dentro de la carcasa interior, de intercambio de calor con aletas proporciones de diferentes

radios de área (0.92, 1.21, 1.65, 1.99), a lo largo de la longitud del flujo de gas de escape, con el fin de reducir la distribución de la temperatura en el lado caliente de los módulos sin sobrecalentamiento ellos. El prototipo usando módulos de Si-Ge (silicio-germanio), tenía una longitud de 440 mm. y una sección transversal de 120 x 40 mm2. En este TEG, 72 módulos de sección cuadrado de 20 mm. se montan.

3.4 Módulos termoeléctricos, materiales, forma y tamaño

Los módulos de TE utilizados en un TEG típica se pueden clasificar de acuerdo con el

material semiconductor que se utiliza y la forma, tamaño y la configuración de sus pares termoeléctricos. El material semiconductor que se utiliza en la fabricación de los gránulos ha sido seleccionado de acuerdo con la posición de la TEG en el tubo de escape: Justo detrás del colector de escape en donde el rango de temperatura de los gases de escape es de entre 1000 °C y 750 °C. Los termoelementos se fabricaron en la base de β-FeSi2, con Co-doping para el n-tipo y Al-doping para de tipo p, como se indicó anteriormente, el dopado de materiales n y p es común en semiconductores para mejorar de forma ostensible el proceso de conducción.

Entre el colector de escape y el catalizador, donde la temperatura de los gases de escape

es de entre 750 °C y 400 °C. El modelo propuesto utiliza termoelementos de teluro de plomo, tipo 2P y tipo 3N/4N, de acuerdo a las capas de materiales semiconductores n y p. El Centro de Investigación Nissan utiliza aleaciones de PbTe (teluro de plomo). Justo detrás del catalizador en el que el rango de temperatura de los gases de escape es de entre 400 °C y 200 °C.

Todos los TEG diseñados para montarse en esta posición se basan en aleaciones de teluro

de bismuto, específicamente módulos comerciales Hi-Z.


Una ventaja importante es que minimiza la cantidad de superficie requerida de transferencia

de calor, debido a que el flujo térmico requerido a través de los módulos es menor. Esto disminuye la caída de presión en el generador y los resultados en una menor contrapresión en el motor. Hoy en día, los fabricantes de automóviles son reticentes a instalar cualquier equipo antes del convertidor catalítico, ya que su rendimiento puede verse afectado negativamente por una reducción de temperatura anterior a la entrada.

Otra clasificación interesante de los TEG está tomando en cuenta la forma, el tamaño y la

configuración de sus pares termoeléctricos. Los TEG analizados pueden clasificarse en dos grupos: TEG con los módulos tradicionales TE cuadrados. Cada uno de estos módulos se compone

de varios pares termoeléctricos en serie. Este tipo de configuración requiere superficies planas con el fin de montar los módulos, y se ha utilizado en muchas aplicaciones.

TEG con módulos TE de forma lineal. En este caso, los pares termoeléctricos forman líneas que pueden ajustar mejor a la forma circular del tubo de escape.

A continuación se describen las características principales de pares termoeléctricos

utilizados en los diferentes TEG analizados. Los pares termoeléctricos utilizados en muestran en la figura 10. La principal característica de este par termoeléctrico fue que los contactos eléctricos se incluyeron en el proceso de fabricación de los pellets. La unión fría eléctrica se establece mediante contactos, soldando láminas de plata para los brazos termoeléctricas utilizando una aleación de Pb / AG. Este TEG utiliza 45 pares termoeléctricos situados en lados opuestos del generador.

Figura 10 Forma de un elemento FeSi2 incluyendo caliente y fría contactos de unión [8]


3.5 Sistema de disipación de calor en el lado frío

Todos los TEG analizados se basan en el mismo sistema para disipar el calor. El sistema

utiliza el aluminio del disipador de calor con chaquetas de refrigerante conectados al sistema de circulación de agua del automóvil. Se trata de mantener una temperatura próxima a 100 °C en la parte fría del módulo TE. Diferentes formas son utilizadas para estas placas frías dependiendo de la particularidad del TEG. Sólo el modelo teórico propone utilizar de calor de aleta que se hunde en el lado frío del TEG.

Esta opción tendría ventaja del movimiento adecuado del automóvil, para crear un flujo

turbulento en la parte inferior del tubo de escape. Una estimación se realizó con el fin de obtener el número y la forma de las aletas requerido para disipar la energía de calor que atraviesa los módulos termoeléctricos.

Las aletas serían rectangulares con un espesor de 3 mm. Una altura de 25 mm. y una

longitud de 457 mm. Un análisis teórico llegó a la conclusión de que el TEG tener 90 aletas alrededor de todo el perímetro del tubo de escape teniendo en cuenta una velocidad del aire de 9 m/s (32.4 Km/h) para disipar un flujo térmico de 60.300 W/m2.

3.6 Métodos de montaje, aislamiento térmico y eléctrico de los TEG

Los detalles de la fijación de los TEG son extremadamente importantes para obtener su

correcto comportamiento. Una lista de ellos a continuación: Método de montaje. Se debe asegurar una buena mecánica en el contacto entre los módulos

termoeléctricos, el apoyo de la estructura y el sistema de disipación de calor, pero al mismo el tiempo tiene que ser elástica con el fin de compensar los diferentes coeficientes de expansión térmica. Además, este mecanismo no tiene que aumentar la resistencia térmica entre los módulos TE y el calor del sistema de disipación, ni para representar un bypass térmico entre la fuente de calor y el disipador de frío.

Aislamiento eléctrico. Típicamente, la estructura de soporte y el sistema de disipación de

calor son metálicos. También los módulos termoeléctricos utilizados en los TEG son tipo esqueleto y por esta razón es necesario aislar eléctricamente los contactos superficiales con el fin de evitar a corto circuitos.

Aislamiento térmico. El aislamiento térmico de TEG es muy importante con el fin de reducir

las pérdidas en derivación térmica entre la fuente de calor y el disipador de frío, incluyendo tanto, el espacio libre entre los gránulos del par termoeléctrico y el espacio entre los módulos de TE.

El aislamiento eléctrico entre la fuente de calor y termoelementos pueden ser proporcionados

por una lámina de mica (0,1 mm de grosor). En el lado frío, un sistema elástico con buena conductividad térmica debe ser desarrollado, este sistema se muestra en la figura 11. Cada par termoeléctrico se apretaba contra el disipador de calor por la fuerza de un resorte (15 N). Una clavija de aluminio se desempeñó como conductor térmico entre el termoelemento y el agua de circulación y una lámina de acero inoxidable elástica (espesor de 0,05 mm) que separa el agua de los termoelementos que permiten desplazamientos verticales de ± 1 mm.

El aislamiento eléctrico en el lado frío se obtuvo por oxidación de clavijas de aluminio. En esta disposición, la resistencia térmica por termoelemento con respecto a la fuente de calor era de 5 K / W y 3 K / W con respecto al disipador de calor.


Figura 11 Construcción de alivio de tensión con una lámina de acero inoxidable [8]

Se proporcionó la fuerza necesaria por pilas de resortes Belleville situados en posiciones que coinciden con el centro de cada módulo termoeléctrico. Cada bloque de resorte se ajustó individualmente a la misma carga que está entre el lado posterior del conjunto de disipador de calor y uno de tres anillos flotantes de soporte de aluminio que rodean la TEG, ver esquema de la figura 11.

Con el fin de proporcionar una distribución uniforme de la temperatura en la cara de los

módulos de TEG, el aluminio era normalmente elegido como el separador térmico entre las dos etapas del módulo de TE y los sumideros de calor y frío.

Los módulos termoeléctricos del TEG en se montaron para garantizar una presión de

compresión de 200 psi (1,38 MPa) como recomienda para modelos Hi-Z. En este prototipo, en lugar de utilizar cerámica para evitar cortocircuito, se utiliza recubrimientos anodizados duros de aluminio en la superficie de los difusores de calor [1].


[7] Wilfredo Blancarte Lizárraga. ; Efecto Peltier; iteso campus universitario: periférico Sur; 28 de septiembre del 2001 [8] Jorge Vázquez, Miguel A. Sanz-Bobi, Rafael Palacios, Antonio Arenas; State of the Art of Thermoelectric Generators Based on Heat Recovered from the Exhaust Gases of Automobiles; España; 2000 [9] Eric S. Toberer, Andrew F. May, G. Jeffrey Snyder; Zintl Chemistry for Designing High Efficiency Thermoelectric Materials; California; July 2, 2009


Recibido: Diciembre de 2014 Aceptado: Febrero de 2015

IMPORTANCIA DE LOS RECURSOS GENÉTICOS EN LA DIVERSIDAD BIOLÓGICA ECUATORIANA, EN EL MARCO DEL

PROTOCOLO DE NAGOYA

Marco Romero Simbaña (1), Vicente Delgado Rodríguez (2)

(1)Maestría en Sistemas de Gestión Ambiental, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, Sangolquí, Ecuador

[email protected]

(2)Departamento de Ciencias de la Tierra y la Construcción Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, Sangolquí, Ecuador

[email protected]

RESUMEN

El Ecuador es un país propietario de gran diversidad biológica, especialmente presente en su sistema nacional de áreas protegidas con un total de 50 espacios geográficos que abarca un 20 % del territorio nacional conservado. La gran diversidad se manifiesta en ecosistemas, especies y genes que contienen recursos genéticos que dado el avance de la investigación científica, permiten desarrollar las ciencias de biotecnología base fundamental para las industrias farmacéutica, agricultura y de los alimentos principalmente. Nuestro país suscriptor del Convenio de Diversidad Biológica ha participado activamente desde 1992 en las Conferencias de las partes, varias de ellas relativas al Protocolo de Nagoya que tiene como fin operativizar el objetivo 3 de dicho convenio que trata del acceso justo y equitativo a los beneficios por la utilización de los recursos genéticos. En tal sentido la COP12 en octubre 2014, remite a las partes el texto aprobado del PN para su trámite parlamentario respectivo. La comunidad científica y la academia ecuatoriana se han manifestado con criterios favorables y con alertas respecto de su contenido, frente a la necesidad de que el país como representante de su población tenga un pronunciamiento apegado al derecho soberano de conservar la diversidad biológica y por tanto los recursos genéticos para impulsar su desarrollo en beneficio de la población que requiere asegurar la soberanía alimentaria.

ABSTRACT

Ecuador is a country with great biodiversity; it is present especially in its national system of protected areas that are 50 geographical areas covering 20% of the retained country. The great diversity is embodied in ecosystems, species and genes containing genetic resources that given the progress of scientific research; help develop the science foundation for pharmaceutical biotechnology, agriculture and food industries mainly. Our country subscriber Convention on Biological Diversity has been active since 1992 in the conferences of the parties, many of them relating to the Nagoya Protocol that aims to operationalize objective number 3 of the agreement that is fair and equitable access to the benefits by the utilization of genetic resources. In this regard the COP12 in October 2014, the parties submitted the text approved PN for their respective parliamentary process.The scientific community and academia of Ecuador have demonstrated favorable criteria and alerts about their content, facing the need for the country as a representative of the population have a statement attached to the sovereign right to conserve biodiversity and therefore genetic resources to promote their development to benefit the population requiring ensure food sovereignty.

60 Marco Romero Simbaña, Vicente Delgado Rodriguez

1. INTRODUCCIÓN

El Ecuador a pesar de contar con una superficie de territorio relativamente pequeña, 240.00 Km2, presenta una riqueza en recursos naturales que se manifiesta en una gran diversidad biológica distribuida principalmente en su sistema nacional de áreas protegidas que en sus 9 categorías y en número de 50 cubren un área equivalente al 20% del territorio nacional conservado.

Tabla 1 Áreas Protegidas del Ecuador

Categoría Cantidad Parques Nacionales 11

Reserva Biológica 5

Reserva Marina 3

Reserva Ecológica 9

Reserva Geobotánica 1

Reserva de Producción de Fauna 4

Refugio de Visa Silvestre 10

Área Nacional de Recreación 6

Subsistema Autónomo Decentralizado Municipal 1

TOTAL

Equivalente al 20% del territorio Nacional conservado 50

FUENTE: MAE 2010 La biodiversidad del país que incluye a todos los organismos vivos con su propio material

genético, se encuentra localizada a lo largo de la geografía nacional en los ecosistemas de la costa, región interandina y amazonia, con su gran diversidad de especies y diversidad dentro de cada especie en función de sus genes.

Según el MAE al año 2010, se han reportado los siguientes grupos de organismos

portadores de material genético: 17.058 plantas vasculares; 1.655 aves; 464 anfibios y 382 mamíferos (Torres, 2014)

La Guía explicativa del PN/ UICN SERIE política y derecho ambiental impreso en Alemania

N- 83 pág. 5 indica que al 2006 el sector farmacéutico tiene un mercado de 640 mil millones de US$ y entre el 20 y 25% derivado de recursos genéticos; el sector de la Biotecnología un mercado de 70 mil millones de US$ proveniente de enzimas y microorganismos derivados de recursos genéticos; el sector semillas agrícolas tiene un mercado de 30 mil millones de US$ con el 100 % derivado de recursos genéticos; el sector botánico de la industria alimentaria, bebidas y cuidado personal tiene un mercado de 65 mil millones de US$ y se refiere a que los recursos genéticos representan un componente natural del mercado.

La Guía explicativa del PN/ UICN SERIE política y derecho ambiental impreso en Alemania n- 83 pág. 8 incluye una tabla de circunstancias ABS, recursos genéticos, que aclara fuentes de

Importancia de los recursos genéticos en la diversidad biológica ecuatoriana, en el marco 61 del protocolo de nagoya

suministro, propósito para su utilización, relación entre RG y los productos y las características de los materiales identificables antes de la utilización, que dada su importancia lo incluimos a continuación :

Tabla 2 La complejidad de las posibles circunstancias de ABS

Atributos Características

Fuente de suministro

Ex-situ No comercial (jardines botánicos, bancos de genes, etc.) Comercial (empresas intermediarias)

In-situ Proveniente de un solo país

Proveniente de varios países

Propósito para su utilización

Comercial Desarrollo de productos finales

Desarrollo de productos intermediarios

No- comercial

Investigación básica no comercial con la opción para transferir el material para usuarios comerciales Investigación básica no comercial con material reservado para la conservación

Relación entre los recursos genéticos y los productos

Relacionados estrechamente

Molécula química que se encuentra en la planta que sirve como prototipo para un compuesto activo en el producto (utilización farmacéutica) Extractos (materia prima) de la plantas son la sustancia del contenido en el producto (medicina natural, cosmética natural, suplemento dietético) NOTA: recursos genéticos que no encuadran en la definición del CDB, pero que las leyes nacionales de ABS pueden tener distintos puntos de vista

No relacionados estrechamente

La molécula que se encuentra en la planta necesita ser modificada en gran medida para ser incluida en un producto (derivado en la utilización farmacéutica) La función de un organismo o sus partes sirven de modelo (por ejemplo, imita en la investigación de materiales, biotecnología)

No relacionados

El recurso genético sirve como herramienta en la investigación y desarrollo (por ejemplo, usado como catalizador)

Características de los materiales identificables antes de la utilización

Identificable El material obtenido a partir de las colecciones ex-situ, incluida la información adicional

Parcialmente

identificable Material adquirido por las actividades de bioprospección, tipo de conocimiento asociado

Totalmente no identificable

Material obtenido a gran escala, bioprospección aleatoria; no hay más información disponible/adquisición de muestras de recursos completamente no identificados


Fuente: Basado en Tauber, S. Holm Müller-, K. y Feit, U. An Economic Analysis of New

Instruments for Access and Benefit-Sharing under the CBD – Standardisation Options for ABS

Transaction, Interim Report (BfN: Bonn- Bad Godesberg, 2008), p. 7.

El Protocolo de Nagoya es un instrumento de carácter internacional, promovido por la ONU

a través de la Secretaria del Convenio de Diversidad Biológica, a fin de posibilitar el cumplimiento del Objetivo 3 relacionado con criterios ABS. El texto final aprobado en octubre 2014 en la COP 12 se ha remitido a las partes para su trámite parlamentario, previa su entrada en vigor.

En el caso ecuatoriano, el texto recibido oficialmente por la Presidencia, fue remitido a la

Corte Constitucional para su análisis y dictamen, cuyo pronunciamiento oficial de Octubre 2014, se envió mediante carta suscrita por el Presidente de la República y dirigida a la Presidenta de la Asamblea Nacional para su resolución de conformidad con la Constitución Política del Ecuador.

El Ecuador como país miembro de la ONU y signatario del CDB puede suscribir el Protocolo

de Nagoya sin tener un plazo tope definido; sin embargo su aplicación práctica que posibilitaría el acceso a beneficios por la utilización de recursos genéticos provenientes de su territorio, dependen en gran medida de su firma y ratificación.

Este artículo recoge información bibliográfica referida así como la opinión de varios expertos

nacionales y extranjeros, cuyo conocimiento científico constituye un aporte significativo al debate y análisis de la Asamblea Nacional del Ecuador.

2. METODOLOGÍA El procedimiento utilizado parte de la recopilación de información bibliográfica relacionada

con la biodiversidad a fin de establecer un marco referencial para ordenar seis opiniones de expertos, que centran su análisis en los aspectos positivos y/o negativos, los cuales son sistematizadas y comentados posteriormente.

3. DESARROLLO El contenido ambiental del PN se deriva del CDB que en su art. 1- Objetivos señala : “Los

objetivos del presente Convenio, que se han de perseguir de conformidad con sus disposiciones pertinentes, son la conservación de la diversidad biológica, la utilización sostenible de sus componentes y la participación justa y equitativa en los beneficios que se deriven de la utilización de los recursos genéticos, mediante, entre otras cosas, un acceso adecuado a esos recursos y una transferencia apropiada de las tecnologías pertinentes, teniendo en cuenta todos los derechos sobre esos recursos y a esas tecnologías, así como mediante una financiación apropiada” (Convenio de Diversidad Biológica, 1992).

Cabe destacar que el CDB principalmente en los arts. 10 y 15 insta a las partes a diseñar

políticas de estado y procesos de toma de decisiones para una utilización responsable y sostenible de los recursos de la diversidad biológica, y define 13 estrategias para la conservación in-situ de la DB en los países, entre ellas, armonizar las utilizaciones actuales, respetar los conocimientos y


prácticas de las comunidades indígenas, y construir legislación para la protección de especies y poblaciones amenazadas.

El PN contiene 36 artículos y un Anexo, siendo los más relevantes:

Art. 5: participación justa y equitativa en los beneficios Art. 6: Acceso a los RG Art. 8: Consideraciones especiales (seguridad alimentaria) Art. 9: Contribución a la conservación y utilización sostenible Art. 13: Puntos focales nacionales y autoridades competentes nacionales Art. 14: El centro de intercambio de información sobre ABS Art. 15: cumplimiento de la

legislación o requisitos reglamentarios nacionales sobre ABS Art. 18: Cumplimiento de las condiciones mutuamente acordadas Art. 23: Transferencia de tecnología, colaboración y cooperación

El contenido del Protocolo en lo relativo al acceso a los recursos genéticos se desarrolla en 7 numerales del art. 15, en los cuales se reconocen los derechos soberanos de los estados sobre sus recursos naturales, la necesidad de esos estados de adoptar medidas administrativas, legislativas y de política para compartir los resultados y beneficios del uso de recursos genéticos en forma justa y equitativa, crear condiciones para facilitar a otras Partes Contratantes el acceso a los recursos, en condiciones mutuamente convenidas, promover y realizar investigaciones científicas, compartir en forma justa y equitativa los resultados de las actividades de investigación y desarrollo y los beneficios derivados de la utilización comercial y de otra índole de los recursos genéticos con la Parte Contratante que aporta esos recursos.

3.1 OPINION DE EXPERTOS

a) Manuel Ruiz – Un ensayo crítico del protocolo de Nagoya sobre acceso a los recursos genéticos: problemas de definición y de fondo / Anuario Andino de Derechos Intelectuales. Año VII.N- 7 Lima 2011. (Anuario Andino de Derechos Intelectuales, 2011)

Partiendo de un análisis cronológico desde 1992 indica la importancia del CDB y la posterior

adopción del PN en octubre de 2010, así como las dificultades de los países del sur para acceder tanto a los recursos genéticos como a los beneficios por su uso; y manifiesta: “El problemas es simple: los recursos genéticos se definen y reconocen jurídicamente en los instrumentos normativos, como elementos tangibles y materiales, pese a que desde hace mucho tiempo, sirven a los procesos de investigación y desarrollo (I&D) a partir de su naturaleza intangible e informacional. Los recursos genéticos son… información pura” (Ruiz, 2011).

No existe reconocimiento a través de normativas nacionales e internacionales en materia de

ABS; y se demuestra dificultad en la aplicación de normas relacionadas tales como Decisión 31 de la Comunidad Andina, Orden Ejecutiva 247 de Filipinas sobre acceso a RB, legislación de Brasil, Costa Rica, Panamá, Cumbre desarrollo sostenible en Johannesburgo 2003, Decisión VII/19 de la COP en Kuala 2004.

Se mantiene una negociación de un régimen internacional donde los usuarios de los recursos

(especialmente el norte) velarán también por los intereses específicos de los proveedores (el sur), mediante medidas y provisiones concretas.

Las reglas y principios relacionados con la economía, política aplicables a la información son muy diferentes a las reglas y principios establecidos por las leyes ABS actuales y el PN, cuyo énfasis


es el elemento tangible, como si lo importante en los procesos de I&D fuera obtener la planta, el espécimen, el material en sí.

Determina cuatro omisiones: primera, la aplicabilidad del concepto de soberanía para fines

de control, y la determinación del beneficio (sobre qué y cómo); segunda, no considerar el elemento informacional de los recursos genéticos y considerar únicamente el elemento tangible; tercera, protección de la información que supone propiedad intelectual y trata de una información natural; y cuarta, impedimentos burocráticos innecesarios para acceder a los beneficios de la I&D.

Dice injusto y no equitativo que los países negocien porcentajes de entre el 0,1 % a 2,5% de posibles ganancias, cuando podrían estar en el orden del 15%.

A la pregunta de quienes son los mayores beneficiarios del régimen internacional? ,

responde principalmente las empresas de los países industrializados que puede escoger con tranquilidad donde ir y con quien negociar bilateralmente las mejores condiciones de acceso (regalías 1 a 2,5%) convirtiéndolo en un mercado. (Ruiz, 2011)

b) DIANA ROCÍO BERNAL CAMARGO- Los Recursos Genéticos de los pueblos indígenas y el derecho al territorio/ VI Jornadas de jóvenes investigadores Universidad el Rosario Colombia noviembre 2011. (Camargo, 2013)

Analiza la relación entre el acceso a los recursos genéticos no humanos y el derecho al

territorio desde la cosmovisión de los pueblos indígenas. Refiere a la conferencia sobre medio ambiente y desarrollo de 1993, Conferencia de Rio, la importancia de las prácticas ambientales indígenas que consideran a la biodiversidad como patrimonio de los pueblos locales al amparo de sus normas consuetudinarias que buscan su protección y conservación. La autora cita a Berraondo, 2001:4 indicando el concepto mayor de madre Tierra en donde la utilización de sus tierras y recursos naturales según las costumbres tradicionales y culturas es fundamental para el mantenimiento de las culturas de estos pueblos y sus formas de vida, y expresa que todos los pueblos indígenas comparten una relación espiritual, cultural, social y económica con sus tierras tradicionales.

Analiza el tema del territorio de los pueblos indígenas como parte de los ecosistemas donde

se encuentran los recursos y estos están asentados. Incluyen los criterios de dominio y propiedad privada. Refiere a la Constitución colombiana señalando que los derechos sobre la propiedad no son

absolutos en tanto que se encuentran limitados al ejercicio de su función social y ecológica; el territorio es algo que vive y permite la vida y tiene un contenido social, colectivo y cultural. La economía verde se basa en los recursos genético y el conocimiento que tiene las

comunidades indígenas. Enfatiza en que generalmente es la empresa privada, la industria que realiza las investigaciones por disponer de la capacidad económica y la biotecnología de los países desarrollados. Indicando dos puntos encontrados por un lado los titulares de los recursos genéticos se encuentran en los países subdesarrollados y por otro lado la industria que dispone de nuevas tecnología a base de fuertes inversiones por las que pretende proteger esas investigaciones y recuperare el capital al amparo de los sistemas de propiedad intelectual.

Cita ejemplos negativos para las comunidades de donde se extrajeron recursos genéticos sin que la poblaciones se beneficien, como: 1) el árbol del Neem en India; la Cúrcuma de la India y Perú; la quínoa de Bolivia; el frijol amarillo de México; investigaciones en Colombia financiadas por laboratorios farmacéuticos. Caso de la empresa Grace – Agracetus que obtuvo en 1994 una patente de todas las variedades de soya transgénica. Caso Dupont en año 200 con relación a patente de maíz con contenido de aceite y ácido oleico en porcentajes de más de 6 y 55% respectivamente. Informa de reclamos sobre intentos de patentes sobre líneas de células humanas y secuencias de genes humanos.


Constituye una traba burocrática fuerte el requisito de consentimiento fundamentado previo,

que va más allá de la consulta previa, que en la práctica es un sistema para informar a los pueblos sin que implique necesariamente el consentimiento o consenso de la comunidad (Bernal 2011).

Al momento de las investigaciones sobre recursos genéticos no humanos, se vulneran uno

o más derechos de los pueblos indígenas amenazando el equilibrio de la madre tierra y su relación. Dice que los pueblos indígenas tienen derechos de propiedad sobre sus conocimientos tradicionales y sobre los recursos biológicos de sus comunidades y ecosistemas, basamento social necesario para la búsqueda de la distribución equitativa de los beneficios.

Los regímenes de propiedad intelectual son inadecuados e inapropiados para la protección

del conocimiento colectivo y recursos de los pueblos, son monopólicos y favorecen la privatización de los recursos bioculturales por las empresas transnacionales.

Comenta la BIOPIRATERÍA (Bernal 2011). c) Yolanda Terán M., PHD / Red de mujeres por la Biodiversidad (UNEP - CBD - 8J -

P.COP/3/2, 2012) Refiere a los grupos de trabajo donde han intervenido agrupaciones de mujeres a nivel

mundial, en defensa de la Biodiversidad y el respeto a los pueblos en acceso a los recursos genéticos, así:

Grupo de Trabajo para el Art.8 (j)- Programa de Trabajo- Participación directa, co-presidentes indígenas (1998);

Foro Internacional Indígena sobre Biodiversidad, FIIB, Órgano Asesor del GT8(j); Grupo de Trabajo en APB;

Propuesta en la reunión del APB 3 efectuada en Bangkok en febrero del 2005; En Granada (2006) por medio de un grupo consultivo informal sin ningún resultado;

En la COP 8 realizada en Curitiba, 2006 tampoco tuvo un borrador de decisiones para considerar este punto; COP 9 en Bon;

Apoyo de una parte. Cabildeo fuerte entre PI y entre PI-estados parte 6 años de complicadas negociaciones.

El PN es un nuevo tratado internacional que se basa en el CDB constituyéndose en un acuerdo hito en la gobernanza de la biodiversidad; pertinente a diversos sectores comerciales y no comerciales relacionados (Terán, 2014).

Desglosa como actores involucrados a proveedores, usuarios e intermediarios, así como los

beneficios monetarios y no monetarios. Indica que varios autores sostienen que es imposible separar las variables producto (material

biológico y sus derivados) y conocimientos (aporte cognoscitivo o “intangible”), ya que forman parte de un todo indisoluble en el mundo indígena, entonces el valor económico se acentúa aún más (Ruiz Muller, 2006).

Obtención transparente del PIC y MAT Indispensable el desarrollo de protocolos bio-comunitarios Necesario avanzar en Estudios de impacto (Guías de Akwe: Kon) Negociación cuidadosa y respetuosa del contrato. Desarrollo, revisión, actualización y

utilización de códigos de conducta voluntarios, directrices y prácticas óptimas o estándares en relación con ABS.


Siendo parte de la representación ecuatoriana a la COP12 hasta octubre 2014 indica que haría falta lo siguientes acciones:

Mayor difusión del CDB y del PN y sus implicancias Capacitación en varios niveles Atención a las prioridades y necesidades de los PI Respetar formas de dialogo y tiempos culturales Marco nacional claro sobre ABS Cómo se protege el CT? Puntos de verificación (cumplimiento, Comité de PI: Panamá y USA). Cómo se dividen y garantizan los beneficios monetarios y no monetario? (Terán, 2014).

d) Prof. Dr. Alejandro Lago Candeira / Universidad Rey Juan Carlos (Madrid) (Candeira, 2011)

Parte del criterio técnico desde el concepto de ABS, acceso a recursos genéticos y reparto

justo y equitativo de beneficios por su utilización. Sostiene que los Recursos genéticos como materia prima para la elaboración de productos

de alto valor añadido en las nuevas economías: biotecnología, química, farmacéutica, agroindustrial, fitosanitaria y cosmética. El Valor añadido nunca retribuía el acceso. (Lago, 2014)

Declara la existencia de una brecha cada vez mayor entre los productos elaborados a partir

de recursos genéticos (Propiedad Intelectual) y los recursos genéticos como materia prima (patrimonio común- conocimiento e investigación)

Sostiene que la Ciencia y el conocimiento necesario para el desarrollo de las biociencias y

biotecnologías no son accesibles para todos, convirtiéndose en una ventaja competitiva de los países desarrollados. Dice que la diversidad biológica mundial está distribuída en proporción inversa a la capacidad científica y tecnológica de las naciones. Existe dificultad en dar seguimiento y monitorear la utilización de los recursos genéticos, y dificultad para hacer cumplir los contratos como Condiciones mutuamente acordadas. El ABS con el Protocolo de Nagoya deja de ser una cuestión nacional de los países proveedores de recursos y se convierte en un sistema internacional (Lago, 2014).

e) María de Lourdes Torres.- PHD/ Universidad San Francisco de Quito (Torres)

Parte de que la Biodiversidad se encuentra en los ecosistemas, especies y genes que como grupos de organismos reportados en Ecuador se cuentan 17.058 plantas vasculares; 1.655 aves; 464 anfibios y 382 mamíferos, MAE 2010, y manifiesta que en un país megadiverso como el Ecuador no solo se debe proteger los recursos genéticos sino los productos derivados, ya que en ellos existe un potencial importante para el desarrollo de industrias como la farmacéutica y cosmética.

Se debe trabajar seriamente en desarrollar un mecanismo viable y no restrictivo para el

acceso cuando se debe considerar el componente intangible asociado a un recurso genético. El acceso a recursos genéticos debería darse siguiendo investigaciones científicas serias,

sin embargo, éstas no garantizan el cumplimiento de las regulaciones (Torres, 2014). Entender que el acceso a recursos genéticos no es un sinónimo de dinero en efectivo sino

la posibilidad de negociar condiciones adecuadas para el uso de un recurso genético que puede


traer beneficios para el fortalecimiento del desarrollo científico y tecnológico del país y, eventualmente, para el desarrollo económico del mismo.

Recordando el método científico para la investigación describe que “la bioprospección es el

estudio de la naturaleza dedicado al hallazgo de organismos y sustancias con posibles usos para beneficio del ser humano, que pueden tener un valor comercial significativo en sectores como el industrial, alimentario, cosmético y farmacéutico, entre otros. Se entiende entonces como la búsqueda sistemática, clasificación e investigación de nuevas fuentes de compuestos químicos, genes, proteínas, microorganismos y otros productos con valor económico actual o potencial, que forman parte de la biodiversidad” (Torres, 2014).

f) Manuel Baldeón PHD Facultad de Medicina Universidad de las Américas Centro de Investigación Traslaciona.- Conferencia en la Asamblea Nacional del Ecuador, Quito, 23 de Octubre de 2014

Señala la importancia de los Servicios de la biodiversidad, de los ecosistemas para mantener la vida en la tierra, como:

Servicios de provisión: alimentos, energía, medicinas Servicios regulatorios: purificación de agua, aire Servicios culturales: llena necesidades estéticas, espirituales, intelectuales Servicios de apoyo: para mantener los servicios indicados (Baldeón, 2014)

Expone un caso de investigación científica en el Ecuador, patrocinado por la UDLA, relacionado con el principio activo de la leguminosa con el efecto hipoglicemiante de Lupinus y la potencial toxicidad de sus alcaloides de estudios previos, cuyo objetivo fue evaluar el efecto del consumo de Lupinus mutabilis crudo en los niveles de glucosa e insulina en sujetos normales y sujetos con disglicemia.

Enfatiza que el estudio de la biodiversidad y su conservación contribuirán a mejorar la calidad

de vida de las personas. Señala que la investigación de la biodiversidad nos permitirá ser mejores colaboradores y

actores activos en el “Access and Benefit Sharing” en el tratado de Nagoya (Baldeón, 2014)

4. RESULTADOS Y DISCUSIONES

De la opinión de los expertos podemos colegir que 3 de ellos, Manuel Ruiz, Diana Rocío

Bernal y Alejandro Lago P. revelan experiencias negativas en relación a apropiación indebida de los recursos genéticos por parte de investigadores que responden a intereses comerciales en perjuicio de los pueblos y los países propietarios del recurso; y 3 de ellos, Yolanda Terán, María de Lourdes Torres y Manuel Baldeón expresan criterios afirmativos respecto a lo positivo de la investigación científica como paso previo al acceso justo a los beneficios por el uso de recursos genéticos; sin embargo en los dos casos se coincide en la necesidad de construir y actualizar la normativa ambiental vigente en cada país, que además de apoyar la conservación de la biodiversidad, puntualice la temática de propiedad intelectual proveniente del uso de recursos genéticos;


coincidiendo también que desde el punto de vista económico los ingresos son extremadamente importantes pues bordean el billón de dólares anuales.

5. CONCLUSIONES

Las área protegidas son superficies de tierra y/o mar especialmente consagradas a la protección y el mantenimiento de la diversidad biológica, así como de los recursos naturales y los recursos culturales asociados y manejados a través de medios jurídicos u otros medios eficaces (UICN, 1998)

El PN tiene por objeto la participación justa y equitativa en los beneficios que se deriven de

la utilización de los recursos genéticos, lo cual implica: Conservación de la naturaleza y del territorio de pueblos indígenas como espacios de diversidad biológica; Identificación de ecosistemas importantes genéticamente; Reconocimiento del conocimiento ancestral relacionado con recursos genéticos; Construir normativa orientada a defender nuestro patrimonio de diversidad biológica como recursos genéticos y fuente de material genético; Fomentar la investigación científica en los recursos naturales (flora, fauna, microbiana) de cada país con el objeto de contribuir a lucha contra el hambre y la soberanía alimentaria de la humanidad.

El negocio de los recursos genéticos se estima en varios miles de millones de dólares

anuales, especialmente en el campo de la medicina y farmacéuticos, por cuanto la industria busca solo beneficios económicos aunque la naturaleza de la investigación es la solución de problemas o la mejora de procesos biológicos o mecánicos.

En la parte normativa para el caso ecuatoriano, siendo escasa, debería considerarse temas

como: Acceso a los conocimientos tradicionales de las comunidades indígenas; Definición e identificación de los Servicios ambientales, de las indicaciones geográficas, de los nombres de dominio en territorio nacional; así como la Identificación de las potencialidades genéticas en su geografía. Siendo necesario además, privilegiar siempre como beneficio el acceso y la transferencia de tecnología y la colaboración y cooperación científica.

Los beneficios por el uso de los recursos genéticos podrían ser positivos para el país si se

impulsa una fuerte programa de investigación científica con las universidad de Ya chay, Ikian, Universidad de las Fuerzas Armadas – Carrera de Biotecnología, aportando a evitar la biopiratería como apropiación indebida y anti ética de los recursos genéticos por parte de personas no autorizadas, ocasionando deterioro en el recurso natural y perjuicio económico por no distribución de beneficios monetarios.

Conviene un llamado a la comunidad científica ecuatoriana a tomar decisiones respecto del

uso de los recursos genéticos por parte de científicos e instituciones ecuatorianos, como única fuente del conocimiento y base del desarrollo en las ciencias bio, en el terreno de la bioprospección y patentamiento.

A los ecuatorianos a respetar y contribuir por cualquier medio a la conservación de la

naturaleza, los ecosistemas, los conocimientos ancestrales como fuente del bien vivir.


6. AGRADECIMIENTO

Por su invaluable apoyo en el desarrollo de las diferentes etapas de este artículo, expreso mi especial reconocimiento a la Universidad de Fuerzas Armadas – ESPE, sus autoridades y planta docente, que gracias a su dirección este documento constituye evidencia del trabajo realizado.

7. BIBLIOGRAFIA

1. Aguilar R, Grethel, 2001 “Acceso a recursos genéticos” Disponible en la web Manuel Ruiz, Anuario Andino, Lima 2011

2. Baldeón, Manuel, 2014, Access and Benefit Sharing (ABS), Ciencia e Investigación Aspectos Comunes de la Biodiversidad, p30, Ecuador

3. Bernal D. 2011, Universidad El Rosario Colombia 4. Conferencia de Rio sobre medio ambiente y desarrollo, 1993 5. Constitución de la República del Ecuador 6. Convenio 169 de la OIT y la Declaración de la ONU de los derechos de los pueblos indígenas 7. Convenio de Diversidad Biológica – ONU 8. Decisión 391 DE 2-0796, Comunidad Andina, Régimen común sobre acceso a los recursos

genéticos 9. Decreto Ejecutivo N- 905 – 2011 Reglamento Nacional al Régimen Común sobre acceso a

los Recursos Genéticos 10. Ecología Política: Cuadernos de debate internacional, 1993, Negociaciones internacionales

sobre recursos genéticos 11. Estrella, J Manosalvas R. & Mariaca, J., 002 Biodiversidad y recursos genéticos: Guía para

el acceso a los recursos Genéticos en el Ecuador. 12. Estrella, Jaime (2005), Abya Yala, Biodiversidad y recursos genéticos: Una guía para su uso

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trivial en la jurisprudencia de la Corte Interamericana de Derechos Humanos, 16:177-212.Bogotá: Revista colombiana de Derecho Internacional

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22. www.asambleanacional.gob.ec

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http://www.espe.edu.ec/


Recibido: Diciembre de 2014 Aceptado: Marzo de 2015

A PARTIR DE HIDROCARBUROS DE PETRÓLEO CON ENLACES DOBLES OBTENCIÓN DE

SURFACTANTES, COLORANTES Y SOLVENTES

Vladimir Aguirre (1), Vicente Delgado (1), María José Anrango (1), Luis Escobar (2), Nelson Jaramillo (2)

(1)Centro de Investigaciones


[email protected]


Av. Gral. Rumiñahui, Sangolquí - Ecuador

RESUMEN

El mercado Petroquímico actual ha creado las condiciones para que se dé una fuerte

inversión de capitales de tal manera que se revierta el flujo de divisas hacia el Ecuador, al pasar de ser importadores a exportadores de materias primas derivadas del petróleo.

En esta investigación se trabajó en la síntesis química de compuestos básicos para la

industria petroquímica como son: solventes, colorantes y tensoactivos aprovechando los hidrocarburos del petróleo, actividad que en primera instancia se ejecutó a nivel de laboratorio, donde se logró obtener por medio de síntesis orgánica, nitrobenceno a partir del benceno, por reducción del nitrobenceno se obtuvo la anilina, mediante una reacción de diazotación de la anilina se obtuvo fenol, al hacer reaccionar el fenol con cloroformo se obtuvo la aurina y también por medio de la reacción entre el alcohol cetílico el ácido sulfúrico y el fenol se obtuvieron tensoactivos, con el etileno mediante una reacción de oxidación se obtuvo el glicol, posteriormente se construyó el equipo apropiado a escala piloto el cual consta en un reactor en acero inoxidable al vacío y en atmósfera de gases inertes, con la finalidad de transferir la tecnología e industrializarla.

ABSTRACT

The current petrochemical market has created the conditions for which a strong capital investment so that the flow of currency into Ecuador, from importers to exporters be derived feedstock oil is reversed.

In this research work in the chemical synthesis of basic compounds for the petrochemical industry and are : solvents , dyes and tense active advantage petroleum hydrocarbons , an activity that was executed at the laboratory in the first instance , where they managed to get through organic synthesis , nitrobenzene from benzene , by reduction of nitrobenzene aniline was obtained by diazotization reaction of aniline phenol was obtained , by reacting the phenol with chloroform the aurin was obtained and also by the reaction between cetyl alcohol sulfuric acid and phenol surfactants were obtained with the ethylene oxidation reaction using a glycol is obtained , then the appropriate equipment is constructed at pilot scale which comprises a stainless steel reactor and vacuum gas atmosphere inert , with the aim of transferring technology and industrialize .


72 Aguirre Vladimir, Delgado Vicente, Anrango María Jose, Escobar Luis, Jaramillo Nelson

1. INTRODUCCION

Del petróleo se obtienen determinados compuestos que son la base de diversas cadenas productivas que establecen una amplia gama de productos denominados petroquímicos [1,2,3] que se utilizan en las industrias de fertilizantes, plásticos, alimenticia, farmacéutica, química y textil, entre otras. Las principales cadenas petroquímicas son las del gas natural, las olefinas ligeras (etileno, propileno y butenos) y la de los aromáticos. En este contexto la industria petroquímica utiliza el petróleo o el gas natural como materia prima para la obtención de productos químicos, transformando el crudo en combustibles fósiles purificados como el metano, propano, butano, gasolina, queroseno, gasoil, combustibles para la aviación, así como también colorantes, tenso activos, pesticidas, herbicidas, fertilizantes y otros artículos como plásticos, asfaltos o fibras sintéticas de uso común en las grandes industrias. [7,8]

2. MATERIALES Y METODOS 2.1 Síntesis orgánica para obtener colorantes

2.1.1 Nitrobenceno

En la línea de colorantes se inició con la reacción de síntesis del nitrobenceno a partir del

benceno [12,15], para lo cual se preparó la mezcla nitrosulfónica HNO3/H2SO4; a continuación y con agitación se añadió gota a gota el benceno cuidando de no exceder la temperatura a 60°C, al finalizar se formó dos fases, en la fase superior se encontró el nitrobenceno y en la fase inferior una mezcla de ácidos sulfúrico y nítrico. La masa de reacción se pasó a un embudo de separación con la finalidad de decantar los ácidos y lavar el nitrobenceno resultante con una agua destilada cuidando de no exceder el pH=7, para eliminar el exceso de humedad en el producto se secó con CaCl2, el nitrobenceno obtenido se sometió a un proceso de destilación simple y se recogió la fracción de 200 a 212 °C donde se obtuvo nitrobenceno puro.

2.1.2 Anilina

En un balón de tres bocas acoplado un refrigerante se colocó limallas de hierro y

nitrobenceno, a continuación se añadió gota a gota HCl (c), debido a la reacción exotérmica se controló la temperatura con baños de hielo. La masa de reacción se sometió a baño maría por una hora y para mantener el pH alcalino se añadió una solución de NaOH. Enseguida el producto se sometió a arrastre de vapor hasta obtener un destilado completamente limpio, se añadió NaCl hasta la saturación; para luego extraer la anilina con dicloro metano, se retiró el exceso de humedad con MgSO4 anhidro, finalmente se obtuvo anilina pura mediante destilación simple [10,17].

2.1.3 Aurinas

En un erlenmeyer se colocó una pequeña cantidad de fenol, se añadió con agitación

cloroformo e hidróxido de potasio [4,9]. La masa de reacción fue calentada por algunos minutos hasta ebullición. Se dejó enfriar y se obtuvo un líquido de color rojizo.

A partir de hidrocarburos de petróleo con enlaces dobles obtención de surfactantes, 73 colorantes y solventes

2.2 Síntesis orgánica para obtener solventes

2.2.1 Fenol

En un vaso erlenmeyer se colocó agua destilada, con agitación se añadió en pequeñas

cantidades de ácido sulfúrico (c) a la solución aún caliente se le agregó anilina, la cual precipitó en forma de sulfato, rápidamente se añadió agua fría y se llevó a baño de hielo con la finalidad de no exceder los 5°C de temperatura requerida para la diazotación [5,6]. Se preparó una solución de nitrito de sodio y gota a gota se mezcló con la masa de reacción hasta efectuar la reacción de diazotación que fue comprobada con papel iodoaminodato. La solución obtenida se sometió a baño maría por 30 minutos, se desprendió el nitrógeno y la solución se volvió oscura. El fenol obtenido fue separado de la mezcla de reacción por arrastre de vapor[25], el destilado se saturó con cloruro de sodio, se extrajo el fenol con dicloro metano, se eliminó la humedad con sulfato de magnesio anhidro y finalmente se procedió con la destilación simple para recolección del solvente.

2.2.2 Glicol

Para la oxidación del etileno con permanganato de potasio se preparó el reactivo de

Baeyer en proporción 2:1, permanganato de potasio 1% con carbonato de calcio 1%.; se hizo burbujear etileno en la solución durante una hora y se observó la decoloración del permanganato de potasio y se formó el precipitado café de óxido de magnesio. El óxido de potasio formado en la reacción con el agua se transformó en hidróxido de potasio y el oxígeno oxidó al etileno formando el glicol[21,23,26].

2.3 Síntesis orgánica para obtener surfactantes 2.3.1 Surfactante catiónico En un balón de tres bocas se colocó alcohol cetílico el cual fue sumergido en baño maría luego se adicionó ácido sulfúrico hasta su completa fundición y gota a gota se añadió fenol [22,24]. La masa de reacción se calentó por un par de minutos y de dio paso a la reacción de sulfonación en donde se continuó adicionando ácido sulfúrico hasta alcanzar 100°C.

3. RESULTADOS Y DISCUSIÒN 3.1 Síntesis de colorantes 3.1.1 Nitrobenceno La mezcla nitrosulfónica, comprende la conjugación de dos ácidos altamente fuertes que se combinan dando como resultado la nitración proceso en el cual se sustituye el hidrógeno de un hidrocarburo aromático por un grupo nitro, la reacción se inicia con el ión nitronio (+NO2) que actúa como reactivo electrófilo uniéndose a la zona de máxima densidad electrónica del anillo aromático, éste se estabiliza desprendiendo un protón Figura 1.


NO2

+ HNO3/H2SO4 + H2O

Figura 1 Reacción de síntesis del nitrobenceno

En la formación del nitrobenceno se forman dos fases [11,13,14], en la fase superior de color amarillenta se encuentra el nitrobenceno y en la fase inferior está la mezcla de ácidos, Figura 2 adicionalmente de la reacción se despide un olor a almendras característico del nitrobenceno. En la destilación simple la fracción que pasa entre 210 - 212 °C se considera nitrobenceno puro.

Figura 2 Separación de dos fases miscibles en la formación del nitrobenceno

En la Figura 3(A), se observa el cromatograma correspondiente al benceno, efectuado a

60°C de temperatura; el primer pico determinado a 2.3 minutos, representa el solvente utilizado, metanol y el siguiente pico de 7.2 min es benceno puro utilizado como agente de partida para la síntesis orgánica de los subsecuentes compuestos. En la Figura 3(B), a 6.4 minutos se observa el pico del nitrobenceno sintetizado a partir de benceno a 180°C, en ambos casos a 2.3 minutos se presenta el pico del solvente.

Figura 3 (A) Cromatograma del benceno, (B) Cromatograma de nitrobenceno

Resp

onse

[m

V]

C6H6

CH3OH

CH3OH

C6H5NO2

(A) (B)

Resp

onse

[m

V]


Figura 4 (A) Tiempo del benceno, (B) Tiempo de nitrobenceno 3.1.2 Anilina

Al mezclar limallas de hierro con nitrobenceno se ocasiona la reducción del nitrobenceno y la oxidación del hierro a óxido de hierro, con el ácido clorhídrico como catalizador [16, 19,20]. La anilina presenta un carácter básico debido a la propiedad del nitrógeno para aceptar un protón como consecuencia del par electrón desapareado y libre que posee pero por ser una amina aromática disminuye su basicidad por esto es una base más débil que el amoniaco debido a la deslocalización del par de electrones libres del átomo de nitrógeno respecto al anillo aromático.

La primera etapa del mecanismo es una adición en el curso de la cual el

compuesto electrófilo reacciona con un par de electrones del sistema aromático, que en el caso más simple es benceno. Esta etapa necesita generalmente ser catalizada con un ácido de Lewis. Esta adición conduce a la formación de un carbocatión ciclohexadienilo, (o ion arenio o intermedio de Wheland). Este carbocatión es inestable, debido a la presencia de la carga sobre la molécula y a la pérdida de la aromaticidad. Esto es en parte compensado por la deslocalización de la carga positiva por resonancia[18,29].

En el transcurso de la segunda etapa la base conjugada del ácido de Lewis, (o un anión presente en el medio de reacción), arranca el protón (H+) del carbono que había sufrido el ataque del electrófilo, y los electrones que compartía el átomo de hidrógeno vuelven al sistema π recuperándose la aromaticidad [35,40], ver figura 4

NO2 NH2

+ 2H2O

6H +

6e -

Figura 5 Reacción de síntesis de anilina

Time [min] Time [min]


3.1.3 Aurina La reacción que se produce entre el cloroformo y el fenol en presencia de hidróxido de

potasio forma un compuesto denominado aurina Figura 5. Es de color amarillo oscuro se disuelve en álcali y produce una coloración rojiza. Muy utilizado como indicador por sus propiedades de viraje [31,33].

Figura 6 Aurina de color rojizo

3.2 Síntesis orgánica para obtener solventes

3.2.1 Fenol Los fenoles son sustratos muy reactivos a la sustitución aromática electrofílica, puesto que

los electrones no enlazantes del grupo hidroxilo estabilizan al complejo sigma que se forma por ataque en la posición orto o para. Por lo tanto, se dice que el grupo hidroxilo es activante y director orto-para. Los fenoles son sustratos excelentes para la halogenación, nitración, sulfonación. Alquilación o acilación con catalizadores de Friedel-Crafts. Adicionalmente los fenoles sufren reacciones de sustitución electrofílica que están limitadas sólo a los compuestos aromáticos más activos, incluyendo la nitración y la copulación con sales de diazonio y requieren condiciones mucho más suaves que para el benceno y la reacción suceda mucho más rápido [27,36].

La nitrosación de la anilina corresponde a una adición electrofílica del catión nitrosonio (azilidinoxonio) sobre el nitrógeno que tiene un par libre. Las reacciones de complexación son propias del grupo hidroxilo fenólico que actúan como un ligante monodentado. El fenol forma agujas incoloras de olor característico, al aire adquieren un color rojizo y es moderadamente soluble en agua y muy soluble en alcohol o éter [28,32]. El fenol tiene carácter ácido pKa=10 y da una reacción coloreada característica con cloruro de hierro (III) en disolución acuosa en la que se forma un complejo interno de hierro de color violeta de constitución desconocida, figura 6.


NH2

+ O = N – O- + HO – S – OH

O

O

OH

+ N ≡ N + H2O + HO – S – O- Na+

O

O

Figura 7 Reacción de síntesis del fenol Se presenta un cromatograma Figura 7, obtenido en un cromatógrafo de gases, en el cual se compara el fenol sintetizado con un patrón

Figura 8 (A) Cromatograma de fenol puro y (B) fenol sintetizado a 180°C

3.2.2 Glicol El etileno decolora una solución violeta de permanganato de potasio alcalinizada con carbonato de sodio formando un precipitado de color café correspondiente al óxido de manganeso, en esta reacción el permanganato de potasio cede el oxígeno necesario para la oxidación de la unión doble del etileno mediante una reacción de sustitución [30,34], el óxido de potasio formado con el agua se transforma en hidróxido de potasio y el oxígeno oxida al etileno formando glicol, figura 8.

Time [min]

Re

sp

onse

[m

V]

CH3OH

C6H6OH

Time [min]

Resp

onse

[m

V]

CH3OH

C6H6OH

(A) (B)


C16 H33 OH + H2SO4

alcohol

cetílico éster sulfúrico del alcohol cetílico

OH

SO3H

OH

fenol

ácido

sulfúrico

CH3 (CH2 )14 CH2O – S – OH + H2O +

O

O

+ H2SO4

OH

SO3H

ácido

p - fenolsulfónico

ácido

o - fenolsulfónico C16H33

SO3H

ácido hexadecilbencen-

sulfónico

NaOH

C16H33

SO3-

Na+

hexadecilbencen-

sulfonato de sodio

+ H2O

OH

SO3H

+ CH3 (CH2 )14 CH2O – S – OH

O

O

Figura 11 Reacción de síntesis del surfactante, hexadecilbencensulfonato de sodio

4. CONCLUSIONES: • El benceno y el etileno por sus estructuras y propiedades características, han sido el punto

de partida para sintetizar diferentes compuestos útiles en las cadenas productivas de colorantes, solventes y surfactantes.

• La mezcla nitrosulfónica, comprende la conjugación de dos ácidos altamente fuertes, ácido sulfúrico y nítrico, que se combinan dando como resultado la nitración, proceso en el cual se sustituye el hidrógeno de un hidrocarburo aromático por un grupo nitro, mediante esta metodología se logró obtener nitrobenceno.

• Al mezclar limallas de hierro con nitrobenceno se ocasiona la reducción del nitrobenceno y la oxidación del hierro a óxido de hierro, con el ácido clorhídrico como catalizador, y se obtuvo anilina la cual presenta un carácter básico debido a la propiedad del nitrógeno para aceptar un protón como consecuencia del par electrón desapareado y libre que posee; pero por ser una amina aromática disminuye su basicidad por esto es una base más débil que el amoniaco debido a la deslocalización del par de electrones libres del átomo de nitrógeno respecto al anillo aromático.

• La reacción que se produce entre el cloroformo y el fenol en presencia de hidróxido de potasio forma un compuesto denominado aurina, presenta un color amarillo oscuro y cuando se disuelve en álcali, cambia su coloración a rojizo; por esta razón la aurina es muy utilizada como indicador por sus propiedades de viraje.

• Mediante una reacción de diazotación, se obtuvo fenol, en este proceso la temperatura juega un papel muy importante debido a que las sales de diazonio preparadas mediante la reacción de síntesis de anilina con nitrito de sodio en presencia de ácido clorhídrico son muy inestables a temperaturas por encima de 5°C, de acuerdo a estas condiciones se obtuvo fenol en cristales y líquido.

• El etileno decolora una solución violeta de permanganato de potasio alcalinizada con carbonato de sodio formando un precipitado de color café, que es óxido de manganeso, en la reacción de síntesis el permanganato de potasio cede el oxígeno necesario para la oxidación de la unión doble del etileno, el óxido de potasio formado con el agua se transforma en hidróxido de potasio y el oxígeno oxida al etileno formando glicol.


• Por acción del ácido sulfúrico sobre el alcohol cetílico y adicionando fenol se realizó la reacción de sulfonación y se obtuvo un surfactante con propiedades características tenso activas.

5. RECOMENDACIONES Seguir investigando sobre la producción de materias primas a partir de hidrocarburos derivados del petróleo, para elaborar colorantes, solventes y surfactantes; útiles en las diversas líneas de producción industrial.

6. AGRADECIMIENTO A las autoridades de la Universidad de la Fuerzas Armadas por haber aprobado y financiado el proyecto: A partir de hidrocarburos del petróleo con enlaces dobles obtención de surfactantes, colorantes y solventes.

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Recibido: Noviembre de 2014 Aceptado: Febrero de 2015

JUNTAS DE DILATACIÓN EN EDIFICIOS

Christian Garzón Chalco(1) y Marcelo Romo Proaño(1,2)

(1)MR & Asociados Consultores S.A [email protected]

(2) Departamento de Ciencias de la Tierra y la Construcción

Universidad de Fuerzas Armadas ESPE

RESUMEN

Las variaciones de temperatura en el medio ambiente traen consigo efectos sobre las estructuras especialmente sobre edificios sean estos de acero estructural u hormigón armado. Estos efectos pueden manifestarse a través de esfuerzos sobre los elementos estructurales como columnas y vigas así como también sobre los elementos del sistema de piso, esfuerzos que deben ser considerados a fin de evitar efectos perjudiciales tanto en las etapas de construcción así como también en la vida útil de un determinado sistema estructural.

Los diferenciales de temperatura son proporcionales a los valores de esfuerzos generados en los sistemas estructurales. Estas tensiones deben ser evaluadas mediante un análisis térmico el cual depende de las longitudes de los sistemas estructurales. Las restricciones que posea una edificación son relevantes ya que estas son las que hacen que las tensiones generadas por los diferenciales de temperatura sean perjudiciales o no en una determinada edificación. Es por ello que las juntas de dilatación proporcionan una restricción mínima para los sistemas estructurales, haciendo que los efectos de temperatura sean despreciables para una edificación.

ABSTRACT

The environment changes of temperature bring effects on the structures, especially on buildings which are manufactured by either steel or concrete. These effects could appear in form of stresses on the structural frames such as columns, beams, and floor elements systems. These stresses have to be considered in order to avoid negative effects in both the stage of the construction and the service life of any structural system.

The grades of temperature differentials are proportional to the values of stresses appeared in structural systems. These tensions have to be assessed through a thermic analysis which is dependent on the length of structural systems. The buildings restricts are important because they are the responsible of the differential temperature of structures consequences. For these reasons thermal joints give a minimum restriction on structural systems doing that the temperature effects could be diminished on the buildings.


84 Christian Garzón Chalco, Marcelo Romo Proaño

1. INTRODUCCIÓN

Todos los edificios poseen restricciones, esto hace que se induzcan esfuerzos con los cambios de temperatura. Existen recomendaciones que sugieren longitudes efectivas de sistemas estructurales con el fin de evitar al mínimo los efectos de la temperatura mediante la inclusión de juntas de dilatación. Dentro de estas recomendaciones se pueden rescatar las que se encuentran en el documento de la National Academy of Sciences - National Research Council a través del documento denominado Federal Construction Council Technical Report No. 65, cuya última publicación se la efectúo en el año de 1974 y que en la actualidad es de suma utilidad en el ámbito de la ingeniería estructural.

Otro de los documentos en los cuales se encuentran recomendaciones y análisis de longitudes efectivas de sistemas estructurales con el fin de evitar los efectos de temperatura es el denominado Joints in Concrete Construction ACI 224.3R-95 del American Concrete Institute, ACI.

Finalmente American Institute of Steel Construction, AISC también incluye criterios de análisis de temperatura para edificios de acero estructural, mismas que se encuentran plasmadas en el Steel Construction Manual 14th edition.

Con estas recomendaciones que son respaldadas por instituciones de relevancia en el ámbito de la ingeniería estructural, los ingenieros actuales pueden evaluar el alcance de los efectos de temperatura y la pertinencia de la inclusión de juntas de dilatación en los diferentes sistemas estructurales.

2. MARCO TEÓRICO 2.1 Coeficiente de dilatación térmica del hormigón y del acero estructural

Tanto el hormigón como el acero estructural, tienen la particularidad de expandirse cuando existe un incremento de temperatura. Estos materiales, al recibir desde el exterior un incremento de temperatura sus partículas internas tienden a tener un comportamiento dinámico, ocasionando que sus configuraciones moleculares se vean alteradas; como consecuencia de esto existe un alargamiento de sus dimensiones geométricas cuando se encuentran formando parte de elementos estructurales; además sus características de expansión se ven influenciadas por el coeficiente de dilatación térmica que los caracteriza.

Para hallar la elongación de un sistema estructural ante un incremento exterior de

temperatura se multiplica el coeficiente de dilatación térmica del acero (1.17 x 10-5 /C) u hormigón (9.9 x 10-6 /C) por la longitud original de la estructura y por la variación del cambio de temperatura ocurrido en el instante del análisis, como se indica en la ecuación 1.

∆� = ∗ � ∗ ∆�

Juntas de dilatación en edificios 85

Dónde ∆�, es la elongación final del sistema estructural: , es el coeficiente de dilatación térmica del acero estructural u hormigón y; ∆� es la variación de la temperatura aplicada a la edificación.

Como se observa los coeficientes de dilatación térmica tanto del acero estructural como

del hormigón son en gran medida similares. Esto indica que independientemente del material elegido para la construcción de edificios (acero estructural u hormigón), el factor de temperatura debe analizarse en función de las dimensiones de las edificaciones.

2.2 Análisis de los factores a considerar en el análisis térmico de edificios Los factores que deben considerarse al instante de efectuar un análisis térmico de

edificios son las dimensiones y configuración geométrica del edificio; el cambio de temperatura; provisión para la temperatura de control (sistemas mecánicos como aire acondicionado y calefacción); tipo de elemento estructural, tipo de conexión de la estructura a la cimentación y simetría de rigidez contra desplazamiento lateral; y finalmente los materiales adoptados para la construcción de un determinado sistema estructural.

A continuación se describe en detalle cada uno de los factores mencionados en el párrafo

anterior.

2.2.1 Dimensiones y configuración del edificio La dimensión de los edificios es un factor crucial al instante de efectuar el análisis de

temperatura, ya que estas dimensiones son directamente proporcionales a los esfuerzos generados por los posibles cambios de temperatura. Así mismo, la configuración geométrica es otro de los factores transcendentales en el análisis de temperatura, con sus respectivas complejidades ya que el análisis es más simple en edificios con configuración rectangular y más complejos en edificios con configuraciones geométricas tipo U, L entre otros.

2.2.2 Cambio de Temperatura

Los cambios de temperatura generan desplazamientos y como consecuencia de esto la

aparición de esfuerzos en la estructura, no solamente en su etapa de construcción sino también en su vida útil. Sin embargo, no es posible conocer con exactitud el cambio máximo de temperatura en un determinado edificio ya que este cambio de temperatura no es el mismo para todas las partes de la edificación y no es conocida para una zona particular del edificio en la etapa de diseño del mismo.

El perfil del diferencial de temperatura en un elemento estructural puede ser asumido

como la superposición de dos perfiles de temperatura el primero correspondiente a un cambio de temperatura uniforme que toma lugar a lo largo del eje axial del elemento estructural (Δtg) y, un diferencial de temperatura igual a la diferencia del cambio de temperatura en una cara del elemento menos el cambio de temperatura en la cara opuesta del elemento d(Δt)= (Δt2 - Δt1) = (a+b).


Figura 1 Diferenciales de Temperatura en elementos estructurales

Como puede observarse en la figura 1, aparentemente el cambio del diferencial de

temperatura d(Δt) no causa ningún cambio en la longitud del elemento estructural a lo largo de su eje axial, en lugar de ello ocasiona una curvatura que genera la aparición de esfuerzos en el elemento estructural. Sin embargo, ni la curvatura ni los esfuerzos internos resultantes se propagan y causan un incremento acumulativo en la longitud de la estructura como lo hacen aquellos esfuerzos y deformaciones provocados por el cambio uniforme de temperatura Δtg.

De esta manera el perfil del diferencial de temperatura puede ser reemplazado por la

superposición de un cambio uniforme de temperatura, el cual corresponde a un cambio a nivel del eje centroidal del elemento estructural y un cambio del diferencial de temperatura que no causa ningún cambio en toda la longitud del elemento estructural.

De acuerdo a lo mencionado anteriormente el cambio uniforme de temperatura del perfil

de diferencial de temperatura será la principal causa de los efectos negativos en un edificio debido a cambios de temperatura.

2.2.3 Provisión para la temperatura de control

La temperatura interna de un edifico es un factor preponderante al instante de efectuar el

análisis de la pertinencia para la adición de juntas de dilatación, en este sentido edificios que poseen sistemas de aire acondicionado y calefacción son menos propensos a sufrir las consecuencias de cambios de temperatura y así sus elementos estructurales se ven menos influenciados por este factor.


2.2.4 Tipo de elemento estructural, tipo de conexión de la estructura a la Cimentación y simetría de rigidez contra desplazamiento lateral

Los efectos térmicos sobre edificios cuya conexión a la cimentación es del tipo empotrado

son más severos a los de un edificio de las mismas características pero cuya fijación a la cimentación es del tipo articulada. De acuerdo a investigaciones se ha observado que edificios con apoyos rígidos comparados con edificios de apoyos articulados y que están expuestos a los mismos cambios de temperatura poseen los mismos cambios dimensionales en todos los niveles por encima del primer piso. Sin embargo; a los niveles más bajos del edificio con empotramientos el cambio de temperatura induce esfuerzos cortantes, axiales y momentos flectores en secciones críticas, que pueden llegar a alcanzar valores aproximados de dos veces los correspondientes a los obtenidos en el edificio con apoyos articulados.

Edificios cuya configuración de rigidez sea regular ante solicitaciones laterales, es decir la

rigidez en un lado del edificio sea igual o similar al de su frente contrario tendrá menores consecuencias ante los efectos de cambios de temperatura que los edificios que posean configuraciones irregulares en rigidez.

2.2.5 Materiales de construcción

El material de los elementos estructurales es otro de los factores fundamentales para el

análisis del cambio de temperatura en edificios. Dentro de las investigaciones se han evaluado elementos estructurales sometidos a cambios de temperatura con similares momentos de inercia pero con diferentes valores de áreas encontrándose que los elementos con mayores áreas desarrollan mayores esfuerzos cortantes, axiales y momentos flectores que aquellos elementos estructurales con menores áreas.

La relación área-momento de inercia es mayor para elementos estructurales de hormigón

que para los correspondientes de acero; por tales instancias es importante conocer que los efectos de los cambios de temperatura serán más considerables en estructuras de hormigón que en acero estructural, en lo referente a geometrías de elementos estructurales.

La temperatura de fraguado del hormigón es un factor primordial al instante de efectuar

un análisis de cambio de temperatura en edificios fabricados con este material, ésta se presenta al instante de la fundición en el sitio de construcción de un determinado edificio, debe tomársela en cuenta al instante de la construcción especialmente de edificios con longitudes horizontales considerables.

2.3 Restricciones en edificios

Las restricciones en edificios son una de las responsables de la aparición de esfuerzos

debidos a los cambios de temperatura que sufre un determinado edificio.


Figura 2 Análisis de un pórtico simple sujeto a un cambio uniforme de temperatura: (a) pórtico no restringido;

(b) pórtico empotrado; (c) pórtico con apoyos articulados2

Para el análisis se ha considerado un pórtico al cual se le aplica un cambio uniforme de

temperatura. Como se observa, el pórtico A-B-C-D de la figura 2(a) al no tener restricción alguna permite que los efectos de temperatura no generen esfuerzo alguno y pueda expandirse de tal forma que su geometría sea la indicada a través de los puntos A´-B´-C´-D´.

El pórtico de la figura 2(b) se encuentra empotrado, por lo que ante la acción de un

cambio de temperatura la deformada resultante de este pórtico será la que se indica a través de los puntos A1-B´1-C´1-D1, misma que está esforzada generándose los momentos M en las bases de las columnas; además este cambio de temperatura también genera las fuerzas horizontales H1, a la vez la viga B1-C1 tendrá una fuerza axial de compresión, y la elongación de B1-B´1 será más pequeña que la expansión del punto B-B´ de la figura 2(a).

La figura 2(c) indica un pórtico con apoyos articulados, las consecuencias de la aplicación

de un cambio de temperatura serán menores que las del pórtico empotrado. Como se observa la deformada está definida por los puntos A2-B´2-C´2-D2. La presencia de momentos en las bases de las columnas es nula y las fuerzas horizontales H2 serán menores que H1 de la figura 2(b), la elongación de B2-B´2 es mayor que la elongación B1-B´1, pero será menor que B-B´ del pórtico de la figura 2(a), de forma idéntica la compresión de B´2-C´2 estará entre el valor cero de B-C y la compresión B´1-C´1.

Para el caso de edificios de varios pisos las consideraciones que se observaron en los

pórticos de la figura 3 son similares. Ante un incremento de temperatura la aparición de las fuerzas horizontales H y H´ que se observan en las figuras 3 (a) y 3 (b) son mínimas en el centro del edificio pero su valor aumenta a medida que se llega a los extremos de la edificación. De la misma manera la aparición de momentos en la base para el caso del edificio empotrado y los desplazamientos generados por este incremento de temperatura son elevados en los extremos del edificio debido a los efectos acumulados de elongación que van desde el centro del edificio hacia su parte externa.


Ante el incremento de temperatura las vigas centrales de los sistemas estructurales de las figuras 3(a) y 3(b) están sujetas a los máximos esfuerzos axiales mientras que las columnas poseen los mayores momentos flectores acompañados con solicitaciones de cortante en los extremos de la edificación como se indican en los puntos x de la figura 3. Sin embargo, estos esfuerzos y elongaciones pueden variar de piso en piso.

Figuran 3 Análisis de edificios de varios pisos sujetos a un cambio uniforme de temperatura

(x = puntos de máximos momentos flectores y máximos cortantes) (a) Edificio Empotrado; (b) Edificio con Apoyos Articulados

2.4 Método empírico de Federal Construction Council - Technical Report No. 65

En Federal Construction Council – Technical Report No. 65 se indican dos procedimientos para efectuar el análisis de la inclusión de juntas de dilatación en edificios. El primero es el denominado Método Empírico y el segundo es el denominado Método Analítico.


2.4.1 Método Empírico El método empírico hace referencia a una gráfica en la que se ubica el cambio de

temperatura en el eje de las abscisas, y en el eje de las ordenadas se ubican las longitudes efectivas que se pueden considerar en edificios sin juntas o la distancia efectiva entre juntas de dilatación. Además en esta gráfica se han incluido curvas para edificios de hormigón, acero y para otros materiales, Figura 4.

Estas longitudes efectivas de la figura 4 son las que indican las dimensiones máximas

que tendrá un edificio sin la necesidad de anexar juntas de dilatación, o a su vez es la distancia entre juntas de dilatación de un determinado sistema estructural.

Figura 4 Máximas longitudes de edificios sin el uso de juntas o la longitud efectiva entre juntas de dilatación

El Análisis Empírico está basado en criterios que deben considerarse al instante de

efectuar el correspondiente análisis térmico del edificio, de acuerdo a los cambios de temperatura al que estará sometido el sistema estructural.

Estos criterios están basados en las condiciones de temperatura interna que tendrá el

edificio, el sistema de anclaje del mismo hacia la cimentación, así como también el sistema de rigidez que ofrece el edificio para contrarrestar los efectos de cargas laterales. Para utilizar la gráfica del método empírico deben acogerse los siguientes lineamientos.

Utilizar directamente la longitud permisible, como se indica en la figura 4, si el

edifico tendrá únicamente sistema mecánico de calefacción y tendrá apoyos del tipo articulación.


Si el edificio tendrá sistemas mecánicos tanto de aire acondicionado como de calefacción, incrementar la longitud permisible en un 15 por ciento. (Suponiendo que estos sistemas mecánicos funcionan continuamente)

Si el edificio no tendrá sistema mecánico de calefacción, reducir la longitud permisible en un 33 por ciento.

Si el edificio tendrá apoyos empotrados, reducir la longitud admisible en un 15

por ciento.

Si el edificio no tiene configuración regular de rigidez para controlar los efectos de cargar laterales, reducir la longitud permisible en un 25 por ciento.

Si más de uno de los criterios indicados anteriormente prevalecen en un determinado

edificio, deberá efectuarse el ajuste correspondiente mediante la suma algebraica de la ecuación 2.

� á = �� + � − � − � − � ∗ �� (2) Donde, � á es la máxima longitud del edificio sin juntas de expansión o entre juntas de

expansión; � , 0.15 si el edificio tiene sistemas mecánicos de aire acondicionado y calefacción ; � , 0.33 si el edificio no tiene sistema mecánico de calefacción ; � , 0.15 si el edifico tiene

apoyos de empotramiento; y � , 0.25 si el edificio no tiene configuración regular en sus sistema

de rigidez para aplacar efectos de desplazamientos laterales. 2.4.2 Enfoque al Método Analítico El método analítico está diseñado para efectuar análisis de cambios de temperatura para

la posible inclusión de juntas de dilatación en las que las configuraciones geométricas de edificios son demasiado complejas o están definidas dentro de geometrías no comunes.

Debe considerarse la influencia de la temperatura interna de un edificio que proporcionan

los sistemas mecánicos tales como aire acondicionado y calefacción con el objeto de que minimicen los efectos del rango de temperatura máximo en la zona externa del edificio, es decir la temperatura del medio ambiente.

Sin embargo, las posibles averías de los sistemas mecánicos mencionados anteriormente

deben ser consideradas con el objeto de ubicar el valor del cambio de temperatura de diseño que se relaciona con temperaturas internas y externas de los sistemas estructurales. Por estas razones al efectuar un análisis analítico debe incluirse un valor empírico y así solventar los posibles efectos ante un mal funcionamiento de los sistemas mecánicos.

Las zonas de intersección de muros, las aberturas de muros para la creación de puertas

y ventanas además de las conexiones rígidas de elementos horizontales de hormigón son las más proclives ante los efectos de cambios de temperatura en edificios; la correcta utilización de juntas


de dilatación o elementos sumamente robustos pueden aplacar estos efectos de cambio de temperatura teniendo la capacidad de deformarse sin alcanzar los puntos de fluencia elásticos.

Las fuerzas que aparecen en una estructura debido a lo acotado anteriormente deben ser

analizadas como si los cambios de temperatura causan deformaciones elásticas comparables a las deformaciones causadas en un edificio no restringido. Estas fuerzas pueden ser determinadas bajo la ecuación siguiente:

= ∗ � ∗ � ∗ � (3)

Donde, es la fuerza axial que desarrolla un elemento estructural cuando es restringido

ante cambios de temperatura, es el coeficiente de dilatación térmica, � es el módulo de

elasticidad, � es el área de la sección transversal del elemento estructural y finalmente � es el

cambio de temperatura. Como punto importante es necesario indicar que si un elemento estructural se encuentra

completamente restringido la fuerza puede llegar a ser incluso la máxima que desarrolle el elemento en comparación con otras fuerzas que lo estén solicitado, caso contrario, si un elemento estructural se encuentra no restringido, es decir con total libertad para deformarse ante cambios de temperatura, sus fuerzas axiales pueden llegar a ser nulas.

En estructuras reales el tener estructuras completamente restringidas y completamente

libres de restricciones es inalcanzable por lo que debe efectuarse el análisis térmico en combinación de estos dos criterios.

En lo referente a los cambios de longitud totales que causan los cambios de temperatura,

en elementos estructurales se las puede calcular mediante la siguiente ecuación: � = ∗ � ∗ � (4) Donde, L es la longitud inicial del elemento estructural. Las fuerzas internas del elemento estructural que resisten los cambios de temperatura

originan un cambio en longitud de sentido opuesto a � y se la cuantifica de acuerdo a la ley de Hooke, como se indica en la siguiente ecuación.

� � = ∗��∗� (5)

Donde, es la fuerza resistente del elemento � es la longitud inicial, � es el módulo de

elasticidad y � es el área transversal. Entonces el valor neto efectivo del cambio de longitud en el elemento estructural será:


� = � − � � (6)

En síntesis se menciona los siguientes criterios:

Si � = � , con � � = 0; entonces no existe restricción en el elemento

estructural, ya que éste no ofrece fuerzas de oposición al cambio de longitud generado por el cambio de temperatura. Por lo tanto se cumple = .

Si � = 0; entonces � = � �, y el elemento estructural está totalmente

restringido y la fuerza generada por el cambio de temperatura será: = ∗ � ∗� ∗ �

En toda circunstancia se cumple: < < ∗ � ∗ � ∗ � Se menciona a β como la fracción de no restricción que se encuentra definido entre 0 y 1

entonces las ecuaciones anteriores se encuentran ahora definidas como:

� = �

� � = � � −

�� = − ∗ ∗ � ∗ � ∗ �

El efectuar un diseño óptimo involucra que se debe evaluar el porcentaje de deformación � que la estructura pueda tolerar ante efectos térmicos sin la pérdida de su serviciabilidad o

rendimiento, para luego efectuar el correspondiente reforzamiento de los elementos estructurales afectados e incluirlos a los requerimientos convencionales de diseño con el objeto de resistir las fuerzas − y ∗ � ∗ � ∗ �.

Sin embargo, si lo anteriormente expuesto no puede efectuarse bajo un costo-beneficio

eficiente, entonces debe considerarse la necesidad de efectuar las siguientes alternativas:

Proveer conexiones apropiadas entre los componentes estructurales, y no estructurales que permitan una mayor tolerancia de deformación sin la perdida de rendimiento del sistema estructural.

Proveer juntas de expansión para así reducir los efectos del parámetro � = ∗ � ∗ �


2.5 Ejemplo de la aplicación del Método Empírico de Federal Construction Council -

Technical Report No. 65

Se presenta un ejemplo de análisis de un edificio de 180 metros de longitud y 45 metros

de ancho bajo el Método Empírico de Federal Construction Council – Technical Report No.65. Este sistema estructural posee vigas y columnas que son construidas con acero estructural; así mismo, el sistema de piso corresponde al sistema deck con una losa de 12 centímetros de espesor, el cual se encuentra ubicado en la ciudad de Quito - Ecuador. El propósito del siguiente ejemplo de análisis es guiar al lector ante la decisión de la pertinencia de colocar juntas de dilatación en un determinado sistema estructural.

De acuerdo a lo que se establece en ACI 224.3R, específicamente en el apartado 1.1

Joinst in Concrete Construction se menciona que una estructura no puede fabricarse continuamente a causas de los cambios de temperatura.

Esto hace mención al instante de fundición del hormigón y que en el presente ejemplo se refiere a la fundición de las respectivas losas del sistema de piso del edificio, traduciéndose a que una fundición continua de grandes longitudes traerá consecuencias adversas ya que la temperatura de retracción del hormigón acompañada por los cambios de temperatura durante el día de fundición del medio externo generarán la aparición de esfuerzos no deseados y de ahí que se anticipe la colocación de juntas de dilatación.

La tabla 1.2 de ACI 224.3R, y que se reproduce en el presente documento como tabla 1, presenta resultados de la investigación de varios autores que recomiendan ciertas longitudes efectivas para edificios con el objeto de evitar consecuencias adversas de los cambios de temperatura; además los datos que se encuentran en esta tabla se interpretan también como las longitudes efectivas en las que se puede colocar las juntas de dilatación o expansión o a su vez la longitud efectiva de edificios.

Tabla 1 Longitudes admisibles para edificios sin la inclusión de juntas o espaciamiento entre juntas de dilatación.

Autor Espaciamiento Lewerenz (1907) 75 pies (23m) para muros

Hunter (1953) 80 pies (25m) para muros y techos aislados, 30 a 40 pies (9 a 12m)para techos no aislados

Billing (1960)

100 pies (30m) máxima longitud de edificios sin juntas. Recomendación de colocación de juntas en lugares de cambios abruptos en planta y en cambios en altura del edificio considerando la existencia de concentraciones de esfuerzos

Wood (1981) 100 a 120 pies (30 a 35m) para muros Indian Standards Institution (1964) 45m (≈148pies) máxima longitud del edificio entre juntas PCA (1982) 200 pies (60m) máxima longitud del edificio sin juntas

ACI 350R-83

120 pies (36m) en estructuras sanitarias parcialmente llenas con líquido (espaciamientos más cercanos son requeridos cuando no existe la presencia de líquidos


Con estos lineamientos anotados anteriormente se establece que la estructura del presente ejemplo al contar con 180 metros de longitud deberá necesariamente estar dividida en bloques a fin de evitar efectos adversos por cambios de temperatura.

Como se observa, las recomendaciones de longitudes efectivas adoptadas para edificios y que pueden ser aplicadas en el Ecuador, radican en las presentadas por Indian Standards Institution con 45 metros y PCA con 60 metros.

Las vigas de acero están ligadas a la losa de hormigón mediante conectores de corte, haciendo que estos dos materiales trabajen monolíticamente para todos los estados de carga, incluyéndose los cambios de temperatura.

Las vigas de acero trasfieren todas las cargas y deformaciones que presente la losa de hormigón hacia las columnas del edificio del presente ejemplo, creándose así el proceso de redundancia estructural.

Si bien es cierto las losas son los elementos que directamente se ven afectadas por los efectos de los cambios de temperatura, por estar mayormente expuestas a los medios ambientales, las vigas de acero estructural que sirven de soporte a éstas se ven también afectadas por cambios de temperatura que son similares ya que tanto el acero estructural como el hormigón poseen coeficientes de dilatación muy similares, provocando que las vigas de acero se vean afectadas por expansiones similares a las del hormigón.

Figura 4 Sección monolítica acero estructural – hormigón mediante conectores de cortante

Para estimar la elongación de las losas de hormigón causada por los cambios de temperatura debe multiplicarse su coeficiente de dilatación térmica (α = 9.9 x 10-6 /C) por la longitud de la estructura y por el respectivo cambio de temperatura, es decir la aplicación de la ecuación (4) del presente documento. � = ∗ � ∗ �

� = . −6°� ∗ °� ∗ 8 ∆� = .


Como puede observarse se ha considerado un diferencial de temperatura de 30°C, que se traducen en 10°C por retracción del hormigón y 20°C por los cambios propios de temperatura, es decir se considera que en la ciudad de Quito en la mañana (6:00 AM) se tiene una temperatura de alrededor de 6°C, mientras que en las horas de la tarde (4:00 PM) se tiene alrededor de 26°C.

Como resultado se observa que existen 5.34 cm de deformación en la longitud de la estructura misma que produciría el fisuramiento de las losas de hormigón, seguidamente estas deformaciones serían trasladadas hacia las vigas de acero y por éstas hacia las columnas de la estructura, apareciendo momentos flectores de altas consideraciones que ocasionarían la falla del sistema estructural.

Se menciona que American Institute of Steel Construction AISC, también describe lineamientos para efectuar el análisis de efectos térmicos en edificios de aceroestructural, como el del presente ejemplo. En el acápite referente a efectos térmicos que se encuentran dentro del Steel Construction Manual 14th. Edition, se menciona que a pesar de que los edificios son construidos con materiales flexibles, en este caso acero estructural, las juntas de expansión son requeridas cuando las dimensiones son considerables en longitud.

Al observarse una deformación de 5.34 cm sobre el edificio del presente ejemplo se continúa con la utilización del método empírico de Federal Construction Council Technical – Report No. 65. Como siguiente paso se procede con el cálculo de la distancia entre juntas de dilatación, con la utilización de la ecuación (2):

� á = �� + � − � − � − � ∗ ��

Dónde, para el este ejemplo se tiene:

� � : Es la máxima longitud entre juntas de expansión

� : 0,15; en este caso se considera que el edificio contará con sistemas mecánicos de calefacción o aire acondicionado.

� : 0,33; Si el edificio no posee calefacción. Para el presente ejemplo no se aplica este factor.

� : 0,25; Si el edificio posee columnas empotradas en la base, este factor

corresponde a una de las características del presente ejemplo.

� : 0,25; Si el edificio posee mayor rigidez que su otro frente, en este caso no se aplica este factor ya que se supone en este ejemplo que los sistemas de rigidez del edificio se encuentran totalmente equilibrados.

�� : Longitud permisible de acuerdo a la figura 3.


Figura 5 Configuración no rectangular (Tipo L, T, U)

Esta estructura se la considera de configuración geométrica irregular tanto en planta como en elevación. Se opta por la curva de Federal Construction Council Technical – Report No. 65 correspondiente a acero para estructuras con sistemas de rigideces simétricas.

Considerando una temperatura de diseño de 86 °F que equivalen a 30°C (máximo de las variaciones de temperaturas en Quito) se establece una longitud permisible Lallow de 200 pies (61m), en la curva correspondiente a cualquier material, considerando que el edificio tiene losas de hormigón y vigas y columnas de acero estructural. Continuando con el análisis:

� � = + . − − . − ∗ � � = + − . ∗ � � = 8 �� = .

Como se puede observar las disposiciones aplicadas al presente ejemplo de análisis y que se encuentran plasmadas en el método analítico propuesto por el Federal Construction Council - Technical Report No. 65, arrojan como resultado que se deben colocar juntas de expansión a lo sumo cada 54.90 metros para la estructura del presente ejemplo.


3. CONCLUSIONES

• Las restricciones de edificios son factores preponderantes al instante de realizar un estudio de cambio de temperatura que afecta a los sistemas estructurales; de éstas dependen en gran medida de las deformaciones y fuerzas que aparezcan en los elementos estructurales como consecuencia de la aplicación de cambios de temperatura.

• La temperatura de fraguado del hormigón es un factor que debe añadirse a los efectos de cambios de temperatura, considerando que los procesos exotérmicos de fraguado de este material generan calor adicional a los del medio ambiente.

• Los coeficientes de dilatación térmica tanto del acero estructural como del hormigón son muy similares, por lo que sus diferencias en dilatación térmica dependerán de factores geométricos al instante de evaluar elementos estructurales ante cambios de temperatura.

• Los efectos de los cambios de temperatura, referentes a elongaciones son acumulativos, iniciando con deformaciones de valores mínimos en la zona central de sistemas estructurales y encontrándose las máximas elongaciones en los extremos de las mismas.

• Se observa que en el ejemplo del presente documento los resultados obtenidos con el método empírico de Federal Construction Council Technical – Report No. 65, son muy cercanos a los valores recomendados que se encuentran en ACI 224.3R, para espaciamientos admisibles entre juntas de dilatación, haciendo confiable la aplicación de cualquiera de estas dos recomendaciones ante el análisis de efectos térmicos en estructuras.

4. REFERENCIAS

[1] NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES – NATIONAL RESEARCH COUNCIL, (1974), Federal Construction Council - Technical Report No.65, Washington, D.C., Estados Unidos de América.

[2] ACI, ACI 224.3R-95 (Reapproved 2001) Joints in Concrete Construction.

[3] NORTH AMERICAN STEEL CONSTRUCTION CONFERENCE, NASCC, (2005), Expansion Joints: Where, When, and How by James M. Fisher.

[4] AISC LRFD, (2010) Steel Construction Manual, Décima Cuarta edición, Chicago, Illinois, Estados Unidos de América.


Recibido: Enero de 2015 Aceptado: Mayo de 2015

MODELACIÓN DE DIAGRAMA MOMENTO-CURVATURA Y MOMENTO-ROTACIÓN EN SECCIONES DE ACERO

ESTRUCTURAL

David Mora(1), Roberto Aguiar(2)

(1) Post Grado en Estructuras Escuela Politécnica Nacional

(2) Departamento de Ciencias de la Tierra y la Construcción Universidad de Fuerzas Armadas ESPE


RESUMEN

En este artículo se procede a mostrar y comparar formas sencillas y complejas de modelos de momento curvatura y matrices de rigidez de elementos con secciones de diferentes rigideces en un rango lineal o no lineal, enfocado en la programación para análisis no lineales. Al tener los tipos de modelos con los que se puede trabajar se concluye con la comparación de estos y se expone las ventajas y desventajas de cada modelo y tipo de matriz de rigidez para análisis no lineales.

ABSTRACT

In this paper we proceed to show and compare simple and complex forms of models of moment curvature and stiffness matrices when elements have sections with different stiffness in a linear or non-linear range, focusing on programming for nonlinear analysis. When we have all types of models that we can work, concludes with a comparison of all their advantages and disadvantages, for each model and type of stiffness matrix for nonlinear analysis is described.


100 David Mora, Roberto Aguiar

1. INTRODUCCIÓN

El diagrama momento curvatura nos permiten conocer la ductilidad de una sección, es decir su potencial de incursionar en un rango no lineal antes de llegar a su fallo, esto se logra a través de conocer el comportamiento del módulo de elasticidad (E) y la inercia (I) (Φ curvatura =M Mom�nto /EI , suponiendo que el fallo sea causado por flexión y no por otro tipo de esfuerzo como por cortante. Los códigos sismoresistentes guían a un tipo de fallo por flexión.

2. COMPORTAMIENTO DEL ACERO ESTRUCTURAL ESFUERZO VS DEFORMACIÓN

En el diseño y construcción de estructuras como edificios y puentes se trabaja con materiales de comportamiento químico y mecánico predecibles limitado por normas locales, tanto en composición como en resultado. El acero estructural tendrá límites de: fluencia, máximo esfuerzo y rotura dependiendo de la composición química, se puede trabajar con distintos tipos de modelos Esfuerzo-Deformación Unitaria.

Un modelo muy completo y utilizado por programas de CSI Berkeley para gráficar diagramas momento curvatura, es el de Holzer de 1975.

Figura 1 Zonas de curvas Esfuerzo-Deformación del acero

Los siguientes parámetros definen el modelo de Esfuerzo Deformación del acero:

ε=Deformación unitaria del acero, f=Esfuerzo del acero, E= Módulo de elasticidad, fy= Esfuerzo de fluencia del acero, fu= Máximo esfuerzo del acero, εsh= Deformación unitaria en comienzo de zona de endurecimiento, εu= Deformación unitaria correspondiente al máximo esfuerzo del acero, εr= Deformación unitaria en la rotura del acero, εy= fy/E.

Para la zona elástica (ε≤εy).

f =E* ε (1) Para la zona perfectamente plástica (εy<ε≤εsh).

f =fy (2)

Modelación de diagrama momento-curvatura y momento-rotación en secciones de acero estructural 101

Para la zona de endurecimiento y decaimiento (εsh<ε≤εr). � = � + �� − −� (3)

Donde,

= �−��ℎ��−��ℎ (4)

Todos los parámetros se los puede conocer a través normas locales que delimitan a estos, por ejemplo, muchos edificios son diseñados con acero ASTM A36, entonces de la norma ASTM A36 podemos conseguir:

fy= 2530 kg/cm2 fu= 4080 kg/cm2

εr= 20%

Del código AISC 360 se puede obtener el módulo de elasticidad: E= 2043000 kg/cm2

Entonces, εy= fy/E= 0.0012=0.12%

εsh y εu se los puede obtener de ensayos en acero A36, datos que se los pueden comparar con bibliografías como del ASM International – The Materials Information Society el libro Atlas of Stress – Strain Curves. De aquí se obtuvo:

εsh= 2%

εu= 14%

3. MODELO MOMENTO CURVATURA COMPLETO INCLUYENDO FUERZA AXIAL

Para una sección sometida a flexocompresión se deben superponer las deformaciones debido a carga axial y a momentos. Teniendo estas deformaciones resultantes se procede a determinar en qué rango, lineal o no lineal, esta cada fibra y así se obtendrán esfuerzos correspondientes según la relación esfuerzo deformación del material, este proceso se puede observar abajo para varios casos:


Para esfuerzo f<=fy:

= ∗ brazos + � ∗ brazo_� = Sx ∗ �

Φ = �⁄ = �⁄

Para esfuerzo f≥fsh:

= ∗ brazos + � ∗ brazo_� Φ = �⁄ = �⁄

Tomando el edificio en dos dimensiones de la figura 2 se obtuvo la Curva de Capacidad utilizando para cada sección una curva de modelo completo a flexocompresión para columnas y solo a flexión para vigas. A continuación se presenta los resultados comparandolos con curvas de capacidad sin tomar en cuenta la fuerza axial en el análisis pushover.

Y

XX

y

Y

XX

y

f

f f

f f

Y

X

FtM

Fc

F

Y

XX

t

t

ys

yi

y

Y

XX

yt

c

t

c c

t

bra

zo

_s

bra

zo

_i

ys

yi

Y

XX

Mz

sh

Y

XX

Y

XXF

Mz

Y

XX

t

t

ys

yi

sh

f

f f

f f

Y

X

Ft

M

Fc

c

t

bra

zo

_s

bra

zo

_i

sh

Y

XX

sht

c

ys

yi

Y

XX

t

c

sh


Figura 2 Estrcutura a ser analizada

Figura 3 Resultados de curva de capacidad desde diagramas Momento-Curvatura

4. NORMATIVA PARA DIAGRAMAS DE MOMENTO CURVATURA

Para el cálculo de análisis no lineales el código ASCE 41- Seismic Evaluation and Retrofit of Existing Buildings, no da parámetros para definir diagramas Momento – Curvatura sino diagramas Momento – Rotación basados en características, comportamiento y utilización de las secciones.

W30

X17

3

W30

X17

3

W27

X14

6

W27

X14

6

3.269 T/m

3.269 T/m

3 @ 7.315 m = 21.945

4 @

3.8

10 m

= 2

2.86

3.269 T/m

W14

X10

9

W14

X10

9

W24X76 W24X76 W24X76

W14

X19

3W

14X

159

W30X99 W30X99 W30X99

W30X99

W27X94

W30X99 W30X99

W27X94 W27X94

W27X94 W27X94 W27X94

W24

X10

4

W24

X10

4

3.269 T/m

W24X76 W24X76 W24X76

3.269 T/m

3.269 T/m

W14

X19

3W

14X

159

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.70

50

100

150

200

Curva V-Deformación tope

Con Bilineal EIp/EIe=0.020

Con Modelo Completo sin carga axial

Con Modelo Completo con carga axial


Figura 4 Curva generalizada Fuerza-Deformación de componentes o elementos

Para poder trabajar con una relación EI = M/Φ como se ha visto se puede proceder con el

diagrama Momento Rotación trabajándolo por el método Bilineal de Interacción Carga axial – Momento, relación de momento constante, segmento finito – resorte finito, o momento curvatura – segmento finito, etc, también se puede utilizar este diagrama de forma directa con las rotaciones usando otros modelos. En este artículo se expondrá para su utilización el método Bilineal de Interacción Carga axial – Momento, Modelo de Giberson, y de Matriz de rigidez Condensada en coordenadas reducidas, también se comparará una aproximación para relacionar la rotación con la curvatura en el método de la longitud de la rótula plástica.

5. COMPARACIÓN θy CON EXPRESIÓN ASCE41 El código ASCE 41 da la opción de usar la expresión general: � = ∗��∗�6∗�∗ (5)

Donde,

E = (módulo de Young) I = Momento de inercia. L = Largo de elemento Z = Módulo plástico, = ∫ � = � ∗ � _ + �� ∗ � _ fy = Esfuerzo de fluencia del acero. P = Fuerza Axial aplicada. Py=A*fy. A = Área de la sección.

Esta expresión se obtiene considerando que los dos extremos de un elemento están fluyendo: M=Mp (Momento Plástico en nudo inicial); M’=M’p (Momento Plástico en nudo final).

Figura 5 Viga deformada por flexión

M M'A B

AB


�� = �� − ′ ��

Si Mp=Mp’:

�� = �� = � �

Donde, Mp es el momento plástico.

Si se toma esta consideración se obtienen resultados conservadores que pueden ser no precisos como se muestra en la siguiente comparación para el edificio de la figura 2.

Figura 6 Comparación de curvas de capacidad utilizando diferentes formas de cáculo para θy

6. LONGITUD RÓTULA PLÁSTICA

Figura 7 Diagrama de momentos de viga de longitud L.

Para calcular la longitud de la rótula plástica: en la figura 7 se puede ver que los momentos máximos serán Mi y Mj, el límite donde fluye la sección es My, además se supone que el diagrama de momento es lineal (lo cual puede no ser real si la carga gravitacional es muy grande). Por triángulos rectángulos podemos determinar Lp: � � = || |−| �|− | ∗ � ; � = || |−| �|− | ∗ � (6)

0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.550

50

100

150

200

V-Desplazamiento en tope

Con Modelo tetay de ASCE 41

Calculando tetay en cada ciclo de carga

My

Lpb

L

Lpa

My

Mj


7. MODELOS PARA ELEMENTOS EQUIVALENTES CON SECCIONES DE RIGIDEZ VARIABLE 7.1 Método bilineal de interacción carga axial- momento

En este método la curva de momento curvatura es integrada por dos componentes

imaginarios, como se muestra en la figura 9.

Figura 8 (a) Modelo Momento Curvatura Bilineal; (b) Componente Lineal y Elastoplástico En esta figura, las pendientes de los componentes lineal y elastoplástico son a1=p*EI,

a2=q*EI, y p+q=1, donde p es la fracción de la rigidez flexural de la componente lineal y q es la fracción de la rigidez flexural de la componente elastoplástica. La pendiente de post – fluencia de la componente elastoplástica es igual a cero.

Figura 9 Miembro No Lineal

Un miembro no lineal tiene dos componentes, el lineal y el elastoplástico. θi y θj son las

rotaciones totales en los extremos del miembro; αi y αj son la rotación plástica en cada extremo del componente elastoplástico. La matriz de rigidez en cualquier ciclo incremental puede ser formulada de acuerdo al estado de fluencia. El estado de fluencia puede ser una de las siguientes cuatro condiciones: (a) ambos extremos lineales, (b) extremo i no lineal y extremo j lineal, (c) extremo i lineal y extremo j no lineal, y (d) ambos extremos no lineales.

M n

M

1

1

EI

p*EI

(b)

(a) n

M n

Por carga axial, P

M n

M

1

a2

M

a1

Componente Lineal

Componente Elastoplástico

M i

M j

Yi

YjVj

Vi

Componente Lineal

Componente Elastoplástico

Medida real = 0i

j

i

i

j

j


La matriz de rigidez para la condición (a) es:

{∆∆ } = [� �] {∆�∆� } (7)

La matriz de rigidez para la condición (b) es:

{∆M�∆Mj} = [pa pbpb pa + q�] {∆θ�∆θj} (8)

La matriz de rigidez para la condición (c) es:

{∆M�∆Mj} = [pa + q� pbpb pa] {∆θ�∆θj} (9)

La matriz de rigidez para la condición (d) es:

{∆M�∆Mj} = p [a bb a] {∆θ�∆θj} (10)

Dónde: a = EI L⁄ b = EI L⁄ � = EI L⁄ Como se muestra en la figura 9, la capacidad del momento nominal, Mn, es usado para

conocer la condición de fluencia en el extremo del miembro. Durante el análisis pushover monotónico, la capacidad del momento nominal es influenciada por la magnitud de la carga axial. Esta simple demostración nos limita a que todas las secciones a lo largo del elemento deben ser iguales-

7.2 Modelo de Giberson

En el modelo de Giberson de 1969 se tiene un elemento con tres diferentes rigideces a

flexión EIa, EIo y EIb y una rigidez axial igual a EA como se muestra a continuación:

Figura 10 Modelo de Plasticidad concentrada de Giberson

La matriz de flexibilidad para este modelo es:

F = LEIo [ + Sa −− + Sb EIoEA ]


Sa = EIoEIa ; Sb = EIoEIb

Se obtiene la matriz de rigidez como la inversa de la de Flexibilidad: K = F− K = [ ∗ EIa ∗ EIb + EIo / lon ∗ EIa + EIb + EIo , ∗ EIa ∗ EIb / lon ∗ EIa + EIb + EIo , ∗ EIa ∗ EIb / lon ∗ EIa + EIb + EIo , ∗ EIb ∗ EIa + EIo / lon ∗ EIa + EIb + EIo , , , EA/lon]

(11)

7.3 Matriz de rigidez condensada en coordenadas reducidas

Si no suponemos que la plasticidad estará concentrada en puntos específicos del elemento si no en longitudes Lp (Longitud de la rótula plástica) se puede determinar la matriz de rigidez básica de un elemento K1 en un sistema de coordenadas reducido, de la siguiente manera:

Figura 11 Elemento en coordenadas de sistema reducido

i) Trabajamos solo en coordenadas reducidas x – y, con tres elementos Lpa, Lo y Lpb de diferentes rigideces a flexión EIa, EIo y Eib, y diferentes rigideces axiales EAa, EAo y EAb. En la matriz VC se tiene los grados de libertad por elemento. � = [� � � � ]; �� = [�� ]; �� = [�� ];

� = [ 8 8 ]; = � � � ; = ; = ; = ;

ii) Se obtiene la matriz de rigidez en sistema de coordenadas reducidas K1 de cada elemento, se le multiplica por matrices de transformación T12 para llevar al elemento a coordenadas locales del elemento K2=T12T*K1*T12 y a esta por las matrices T23 para llevar al elemento a coordenadas generalizadas K3=T23T*K1*T23. Luego se ensambla la matriz de rigidez de

Y

y

1

Lpa

Lpb

6

4597

8 32

Lo

Sistema reducido

X


la estructura con la matriz de colocación VC. A continuación se muestra un ejemplo del proceso como un bucle programado en Matlab.

for i=1:mbr lon=L(i); K1=[4*EI(i)/lon 2*EI(i)/lon 0 2*EI(i)/lon 4*EI(i)/lon 0 0 0 EA(i)/lon]; T12=[0 1/lon 1 0 -1/lon 0 0 1/lon 0 0 -1/lon 1 -1 0 0 1 0 0]; T12t=[ 0 0 -1 1/(lon) 1/(lon) 0 1 0 0 0 0 1 -1/(lon) -1/(lon) 0 0 1 0]; K2=T12t*K1*T12; % Matriz de rigidez en coordenadas locales T23= [cosen sen 0 0 0 0 -sen cosen 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 cosen sen 0 0 0 0 -sen cosen 0 0 0 0 0 0 1]; K3=T23'*K2*T23; % Ensamble de la matriz de rigidez con la matriz de colocación VC for j=1:6 J=VC(i,j); if J==0 continue end for m=1:6 mm=VC(i,m); if mm==0 continue end if J==1 && mm==1 SS(J,mm)=K3(j,m);%Matriz de rigidez de los 3 elementos SS(ngl,ngl)=0; else SS(J,mm)=SS(J,mm)+K3(j,m); end end end end

iii) i) Si trabajamos con la matriz total del elemento SS: = ∗ , donde, Q es el vector de cargas en cada grado de libertad. = − ∗ , donde, q es el vector de deformaciones en cada grado de libertad.


{

8} = [ ⋱ ]

{

}

Creamos la matriz Sinv=SS− y escogemos las tres primeras filas y columnas puesto que el resto de cargas del vector Q son cero, además estas filas y columnas escogidas son las que corresponden a los grados de libertad que necesitamos. Luego volvemos a sacar su inversa teniendo: = [ ]−

ii) Se puede obtener el mismo resultado subdividiendo a la matriz SS en una submatriz Kn, del tamaño de los grados de libertad que necesitamos y procediendo de la siguiente manera: = [ � ]

{ } = [ � ] { } Despejando y simplificando Qn: = [ − ∗ − ∗ �] ∗

Por lo tanto la matriz en coordenadas simplificadas es: = − ∗ − ∗

iv) El resultado que se puede programar será: ��= �� + �� + �� + ��8 + �� + �� + �� + �� + �� + ��

�� = �� + �� + �� 2 � + �� 2 + �� + �� + �� + �� 2 � + �� + ��

�� = �� + �� + �� 2 � � + �� 2 + �� + �� + �� + �� 2 � � + ��8 + �� + �� + ��

�� = �� + �� + ��


= [�� ] (12)

Dónde: �� = ��2 �� 2 � + ��2 �� + ��2 �� 2 � 2 + ��2 �� + ��2 �� 2 � + �� 2 �� + �� 2 �� 2 + �� 2 �� 2 + �� 2 � 2 � � � + �� 2 � � �2 � + �� 2 � � � � 2 + �� 2 � � � + �� 2 � �2 � 2 + �� 2 � � � + �� 2 �� 2 � � EC = EIb EIo Lpa EC = EIa EIo Lpb EC = EIa EIB Lo EC = EIb EIo Lpa2 Lpb EC = EIa EIo Lpa Lpb2 EC8 = EIb EIo Lo Lpa2 EC = EIa EIo Lo Lpb2 EC = EIa EIb Lo2 Lpb EC = EIa EIb Lo2 Lpa Tomando el mismo edificio de la figura 2 se obtuvo la Curva de Capacidad utilizando para

cada sección una curva de modelo completo a flexocompresión para columnas y solo a flexión para vigas con el método de Giberson, y este resultado se lo comparó con curvas obtenidas con el código ASCE 41, con el método de Giberson y el de la matriz K1 condensada. A continuación se presenta el edificio analizado en 2 dimensiones, comparando los resultados:

Figura 12 Resúltado de Curva de dse Capacidad


7.4 Matriz de rigidez condensada en coordenadas reducidas incluyendo deformación por corte

De igual manera como se vió en la sección 7.3 podemos trabajar incluyendo la deformación

por corte, y con un proceso parecido a ese se puede obtener una matriz K1, pero debido a su gran tamaño de aproximadamente 200 términos se expondrá el proceso como programa.

Los coeficientes por deformación por corte son como se los muestra en la matriz acontinuacion: K = [ ∗ EI/lon ∗ kv ∗ EI/lon ∗ av∗ EI/lon ∗ av ∗ EI/lon ∗ kv EA/lon] � = + �� / + ∗ �� ; � = − �� / + ∗ �� ; �� = ∗ ��/ �/� ∗ ∗ �^ , = � / ∗ + , = . , � =�� ó , � = Á � � ó , � = � � :

Programación en Matlab: function[K1_condensada]=K1_eqcorte2(EIa,EIo,EIb,EAa,EAo,EAb,Lpa,Lo,Lpb,beta_a,beta_o,beta_b) %EIa,EIo,EIb: Rigidez a flexión en extremo a, en centro y en extremo b %EA,EAo,EAb: Rigidez axial en extremo a, en centro y en extremo b %Lpa,Lo,Lpb: Longitud en extremo a, en centro y en extremo b %beta_a,beta_o,beta_b:factor de deformación por corte beta=6*EIy/(A/f*G*L^2) %en extremo a, en centro y en extremo kva=(2+beta_a)/(1+2*beta_a); kvo=(2+beta_o)/(1+2*beta_o); kvb=(2+beta_b)/(1+2*beta_b); ava=(1-beta_a)/(1+2*beta_a); avo=(1-beta_o)/(1+2*beta_o); avb=(1-beta_b)/(1+2*beta_b); sigma=(2*EIo*avo)/Lo^2+(2*EIo*kvo)/Lo^2; =


�� + �� , , , −�� , , ;

, ∗ �� + ∗ ( ∗ �� ∗ � �� 2 + ∗ �� ∗ � �� 2 )� � , ∗ �� ∗ �� 2 − ∗ �� ∗ � �� 2 + ∗ �� ∗ �� 2 − ∗ �� ∗ � �� 2, , − ∗ �� , �; , ∗ �� ∗ �� 2 − ∗ �� ∗ � �� 2 + ∗ �� ∗ �� 2 − ∗ �� ∗ � �� 2 , ∗ �� ∗ �� + ∗ �� ∗ � �� , ,− ∗ �� ∗ �� 2 − ∗ �� ∗ �� 2 , ∗ �� ∗ �� ; −�� , , , �� + �� , , ; , − ∗ �� , − ∗ �� ∗ �� 2 − ∗ �� ∗ �� 2, , ∗ �� + ∗ ( ∗ �� ∗ �� 2 + ∗ �� ∗ �� 2 )� , ∗ �� ∗ �� 2 − ∗ �� ∗ �� 2 − ∗ �� ∗ �� 2 + ∗ �� ∗ �� 2 ; , �, ∗ �� ∗ �� , , ∗ �� ∗ �� 2 − ∗ �� ∗ �� 2 − ∗ �� ∗ �� 2 + ∗ �� ∗ �� 2 , ∗ �� ∗ �� + ∗ �� ∗ �� ;

Bnt=[ 0, 0, 0 -(2*EIa*ava)/Lpa^2-(2*EIa*kva)/Lpa^2, 0, 0 (2*EIa*ava)/Lpa, 0, 0 0, 0, -EAb/Lpb 0, (2*EIb*avb)/Lpb^2+(2*EIb*kvb)/Lpb^2, 0 0, (2*EIb*avb)/Lpb, 0]; Kn =[ (2*EIa*kva)/Lpa, 0, 0; 0, (2*EIb*kvb)/Lpb, 0; 0, 0, EAb/Lpb]; K1_condensada=Kn-Bnt'*Ke^-1*Bnt; %fin

Tomando el mismo edificio de la figura 2, se obtuvo la Curva de Capacidad utilizando para cada sección una curva del modelo del código ASCE 41 obtenidas con el método de Giberson y matriz k1 condensada con y sin deformaciones a corte. A continuación se presenta el edificio analizado en 2 dimensiones comparando los resultados:


Figura 13 Resúltados de Curva de Capacidad

7.3 Modelo de plasticidad extendida con rigidez constante escalonada

Figura 14 Modelo de viga de plasticidad extendida

A través del diagrama de masas se puede obtener la matriz de flexibilidad para el caso de viga presentado en la figura 14 con rigideces constantes escalonadas y la demostración para obtener la matriz de flexibilidad esta detallada en la referencia Aguiar 2003.

Para el algoritmo de cálculo se detallan los siguientes términos en un diagrama de masas elásticas:

= ;�ú � � � = �� − − ∗ �� − �� ; = � � ; =

� = �� − − ∗ �� − �� ; = � � ; =

� = �� − − ∗ �� − �� ; = � � ; =

� = �� − − ∗ �� − �� ; = � � ; =

� = �� ; = � � + �

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.30

20

40

60

80

100

120

140

160


Con Momento Rotación ASCE41 y Modelo de Giberson sin def a corte

Con Momento Rotación ASCE41 y Modelo K1 condensado sin def a corte

Con Momento Rotación ASCE41 y Modelo K1 condensado con def a corte

Lpa LpbLo

EIoEIa EIb

A3A4 A5 A6 A7A9

Y Y'

X1

X2

X3

X4

X5

X6

X7

X8

L

A1 A10A2


� = � − − ∗ ��−�� ; = � � + � − � ; =

� = �� − − ∗ �� − �� ; = � � + � − � ; =

�8 = �� − − ∗ �� − �� ; 8 = � � + � − � ; =

� = �� − − ∗ �� − �� ; = � � + � − � ; =

= � ∗ + ∑ � ∗ ( − − )2∗ +=2

� = � ∗ + ∑ � ∗ ( − − )2∗ +=2

�′ = � ∗ � − + ∑ � ∗ (� − − ) − (� − )2∗ +=2

De estos términos se puede obtener la matriz de flexibilidad:

= [ �′ /�2 �� +�′�� −�2�� +�′�� −�2 � /�2 ] (13)

Tomando el mismo edificio de la figura 3 se obtuvo la Curva de Capacidad utilizando para cada sección una curva obtenida por el código ASCE 41 con el método de Giberson, matriz k1 condensada con y sin deformaciones a corte y el modelo de plasticidad extendida escalonada. A continuación se presenta el edificio analizado en 2 dimensiones comparando los resultados:

Figura 16 Curva Generalizada Fuerza – Deformación de componentes o elementos

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.250

20

40

60

80

100

120

140

160


Con Momento Rotación ASCE41 y Modelo de Giberson sin def a corte

Con Momento Rotación ASCE41 y Modelo K1 condensado con def a corte

Con Momento Rotación ASCE41 y Modelo de plast escalonada sin def a corte

Con Momento Rotación ASCE41 y Modelo K1 condensado sin def a corte

Figura 15 Diagrama de masas elásticas.


8. RESISTENCIA RESIDUAL DEL DIAGRAMA MOMENTO ROTACIÓN

Figura 17 Resultados de curva de capacidad

La resistencia residual de una sección es la correspondiente al tramo entre el punto D y E marcada en el cuadro de la figura 18, ésta se da debido a que, una sección luego de perder su resistencia a cargas laterales en la estructura, aún tiene una reserva de resistencia para cargas gravitacionales, la cual valdrá c*My.

Para el cálculo de una sección que esté en éste tramo de la curva, se parte del sistema de coordenadas reducidas K1 de cada elemento, ver figura 19, se le multiplica por matrices de transformación T12 para llevar al elemento a coordenadas locales K2=T12T*K1*T12 y a esta por las matrices T23 para llevar al elemento a coordenadas generalizadas K3=T23T*K1*T23, finalmente luego de ensamblar la matriz de rigidez K de la estructura con las matrices K3 de los elementos, obtenemos todos los desplazamientos de los grados de libertad q=Q\K; luego las fuerzas en cada grado de libertad son la suma de las fuerzas de empotramiento perfecto (vector Q2) por cargas en el elemento y la fuerza PL = T ∗ PG donde, PG = K ∗ pq, y pq son los desplazamientos de cada grado de libertad correspondiente a este elemento, entonces las fuerzas serán F = Q + PL.

Invirtiendo este proceso tenemos: = + � ∗

Si: � = [ cos�n s�n−s�n cos�n cos�n s�n−s�n cos�n ]

T23 corresponde a una matriz de transformación con grados de libertad del nudo de extremo numerados: primero el grado horizontal, segundo el grado vertical y tercero el giro, y los siguientes tres grados de libertad corresponden al extremo en el otro nudo. “sen” y “cosen” son el seno y coseno del ángulo de orientación del elemento con respecto a la coordenada global horizontal.

Si queremos tomar en cuenta solo los momentos, tomaremos solo la columna 3 o 6 de la matriz T23, propio a giros en el extremo inicial o final correspondientemente, y sabiendo que F es c*My tenemos:

∗ = � � + � ∗ � � (14)

Si la matriz de elemento en coordenadas reducidas es:


= [ 22 22 ]

Figura 18 Elemento en sistemas de coordenadas reducidas de elemento

Conociendo ya la matriz K3 que va a estar en función de K1, (K2=T12T*K1*T12, K3=T23T*K1*T23) podemos despejar de la Ec.14:

Nudo inicial paso1) Para, cuando el nudo inicial de la sección esta entre el punto D y E del

diagrama Momento – Rotación: _ = − � � ∗ − ∗ ∗ + _ ∗ ∗ � � − _ ∗ ∗� � + _ ∗ ∗ � � − _ ∗ � � ∗ + _ ∗ � � ∗ / ∗� � − ∗ � � + ∗ � � − � � ∗ + � � ∗ (15)

Nudo final paso1) Para, cuando el nudo final de la sección esta entre el punto D y E del diagrama Momento – Rotación:

_ = − � � ∗ − ∗ ∗ + _ ∗ ∗ � � − _ ∗ ∗� � + _ ∗ ∗ � � − _ ∗ � � ∗ + _ ∗ � � ∗ / ∗� � − ∗ � � + ∗ � � − � � ∗ + � � ∗ (16)

Nudo inicial paso2) Si se utiliza el modelo de Giberson (ver sección 7) se puede despejar EIa en función de EIb y EIo desde la Ec.15 (EIa, EIb son rigideces en extremos de miembros, ver figura 10):

�� = − �� ∗ � ^ ∗ + �� ∗ � ^ ∗ − �� ∗ � ^ ∗ − �� ∗ � ^ ∗ / ∗ ��∗ − ∗ �� ∗ + ∗ �� ∗ − ∗ �� ∗ + � ^ ∗ − � ^ ∗ + ∗ �� ∗ � ∗ + ∗ �� ∗ � ∗ + ∗ �� ∗ � ∗

Nudo final paso 2) O se puede despejar EIb en función de EIa y EIo desde la Ec.16: �� = − �� ∗ � ^ ∗ + �� ∗ � ^ ∗ − �� ∗ � ^ ∗ − �� ∗ � ^ ∗ / ∗ ��∗ − ∗ �� ∗ + ∗ �� ∗ − ∗ �� ∗ + � ^ ∗ − � ^ ∗ + ∗ �� ∗ � ∗ + ∗ �� ∗ � ∗ + ∗ �� ∗ � ∗ Para otros modelos más complejos que el de Giberson despejando EIa o EIb resulta en

ecuaciones demasiado complejas de cientos de términos, entonces podemos trabajar la matriz K1 de la siguiente manera:

L

Sistema reducido

Y

y

X

1

32


Nudo inicial paso 3) Para, cuando el nudo inicial de la sección esta entre el punto D y E del diagrama Momento – Rotación:

Ya que se vio en secciones anteriores que el método del modelo de Giberson es un método

muy aceptable, se parte de este modelo para obtener los términos de la matriz K1:

= [ _ __ _ _ ] Del Modelo de Giberson (Sección 7.2): K _ = ∗ �� ∗ �� / ∗ �� + �� + �� K _ = ∗ �� ∗ �� + �� / ∗ �� + �� + ��

Si EIa=q*EI, EIb=p*EI y EIo=EI K _ = ∗ ∗ ∗ �� ∗ + +

K _ = ∗ ∗ �� ∗ +� ∗ + + = ∗ ∗ ∗ �� ∗ + + ∗ +

Por lo tanto: K _ = + K _

Tomando esta matriz K1 como válida para todo modelo, no solo el de Giberson, e invirtiendo el proceso con K _ = EIb ∗ + b�ta / + ∗ b�ta , se tiene:

= [ V�r Ec. + K _

+ K _ ∗ �� ∗ �� ∗ �� + �� ∗ ( ∗ + ��+ ∗ ��) � � � ]

En la resistencia residual que se tendrá en la sección, para alcanzar un momento igual a c (0.2*My) se tendría que usar una rigidez tendiendo a ser cero, q≈0.

= [ �� . ∗�� ∗��∗ �� +�� ∗ ∗ + �+ ∗ � �� ] (Ec.17)

beta es el coeficiente que considera deformación por corte ver sección 7.4, b�ta = ∗EI/ A/� ∗ G ∗ L^ .

Nudo final paso 3) Para, cuando el nudo final de la sección esta entre el punto D y E del diagrama Momento – Rotación:


= [ ∗�� ∗��∗ �� +�� ∗ ∗ + �+ ∗ � �� . �� ] (Ec.18)

9. RELACIÓN APROXIMADA ENTRE MOMENTO CURVATURA Y MOMENTO ROTACIÓN

9.1 Método longitud de la rótula plástica

En este método la matriz de rigidez de una columna es formulada por la combinación de un elemento de columna elástica y un elemento de resorte rotacional conectado en cada extremo, como se ve en la figura 19.

Los resortes rotacionales y la rigidez elástica a flexión de la

columna se comportan con dos resortes en paralelo. La rigidez del resorte rotacional es gobernado por la curva momento – rotación de una rótula con longitud Lp.

La matriz de rigidez del miembro puede ser derivada usando

la teoría modificada de la pendiente – deflexión: ∆ = �� [ ∆� − ∆� + ∆� − ∆� ] (19)

∆ = �� [ ∆� − ∆� + ∆� − ∆� ] (20)

Dónde:

∆� = ∆� , y ∆� = ∆� (21)

∆θ� y ∆θ� son las rotaciones plásticas en los extremos del elemento de la figura 20. Ri y Rj son la rigidez inelástica de la articulación plástica en los extremos del elemento de la figura 20, y pueden ser obtenidos desde las pendientes de la curva M - θ correspondientes a los extremos del elemento de la figura 20. Resolviendo Ec.19 y Ec.20 para Mi y Mj se obtiene:

∆ = �� [ ∗ ∆� + ∗ ∆� ] (22)

∆ = �� [ ∗ ∆� + ∗ ∆� ] (23)

Figura 19

Combinación de columna elástica y resortes

rotacionales


o,

{∆∆ } = �� [ ] {∆�∆� } (24)

Donde,

= [ + 2�� ] �∗⁄ (25)

= [ + 2�� ] �∗⁄ (26) = 2�∗ (27)

�∗ = + �� + �� − �� 2 R R (28)

La rotación total en el tope de la rótula plástica de la columna puede ser expresada como θ = θy + θ , donde θy es la rotación de fluencia en el tope de la rótula y θ es la rotación plástica en

el tope de la rótula. Basado en la relación M – ϕ, θy y θ pueden ser calculadas como sigue:

�� = ∫ ϕ� = ∫ �� = ∫ �� (� −� )� = �� [∫ dy� − �∫ ydy� ] = �� [� − � ∗ �2 ] = ϕ� [� − � ∗ �2 ] (29) � = ϕ � � = ϕ − ϕ� �

ϕ = (�−��)� + ϕ� (30)

Donde ϕ es la curvatura total correspondiente al momento, en el fondo de la columna, asumiendo que la curvatura plástica, ϕ − ϕn , es uniformemente distribuida a lo largo de la longitud plástica, Lp.

ϕ = (�−��)� + MyE e (31)

Para el diagrama de Momento – Rotación generalizado del código ASCE 41, figura 21, la curvatura en el punto C será:

ϕ = ϕ = (�� + �) − �� + MyEI�

ϕ = ϕ = �� + MyE e (32)


Figura 20 Curva generalizada Fuerza-Deformación de componentes o elementos

Por geometría del diagrama Momento-Curvatura figura 21 podemos determinar: Mu =Φu −Φy ∗ EIp + My, y reemplazando con la Ec. 35, tendremos:

Figura 21 Diagrama Momento-Curvatura Bilineal = ϕ − ϕy ∗ EIp + My

= (( �� + ϕy) − ϕy) ∗ EIp + My

= �� ∗ EIp + (33)

Figura 22 Curva de capacidad con modelo � = ϕ � y con Modelo de Momento Rotación directo.

Øy ØuEI

EI

ØyØu

My

Mu

e

e

p

p

Y

U

YU

M

ØEI

EIMuMy

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.40

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

V-Desplazamiento en tope

Con Modelo tetaH=fi

H*Lp

Con Modelo Directo Momento-Rotación de ASCE 41


10. CONCLUSIONES

• Existen diversos modelos, simples y complejos, lo que resulta en tiempo de cálculo computacional. Teóricamente el modelo visto en la sección 3 da resultados más reales pero conlleva un gran esfuerzo computacional, se recomienda utilizar un modelo más simple como el modelo Momento rotación del código ASCE 41, aunque, se dan resultados más conservadores (ver figura 13), el código da parámetros sacados no solo de teoría de materiales sino también de experimentación, además se tiene el respaldo de un código tan importante como el ASCE 41, se recomienda usar estas curvas con una pendiente de fluencia del 3% de la pendiente elástica como especifica este código.

• Enfocándonos en el tipo de análisis para la matriz de rigidez en coordenadas locales de un elemento todos los estudiados aquí son muy aproximados en sus resultados. Aunque sea cierto un cambio no lineal de rigidez a flexión EI en las diferentes secciones de un elemento, desde una sección en rango inelástico hasta una sección en rango elástico (ver figura 8), usar un modelo real de cambios de rigideces en la rótula plástica como la mostrada en la figura 25, será equivalente a usar un modelo como el de la figura 26 que es el usado en el modelo de la matriz de elemento K1 condensada. Este modelo mencionado a demás tiene la ventaja de poder usar rigideces axiales variables a lo largo de un elemento.

Figura 23 Variación de rigidez real en longitud de rótula plástica de un elemento

Figura 24 Variación de rigidez de modelo bilineal en rótula plástica

Es importante conocer todos estos procesos para la obtención de curvas de capacidad, y usar con seguridad un modelo para los análisis, sabiendo los defectos, virtudes y ventajas que se tendrá en el resultado final.

EIeo

1

4

3

4EIp EIp

EIe

Lp

32

1

2 EIpEIp

1 23 4 1 2 3

EIp EIp EIp

EIe

Lp

EIp

EIe

M

o

12

3


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Recibido: Marzo de 2015 Aceptado: Mayo de 2015

GESTION DE LA CALIDAD EN LOS PROCESOS

CONSTRUCTIVOS, SITUACION ACTUAL DE LA MANO DE OBRA CIVIL ECUATORIANA

Thomás, Morocho¹

(1) Estudiante de la Maestría de Ingeniería y Administración de la Construcción Universidad de Fuerzas Armadas - ESPE

[email protected]

RESUMEN

El presente trabajo investigativo realizado en las obras analizadas, claramente se ha podido determinar que el factor más importante que influye en la calidad final del proceso constructivo es la mano de obra de albañilería y , los datos obtenidos en el presente trabajo me permiten hacer una evaluación y diseñar sistemáticamente un plan estratégico y una cultura que alcance y afecte las políticas prácticas y procesos constructivos, así como también un cambio de mentalidad y actitud de los obreros de la construcción y gerentes técnicos involucrados, el plan estratégico se encaminara a ponerse en práctica en las obras analizadas y evaluadas, y que puede ser ni más ni menos un prototipo de empresas constructoras de las demás que están en el campo de la construcción.

PALABRAS CLAVES: Mano de Obra, Calidad, Control.

ABSTRACT

This research conducted in the analyzed works, clearly it has been determined that the most important factor that influences the final quality of the construction process is labor and masonry, the data obtained in this work allow me to make an assessment and systematically develop a strategic plan and a culture that reaches and affects political practices and construction processes, as well as a change of mentality and attitude of construction workers and technical managers involved, the strategic plan will aim to be implemented in works analyzed and evaluated, and may be no less a prototype for construction of the rest of you in the field of construction companies.

KEYWORDS: Manpower, Quality Control.

126 Thomás Morocho

INTRODUCCIÓN

La construcción civil es considerada como una actividad de baja productividad por la imprecisión en cuanto a costos, plazos y calidad, esto se debe principalmente a una falta de desarrollo tecnológico del sector. La información recopilada corresponde a tres proyectos habitacionales realizadas dentro del distrito metropolitano de Quito capital de la República del Ecuador, de Las primeras investigaciones realizadas in situ el principal problema encontrado es la deficiencia de los procesos constructivos por la mano de obra no calificada, en segundo lugar la gran cantidad de desperdicio de materiales de construcción.

El presente trabajo investigativo actualizada a la presente fecha, trata de hacer conocer la magnitud del problema sobre la mano de obra civil no calificada.

1. OBJETIVOS DEL TRABAJO

Objetivo general. 1. Incentivar y motivar a la mano de obra que labora en el sector de la construcción a capacitarse dentro de la misma obra. 2. Que descubran en las actividades y procesos que realizan las deficiencias que se generan y buscar soluciones y alternativas apropiadas para disminuir el porcentaje de la mala calidad en la ejecución de la obras. Objetivo específico. 1. Establecer una conciencia a nivel de las obras analizadas del grave problema que significa la mano de obra no calificada. 2. Establecer alternativas como las que se propone el presente trabajo y que se pueda seguir para solucionar los defectos en el proceso constructivo con una calidad deseada.

1.2. CONSIDERACIONES GENERALES

Los resultados obtenidos corresponden a un lapso de tiempo de 8 meses comprendidos entre los meses de febrero y octubre del 2014, las obras analizadas son de características semejantes. 2. DESARROLLO DEL TRABAJO 2.1 ESTADO ACTUAL DE LA MANO DE OBRA

Dentro de la gran actividad que se ha desplegado la industria de la construcción civil, hasta

ahora no se ha considerado una alternativa que permita encaminarnos hacia la excelencia en los proyectos que se llevan, y si pensamos que todo nuestro entorno de la construcción por mas mecanizado y tecnificado que este sea, el elemento fundamental es la gente (mano de obra),tenemos que dirigir nuestros esfuerzos a lograr una receptividad y con ello un cambio de


actitud necesario para poder implantar políticas y técnicas que aparentemente son inejecutables pero de resultados sorprendentes cuando llegan a ponerse en práctica.

Gestión de la calidad en los procesos constructivos, situación actual de la mano de obra civil Ecuatoriana. Dicho esto se ha analizado a la gente que trabaja en los distintos proyectos objeto de nuestro estudio y dentro de esto analizaremos más a detalle a los obreros de la construcción porque al final de cuentas son ellos los que ejecutan los trabajos desgraciadamente con casi ningún conocimiento técnico de lo que hacen.

Para entender de mejor manera la relación y la influencia de la mano de obra en la construcción de obras civiles se procedió a hacer encuestas simples que me permitieron estimar de una manera adecuada el alcance y la influencia de las políticas que se deseen aplicar en miras a obtener el mejoramiento continuo en los procesos constructivos y con ello obtener un producto de calidad. La mano de obra implica el 30 y el 35% del costo total de una obra esto lo hemos asumido casi como un hecho y las estadísticas así lo corroboran.

A continuación se presenta un cuadro que indica el número de trabajadores de la construcción que lo hacen prestando su mano de obra considerando un periodo de 8 meses.

Dentro de la gran actividad que se ha desplegado la industria de la construcción civil, hasta ahora no se ha considerado una alternativa que permita encaminarnos hacia la excelencia en los proyectos que se llevan, y si pensamos que todo nuestro entorno de la construcción por mas mecanizado y tecnificado que este sea, el elemento fundamental es la gente (mano de obra),tenemos que dirigir nuestros esfuerzos a lograr una receptividad y con ello un cambio de actitud necesario para poder implantar políticas y técnicas que aparentemente son inejecutables pero de resultados sorprendentes cuando llegan a ponerse en práctica.

Gestión de la calidad en los procesos constructivos, situación actual de la mano de obra civil Ecuatoriana.

Dicho esto se ha analizado a la gente que trabaja en los distintos proyectos objeto de nuestro estudio y dentro de esto analizaremos más a detalle a los obreros de la construcción porque al final de cuentas son ellos los que ejecutan los trabajos desgraciadamente con casi ningún conocimiento técnico de lo que hacen.

Para entender de mejor manera la relación y la influencia de la mano de obra en la construcción de obras civiles se procedió a hacer encuestas simples que me permitieron estimar de una manera adecuada el alcance y la influencia de las políticas que se deseen aplicar en miras a obtener el mejoramiento continuo en los procesos constructivos y con ello obtener un producto de calidad.

La mano de obra implica el 30 y el 35% del costo total de una obra esto lo hemos asumido casi como un hecho y las estadísticas así lo corroboran¹.

A continuación se presenta un cuadro que indica el número de trabajadores de la construcción que lo hacen prestando su mano de obra considerando un periodo de 8 meses.

128 Thomás Morocho

Cuadro 1: Número de trabajadores por proyecto (se consideró los proyectos por su importancia y tipología).

NUMERO DE TRABAJADORES DE LA CONSTRUCCIÓN POR PROYECTO

Proyecto M. Mayor Albañil Peón Plomero Eléctrico Total Proyecto tipo A 5 40 49 6 5 105 Proyecto tipo B 8 56 63 3 5 135 Proyecto tipo C 3 19 24 2 2 50 Nº total de obreros 16 115 136 11 12 290 Porcentaje en relación al total 5.50% 39 70% 46.90% 3.70% 4.20% 100%

Cuadro 2. Porcentaje de trabajadores por categoría. Cuadro 3. Representación gráfica de la mano de obra.

¹ Porcentaje tomado en el curso gerencia de obra. Escuela Politécnica del Ejército (2008).

Figura 1. Fallas por falta de mano de obra no calificada en las edificaciones analizadas.

De los datos recopilados se desprende que los peones son más del 46% del total de los obreros de la construcción el otro 54% lo constituyen los maestros mayores, albañiles, plomeros, electricistas.

Aquí cabe una aclaración pues no se ha discriminado en la categoría correspondiente a

los maestros fierreros y a los carpinteros pues estos se encuentran en la práctica incluidos como albañiles. Una vez cuantificado los obreros en los proyectos, se decidió investigar cual es el


porcentaje de ellos que tienen algún tipo de preparación técnica en la función que desempeña, para el efecto nos serviremos del cuadro anterior y utilizamos los totales.

Cuadro 4. Porcentaje de número de obreros preparados.

PREPARACIÓN TÉCNICA DE LA MANO DE OBRA

Categoría Cantidad total Trabajadores preparados Porcentaje

M. Mayor 16 4 25% Albañil 115 0 0.00% Peón 136 0 0.00% Plomero 11 6 54.50% Electricista 12 9 75% TOTALES 290 19 6.55%

Cuadro 5. Preparación de la mano de obra.

Los resultados obtenidos ponen en evidencia una realidad que no es solamente de los proyectos analizados, sino que es característico de casi todas las construcciones de nuestro medio.

Puede notarse que la falta de preparación técnica se focaliza casi exclusivamente en los

obreros de la construcción en relación a la albañilería, pues los plomeros y los electricistas tienen más del 50% del personal que tienen preparación técnica.

Esta realidad se debe a distintas causas:

• Falta de estabilidad en el trabajo, pues generalmente se trata de trabajadores ocasionales, que deambulan por las obras como obreros temporales.

• No se da ningún tipo de incentivo a la mejor preparación. • Falta de garantías, servicios sociales y médicos tanto para el trabajador como

para su familia. • Sueldos muy bajos.

En base a los resultados anteriores se investigó la cantidad de trabajadores que desearían incorporarse a talleres de instrucción técnica dictados en la misma obra, el resultado fue el siguiente.

130 Thomás Morocho

Cuadro 6. Aceptación a la preparación técnica en obra.

ACEPTACIÓN A LA PREPARACIÓN TÉCNICA

Categoría Cantidad total Si desean capacitarse Porcentaje

M. Mayor 16 15 94% Albañil 115 97 84.30%

Peón 136 63 46.30%

Plomero 11 11 100.00%

Electricista 12 12 100%

TOTALES 290 198 68.30%

Cuadro 7. Aceptación a la capacitación en obra.

Del análisis realizado se observa que el 68% aceptan la capacitación en obra, pero en el caso de albañiles y peones se observa que el porcentaje tiende a bajar debido a que no son mano de obra estable sino más bien ocasional.

3. DESARROLLO DE LA CAPACITACIÓN A OBREROS EN OBRA Una vez analizado la situación actual de la mano de obra en los distintos proyectos se

realizó un diseño para el mejoramiento continuo de la fuerza laboral.

3.1. Desarrollo del programa de capacitación.

OBJETIVOS. 1. Mejorar la calidad de la mano de obra. 2. Hacer que la obra sea un taller de formación teórico-práctica. 3. Jerarquizar internamente la mano de obra en base, a categoría y a niveles de capacitación. 4. Estimular al obrero a que aprenda nuevas técnicas de construcción y comprometerlos a

que las aplique en la obra. 5. Elaborar manuales técnicos de referencia para el obrero. 6. Crear un equipo permanente de obreros capacitados para todos los proyectos. 7. Crear una cultura de calidad total en la construcción civil.


3.2 Medios

3.2.1 Recursos Humanos.

Inicialmente en el proceso de capacitación se contara con los Ingenieros gerentes de obra

y con sus asistentes técnicos.

3.2.2. Recursos Financieros.

La capacitación y su costo serán a cuenta de la gerencia del proyecto, costo que incluyan

pagos adicionales de horas extras a instructores y alumnos y el material didáctico necesarios.

3.2.3. Recursos técnicos y materiales.

Cada una de la obras se constituirán en las aulas donde se dicten estas clases teóricos-practicas, en donde disponen de materiales y herramientas necesarias como el apoyo técnico del Ingeniero residente de obra.

3.2.4. Proceso a implantarse.

La obra se constituirá en el taller donde se desarrollaran las actividades de capacitación los

mismos que serán coordinados y dictados por el residente de obra. Cada una de las clases será de acuerdo a las etapas constructivas de la obra y se deberá iniciar al término de la jornada de trabajo y durara como mínimo una hora. Los talleres de capacitación versaran sobre los siguientes temas generales:

1. Cultura general. 2. Normas básicas del trabajo. 3. Normas básicas de aseo dentro y fuera de la obra. 4. Normas básicas de seguridad industrial. 5. Optimización de usos de los materiales. 6. Mantenimiento y organización de herramientas. 7. Técnicas básicas de construcción. 8. Lectura e interpretación de planos.

También se crearan tablas que manejen índices de control de desperdicio de materiales y

de hora hombre trabajado como son:

• Chequeo periódico de la calidad de la obra en distintas fases de construcción. Se creara incentivos económicos a los trabajadores de mejor desempeño.

• La capacitación será continua. • Gestión de la calidad en los procesos constructivos, situación actual de la mano de

obra civil Ecuatoriana.

132 Thomás Morocho

• Se crearan recompensas al grupo de mejor desempeño y al que mejor se adapte a los nuevos sistemas de control de calidad.

• Se generaran índices de control que permitan determinar la mejoría y el cumplimiento de la planificación.

• Con todo esto se realizaran evaluaciones periódicas de los procesos y de los productos que nos permitan determinar el grado de eficiencia alcanzado.

• También se establecerá un listado de los obreros capacitados y se le garantizara el trabajo en todas las obras que la empresa constructora emprenda, no se consideraran a maestro que no ha asistido y aprobado los cursos de capacitación.

3.3. Verificación

Se verificara los indicadores de productividad como son:

1. Índices de desperdicio. 2. Índices de rendimiento. 3. Índices de calidad. 4. Índices de accidentes. 5. Índices de cumplimiento de normas y especificaciones. 6. Índices de adaptación a los talleres de capacitación e innovaciones constructivas.

3.4. Actuar

Si los resultados no son los deseados por la gerencia del proyecto se buscara nuevas

alternativas de enseñanza como son:

a. Incrementar el número de horas para la capacitación. b. Buscar alianzas con algún centro de capacitación profesional.

En las siguientes figuras observaremos la situación actual de las obras analizadas.

Figura 2 El desperdicio de material es evidente en uno y otro proyecto


Figura 3 Mala calidad en la ejecución de obra, falta de control en obra

4. PÉRDIDAS Y DESPERDICIO DE MATERIALES

Las técnicas utilizadas en la ejecución de las tres obras analizadas producen un

incremento en la generación de desperdicio debido a los métodos empleados y hacen que los niveles de productividad sean bajos obteniéndose un gran volumen de desperdicio los mismos que generan costos adicionales a los que se podrían lograr, ya que es necesario asumir los costos de consumo excesivo de material, de desalojo de desecho, de horas hombre y de utilización de maquinaria inadecuada. Con frecuencia en seminarios y encuentros técnicos del área, se da una referencia de un índice de un 30% de desperdicio que se generan en las construcciones civiles, sin dar mayores detalles y sin nunca citar la manera de como se lo ha obtenido, lo que nos lleva a concluir que se trata de una estimación.

4.1 Levantamientos de datos

El objetivo principal de este estudio fue el determinar las pérdidas de los materiales en la

construcción de las obras estudiadas y realizar un análisis de sus principales causas.

Fueron tomados datos de tres proyectos distintos durante un periodo que comprende desde febrero a octubre del 2014, un periodo de tiempo aproximado de 8 meses. La incidencia de las perdidas fue determinada a través de medición de los insumos que intervienen rubros realizados, comparados con los insumos que teóricamente se necesita para la ejecución de esos rubros. El estudio concluye que hay considerables variaciones en relación a la incidencia de las perdidas en los distintos materiales y de un mismo material en diferentes obras. Entre los aspectos responsables por estas pérdidas tenemos entre otros; la falta de modulación de los proyectos, la falta de integración entre los diseños, la mala administración de los materiales, la mano de obra no calificada, la alteración de proyecto que ocurren en el transcurso del proceso constructivo, entre otros.

De todos los datos recogidos de las tres obras analizadas se va a tomar solamente resultados resumidos en los cuadros N° 1 y N° 2. Es necesario aclarar que en este trabajo, se analizan las pérdidas directas e indirectas de los materiales sin tomar en consideración, otros tipos de pérdidas que existen como mano de obra y pérdida de horas equipos.

134 Thomás Morocho

Cuadro 8 Pérdidas de Materiales en la Construcción Civil

Materiales P E R D I D A S (%) A B C MEDIA

Acero 19 27 23 23 Cemento 11 12 17 13 Concreto 77 45 34 52 Arena 27 30 21 26 Argamasa 103 88 40 77 Ladrillos huecos 40 8 35 27 Ladrillos macizos 45 15 20 26

A continuación presentamos el cuadro N° 9 en el que puede visualizar en términos

económicos cuales son los porcentajes de pérdidas en la construcción civil.

De los resultados obtenidos, se puede verificar que de los materiales investigados existe un aumento en el costo total de la obra que va entre un 5.06% a un 7,38%, que es un valor muy elevado si se considera que solo se han obtenido datos respecto al 20% del valor de la obra. Es decir que en el costo de los materiales investigados he existido una pérdida económica entre un 25% a un 56% situación extremadamente preocupante.

Cuadro 9 Costo de las pérdidas en la Construcción Civil.

Materiales Costo Costo de pérdidas de

Teórico. (%) Materiales. (%) % A B C

Acero 4.31 5.12 5.49 5.30 Cemento 5.24 9.25 7.61 7.04 Concreto 5.38 5.96 6.01 6.32 Arena 0.94 1.19 1.22 1.13 Argamasa 0.69 1.40 0.69 0.97 Ladrillo hueco 2.25 3.15 3.15 3.06 Ladrillo macizos 0.27 0.39 0.31 0.32 Demás materiales.+ M.O 80.92 80.9 80.9 80.9 Total 100 107.38 105 105 Costo de las Pérdidas 7.38 5.40 5.06


Figura 4 Desperdicio de materiales en la construcción civil

4.2 Alternativas para la disminución de pérdidas en la industria de la Construcción. A continuación se describen algunas alternativas que se pueden seguir para reducir las

pérdidas que se producen en las actividades de los procesos constructivos que realizamos cotidianamente.

La parte más importante para reducir las pérdidas es, en primer lugar darse cuenta del problema, es decir aceptar que existe pérdidas en los procesos constructivos que realizamos en las diferentes obras en nuestro medio y tomar conciencia de que debemos hacer algo para evitar o reducir estas pérdidas, como son:

1. Comunicación entre los trabajadores, supervisores y planificadores de obra. Consiste esencialmente. En hacer un listado de perdidas con lenguaje común entre los miembros del equipo, de tal manera de que sea fácil su identificación y una lista clasificada de las causas o fuentes potenciales de esas pérdidas. En cuanto a las pérdidas se debes tomar en cuenta todos los factores que intervienen en los procesos constructivos como; material, mano de obra, equipo, transporte y en cuanto a las causas se deben considerar la administración, el uso de los recursos, entre otros.

2. La coordinación modular, la teoría de coordinación modular, fue desarrollada con el propósito específico de reducir las pérdidas en las construcciones. Consiste esencialmente en hacer una optimización de los espacios que requiere el hombre para realizar sus actividades en los diferentes ambientes relacionándolos con las dimensiones de los materiales que existen en el sector. Esto permite que el diseño arquitectónico se pueda basar en módulos o medidas predeterminadas que en el momento de la ejecución de una

136 Thomás Morocho

obra, el desperdicio de los materiales con los que se va construir sea mínimo o llegue a cero desperdicios.

5. RESULTADOS

Los resultados que se lograron fueron los siguientes:

• Aceptación a la preparación técnica • Incremento a sus salarios de acuerdo al número de horas de capacitación. • Nivel jerárquico medio y superior. • Ser un patrimonio de la empresa. • Calidad en cada etapa de los procesos constructivos. • Buen nivel de cultura por parte de los obreros. • Reducción de desperdicio.

6. CONCLUSIONES

Claramente hemos observados los resultados de esta investigación en los distintos proyectos que se ejecutaron, cabe aclarar que los proyectos analizados corresponden a tres proyectos de vivienda de distintas categorías y tipología entonces surge la siguiente pregunta ¿Por qué no invertir en la capacitación de nuestros obreros? ¿Cómo estar seguros de que nuestras obras no sufrirán daños en un lapso de tiempo corto?, estas son algunas de nuestras interrogantes. Somos prisioneros de nuestra forma de pensar, rompamos paradigmas basta de decir que todo el tiempo se construyó así y nadie nos va a cambiar nuestras técnicas constructivas y los procesos que se siguen.

Demos un viraje de 360° hacia el cambio, valoremos a nuestra gente no lo veamos tan solamente como seres que construyen porque le ordenamos algo, nuestras obras la hacen un grupo de seres humanos que se merecen nuestro aprecio y consideración tomando en cuenta que la industria de la construcción es un trabajo forzado, capacitemos a nuestra gente y que nuestra mano de obra sea un patrimonio de la empresa.

7. BIBLIOGRAFÍA

[1] Guillermo, T. (1998), guía para implantar la norma ISO 9000. Primera edición, México, D.F. 1998. [2] Gutiérrez, H. (1997), Calidad Total y Productividad, edición, McGraw W-Hill. México.

D.F. 1997. [3] Hurley, D.P y Landeros, J. (1985), Control de Calidad, CINVESTAV, IPN, México, 1984.

[4] Morocho, T. (2008), Estudios Patológicos, Revista sigma. N°13. Colegio de Ingenieros Civiles de Pichincha. [5] Morocho, T. (2011). Introducción a las Patologías. Primera edición. 2011.

Notas de apuntes curso de gestión de calidad, Escuela Politécnica del Ejercito. (2008).


Recibido: Febrero de 2015 Aceptado: Marzo de 2015

EMPLEO DE TÉCNICAS ISOTÓPICAS EN INVESTIGACIÓN AGRÍCOLA, ABSORCIÓN Y RECUPERACIÓN DE FERTILIZANTES

EN CULTIVOS

Emilio Rodrigo Basantes (1)

(1)Centro de Post Grados, Maestría en Agricultura Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, Sangolquí, Ecuador

[email protected]

RESUMEN

El objetivo de este artículo es dar a conocer el empleo de técnicas isotópicas en investigación agrícola como una herramienta eficaz en la resolución de problemas inherentes a la explotación de los recursos agrícolas y producción de alimentos. El uso de isótopos es una forma eficaz de obtener una medida cuantitativa directa en las plantas que están bajo la influencia de varios factores, a fin de conocer aspectos puntuales como por ejemplo, eficiencia de uso de fertilizantes de un cultivo en particular, la contaminación de los suelos y la conservación de este recurso, entre otros. Para el efecto se emplean isótopos estables, utilizando fuentes enriquecidas como N15 o aprovechando la abundancia natural del mismo en atmósferas naturales. Bajo esta metodología se enriquece al suelo mediante dilución isotópica con el isótopo marcado, que será absorbido por la planta y luego se le sigue la pista al elemento tanto en el suelo como en la planta, para cuantificar la cantidad del elemento que absorbió la planta, cuanto quedó en suelo y cuanto del elemento se lixivió a capas fuera del sistema radicular. Por otro lado, también se puede distinguir cuanto de nitrógeno proviene del fertilizante, de la atmósfera a través de la fijación biológica y del suelo producto de la mineralización de la materia orgánica. De esta forma, los resultados alcanzados llevan a optimizar el uso del fertilizante, manejo eficiente del agua, cuidar el medio ambiente, e incrementar la producción y productividad de alimentos. Por último, se recomienda el uso de isótopos para estudios ambientales, conservación de suelos y manejo de cultivos. Palabras clave: Isótopos estables en investigación agrícola. N15. Eficiencia de uso de fertilizantes. Absorción de N en Quinua. Recuperación y pérdidas de nitrógeno.

ABSTRACT

The aim of this article is to present the use of isotope techniques in agricultural research as an effective tool in solving inherent in the use of agricultural resources and food production problems. The use of isotopes is an effective way to get a direct quantitative measurement in plants that are under the influence of various factors, in order to meet specific aspects such as fertilizer use efficiency of a particular crop contamination soil and conservation of this resource, among others. For stable isotope effect are employed, using enriched as N15 or taking advantage of the natural abundance of it in natural atmospheres sources. Under this methodology is enriched the soil by isotope dilution with labeled isotope, which will be absorbed by the plant and then keeps track of the element in the soil and in the plant, to quantify the amount of element absorbed by the plant, As it was in terms of soil and leached element layers outside the root system. Moreover, one can also distinguish comes as fertilizer nitrogen, the atmosphere through biological fixation and soil the digest organic matter. Thus, the results obtained lead to optimize fertilizer use, efficient water management, protecting the environment, and increase food production and productivity. Finally, the use of isotopes for environmental studies, soil conservation and crop management is recommended. Keywords: Stable isotopes in agricultural research. N15. Fertilizer use efficiency. N uptake in Quinoa. Recovery and nitrogen losses.

138 Emilio Rodrigo Basantes

1. INTRODUCCIÓN

La agricultura es el arte de producir alimentos que engloba la aplicación de conocimientos y técnicas para cultivar la tierra, manejo del cultivo, haciendo más eficiente el uso de recursos naturales del suelo, agua, agentes biológicos más de las acciones humanas que transforma el medio ambiente natural. La producción agrícola se ha incrementado significativamente en los últimos años, pero el incremento de la población mundial continúa, de manera que se requerirá una mayor producción de cultivos en las próximas décadas. El acelerado crecimiento demográfico mundial demanda de la agricultura mayores rendimientos de los cultivos, gran parte de los cuales dependen de un insumo básico que son los fertilizantes. De los nutrientes abastecidos por los fertilizantes, el nitrógeno (N) es uno de ellos y en algunos cultivos el incremento de rendimiento se debe en un 75% a este nutriente. Con el fin de cubrir la demanda de alimentos a futuro es inevitable pensar que el uso de fertilizantes nitrogenados continuará en aumento. Sin embargo, los fertilizantes son de alto costo, pudiendo por otra parte constituirse en agentes ambientales de polución.

En la agricultura moderna el uso de fertilizantes es esencial para maximizar el rendimiento,

siendo necesario emplear técnicas adecuadas que contribuyan a conocer el uso eficiente de fertilizantes, para lo cual las técnicas isotópicas con utilización de isótopos radiactivos o estables desempeñan un importante papel en la investigación agrícola moderna. Los fertilizantes constituyen elementos vitales en la producción de alimentos, por ello es importante que se usen de manera eficiente para minimizar los costos de producción y preservar los recursos naturales.

Usualmente, un 30 a 50% del fertilizante nitrogenado es utilizado por el cultivo. El resto se

pierde por volatilización, desnitrificación o lixiviación. En países industrializados donde se aplican altas dosis de N, la contaminación de agua debida a nitratos ha causado un significativo daño a la salud. Y para evaluar los efectos de la aplicación de los diferentes fertilizantes, se ha utilizado varios métodos convencionales y métodos isotópicos. Entre estos están: el Método Clásico o convencional que mide el efecto de la dosis de aplicación sobre el rendimiento del cultivo. Métodos basados en la absorción del nutriente como el método de las diferencias. En este método indirecto, la absorción del nutriente por el cultivo en la parcela control se resta de los tratamientos con fertilizantes. Este método supone además que todas las transformaciones de nutrientes, es decir, la mineralización, inmovilización y otros procesos del suelo son los mismos para los suelos fertilizados y no fertilizados. Método isotópico constituye el único método directo para medir la absorción de un nutriente proveniente de un fertilizante marcado con un isótopo (15N). El método permite estimar no sólo la absorción de nutrientes por la planta sino también el nutriente proveniente del suelo, del fertilizante y otras prácticas de manejo referente a la absorción de nutrientes, como nitrógeno, fósforo y otros.

De ahí que la utilización de trazadores es una forma eficaz de obtener una medida

cuantitativa directa de la influencia de los diferentes factores, sobre la eficiencia de uso de fertilizantes del cultivo, la contaminación de los suelos y, la conservación de este recurso. De manera general la utilización de técnicas nucleares en el campo de la agricultura ha sido de importancia para el mundo en desarrollo, y se citan algunos usos: inducir mutaciones y obtener nuevas variedades de cultivos deseados. Calcular el total de nitrógeno que se ha fijado durante todo el período de crecimiento y por este medio, se puede determinar y seleccionar para el mejoramiento genético leguminosas fijadoras de nitrógeno más eficiente con mayor rendimiento y contenido proteico. Otros logros ha sido la de reducir las pérdidas posteriores a la cosecha bajando la germinación y la contaminación, y prolongando el período de conservación de los productos alimenticios. Cuantificación de la fijación biológica de nitrógeno en leguminosas [4]. Fisiología de cultivos. Uso y manejo eficiente del agua. Estudios sobre erosión y materia orgánica del suelo. En este artículo se presenta casos de determinación de uso eficiente de fertilizantes y recuperación de N, usando 15N como trazador y empleo de técnicas tradicionales en quinua.

Empleo de técnicas isotópicas en investigación agrícola, absorción y recuperación de 139 fertilizantes en cultivos

2. METODOLOGÍA

Para la cuantificación del contenido de nitrógeno proveniente del suelo (NPS), del nitrógeno

proveniente del fertilizante (NPF) y del nitrógeno proveniente de la fijación biológica (NPFB), tanto en porcentaje y cantidad, se utilizan las siguientes fórmulas, las mismas que consideran el nitrógeno absorbido por la planta (fijadora de N y control o no fijadora de N de la atmósfera), el fertilizante enriquecido con N15 y la abundancia natural del isótopo (AN).

En experimentos isotópicos ayudados de un fertilizante marcado que se agrega al suelo y la

cantidad de nutriente del fertilizante que una planta ha tomado, se determinan de diversas maneras. El primer parámetro que se determinara es la cantidad absorbida del fertilizante por una cosecha que por medio de las técnicas del isótopo es la fracción del nutriente que la planta ha tomado del fertilizante marcado [7].

3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN El contenido ambiental del PN se deriva del CDB que en su art. 1- Objetivos señala: “Los

objetivos del presente Convenio, que se han de perseguir de conformidad con sus disposiciones pertinentes, son la conservación de la diversidad biológica, la utilización sostenible de sus componentes y la participación justa y equitativa en los beneficios que se deriven de la utilización de los

3.1 Determinación del nitrógeno

El nitrógeno es un elemento esencial para la vida de las plantas y su carencia conduce a la muerte de las células. El 90 % de los compuestos orgánicos contienen N, el cual aparece en forma reducida NH3. El suelo, la atmósfera y los fertilizantes constituyen las fuentes de nitrógeno para la planta, el cual ha sido determinado en leguminosas fijadoras y no fijadoras de nitrógeno, de acuerdo a la tabla 1.


Tabla 1 Cuantificación del N proveniente del fertilizante, fijación biológica y del suelo, usando el método isotópico [5].

Planta MS N QNT % at N15

NPF QNPF NPFB QNFB NPS QNPS

g/pl % mg/pl (%) mg/pl % mg/pl % mg/pl

Soya 23,33 2,75 641,58 0,534 2,8 17,8 59,8 383,4 37,5 240,4

Soya no nodulante

17,19 1,27 218,31 0,985 10,2 22,2 - - 89,8 196,1

Arroz 5,9 0,97 57,23 1,123 12,4 7,12 - - 87,6 50,1

Los resultados indican que la cantidad de nitrógeno total en la soya nodulante, el 60 % del

nitrógeno proviene de la fijación biológica (NPFB), el 37% del N es proveniente del suelo y del fertilizante obtuvo el 3%. En tanto que los otros cultivos, obtuvieron el nitrógeno proveniente del suelo en porcentajes del 89.8 y 87.6 %, para la soya no nodulante y arroz, respectivamente. Esto indica que estos cultivos, agotan más el nitrógeno nativo proveniente de la mineralización de la materia orgánica, por lo que se debe restituir este material a fin de no deteriorar física y químicamente el suelo.

3.2 Recuperación y evaluación del N en el suelo

Para estudiar el destino del nitrógeno en el sistema suelo-planta se utilizó el isótopo estable

15N. De acuerdo con esta técnica es posible determinar con precisión la distribución de nitrógeno en el sistema suelo-planta, inclusive su acumulación en diferentes partes de la planta como en diferentes camadas del perfil del suelo [8] [5]. Para este estudio se seleccionó el cultivos de rosas. Las flores más vendidas en el mundo son, en primer lugar, las rosas seguidas por los crisantemos, tercero los tulipanes, cuarto los claveles y en quinto lugar los lilium. Sin embargo, ninguna flor ornamental ha sido y es tan estimada como la rosa [3].

En la tabla 2, se presentan los datos sobre la recuperación del N derivado del fertilizante por el cultivo de rosas y las cantidades del nutriente que quedó retenido en el perfil del suelo [2]. Así mismo se presentan los datos sobre la distribución del N-fertilizante en las principales partes de la planta y en el horizonte del suelo de los diferentes tratamientos. Llamó mucho la atención los bajos valores de recuperación por la planta del N fertilizante aplicado, variando de 11.4% a 15.6%, siendo el valor más alto en el tratamiento donde se aplicó la mitad de la dosis normalmente aplicada en la región a este cultivo, donde los tratamientos estudiados fueron: T1=1114; T2 = 744; T3 = 371 y T4 = 0 Kg de N/ha/año.

Tabla 2 Determinación del N proveniente del fertilizante por el cultivo de rosas y evaluación de

la cantidad de N que quedó en el perfil del suelo [2].

T1 T2 T3

PLANTA

Kg.ha-1 EUF

(%)

Kg.ha-1 EUF

(%)

Kg.ha-1 EUF

(%)

Tallos 6.59 2.0 5.16 2.4 2.48 2.3

Hojas 6.82 2.1 4.16 1.9 4.07 3.8


Tallo

floral 2.05 0.6 0.62 0.3 0.68 0.6

Total parte aérea

15.46 4.8 9.94 4.6 7.23 6.7

Raíz 21.56 6.6 15.61 7.2 9.62 8.9

Planta entera

37.02 11.4 25.55 11.8 16.85 15.6

SUELO

Suelo 20 cm

65.99 20.3 23.37 10.8 21.69 20.1

Suelo 40 cm

16.06 4.9 33.93 15.6 23.14 21.4

Suelo 60 cm

19.97 6.1 21.5 9.9 20.88 19.3

Total suelo

102.02 31.4 78.8 36.3 65.71 60.8

RECUPERACION DE N

Total N en el suelo +

planta

139.04 42.8 104.35 48.1 82.56 76.4

N aplicado Kg.ha-1

325 217 108

PERDIDAS DE N

185.96 57.2

112.65 51.9

25.44 23.6

Este problema está muy asociado con la alta disponibilidad de N mineral al momento de

establecerse el experimento, situación donde generalmente la eficiencia de la fertilización nitrogenada disminuye. Sumado esto se debe destacar también que algún factor de suelo afectó negativamente el crecimiento de las plantas y por ende la demanda de este nutriente, disminuyendo así la eficiencia de la fertilización. Este problema parece estar directamente asociado con el alto grado de salinidad del suelo (6.6 mmhos/cm) causado por los altos niveles de fertilizantes que son aplicados al suelo permanentemente en los sistemas de producción intensiva de rosas en el país.

Dentro de la planta, la raíz acumuló alrededor del 60% del N aplicado, independiente del tratamiento estudiado, indicando tratarse de un órgano de reserva nutricional muy importante para el cultivo, pero sin duda que la contribución de esta fracción debe disminuir con el pasar del tiempo al sumarse cada vez más la producción de tallos florales.

El N fertilizante recuperado en el suelo (0-60cm) varió de 31 a 61% del N aplicado, siendo

significativamente más alto, como esperado, en el tratamiento que menos recibió N fertilizante. En términos cuantitativos el contenido de N fertilizante recuperado en el suelo varió alrededor de 100 kg N/ha, demostrando que el suelo tiene una capacidad relativamente estable de retener el nutriente, de lo cual se deduce, que cualquier dosis de fertilizante aplicado, superior a la capacidad de retención del suelo estará sujeto pérdidas. Esto conlleva a elevar los costos de producción del cultivo, además de los fuertes riesgos ambientales que produce. Los resultados de este estudio demuestran que las pérdidas de este nutriente aplicado como nitrato de amonio varió de 24 a 57%, aumentando con la


dosis aplicada. Es importante destacar que la práctica de la fertilización es generalmente aplicada para suplir a la planta con los nutrientes esenciales para su crecimiento, y siempre de forma racional, pues dentro de ciertos límites el suelo no puede ser considerado como un medio para almacenar fertilizantes solubles, como parece ser este caso. El exceso de fertilización con fuentes solubles, como son todos los fertilizantes aplicados en fertirrigación, conlleva a acumulación causando fuerte salinidad. Este problema es sin duda la situación del área florícola estudiada. Para aliviar este problema se recomienda en primer lugar el lavado del suelo para disminuir la salinidad a niveles tolerables y manejar racionalmente la fertilización e irrigación.

Es mucho más rentable reducir la fertilización nitrogenada en el cultivo de rosas, ya que se ha comprobado que no existen efectos sobre la producción, a más de comprobar que las grandes cantidades de nitrógeno presente en el suelo son más que suficientes para el desarrollo normal de la planta de rosas. Uno de los beneficios más importantes al reducir la fertilización nitrogenada en el cultivo, es ambiental, ya que se reducirá la contaminación de suelo y de agua con nitritos y nitratos, que se ha comprobado su carácter dañino para la salud poblacional.

3.3 Contenido y extracción de Nitrógeno en quinua

El contenido de nitrógeno en la planta [1], según la tabla 3 indica que a los 60 días después de la siembra alcanzó un promedio de 4.8% N siendo la var. Tunkahuan ligeramente mayor con 4.84, en tanto que, a los 90 días el promedio fue de 2.40% N, y donde la var. Tunkahuan continúa siendo ligeramente mayor de la var. Chimborazo. La diferencia del contenido de nitrógeno en la fase de crecimiento de la quinua indica que la quinua es un cultivo que requiere mayor cantidad de nitrógeno en las etapas tempranas para favorecer la mayor producción de masa vegetativa, por lo tanto, en esta etapa se debe suplir las necesidades y los fraccionamientos de nitrógeno. A la siembra se debe suministrar una dosis baja y otra dosis mayor entre los 35 a 60 días después de siembra.

Esta tendencia del crecimiento se observa en la Figura 1, donde se aprecia que la quinua

presentó una baja tasa de crecimiento hasta los 80 días y luego una fase de crecimiento mayor con una tendencia de crecimiento lineal, lo que lleva a recomendar un manejo adecuado del cultivo [9] a fin de optimizar los insumos y favorecer los mayores rendimientos, los mismos que fluctúan entre los 2 a 3.5 tn/ha, de acuerdo a las condiciones agroclimáticas y manejo del cultivo.

Una vez que la planta ha alcanzado su desarrollo vegetativo disminuye el contenido de N, en el área foliar debido a que la planta orienta su producción al desarrollo del aparato reproductivo y aparecimiento de las inflorescencias, siendo una etapa que no requiere mucho N, sino otros elementos como fósforo y calcio. Esto también indica que el N en el contenido foliar disminuye ya que se produce translocación de N de las hojas al desarrollo de la panoja y formación del grano.

Tabla 3 Contenido de nitrógeno total (%) en quinua.

VAR. TRATAMIENTOS 60 dds 90 dds

CH

IMB

OR

AZ

O

T1(V1 Ca50 N50) 4,7 1,97

T2(V1 Ca50 N100) 5,1 2,37

T3(V1 Ca50 N150) 4,67 2,5

T4 (V1 Ca100 N50) 4,07 2,03

T5 (V1 Ca100N100) 5,1 2,43

T6 (V1 Ca100 N150) 5,33 2,8

4.83 2.35


TU

NK

AH

UA

N

T7 (V2 Ca50 N50) 4,27 2,13

T8 (V2 Ca50 N100) 4,73 2,37

T9 (V2 Ca50 N150) 5,33 2,73

T10(V2 Ca100 N50) 4 1,97

T11(V2 Ca100N100) 5,23 2,3

T12(V2Ca100 N150) 5,47 3,43

4.84 2.49

T13 V1 Ca 0 N80 5,43 2,6

T14 V2 Ca 0 N80 5,17 2

media 4,9 ± 0.5 2,4 ± 0.4

CV % 10,21 16,90

En cuanto a la extracción de N presentada en el Figura 1, se observa que las dos variedades

de quinua presentaron una tendencia de crecimiento cuadrática con excelente correlación. En esta curva de absorción del nitrógeno se observa que la quinua a los 40 y 80 dds obtuvo valores promedios de nitrógeno absorbido comprendidos entre 12 y menores a 60 kg N.ha-1, respectivamente, pero este contenido de nitrógeno se dispara en sentido ascendente llegando a extraer un promedio de 146 Kg N/ha para la var. Chimborazo y 247 kg N/ha para la var. Tunkahuan, en tanto que, los testigos de cada variedad alcanzaron alrededor de 170 kg N/ha de promedio.

Estos acontecimientos marcados en la curva de absorción del N por el cultivo indican que la

quinua inicialmente presenta una fase de crecimiento baja, donde la absorción de N es menor de 60 kg N/ha, pero luego hay una fase de rápido crecimiento que ocurre partir de los 80 dds, llegando a absorber un promedio de 193 kg N/ha, siendo además la var. Tunkahuan la que mayor cantidad de N extrae.

Figura 1 Extracción de nitrógeno, kg.ha-1.


La elaboración de curvas de crecimiento expresan la forma de absorción del cultivo en función del tiempo [6] y sirven para conocer los requerimientos de la quinua, y de esa forma saber cuáles etapas de crecimiento son las de mayor absorción. Por lo que, conociendo estas necesidades podemos adoptar formas de recomendación de fertilizantes y reciclar el material residual para balancear el estado nutricional del suelo y no dejar que el suelo se perjudique. De esta forma, se puede recomendar que para obtener mayor aprovechamiento del N este se debe aplicar entre los 40 y 60 días después de la siembra, la misma que favorecerá obtener mayor crecimiento y ayudará inclusive a cortar el ciclo vegetativo.

Por último, los datos obtenidos de absorción de N ratifican que la quinua presenta una fase

inicial de bajo crecimiento pero esta se dispara en forma lineal a partir de los 80 días por lo que la fertilización de la quinua debe orientarse a estos periodos.

5. CONCLUSIONES

• El incremento del 50% de la fertilización aplicada por la finca alteró el desarrollo de la planta disminuyendo su longitud en 42.75 cm. Debido posiblemente a que a mayor incremente de nitrógeno en el suelo, el pH se vuelve más acido en el suelo, lo que afecta al desarrollo vegetativo de la planta. Las plantas presentaron menores % de nitrógeno en la raíz, tallo y hojas, en respuesta a la mayor fertilización nitrogenada, posiblemente debido a que planta respondió de mejor manera a las concentraciones bajas de este elemento en el suelo, ya que los excesos de N incrementan la acidez del suelo, la cual afectó en la disponibilidad del nitrógeno en el suelo. Referente a la extracción de N, la quinua extrajo una cantidad promedio de 197 kg N ha-1, siendo la variedad Tunkahuan la que mayor extrae (247,7) frente a la Chimborazo con 146,2 kg N ha-1, esas cantidades tienen relación directa con la producción vegetativa de la planta, presentada hasta la floración. La Var. Chimborazo presentó un ciclo vegetativo mayor que la var. Tunkahuan, además fue más variable en colores, crecimiento y diversidad de plantas, ya que es una variedad que proviene de variedades nativas mejoradas del sur de Riobamba, en tanto que la Tunkahuan es uniforme en especies y fenotipo.

7. REFERENCIAS

[1] OBANDO, D; LAZO, D. BASANTES, E; VILLACIS, J. 2014. Evaluación del contenido mineral y extracción del nitrógeno y calcio en dos variedades de quinua (Chenopodium quinoa), durante el desarrollo vegetativo. Tesis. Universidad de las Fuerzas Armadas, ESPE. Quito.

[2] PAZMIÑO, D.; AVALOS, R; BASANTES, E. 2007. Estudio sobre el uso eficiente de fertilizantes nitrogenados en la producción de rosas (rosa sp. var. classy), aplicando técnicas isotópicas en la florícola Loveroses S.A. Tesis de grado, Escuela Politécnica del Ejército, Quito.

[3] INFOAGRO. El cultivo de la rosa, (en línea), disponible: http://www.infoagro.com/flores/flores/rosas.htm

[4] BASANTES, E. Avaliação do Método da diluição isotópica com adição de fertilizante 15N ao solo, na quantificação da FBN de leguminosas. Tesis de Maestría - Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz / USP. Piracicaba-Brasil. 1990. 115p.

http://www.infoagro.com/flores/flores/rosas.htm


[5] BASANTES, E.; TRIVELIN, P.; SIU, M. T. Cuantificación de la fijación biológica de nitrógeno

por el método isotópico del 15N y evaluación del efecto de la micorriza en leguminosas. Nucleociencias, año4 No.4 (Julio 1993), Órgano de difusión de la Comisión Ecuatoriana de Energía Atómica, Quito-Ecuador, 1993. p 37-53.

[6] BASANTES, S., CHASIPANTA, J., BASANTES, E., SORIA, N. (2012). Determinación del Requerimiento Nutricional del Fósforo sobre la inducción floral sobre el Cultivo de Piña (Ananas comosus). Tesis de grado, Universidad de las Fuerzas Armadas, ESPE. Quito.

[7] IAEA, Uses of isotope and radiation methods in soil and water management and crop nutrition, training course series 14, Vienna. 2001.

[8] URQUIAGA, S. Eficiencia de la fertilización nitrogenada en los principales cultivos anuales. In: Urquiaga, S.; Zapata, F. Manejo eficiente de la fertilización nitrogenada de cultivos anuales en América Latina y el Caribe. Porto Alegre: Gênese; Rio de Janeiro: Embrapa Agrobiología, 2000. p. 31-49.

[9] BASANTES, M. E. 2014. Curso de Cultivos. Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE. 82 p.


Recibido: Marzo de 2015 Aceptado: Abril de 2015

ESTUDIO DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE MAMPOSTERÍA DE BLOQUES DE HORMIGÓN EN

EDIFICACIONES DEL VALLE DE LOS CHILLOS QUE INICIARON SU CONSTRUCCIÓN DURANTE EL AÑO 2014(*)

Carolina Robalino B(1), Lorena Peñaherrera (1), Dayana Tito (1), Maricela López(1) (1)Departamento de Ciencias de la Tierra y la Construcción


[email protected]

(*) Artículo ganador de la Primera Convocatoria de Movilidad 2015, en categoría Básica Estudiantes de IV y V Nivel.

RESUMEN

La falta de control técnico en las construcciones es visible en ciudades como Quito y Sangolquí, esto se ve reflejado directamente en la calidad de los materiales que los constructores adquieren para sus obras. Un trabajo inicial en las aulas de clase alerta sobre el problema que las edificaciones pueden tener respecto a las características de absorción y compresión de los mampuestos de hormigón. Al observar problemas de humedad, resistencia a la compresión en paredes de bloques de hormigón en el Valle de los Chillos surge la pregunta si hubo o no un control de calidad de estos materiales antes de su utilización. Por esto se decide iniciar con un análisis en el que se ensayan 3 edificaciones, que sumadas a las analizadas en clase, dirían si es necesario un estudio más amplio. Un análisis estadístico realizado con los datos obtenidos del municipio de Rumiñahui dio 58 construcciones como muestra de este cantón; hasta el momento se presentan los resultados iniciales de los ensayos de Porcentaje de Absorción y Resistencia a la Compresión de tres obras, mismos que en su mayoría no cumplen con la normativa INEN 640 y 643 en la que se describe el proceso de los ensayos y los requisitos que deben cumplir las muestras para ser aceptadas en su uso constructivo, por esta razón se decide realizar este estudio dividiendo al proyecto en dos etapas; la primera está conformada por las parroquias de Sangolquí y San Rafael pertenecientes al cantón Rumiñahui y la segunda está conformada por la parroquia de Conocoto pertenecientes al cantón Quito; todos estos sectores están dentro de la zona Valle de los Chillos.

ABSTRACT

The lack of technical control in buildings is visible in cities like Quito and Sangolquí, this is

reflected directly on the quality of the materials that builders acquire for their works. An initial work developed in classrooms, alerts on the problem that buildings may have, about the characteristics of absorption and compression of concrete blocks used in masonry. Moisture and compressive strength problems in concrete block walls in Valle de los Chillos makes to ask if there was a quality control of these materials before use. Therefore it was decided to start with an analysis in which three buildings, added to those analyzed in class, would say if a larger study is needed. A statistical analysis using data obtained from the municipality of Rumiñahui, gave 58 constructions as the number of constructions required for this project. For this paper, is shown the initial test results related to Percentage of Absorption and Compressive Strength of three different constructions, which mostly don’t reaches the minimum results required by INEN 640 and INEN 643, where is described the process and requirements that blocks must get for building purpose, for this reason it was decided to conduct this study dividing the project into two stages; the first consists of the parishes of Sangolquí and San Rafael which belongs to the Cantón Rumiñahui and the second consists of the parish of Conocoto belonging to Cantón Quito. All these areas belogs to Valley de los Chillos.


148 Carolina Robalino, Lorena Peñaherrera, Dayana Tito, Maricela López

1. INTRODUCCIÓN 1.1 Mampostería

La mampostería es uno de los materiales más utilizado desde la antigüedad hasta el día de hoy, se define como un material compuesto, constituido por piezas naturales o moldeadas artificialmente, encajadas entre sí por un mortero adhesivo. Sus componentes en los últimos años han ido cambiando así se tienen rocas simples, unidades industrializadas de arcilla y concreto, etc.

La mampostería combinada y confinada empleada actualmente se fabrica principalmente con piezas de barro recocido (ladrillos) y bloques sólidos de concreto ligero, los cuales se pegan mediante mortero con base en cemento, cal y arena con un espesor de junta entre 1 y 2 cm. (Tena, A., Juárez, A. & Salinas, V., 2007)

1.2 Bloque de Hormigón

Un bloque de hormigón es un mampuesto prefabricado, utilizado en la construcción de muros

y paredes. Los bloques tienen forma prismática, con dimensiones normalizadas, y suelen ser esencialmente huecos. (Lagoset, 2015)

Sus dimensiones tradicionales en centímetros son 10x20x40, 20x20x40, 22,5x20x50.1 Cabe

mencionar que estas medidas están ordenadas de tal manera que la primera medida corresponde al ancho del bloque, la segunda a la altura del mismo y la última corresponde al largo del bloque. (Lagoset, 2015)

Los bloques deben elaborarse con cemento Portland o Portland especial, áridos finos y

gruesos, tales como: arena, grava, piedra partida, granulados volcánicos, piedra pómez, escorias y otros materiales inorgánicos inertes adecuados. (INEN 638, 1993)

Tabla 1 Tipos de bloques de hormigón y sus usos

TIPO USO

A Paredes exteriores de carga, sin revestimiento.

B Paredes exteriores de carga, con revestimiento. Paredes interiores de carga con o sin revestimiento

C Paredes divisorias exteriores, sin revestimiento

D Paredes divisorias exteriores, con revestimiento. Paredes divisorias interiores, con o sin revestimiento.

E Losas alivianadas de hormigón armado.

En el análisis estructural se estudian diversas causas que pueden afectar una edificación,

como son el peso propio, el peso temporal y acciones accidentales, que se valúan como cargas. Los

Estudio de las propiedades mecánicas de mampostería de bloques de hormigón en 149 edificaciones del valle de los chillos que iniciaron su construcción durante el año 2014

efectos a los que estará sometida una edificación son los desplazamientos y esfuerzos internos en los materiales que la conforman. Para llevar a cabo el análisis es necesario estimar las propiedades mecánicas de los materiales con los que se piensa se construirá la obra y así con todas estas disposiciones se podrá justificar la seguridad de la edificación. (UNAM, 2006)

1.3 Definición de calidad

El termino calidad es importante, pero cada autor la define con sus propios conceptos y criterios debido a que no tiene un concepto universal aceptado. Calidad son todos los atributos y características de un producto o servicio que influyen en su capacidad para satisfacer una necesidad determinada. (Rosado, 2012)

La inspección en calidad consiste en examinar, medir, contrastar o ensayar las

características de calidad de un producto o servicio para determinar su conformidad con los requisitos especificados. La inspección por sí misma, no influye en la calidad del producto, que es consecuencia de la fabricación. (Rosado, 2012) 1.4 Criterio de aceptación o rechazo de los lotes

Tabla 2 Criterio de aceptación o rechazo del lote TAMAÑO DE LOTE MUESTRA Ac 1 Re1 Ac2 Re2

Hasta 1200 3 0 2 1 2 De 1200 a 35000 5 0 3 3 4

Más de 35000 8 1 4 4 5

Cuando el número de unidades defectuosas de la muestra sea igual al número de aceptación Ac 1 de la tabla 1, el lote en cuestión será aceptado. (INEN 639, 1993)

Cuando el número de unidades defectuosas de la muestra sea mayor o igual al número de

rechazo Re 1 de la tabla 1, el lote será rechazado. Cuando el número de unidades defectuosas de la muestra se halle entre el número de aceptación Ac 1 y el número de rechazo Re 1, se tomará una segunda muestra del mismo tamaño que la inicial y se realizarán aquellas pruebas en las que, al ensayarse la primera muestra, se hayan presentado bloques defectuosos. (INEN 639, 1993).

2. ANTECEDENTES

La idea de realizar este proyecto nace desde las aulas de clase, luego de realizar ensayos a bloques huecos de hormigón se evidenciaron malos resultados respecto a los estándares de calidad que nos dicta las Normas INEN. Correlacionando estos resultados con los problemas visibles en las construcciones del Valle de los Chillos como es la humedad en paredes, misma que demanda grandes rubros económicos para su reparación; frecuente presencia de fisuras y grietas en paredes que podría repercutir en riesgos a la vida frente a un evento sísmico. Por todo esto se decide comprobar si los resultados obtenidos empíricamente en clase son la generalidad de los bloques usados en las obras civiles del Valle de los Chillos.


3. OBJETIVO DEL ESTUDIO

Para realizar el estudio de las propiedades mecánicas de la mampostería de bloques de hormigón en edificaciones del Valle de los Chillos se planteó como objetivo

• Obtener datos del Municipio sobre la población que construye en el Valle de los Chillos, luego se recolectaron muestras de bloques de obras que están construyendo en este período.

• Realizar los ensayos de absorción y compresión de mampuestos. • Clasificar a los mampuestos de acuerdo a los usos que se les puede dar de acuerdo a

la Norma INEN y así definir la calidad de los mampuestos de hormigón estudiados.

4. ÁREA DE ESTUDIO

Este estudio abarca la mampostería de bloques de hormigón en edificaciones que iniciaron su construcción durante el año 2014 en el Valle de los Chillos; este sector contempla los cantones: Rumiñahui y Quito. Se decidió delimitar la investigación en esta área debido a que los bloques ensayados en clase fueron comprados en Sangolquí que pertenece al Valle de los Chillos, además de la cercanía del laboratorio al sitio de ensayos, y para reducir el número de muestras necesarias para resultados confiables. Se divide el estudio en dos etapas una por cada cantón.

Actualmente estamos en la primera etapa que corresponden al cantón Rumiñahui con sus

parroquias Sangolquí y San Rafael como sitios de estudio. En base a la normativa INEN se realizaron los ensayos de Porcentaje de Absorción y Resistencia a la Compresión de muestras extraídas de obras que están en Rumiñahui, específicamente las aledañas a la Av.General Rumiñahui. Además se recolectó muestras de construcciones en Selva Alegre, Inchalillo, centro de Sangolquí y San Luis, las que se encuentran en proceso de ensayo. Luego se continuará con la segunda etapa que conlleva el cantón Quito con la parroquia de Conocoto como sitio de estudio.

5. POBLACIÓN Y MUESTRA

Para la población de la primera etapa del proyecto que tiene como objeto de estudio el cantón Rumiñahui con las parroquias de Sangolquí y San Rafael, se obtuvo datos sobre permisos de construcción definitivos en el municipio de Rumiñahui de los años 2012, 2013 y 2014 para tener un estimado de la población que construirá en el año 2015. Usamos los permisos de construcción definitivos debido a que estos se otorgan luego de la cimentación, lo que nos asegura el uso de mampuestos en dichas construcciones.

Tabla 3 Datos de permisos definitivos de construcción en el Municipio de Rumiñahui

AÑO PERMISOS

2012 185

2013 250

2014 182

2015 206


Para el cálculo de la muestra se utiliza la siguiente fórmula:

= � ∗� − ∗ �2�2 +

DONDE; n=tamaño de la muestra N= tamaño de la población; 206 PQ= constante de varianza; 0.2 porque hay 5 clasificaciones de los bloques (1/5) E=error muestral máximo admisible; 10% k=constante de corrección de error; 2 = ∗ .− ∗ . 22 + .

= 8

La muestra que se obtuvo para la primera etapa es de 58 construcciones de las cuales se dividió en 5 sub-etapas debido a que el laboratorio de Ensayo de Materiales de la Universidad de las Fuerzas Armadas – ESPE, no está designado únicamente para este proyecto sino para muchos otros y su capacidad no nos permite ensayar inmediatamente las 58 muestras. Para la sub etapa 1 de la parroquia Sangolquí y San Rafael, se tomaron 12 construcciones aleatorias dentro de este sector; se solicitaron 3 muestras para efectos de ensayos de acuerdo a la norma es el número mínimo de muestras que se pueden ensayar. De la misma forma se continuará con las siguientes sub-etapas y luego con la parroquia Conocoto que es la etapa 2.

6. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN Dentro de la metodología esta investigación aborda la obtención de datos reales de permisos

de construcción definitivos en el municipio de Rumiñahui puesto que este permiso se otorga luego de finalizada la cimentación, lo que nos asegura la utilización de mampuestos en las obras; A partir de los datos de los años 2012, 2013 y 2014 tenemos un aproximado de la población del año 2015 que construirá y usará mampuestos. Calculamos la muestra de construcciones de estudio de la primera etapa que corresponde al cantón Rumiñahui siendo esta 58 edificaciones; posteriormente la dividimos en 5 sub-etapas, teniendo 12 obras para la primera; se recolecta tres muestras de bloques de hormigón aleatoriamente en cada obra civil perteneciente a Sangolquí o San Rafael, como dicta la Norma INEN 639; se procede a ensayarlas según la Norma INEN 642 y 640 para porcentaje de absorción y resistencia a la compresión, respectivamente; se compara los resultados obtenidos con los estándares que nos da la Norma INEN 643 y comprobamos si los bloques son de buena o mala calidad para el uso que se les da en el ámbito constructivo.

6.1 Datos estadísticos Haciendo una media de los 3 años obtenemos un aproximado de la población del 2015 que

será de 206.


Tabla 4 Permisos definitivos de construcción del Municipio de Rumiñahui

Año Permisos

Aprobados No aprobados

2012 185 189

2013 250 171

2014 182 177

Figura 1 Permisos de construcción en Rumiñahui

7. MAPA GENERAL DE MUESTREO

Figura 2 Zona de muestreo San Rafael, Google maps, 2015

0

50

100

150

200

250

300

1 2 3

Permisos Definitivos en el cantón Rumiñahui

Aprobados

No aprobados

2012 2013 2014


Figura 3 Zona de muestreo Sangolquí, Google maps, 2015

8. RESULTADOS DE LABORATORIO

Tabla 5 Resultados de ensayos de laboratorio

EDIFIC MUEST

RA

PESO SECO

PESO SATURADO (g)

ANCHO (cm) a

ALTO (cm) b

PROFUNDIDAD (cm)

c

AREA EFECTIVA (cm2)

CARGA (kg)

ESFUERZO (kg/cm2)

PORCENTAJE DE ABSORCIÓN

(g) (%)

1

1 7478,80 8725,80 14,00 19,00 37,50 525,00 3945,00 7,51 16,67

2 7041,39 7998,67 13,60 18,50 38,00 516,80 4678,00 9,05 13,60

3 6986,99 8209,30 14,00 19,00 39,00 546,00 4678,00 8,57 17,49

2

4 7124,90 8342,40 13,90 18,90 39,00 542,10 4678,00 8,63 17,09

5 6897,89 7863,90 13,80 19,00 38,50 531,30 4678,00 8,80 14,00

6 6816,90 8154,10 14,50 19,00 38,00 551,00 3898,00 7,07 19,62

3

7 7055,79 8013,44 14,00 19,00 39,00 546,00 5530,00 10,13 13,57

8 6840,30 8179,80 14,30 19,00 38,70 553,41 5530,00 9,99 19,58

9 7001,70 7892,40 14,00 18,70 39,00 546,00 5530,00 10,13 12,72


Figura 4 Muestras aceptadas y rechazadas según absorción.

Figura 5 Muestras aceptadas y rechazadas según compresión

La norma INEN indica los parámetros mínimos que un bloque de hormigón debe cumplir para alcanzar ser ubicado en una de las tipologías especificadas en la Tabla 1.

La resistencia mínima a la compresión que un bloque debe alcanzar está indicada en la

Tabla 6. Para la absorción se estipula que el porcentaje encontrado en el ensayo no sobrepasará el 15%. INEN 643, 1993.

9Rechazadas

0Aceptadas

Ensayo a compresión de bloques de hormigón


Tabla 6 Requisitos de resistencia a la compresión que deben cumplir los Bloques huecos de

hormigón, INEN 643, 1993

TIPO DE BLOQUE Resistencia mínima a la

compresión en MPa. a los 28 días

A 6

B 4

C 3

D 2,5

E 2

Luego de hacer los procedimientos de ensayo obtuvimos los siguientes resultados para resistencia a la compresión y porcentaje de absorción de las 9 muestras correspondientes a 3 obras de la Av. General Rumiñahui.

b

ca

Figura 6 Dimensiones del bloque

Tabla 7. Tabla de resultados de los bloques ensayados de “La Colina”

MUESTRA

PESO

SECO

(g)

PESO

SATURADO

(g)

ANCHO

(cm)

ALTO

(cm)

PROFUNDIDAD

(cm)

AREA

EFECTIVA

(cm2)

FUERZA

(kg)

ESFUERZO

(kg/cm2)

PORCENTAJE

DE ABSORCIÓN

(%)

1 7478,80 8725,80 14 19 37,5 525 3945,00 7,51 16,67

2 7041,38 7998,67 13,6 18,5 38 516,8 4678,00 9,05 13,60

3 6986,99 8209,30 14 19 39 546 4678,00 8,57 17,49

4 7124,90 8342,40 13,9 18,9 39 542,1 4678,00 8,63 17,09


5 6897,89 7863,90 13,8 19 38,5 531,3 4678,00 8,80 14,00

6 6816,90 8154,10 14,5 19 38 551 3898,00 7,07 19,62

7 7055,79 8013,44 14 19 39 546 5530,00 10,13 13,57

8 6840,30 8179,80 14,3 19 38,7 553,41 5530,00 9,99 19,58

9 7001,70 7892,40 14 18,7 39 546 5530,00 10,13 12,72

9. RESULTADOS ESTADÍSTICOS DE ENCUESTAS

Tabla 8 Tabulación de datos de encuestas

TABULACIÓN DE DATOS

PREGUNTA

1.- Dirección de la construcción Sangolquí 66,67

San Rafael 33,33

2.- ¿Dónde compra los bloques? Rumiñahui 50,00

Quito 33,33

3.- ¿Cuál es el precio del bloque por unidad?

menos de 20 ctvs. 0,00

20 -30 ctvs. 16,67

31-40 ctvs. 83,33

más de 40 ctvs. 0,00

4.-¿Costo total de la construcción?

< $10000 0,00

$10000-$30000 0,00

$30000-$50000 0,00

$50000-80000 16,67

$80000-$100000 16,67

> $100000 33,33

5.- ¿Tiene un fiscalizador? si 100,00

no 0,00

10. CONCLUSIONES

• Los resultados de compresión son muy bajos. Ninguna de las construcciones cumple con lo indicado en la norma (ningún bloque pasa el ensayo), por el que se considera que no deberíamos usar estos bloques en vista que no llegan ni al tipo E, cuyo uso es alivianamiento de losas.

• En cuanto a absorción solo la tercera construcción pasa la norma en vista que solo un bloque falla. Esto repercutirá en problemas de absorción en las edificaciones analizadas.

• Los resultados obtenidos confirmar la teoría inicial y son un indicador que el proyecto de investigación debe continuar para a futuro poder hacer una propuesta que cambie


el control de calidad de los materiales de construcción en la zona analizada, en vista de la alerta que esta etapa inicial de investigación está arrojando.

• Las otras muestras de esta etapa de estudios están ensayándose y se cree que los resultados no van a mejorar.

11. RECOMENDACIONES

• Se recomienda continuar con esta investigación y con otras relacionadas a los materiales de construcción, en vista que los resultados obtenidos alertan sobre el problema de calidad que los bloques tienen en el sector y la deficiente calidad que otros materiales podrían tener.

• Un buen control de calidad en la producción de mampostería de bloques de hormigón es necesaria para que se cumpla con los estándares que dicta la norma INEN y que no se produzca problemas de humedad o resistencia a la compresión a corto y mediano plazo.

• Es necesario realizar los ensayos a los bloques de hormigón antes de su aceptación para ser utilizados en mamposterías de edificaciones de cualquier tipo, en vista que está en juego la estética, la calidad de vida y seguridad de los habitantes.

12. REFERENCIAS

1. Rosado, R. (2012). Estudio y comparativa de los controles de calidad de los proyectos y obras de Construcción En Europa. España.

2. INEN 638. (2014). Norma Técnica Ecuatoriana. Obtenido de http://www.normalizacion.gob.ec/wp-content/uploads/downloads/2014/02/nte_inen_638.pdf

3. INEN 639. (2012). Norma técnica ecuatoriana. Obtenido de https://law.resource.org/pub/ec/ibr/ec.nte.0639.2012.pdf

4. Sanchéz, M. (2013). Vulnerabilidad sísmica de construcciones patrimoniales históricas de mampostería en chile: aplicación a los torreones españoles de valdivia. Chile.

5. Tena, A., Juárez, A. & Salinas, V. (2007). Resistencia y deformación de muros de mampostería. Revista de Ingeniería Sísmica No. 76 29-60, 32.

6. UNAM. (2006). Ensayo de muros de mampostería. Obtenido de http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/558/A3.pdf?sequence=3

http://www.normalizacion.gob.ec/wp-content/uploads/downloads/2014/02/nte_inen_638.pdf

https://law.resource.org/pub/ec/ibr/ec.nte.0639.2012.pdf


Recibido: Marzo de 2015 Aceptado: Abril de 2015

PROPUESTA METODOLÓGICA PARA LA UBICACIÓN DE UN CENTRO DE INVESTIGACIÓN DE ENERGÍA NUCLEAR A NIVEL

NACIONAL MEDIANTE EL USO DE TÉCNICAS SIG Y EVALUACIÓN MULTICRITERIO (EMC) (*)

Oswaldo Padilla (1) , Daniel Cañarte (1), Gabriela Mora (1), Nataly Zambrano (1) (1)Departamento de Ciencias de la Tierra y la Construcción


(*) Artículo ganador de la Primera Convocatoria de Movilidad 2015, en categoría Intermedia

Estudiantes de VI y VII Nivel.

RESUMEN

En el presente trabajo se presenta una propuesta metodológica para la ubicación de un Centro de Investigación de Energía Nuclear a nivel nacional mediante el uso de técnicas de SIG y Evaluación Multicriterio (EMC). Este proyecto surge de la necesidad de diversificar las fuentes de energía en el país, a través de la generación de energía más limpia y renovable. Para el análisis y modelización se utilizaron insumos proporcionados por el Instituto Geográfico Militar (IGM) y el Instituto Espacial Ecuatoriano (IEE) a escala 1:250.000 en formato vector y se analizaron criterios ambientales, sociales, espaciales, económicos con la utilización del Software ArcGis. Se rasterizaron las variables, se empleó álgebra de mapas y se les dio pesos en el Software Idrisi, en donde se realizó el análisis multicriterio. Como resultado se obtuvieron diferentes matrices de valoración: matriz de evaluación, matriz de valores normalizados, matriz de valores normalizados e invetida y matriz de valores normalizados e invertida con pesos basada en la metodología de evaluación multicriterio, con el fin de valorizar cada una de las alternativas resultantes. Se seleccionaron las mejores alternativas y se las caracterizó, con el fin de determinar su ubicación geográfica en el territorio nacional mediante una representación espacial. También se obtuvo un mapa general en escala 1:3’000.000 con las posibles ubicaciones a Nivel Nacional del Centro de Investigación de Energía Nuclear.

ABSTRACT

In this paper, a methodological proposal for locationing of a Nuclear Energy Research Centre

at Ecuador through GIS techniques and Multicriteria Evaluation (EMC) is presented. This project arises from the need to diversify energy sources at Ecuador, through the generation of clean and renewable energy. For analysis and modeling, inputs given by Military Geographic Institute (IGM) and Ecuadorian Espatial Institute (IEE) in scale 1:250.000 in vector format were used and environmental, social, spatial, economic criteria using the ArcGis software were analyzed. Variables were transformed and map algebra was used. So weights are given in Idrisi software, where multi-criteria analysis was performed. As a result, the evaluation matrix, normalized values matrix, standardized values and inverted matrix, standard values and inverted with weights based in Multicriteria Evaluation methodology, were obtained. The best alternatives were selected and characterized, to determine its geographic location in the country through spatial representation. Also, a general map n scale 3,000,000 was obtained with the possible locations of the Nuclear Energy Research Centre in Ecuador

160 Oswaldo Padilla, Daniel Cañarte, Gabriela Mora, Nataly Zambrano

1. INTRODUCCIÓN

La tecnología en las últimas décadas ha ido evolucionando de manera considerable; esto ha sido beneficioso para las empresas en Ecuador, ya que se equipan con maquinarias con tecnología de vanguardia, las cuales optimizan el trabajo y minimizan costos. Por otro lado, en el Ecuador la población ha crecido significativamente. Comparando los dos últimos censos realizados por el INEC, en el año 2001, la población fue 12’481.925 habitantes, mientras que en el año 2010 fue de 14’306.876 habitantes. Los puntos mencionados anteriormente conllevan al consumo de un mayor número de recursos, entre ellos los energéticos.

Según el Plan Nacional del Buen Vivir 2009 - 2013, elaborado por la Senplades, el país

apunta a un cambio a la matriz energética hasta el año 2020 en la producción de energías renovables y limpias, es decir amigables con el medio ambiente; como las hidroeléctricas, plantas eólicas, energía geotérmica, energía solar fotovoltaica y biomasa. Se plantea que una de las alternativas es la energía atómica, con la que aún no cuenta el país, ya que requiere pocos recursos en comparación con la quema de combustibles fósiles, además no genera emisiones a la atmósfera ni gases de efecto invernadero y no está sujeta a los constantes vaivenes del precio del petróleo y carbon (Jenijos, n.d). Las plantas de energía nuclear en la actualidad son mucho más seguras que las de hace algunos años, pues ahora se da prioridad a la seguridad de las mismas. Para dentro de 30 años se tiene previsto una mejora significativa para estas plantas en donde se implantarán: reducción de costos y de residuos, aumento de la seguridad y la resistencia a la proliferación a los materiales nucleares (RBTH, 2013).

En el presente estudio se describe la propuesta metodológica para la ubicación para

laubicación de un Centro de Investigación de Energía Nuclear a nivel nacional, aplicando técnicas de SIG y Evaluación Multicriterio (EMC).

2. PROCEDIMIENTO Y MÉTODOS

Figura 1 Metodología utilizada

Se recopiló información en formato Shapefile de las zonas de Riesgo, Vías, Ríos y Población

en el Ecuador, proporcionadas por el Instituto Geográfico Militar (IGM) y el Instituto Espacial Ecuatoriano (IEE), a escala 1:250.000. Se realizó el análisis espacial sobre la plataforma ArcGis, en donde se aplicó una serie de operadores espaciales, obteniéndose restricciones de cada variable

Propuesta metodológica para la ubicación de un centro de investigación de energía nuclear 161 a nivel nacional mediante el uso de técnicas Sig y evaluación multicriterio (EMC)

(USNRC, 2014) para la ubicación del Centro de Investigación, obteniendo 25 parcelas como lo muestra la figura 2.

Posteriormente, se trabajó con la plataforma Idrisi Selva haciendo una selección de acuerdo al área y se obtuvo 5 parcelas como lo muestra la figura 3. Luego se analizaron 4 criterios importantes: área y forma de la parcela, costos de transporte y densidad poblacional; finalmente obteniéndose la localización de cada una de las posibles parcelas y después de algunos análisis se obtuvieron los datos para completar las matrices de evaluación necesarias.

Figura 2 Resultado del análisis espacial

Figura 3 Resultado del análisis espacial


3. RESÚLTADOS

Se obtuvieron varias matrices, las cuales permitieron realizar una valoración de las 5 parcelas más adecuadas.

Tabla 1 Matriz de evaluación

Tabla 2 Matriz de valores normalizados

Tabla 3 Matriz de valores normalizados e invertida

Tabla 4: Primera aproximación a los resultados


Tabla 5: Matriz de valores normalizados e invertida con pesos

Tabla 6: Segunda aproximación a los resultados

Las cinco parcelas más adecuadas para la ubicación del Centro de Investigación se presentan a continuación mediante una representación espacial, tanto general como individualmente:

Fig 4: Mejores alternativas de ubicación


Figura 5 Parcela # 1: Prov. de Sucumbíos

Figura 6 Parcela # 2: Prov. de Esmeraldas

Figura 7 Parcela # 3: Entre las Prov. de Guayas y Cañar


Figura 8 Parcela # 4: Prov. de El Oro

Figura 9 Parcela # 5: Prov. de Morona Santiago

5. CONCLUSIONES

• La energía nuclear se encuentra entre las fuentes alternativas más limpias y renovables del mundo, lo que permite apuntar un esfuerzo de los recursos nacionales hacia esta energía, ya que no que en sus insumos no se utiliza la quema con combustibles fósiles, por lo tanto no emite CO2.

• El manejo de las herramientas de los SIG permite modelar más del 80% de las bases de datos del mundo lo que lleva a entender la importancia que tiene en la buena toma de decisiones. (Del Bosque, n.d.)

• La zona de estudio en la que se realizó este proyecto es a nivel país (Ecuador) en donde se analizaron factores sociales, económicos y ambientales, para lo cual se establecieron las características necesarias tales como las restricciones de zonas de riesgo, tipos de zonas con densidad poblacional media, cercanía a vías y cuerpos de agua, calidad del suelo, entre otros. Con esta información se generaron diferentes modelos cartográficos que permitirán replicar este estudio.


• Se analizaron los aspectos de densidad poblacional en sus cercanías, costos de transporte desde la población hacia las parcelas, área y forma de las parcelas como criterios decisivos para la ubicación del Centro de Investigación.

• A través de la reclasificación se encontraron cinco parcelas en las provincias de Sucumbíos, Esmeraldas, Morona Santiago, entre Guayas y Cañar y el Oro, en donde sería factible localizar el Centro de Investigación.

• De acuerdo a las matrices de evaluación, se obtuvo que la parcela más adecuada para la aplicación de este proyecto es la Provincia de Sucumbíos en el Cantón Putumayo, Parroquia Puerto El Carmen de Putumayo, sin descartarse el resto de posibilidades, ya que de existir algún tipo de limitación o problemática en la ubicación, se podría escoger cualquiera de las otras opciones resultantes.

• Se continuará en la ampliación de la presente investigación; y uno de los aspectos a ahondar será la consideración de mayor número de factores, como por ejemplo las cuestiones limítrofes.

• Las técnicas de Evaluación Multicriterio EMC permiten valorar toda clase de variables de diversos tipos, lo cual permite dar una aproximación de un modelo sobre donde ubicar geográficamente el Centro de Investigación de una Central Nuclear en el país. (Gómez, M. & Barredo, J., 2005).

6. REFERENCIAS

1. Del Bosque, Joaquín (n.d). SIG y evaluación multicriterio, Departamento de Geografía,

Universidad de Alcalá. Online en: http://www.geogra.uah.es/joaquin/ppt/Evaluacion-

multicriterio.pdf

2. Gómez, M. & Barredo, J. (2005). Sistemas de Información Geográfica y Evaluación

Multicriterio en la Ordenación del Territorio. Alfayomega Grupo Editor. Páginas 43 y 44.

3. Jenijos (n.d.), Centrales Nucleares. Online en:

http://www.jenijos.com/CENTRALESNUCLEARES/centrales_nucleares.htm

4. RBTH (2013). Energía Nuclear sin peligros. Online en:

http://es.rbth.com/cultura/technologias/2013/07/11/energia_nuclear_sin_peligros_utopia_o_

realidad_29947.html

5. Senplades (2007). Plan Nacional del Buen Vivir. Online en:

http://plan.senplades.gob.ec/estrategia7

6. United States Nuclear Regulatory Comission, USNRC (2014). Funcionamiento de una

cental de energía nuclear. Online en:

http://energianuclear.net/como_funciona_la_energia_nuclear.html

http://www.jenijos.com/CENTRALESNUCLEARES/centrales_nucleares.htm

http://es.rbth.com/cultura/technologias/2013/07/11/energia_nuclear_sin_peligros_utopia



¿CÓMO EMPLEAR LOS CONOCIMIENTOS TEÓRICOS DE CIENCI_LAB PARA EL MANEJO ADECUADO DE PROGRAMAS

COMERCIALES? (*)

Roberto Aguiar Falconi (1), David Topón Gualichico (2), Angel Morales Sánchez(2) (1)Profesor de Análisis sísmico


[email protected]

(2)Estudiante de IX nivel. Carrera de Ingeniería Civil. Universidad de las Fuerzas Armadas. ESPE

[email protected] angel [email protected]

(*) Artículo ganador de la Primera Convocatoria de Movilidad 2015, en categoría Avanzada Estudiantes de VIII y IX Nivel.

RESUMEN

Para el análisis sísmico de estructuras se debe construir un modelo matemático adecuado que refleje las características materiales y geométricas de la estructura, las condiciones de los apoyos dependiendo el tipo de terreno, la rigidez de las secciones de los elementos adoptados y de toda la estructura, sus uniones viga-columna, además de definir correctamente las cargas que gravitan, con el fin de obtener su masa, períodos, modos de vibración y su amortiguamiento. Las aceleraciones espectrales para un determinado número de períodos se derivan del Espectro de Aceleraciones Inelástico el cual dependerá estrictamente del factor de reducción de las fuerzas sísmicas “R” debido al comportamiento no lineal y a los factores de irregularidades en planta øp y elevación øe de la estructura establecidos en la norma ecuatoriana NEC-14. Finalmente se obtendrán los resultados de fuerzas y desplazamientos mediante el método de superposición modal analizando pórticos planos de una estructura de tres pisos y seis vanos de hormigón armado que posee disipadores de energía constituidos por placas triangulares denominados TADAS y que se encuentran en contraventos o vigas tipo Chevrón.

ABSTRACT

For seismic analysis of structures must construct a suitable mathematical model that reflects

the material and geometric characteristics of the structure, conditions of support depending on the type of terrain, the rigidity of the sections of the factors taken and the whole structure, its beam-column joints, in addition to properly define the loads that weigh in order to obtain its mass, periods, and their modes of vibration damping. Spectral accelerations for a number of periods resulting Inelastic Spectrum Accelerations which depend strictly reduction factor seismic forces "R" due to non-linear behavior and plant factors irregularities øp and øe in elevation of the structure established in the Ecuadorian standard NEC-14.

Finally the results of forces and displacements are obtained by modal superposition method analyzing plane frames of a three floors and six spans of reinforced concrete that has energy sinks made of triangular plates called TED and found in Chevron type beams.



mailto:angel%[email protected]

168 Roberto Aguiar Falconi, David Topón Guallichico, Angel Morales Sánchez

1. INTRODUCCIÓN

La validez de los datos que se ingresen dentro de las diferentes herramientas computacionales para la resolución de estructuras depende estrictamente de los conocimientos o fundamentos teóricos y de la experiencia de quien los ingresa.

Hoy en día existe gran cantidad de herramientas y/o programas comerciales que permiten

modelar edificaciones como la de nuestro caso de análisis, por ello, su uso correcto de conformidad con la teoría puede traer resultados tan buenos y coherentes como a su vez el uso inadecuado puede traer consigo consecuencias graves y hasta catastróficas.

En cuanto a la calidad de los resultados que se obtienen de un proceso de análisis estructural

sismo-resistente se debe partir de la siguiente premisa: El considerar un modelo de análisis que abarque la totalidad de las características de la estructura sin exagerar su perfeccionamiento evita o en su defecto reduce la probabilidad de fallos o errores inducidos de parte de quien los elabora, con la finalidad de obtenerlos de manera segura y confiable.

Tomando como referencia lo antes citado, el presente trabajo desarrolla el proceso de

análisis y resolución de una estructura con el uso de CEINCI_LAB, herramienta virtual producida dentro de la Universidad de las Fuerzas Armadas – ESPE por el Dr. Roberto Aguiar y el uso de un programa comercial que en este caso será ETABS versión 13.1.4.

2. CARACTERÍZTICAS DE LA ESTRUCTURA Y DE SITIO Para ilustrar el método de análisis sísmico tanto en CEINCI_LAB como en ETABS se

presentan las siguientes características de una edificación de hormigón de 3 pisos y seis vanos:

• Las secciones del pórtico para vigas son de 30/45 cm y para columnas de 40/30

cm. • Se utilizará un módulo de elasticidad del hormigón Ec=2200000 T/m² • Para el cálculo de cargas que gravitan en las vigas se considera una carga viva

WL= 1.32 T/m y una carga muerta WD= 3.03 T/m fruto del cálculo de valores de peso propio de los elementos, cargas permanentes y acabados multiplicado por los respectivos anchos cooperantes para Carga Muerta y para Carga Viva se tomaron los valores para aulas y corredores establecidos dentro de la Norma NEC-14 multiplicado a su vez por su ancho cooperante respectivo.

• La carga total para el análisis sísmico por metro lineal satisface a la expresión W=WD+0.25*WL.

• La estructura se encuentra en Quito – Ecuador cuya zona sísmica presenta una aceleración Z= 0.4 (g), en un suelo Tipo D, factores de irregularidades en planta øp=

0.9 y elevación øe= 1 y el factor de reducción de fuerzas sísmicas R, el cual necesita una explicación adicional.

¿Cómo empezar los conocimientos teóricos de CEINCI_LAB para el manejo adecuado 169 de programas comerciales

Para nuestro análisis el factor de reducción de fuerzas sísmicas R se define como:

Siendo Ruε es el factor de reducción por fuerzas sísmicas debido a la ductilidad de la estructura considerando disipadores, RS es el factor de resistencia y RR es el factor de redundancia.

El factor de Ruε será calculado a partir del trabajo de Arroyo y Terán 2002 obteniendo lo siguiente:

De acuerdo al período máximo de la estructura de 0.5383 segundos, que lo veremos más adelante y con la ecuación anterior se tiene como resultado un Ruε =4.8

Ahora, continuando con los factores tenemos una tabla que refleja la consideración para RR:

Tabla 1 Valores propuestos de RR por el ATC-1995

Número de ejes de columnas

Factor RR

2 0.71 3 0.86 4 1.00

Donde obtenemos el valor de RR=1 para nuestro caso y para RS =1.5 que se obtiene a partir

de:


Donde RS es la relación entre la verdadera capacidad al corte Vu* que tiene la estructura en la base con relación al corte basal de diseño Vo.

Por lo tanto se tiene un R= 7.2 que es el resultado de multiplicar los factores antes citados. Es necesario continuar con la descripción de las características de los elementos de la

estructura diferenciando y conceptualizando un elemento importante incluido dentro de la misma denominado TADAS y contraventos o vigas tipo Chevrón: Los dispositivos pasivos TADAS son disipadores histeréticos que se encuentran dentro del grupo de disipadores por plastificación de metales, son dispositivos cuya sigla en inglés es “Triangular Plate Added Damping And Stiffness”, que corresponde a un disipador constituido por placas triangulares de acero, de espesor constante dispuestas en paralelo; el hecho de que las placas se encuentran en un extremo empotrado y el otro articulado con un pasador a dos contraventos tipo chevrón condiciona la distribución global de la plastificación de las placas.

La plastificación se produce por flexión debido a un desplazamiento entre los extremos de la

placa perpendicular a su plano, como resultado, el disipador inicialmente resiste las fuerzas horizontales asociadas a la distorsión de entrepiso con la deformación por flexión de los platos individuales, finalmente a un determinado nivel de fuerza, los platos fluyen y proveen una cantidad suplementaria de disipación de energía.

Estos dispositivos que son una variante de los ADAS, y que de igual forma como se mencionó es conveniente colocar contraventos tipo Chevrón, ya que con ello se consiguen que los esfuerzos que hacen fluir a las placas sean de cortante.

Con el arreglo Chevrón se debe definir la fuerza cortante transmitida por las diagonales

equivalentes en su nudo de unión, es decir:

Donde las fuerzas axiales son P1 y P2 en los contraventos, considerando a la compresión

positiva y a la tensión negativa. Las diagonales se diseñan para cumplir con los lineamientos de las normas

correspondientes, revisando que el factor de seguridad mínimo ante pandero sea de 1.7, según recomienda Martínez Romero 1996, basado en el criterio de diseño por capacidad establecido en versiones previas a los manuales de diseño AISC.

El ángulo de colocación y las rigideces del arreglo Chevrón intervienen estrictamente en la

imprecisión o no dentro del modelado de la estructura. Para nuestro análisis y considerando la relación que debe existir entre los elementos

diagonales y los TADAS, tenemos contraventos de sección TIPO I W14*109 basado en el estudio presentado en la revista de ingeniería con el nombre de: “Collapse performance of low ductility chevron braced steel frames in moderate seismic regions. 2009” aceptando las normas antes dichas y cuya rigidez se define como:


Siendo E el módulo de elasticidad del acero, A el área y L la longitud de la diagonal.

Al estar dentro de un proceso de investigación en Tsai et al. 1993 se tienen resultados que

muestran un comportamiento histerético bilineal estable y con ello se determinan que para análisis No Lineales se consideran a los TADAS como dispositivos con una pendiente posterior a la fluencia entre el 3 y el 5 % de la pendiente elástica sin considerar endurecimiento por deformación siendo qu=8qy; y a su vez si se considera endurecimiento por deformación tenemos un qu=10qy y la pendiente elástica posterior a la fluencia del 2% el cual será utilizado para nuestro análisis.

Ahora, la rigidez elástica inicial del dispositivo TADAS según Tsai et al. 1993, está dada por:

Donde n es el número de placas, b es el ancho, h es la altura y E es el módulo de elasticidad del acero con el cual fue fabricado. El cortante de fluencia Vy y cortante último Vu se los encuentra como:

Donde el acero, que en este caso es A-36 tiene un esfuerzo de fluencia de 2530 Kg/cm². Y finalmente el desplazamiento de fluencia es:

El modelo bilineal es uno de los modelos más simples para representar el comportamiento

histerético no lineal de los elementos. Éste modelo es similar al elasto-plástico, excepto porque se asigna una rigidez después de la fluencia con pendiente positiva para simular las características de endurecimiento del acero por deformación.

Figura 1 Curva fuerza-deformación de un dispositivo con comportamiento bilineal.

Con lo expuesto para nuestro análisis consideraremos el método de la diagonal equivalente, el cual contribuye a obtener una rigidez equivalente que engloba la rigidez del elemento TADAS y la viga Chevrón de la siguiente manera:


Sabiendo que: Kdiag = Rigidez Viga Chevrón (W14*109) = 142146.7 T/m Kdis = Rigidez del disipador TADAS = 856.24 T/m (Considerando 8 placas A-36) Keq = Rigidez modelo equivalente = 1734.8 T/m Los valores mostrados son el resultado del cálculo de la rigidez de cada elemento, y ahora

podemos determinar el modelo total de análisis de nuestra estructura.

3. MODELO DE ANÁLISIS

Figura 2 Dimensiones y secciones de los elementos del pórtico analizado.

Figura 3 Numeración de nudos y de elementos.

TADAS

VIGA CHEVRÓN

MODELO EQUIVALENTE


Figura 4. Grados de libertad (izquierda) y modelo de masas concentradas (derecha).

4. MÉTODO DE SUPERPOSICIÓN MODAL

Los métodos de análisis no lineales se aplican mejor cuando se considera la no linealidad

de la geometría o material de la estructura durante el modelado y análisis estructural. Si solo se considera el comportamiento elástico del material, los métodos de análisis lineal son suficientes, aunque la formulación de P-delta todavía se puede aplicar. Los métodos de análisis lineal y no lineal pueden ser estáticos o dinámicos. Algunos de los métodos de análisis tradicionales y relaciones entre sus atributos, se presentan en la Tabla 2:

Tabla 2. Métodos de Análisis

Tipo de Análisis Lineal No Lineal Estático Basado en las Fuerzas Pushover Estático Dinámico Espectro de Respuesta Tiempo - Historia

Estos métodos de análisis presentan ventajas y limitaciones dependiendo del caso. El presente trabajo muestra el estudio del análisis dinámico lineal de conformidad con la

estructura algorítmica de CEINCI_LAB y en consecuencia de ETABS., éste método es similar a un análisis mediante el procedimiento Estático Lineal, su principal diferencia está en los cálculos de respuesta que son realizados usando el análisis espectral modal o el análisis de historia del tiempo.

Para realizar el análisis espectral modal se usan espectros de respuesta lineales elásticos,

no modificados para lograr de esta manera explicar la respuesta no lineal esperada. Este método utiliza las máximas respuestas modales obtenidas con un análisis dinámico de un modelo


matemático, para lo cual solo aquellos modos que contribuyen considerablemente a la respuesta son considerados. Las respuestas modales son combinadas usando métodos racionales.

A. Usando ETABS: El análisis modal es usado para determinar los modos de vibración de una estructura, estos

modos son útiles para entender el comportamiento de la misma, y pueden también ser usados como el fundamento para la superposición modal en el espectro de respuesta de análisis modal tiempo-historia. Etabs permite escoger dos tipos de análisis modal:

Eigenvector ( vector propio ): Este análisis determina las formas de los modos para vibraciones libres sin amortiguamiento

y frecuencias del sistema, a su vez estos modos naturales proporcionan una excelente visión sobre el comportamiento de la estructura.

Ritzvector: Este análisis busca encontrar modos que son excitados por una carga en particular, el

análisis puede proporcionar una mejor base que el anteriormente mencionado cuando se utiliza para el análisis del espectro de respuesta o tiempo-historia, es decir, se fundamenta a cabalidad en el método de superposición modal.

B. Usando CEINCI_LAB:

Este método permite estimar desplazamientos y fuerzas en los elementos de un sistema estructural, el procedimiento implica el cálculo de los valores máximos de los desplazamientos y aceleraciones en cada modo de vibración usando un espectro de diseño, el mismo que representa la envolvente de espectros de respuesta para diversos sismos. Estos valores máximos se combinan para estimar la respuesta total.

La combinación aceptable se dará por el método de combinación SRRS (“squareroot sum of

squares”, suma de raíz cuadrad de cuadrados) o por CQC (“complete quadratic combination”, combinación cuadrática completa), o de acuerdo a la combinación modal que recomiende el código vigente en el país. Se recomienda usar CQC, especialmente en estructuras con periodos cercanos entre sí.

Para el análisis sísmico de pórticos planos se usa un modelo de masas concentradas a nivel

de piso, piso rígido, y como se va analizar dentro del rango inelástico se va a utilizar un factor de reducción de fuerzas sísmicas R=4 y no se utiliza el valor de R=6 que aplica la norma NEC-14 en vista que el mismo estipula que la estructura tendrá un nivel alto de disipación de energía y que en el proceso de diseño y construcción se considerará la totalidad de recomendaciones descritas dentro del ACI para que ésta tenga gran ductilidad, sobre resistencia y redundancia. Para mayor información véase el apartado: “Recomendación para el Ecuador sobre el factor R, Dinámica de estructuras con CEINCI_LAB, Dr. Roberto Aguiar 2012”.

Para resumir el proceso del método a continuación se indica brevemente su algoritmo de cálculo:


i. Definición del modelo de cálculo. ii. Matriz de rigidez de cada elemento (Hormigón y Equivalente TADAS-Viga

Chevrón). iii. Matriz de rigidez de la estructura (Ensamblaje directo). iv. Matriz de Rigidez Lateral de toda la estructura (Matriz condensada asociada a las

coordenadas principales de cada piso). v. Matriz de masas (Matriz diagonal donde mn=W/g). vi. Períodos y modos de vibración (uso de la matriz de rigidez lateral y de masas). vii. Factores de participación modal.

viii. Matriz de amortiguamiento (Uso de las características del material y geometría de

los elementos disipadores. Períodos, frecuencias naturales y matriz de masas de la estructura) Para el método no es estrictamente necesario cuando no incluye elementos disipadores pero por motivos didácticos se lo incluye.

ix. Aceleraciones espectrales (Uso del espectro de análisis del NEC-14 con los factores R, øp y øe para el espectro inelástico) Considerar el tipo de suelo y la ubicación de la estructura.

Figura 5 Zonificación sísmica Ecuador (izquierda) y Espectros de diseño (derecha).

x. Desplazamientos máximos modales (Uso de los períodos, modos de vibración, aceleraciones espectrales, factores de participación y número de modos de vibración).

xi. Fuerzas máximas modales (Uso de la matriz de masas, modos de vibración, aceleraciones espectrales, factores de participación y número de modos de vibración)


5. ALGORITMO CEINCI_LAB:

% TRABAJO DE VINCULACIÓN E INVESTIGACION % UNIDAD EDUCATIVA FISCAL PIFO - PALUGO % % DAVID TOPON GUALLICHICO % ANGEL MORALES SANCHEZ % % BLOQUE DE HORMIGÓN DE 3 PISO CON 6 VANOS Y TADAS % nod= Numero de nudos % np= Número de pisos % nr= Numero de nudos empotrados clear clc nod=31;np=3;nr=7; GEN=[1 1 8 2 1 1 1;4 4 12 3 1 1 1;8 8 16 2 1 1 1;11 12 20 3 1 1 1;15 16 24 2 1 1 1;18 20 28 3 1 1 1;22 8 9 2 7 8 8;23 9 10 2 7 8 8; 24 10 11 2 7 8 8;25 11 12 2 7 8 8;26 12 13 2 7 8 8;27 13 14 2 7 8 8; 28 14 15 2 7 8 8;43 3 11 0 0 0 0;45 10 19 1 2 8 8;44 4 11 0 0 0 0;46 12 19 1 2 8 8];

[NI,NJ]=gn_portico(GEN); ngl=51; NUDOS=[1 0 0 6 1 4 0;8 0 2.9 2 1 4 0;11 10 2.9 0 0 0 0;12 12 2.9 3 1 4 0;16 0 5.8 2 1 4 0;19 10 5.8 0 0 0 0;20 12 5.8 3 1 4 0;24 0 8.7 2 1 4 0;27 10 8.7 0 0 0 0;28 12 8.7 3 1 4 0]; [X,Y]=glinea_portico(NUDOS); dibujo(X,Y,NI,NJ); CG=[0 0 0;0 0 0;0 0 0;0 0 0;0 0 0;0 0 0;0 0 0;1 4 5;1 6 7;1 8 9;1 10 11; 1 12 13;1 14 15;1 16 17;1 18 19; 2 20 21;2 22 23;2 24 25;2 26 27;2 28 29;2 30 31;2 32 33;2 34 35; 3 36 37;3 38 39;3 40 41;3 42 43;3 44 45;3 46 47;3 48 49;3 50 51]; SECCION=[1 0.4 0.3 20 1;22 0.3 0.45 20 1;43 .00001 .00001 5 1];

%MATRIZ RIGIDEZ ELEMENTOS HORMIGON [ELEM]=gelem_portico(SECCION) [L,seno,coseno]=longitud (X,Y,NI,NJ); [VC]=vc(NI,NJ,CG); E=2200000; [K]=krigidez(ngl,ELEM,L,seno,coseno,VC,E)

%MATRIZ RIGIDEZ ELEMENTOS TADAS


VCT=VC(43:48,:) Ke=1734.8;ELEMT=[Ke Ke Ke Ke Ke Ke]'; senT=seno(43:48);cosT=coseno(43:48); [KD]=krigidez_tadas(ngl,ELEMT,senT,cosT,VCT) KT=K+KD;

%MATRIZ DE RIGIDEZ LATERAL na=3; Kaa=KT(1:na,1:na); Kab=KT(1:na,na+1:ngl); Kbb=KT(na+1:ngl,na+1:ngl); Kba=KT(na+1:ngl,1:na); KL=Kaa-Kab*inv(Kbb)*Kba %MATRIZ DE MASAS WD=3.03; WL=1.32; L=24; W=WD+0.25*WL; %L= LUZ TOTAL ESTRUCTURA m1=W*L/9.8;m2=m1; m3=m1; M=[m1 0 0;0 m2 0;0 0 m3]; %MODOS DE VIBRACIÓN [T,fi,OM]=orden_eig(KL,M) %MATRIZ DE AMORTIGUAMIENTO n=8;b=15;h=32.5;t=3;fy=2530;Es=2100000;q=[1 2 4]'; [zeda,CA,C]=amortiguamiento_tadas(q,b,h,t,n,fy,fi,T,M,OM) %ESPECTRO INELÁSTICO - ACELERACIONES % R=factor de Reducción % fip= factor de irregularidad en planta % fie= factor de irregularidad en elevación Rue=4.8; Rs=1.5; Rr=1; R=Rue*Rs*Rr; fip=0.9;fie=1;T; [Ad]=espectro_nec11 (R,fip,fie,T)

%FUERZAS Y DESPLAZAMIENTOS MODALES Wn=OM;na=length(M); FP=zeros(na,1); b=[1 1 1]'; for i=1:na FP(i)=fi(:,i)'*M*b/(fi(:,i)'*M*fi(:,i));


end [qt]=desplazamientos_modales(T,fi,Ad,FP,na) [Ft]=fuerzas_modales(M,fi,Ad,FP,na)

6. RESULTADOS

MODELO CEINCI_LAB – MODELO ETABS

MODOS DE VIBRACIONES – PERÍODOS

T=0,5383

seg

T=0,1823

seg

T=0,1175

seg

fi fi fi

u u u

1 0,1023 1 0,248 1 0,2226

2 0,2044 2 0,1373 2 -0,2468

3 0,2632 3 -0,203 3 0,1051

CE

INC

I_LA

B

CE

INC

I_LA

B

ET

AB

S


FACTORES DE PARTICIPACIÓN

FP OM

(adimensional) (rad/seg)

1 4,6896 1 11,6731

2 1,5000 2 34,4580

3 0,6657 3 53,4760

ET

AB

S

CE

INC

I_LA

B


Modal Periods and Frequencies and Modal Participation Factor

Case Mode Period frequency Circular Frequency FP

(sec) (cyc/sec) (rad/sec) (adim)

Modal_Ritz 1 0,538 1,859 11,678 4,688

Modal_Ritz 2 0,182 5,485 34,462 1,500

Modal_Ritz 3 0,118 8,508 53,458 0,665

ACELERACIONES ESPECTRALES – DESPLAZAMIENTOS MÁXIMOS

MODALES Y FUERZAS MÁXIMAS MODALES

Ad qt Vt Ft

(m/seg²) (m) (T) (T)

1 1,800 1 0,0064 39,8367 7,3101

2 1,800 2 0,0127 32,5266 13,7090

3 1,447 3 0,0163 18,8176 18,8176

U1 Acceleration

(m/sec²)

1 1,8018

2 1,7996

3 1,4452

Story Elevation Location X-Dir

(m) (m)

Story3 8,7 Top 0,016335

Story2 5,8 Top 0,012683

Story1 2,9 Top 0,006374

Base 0 Top 0


(m) (Tonf)

Story3 8,7 Top 18,819

Bottom 18,819

Story2 5,8 Top 32,5313

Bottom 32,5313

Story1 2,9 Top 39,8422

Bottom 39,8422

Base 0 Top 0

Bottom 0

ET

AB

S

ET

AB

S

CE

INC

I_LA

B

ET

AB

S


DERIVAS ELÁSTICAS E INELÁSTICAS

7. CONCLUSIONES

• De los procesos ejecutados se comprueba que se debe interpretar correctamente para efectos de cálculo estructural el código vigente en el país NEC_14 en sus capítulos referente a Peligro Sísmico y cargas no sísmicas, para definir tanto las cargas que estarán sobre la estructura, como las acciones sísmicas.

• Con lo expuesto y en adhesión se apropia un concepto claro para efectos de diseño sobre la correcta aplicabilidad del factor de reducción de fuerzas sísmicas R.

• Se comprueba que los resultados obtenidos a partir de CEINCI_LAB y en consecuencia en ETABS se conquistaron idóneamente gracias al correcto manejo teórico del Análisis Dinámico de Estructuras y de los conocimientos adquiridos en la carrera de Ingeniería Civil.

• Para efecto del presente trabajo se establece una ecuación fundamental que define este método de estudio: CEINCI_LAB (Técnico con conocimiento y libros de ingeniería) + Programa Comercial (Usuario con manual de procesos) = Técnico con criterio ingenieril posibilitado para manejar programas comerciales.

8. REFERENCIAS

• Aguiar, R. (2012), “Dinámica de Estructuras con CEINCI-LAB”, Segunda edición • Aguiar, R. (2013), “Microzonificación sísmica de Quito”, Primera edición. • NEC-SE-DS. Norma ecuatoriana de la Construcción, “CARGAS SISMICAS Y DISEÑO

SISMORESISTENTE” • Aguiar, R. 2008 “Análisis Sísmico de Edificios” Primera edición. Capítulo 5. Método de

Superposición Modal. • “Collapse performance of low ductility chevron braced steel frames in moderate seismic

regions. 2009” Engineering Journal, Third Quarter. • Arroyo y Terán. (2002), “Factores de Reducción de fuerza Sísmica para el diseño de

estructuras con sistemas pasivos de disipación de energía”, Revista de Sociedad Mexicana de Ingeniería Sísmica, Número 66, pp. 77-93

• Tsai, K. C. and Li, J. W., 1993. “Experimental Study of TADAS Device using Pseudodynamic substructure testing procedures”, National Taiwan University, Taiwan.

• Tena Colunga, A., 1998. “Modelado analítico con disipadores de energía. Aplicaciones en proyectos de reparación”, Memorias V Simposio Nacional de Ingeniería Sísmica. México.

Piso qt Deriva

Elástica

Deriva

Inelástica

%

(m) (adim) (adim)

Piso 1 0,0064 0,00220 0,0158 1,580

Piso 2 0,0127 0,00217 0,0156 1,560

Piso 3 0,0163 0,00124 0,0089 0,892


(m) (adim)

Story3 8,7 Top 0,001287

Story2 5,8 Top 0,002190

Story1 2,9 Top 0,002198

Base 0 Top 0

CE

INC

I_L

AB

E

TA

BS



PROPUESTA METODOLÓGICA PARA EL MANEJO DE POBLACIONES CANINAS USANDO TECNOLOGÍAS

GEOESPACIALES (*)

Alfonso Tierra Criollo (1), Alejandra Román (1), Mirián Fernández (2) (1)Departamento de ciencias de la Tierra y construcción


[email protected]

(*) Artículo ganador de la Primera Convocatoria de Movilidad 2015, en categoría Básica Estudiantes de IV y V Nivel.

RESUMEN

La presente investigación es un diagnóstico preliminar de población canina que se encuentra en el Barrio San Isidro de la parroquia rural de San Pedro de Taboada, cantón Rumiñahui. Las actividades desarrolladas permiten formular el nivel de aplicabilidad para la utilización de herramientas geoespaciales en base a la información generada. Las actividades que se desarrollaron para establecer las características de la población canina en la zona son: la aplicación de una encuesta en los propietarios de caninos que permitió la recolección de información sobre tenencia responsable, número de perros por persona en calidad de mascotas y la ejecución de campañas de esterilización para medir el impacto a mediano plazo de estas técnica en el control del crecimiento de la población total canina. La metodología aplicada es aplicación de un fase de pre muestreo, con un diseño simple aleatorio con la toma de datos de once personas encuestadas, con el fin de determinar la intensidad de muestreo en el levantamiento definitivo de la información recolectada, adicionalmente se validó el formato de encuestas con respecto a la información relevante que deberá ser monitoreada para la aplicación de herramientas geoespaciales, por otra parte el levantamiento de información del número de animales que fueron atendidos en las diferentes campañas de esterilización, para una posterior evaluación de eficiencia de esta estrategia de manejo de la fauna urbana. Los resultados del muestreo determino la necesidad de aumentar el tamaño de la muestra y a pesar de no generar resultados concluyentes cumplen con el objetivo de guiar la planificación del muestreo posterior estadísticamente confiable y con los atributos necesarios para ser migrados a una geodatabase que permite la posterior utilización de herramientas geoespaciales como una herramienta de planificación dirigido a las entidades públicas que tiene como competencia el manejo de la fauna urbana.

ABSTRACT

The following investigation is a preliminary diagnostic of the poblation located at San Isidro,

San Pedro, Rumiñahui. The developed activities formulate the level of relevance to the utilization geoespatial tolos based on the general information. The activities that were laboure establish the caracteristics of the canine poblation in the zone are: the application of the evaluation base on the canine ocurrents, which allowed the recolection of information about responsable possession number of pets per person and the ejecution of campaigns at sterelication to measure the impact to the technique controlling the increasment of canine poblation. The applied metodology is an application of the place at pre-sampling with a simple random design base on data from a survery at eleven


184 Alfonso Tierra Criollo, Alejandra Román, Mirian Fernández

persons with the purpose to determinate the intensity of sampling from the definitive information recollected. Additionaly the format of evaluation was valued with respect to the relevant information that must be monitores for the application of geoespatial tolos, on the other and the gathered information related to the number of animals that were attend in the different campaigns of sterilacation, for a posterior evaluation of efficency of this stragedy of operation of the urban fauna. The resulte at sampling determinated the neccesity to inorease the size at the sampling and even it did not generate conclusive results, these met the objetive to guide the planification of the necessary attributes to be migrated to a geodatabase that allows the posterior utilization of geospatial tools as a tool of planification addressed to the public entities that have as competence the operation of the urban fauna.

1. INTRODUCCIÓN La información en el Ecuador sobre población de caninos y felinos, es reportada de manera

global por parte del Ministerio de Salud Pública, así para el 2013 se indica una población 1’765.744 perros, mientras que la población felina es 263.520 (MSP, 2013), considerando solamente los animales en condición de compañía y no incluidos los individuos callejeros. La falta de control de la natalidad de perros, tanto callejeros como domiciliarios genera el severo problema de sobrepoblación (Casa, 2013).

La interacción con el ser humano en el espacio físico y la tenencia responsable, determina

que el principal factor que influye en la demanda poblacional de perros es el comportamiento humano, ya que la interacción humano-animal responsable conlleva tanto al bienestar animal como a la reducción de muchas fuentes de perros vagabundos (WSPA, et. al.; 2007). La problemática se presenta por el crecimiento incontrolado de la población canina, el cual en diez años puede ser de un 85%, comparado con el 23,5% de la población humana, se estima que una hembra gestante, junto con su descendencia, en seis años puede producir un total de 67.000 perros (Bogel, 1990). Este crecimiento puede ocasionar problemas de salud, según el portal hispano de medicina, Medizinne, los perros son transmisores de más de 50 agentes patógenos y alrededor del 60% de las bacterias detectadas causan infecciones y conllevan riesgo de contaminar la comida, Sánchez reportó que el 50% de heces analizadas en 13 parques de ciudades de Argentina, con 481 muestras el 25,9% de ellas resultaron positivas para parásitos intestinales, y el 13,5% con más de un género de parásitos. En consecuencia la sobrepoblación canina tiene un efecto directo en la salud humana, ya que existen más de cien enfermedades zoonóticas que los caninos pueden transmitir, como rabia, leptospirosis, toxocariasis, brucelosis, salmonelosis, entre otras (Ortega Pacheco, 2001)

La rabia es una enfermedad que se transmite al ser humano a través de los residuos de saliva que quedan en mordeduras o arañazos de perros y gatos infectados con el virus. Los animales contraen el virus en la calle cuando se relacionan con otros animales infectados o cuando no han sido vacunados. En 1996, Ecuador notificó 65 fallecimientos humanos por rabia y en 1997 las acciones emprendidas por el estado lograron disminuir considerablemente la incidencia de esta enfermedad, registrándose en ese año331 casos. En 1998 se notificaron 145 casos, pero fue en 1999 que se consiguió la cifra más baja de rabia humana de los últimos 44 años, alcanzando un valor menor a 100 casos. En 2001 se presentó el último caso de esta enfermedad transmitida por perros y fue en 2007, que se erradicaron los casos de rabia (Agencia Pública de Noticias del Ecuador y Suramérica, 2013).

La inexistencia de rabia humana y canina en cualquier lugar endémico no equivale a

eliminación del virus de la rabia, sino al control de la circulación viral que implica la implementación de medidas de sostenibilidad de los logros de la Salud Pública, por eso es necesaria la vacunación de los animales no humanos cada año, a fin de evitar un nuevo brote de la enfermedad (MSP, 2013).

Propuesta metodológica para el manejo de poblaciones caninas usando tecnologías 185 geoespaciales

Así como conjuntamente programas activos de educación y campañas masivas de esterilización. Las campañas dispersas en el tiempo, cada tres o cuatro meses y en la ubicación geográfica donde se ejecutan las mismas, no resuelve el problema a corto plazo (Vaca, 2014).

En el aspecto legal, se ha ido evolucionado en el país, sin embargo los organismos de control

no cuentan con herramientas que permitan el manejo de fauna urbana en especial de los que se encuentran en situación de callejeros. Según el Acuerdo Ministerial 116, publicado en Registro Oficial 532 de 19 de Febrero de 2009, a cargo del Ministerio de Salud Pública del Ecuador conjuntamente con el Ministerio de Agricultura, Ganadería, Acuacultura y Pesca a través de la Agencia ecuatoriana de la calidad del Agro, Policía Nacional, Municipio y Universidades Públicas; señala que el gobierno incentivará que los propietarios de perros realicen una tenencia responsable, apoyado conjuntamente con programas de esterilización de perros con la provisión de los recursos financieros pertinentes. Los Municipios trabajarán en forma coordinada con las entidades públicas y privadas en programas de control de perros callejeros y capacitación en tenencia responsable (Registro Oficial 532, 2009).

2. METODOLOGÍA 2.1 Zona de estudio

La zona de estudio se encuentra ubicada en la Parroquia San Pedro de Taboada (ver figura1.) en el cantón Rumiñahui, provincia de Pichincha, en el Barrio San Isidro que corresponde a una zona rural, de nivel socioeconómico medio-bajo. El área donde se levantó la encuesta corresponde aproximadamente a 12 manzanas.

Figura 1 Zona de estudio ubicada en el barrio San Isidro

Fuente: Autor

Área: 0,6 km2


2.2 Encuestas El diseño para la toma de muestras, corresponde a un muestreo aleatorio simple, el tamaño

de la muestra corresponde a once personas a las cuales se les aplica una encuesta de preguntas de selección múltiple, que pretende indagar básicamente en el número de individuos en calidad de mascotas son propiedad del encuestado adicionalmente información básica sobre la interrelación ser humano – canino, que determina una tenencia responsable.

La proyección de datos de la población canina, se encuentra basada en la regla del 70 y considera

los siguientes datos:

Número de habitantes de San Pedro: 16.000 Tenencia de perros por familia: 2,5 Tasa de crecimiento poblacional: 2,5% anual Tasa de crecimiento poblacional 8,5% anual (Bogel) Años en los cuales se duplica la población canina 8 años

La regla del 70, para establecer el crecimiento exponencial de la población con un 8.5 %

para determinar el tiempo de duplicación de los habitantes. Así: 70/8.5 = 8 años

2.3 Campañas de esterilización La ejecución de cuatro campañas de esterilización en el mismo sitio ha permitido evaluar

el impacto a mediano plazo de la técnica en el control de la población de caninos. Estos eventos fueron realizaron con la participación de las siguientes entidades: Protección Animal Ecuador, Municipio de Rumiñahui en las dos primeras intervenciones y el Municipio del Distrito Metropolitano de Quito, liderado por el Dr. Oswaldo Vaca en las dos últimas intervenciones. En la Figura 2, se observa un individuo atendido en una campaña

Figura 2 Esterilización en la Casa Comunal “15 de Mayo”, barrio San Isidro, junio de 2014

3. RESULTADOS 3.1 Evaluación de la encuesta. La evaluación de las encuestas genera los siguientes resultados:

1. El promedio de caninos por familia, es de 2,4 individuos.


2. La permanencia de los caninos en su residencia, indica que el 50% son parcialmente

callejizados, permaneciendo en la calle en un promedio de 2-3 horas. 3. La población humana en un 50% manifiesta no tener conocimiento e información sobre

tenencia responsable. 4. La percepción sobre si considera la sobrepoblación de perros y gatos callejeros genera un

problema de Salud Pública, el 75% de los encuestados indica que el nivel de la situación es grave.

3.2 Proyección de datos

La proyección de datos se basa en la aplicación de la regla del 70 para estimación de

crecimiento exponencial, esto indica que un período de ocho años, los 40.000 perros en la actualidad, se convertirá en el 2022 en 80.000

Tabla 1 Proyección poblacional canina y generación de excretas en el año 2022. Parroquia San Pedro de Taboada

3.3 Campañas de esterilización

La cantidad de animales fue de 201 esterilizados y se encuentran distribuidos de la

siguiente manera:

1. Primera campaña 30 animales 2. Segunda campaña 50 3. Tercera campaña 80 4. Cuarta campaña 52

En la Tabla 2, se observa las estimaciones de la dinámica poblacional en el lapso de tiempo por

la regla del 70, y que como se reduce la población con la intervención de 201 individuos esterilizados.

Tabla 2 Población Sin intervención vs. Reducción de nacimientos

4. DISCUSION

Los datos obtenidos permiten establecer líneas de información preliminar como insumos necesarios para la inclusión de herramientas geoespaciales pertinentes para la planificación en el manejo de fauna urbana.

Años Número Caninos Ton excretas/anual

2014 40.000 7300 2022 80.000 14.600

Años

Población sin intervención

Esterilizaciones/ reducción nacimientos

Población evitada

Población total con intervención

2014 40.000 201 1608 38.392 2022 80.000 402 3216 76.784


La tenencia responsable es una temática que debe ser abordada en campañas de capacitación que generen cambios de actitud importantes en la población con respecto a su interrelación con los caninos y felinos.

El diseño de un geoportal web con información de densidad poblacional de perros y gatos

divididos por estratos económicos, para representar cartográficamente los sitios de preferencia para realización de esterilización tanto a callejeros como callejizados y aplicación de planes de educación, se podría considerar una herramienta eficiente para ser utilizados por parte de los organismos de control. La manera más eficaz de conectar a un dueño con su animal es el uso simultáneo de sistemas de registro e identificación. Esto debería incentivar el sentido de responsabilidad en el dueño ya que el animal se hace identificable como propiedad suya. El registro/la identificación es una herramienta importante para reunir a los animales perdidos con sus dueños y puede ser una base para poner legislaciones en vigor a nivel local e internacional.

Mediante la metodología piloto aplicada en la parroquia de San Pedro de Taboada ubicada

en el Cantón Rumiñahui, se determinó que es fundamental tomar medidas severas que generen una solución real al problema de sobrepoblación de perros y gatos, debido a la gran cantidad de dificultades de salud pública hacia el humano y por ende el sufrimiento animal en todos sus ámbitos. Las campañas masivas de esterilización aconsejable según los expertos cada 4 meses y según perspectiva propia es fundamental hacerlo con previa planificación geográfica, de manera intensiva en el sitio y el tiempo, solamente así se podría reducir de manera confiable la tendencia de crecimiento exponencial de la población canina.

Las tecnologías geoespaciales aplicadas servirán para la organización de campañas de

esterilización considerando la densidad poblacional de los caninos y los estratos económicos de los dueños, así también direccionar los planes de educación a zonas de mayor desconocimiento sobre tenencia responsable.

Esta herramienta geográfica planteada brindará una ayuda útil a los Municipios y a las

autoridades a la toma de decisiones respecto a fauna urbana, específicamente perros (as) y gatos (as).

La propuesta de tecnologías geoespaciales contemplará los siguientes aspectos: a. Modelamiento de los datos tomados en campo, mediante herramientas estadísticas y

cartográficas, para la creación de una portal web, con la construcción de una geodatabase b. Datos censales plasmados en un mapa temático, el mismo que represente las zonas de

mayor densidad poblacional para la aplicación de masivas campañas de esterilización conjuntamente con planes de educación sobre tenencia responsable de animales doméstico (perros y gatos).

c. Elección de variables discriminatorios para definir índices de urgencia para la aplicación de diferentes estrategias de manejo de fauna urbana.

AGRADECIMIENTOS

Se agradece infinitamente a la Unidad de Salud del Municipio de Rumiñahui y al grupo

de cirujanos del Distrito Metropolitano de Quito, liderado por el Dr. Oswaldo Vaca, por el aporte brindado hacia la comunidad y así como al proyecto, con las esterilizaciones realizadas en la parroquia de San Pedro de Taboada y a nivel de todo el cantón.

REFERENCIAS [1] Anima Naturalis, n/d. http://www.animanaturalis.org/1149. Ingresado: Marzo, 2014. [2] Barrera Diego, Veterinario Albergue del Municipio de Ambato, I Foro de Fauna Urbana, “Único refugio municipal de mascotas en el país”, Universidad San Francisco de Quito, Marzo 2014.


[3] Bögel, K. La población canina. Guías para el manejo de la población canina. (2ª Ed.). Ginebra: WSPA. 1990. 9-10, 93. Impreso. [4] Digital Image Processing, SIG, España 2012. http://www.dimap.es/paginas/tecnologia geoespacial/. Ingresado: Diciembre, 2014. [5]Ministerio de Salud y Protección Social de la República de Colombia., Organización Panamericana de la Salud., “Piloto para estimación de dinámicas poblacionales de perros y gatos”, p. 88, 2012. [6] Ministerio de Salud Pública del Ecuador, Dirección Nacional de Tecnologías de Información y Comunicación. “Geosalud”, 2013. https://geosalud.msp.gob.ec. Ingresado: Mayo, 2014. [7] N. Mariela, Campaña piloto contra el maltrato a animales domésticos en el norte de la ciudad de Guayaquil (ciudadela quisquis)”, Universidad de Guayaquil, p.3, Ecuador, 2013. Ingresado: Diciembre, 2014. [8] Ortega Pacheco, Antonio. “La sobrepoblación canina: un problema con repercusiones potenciales para la salud humana”. Rev Biomed 12.4 (2001): 290-291. Impreso. [9] Plan Nacional del Buen Vivir, Objetivo 7, “Garantizar los derechos de la Naturaleza y promover la sostenibilidad ambiental territorial y global”, p. 225, 2013-2017.Ingresado: Enero, 2015. [10] Red ecuatoriana universitaria de Vinculación con la Colectividad. Abril, 2012. http://www.reuvic.ec/.../propuesta-de-plan-naciona-de-la-educación-con-la-sociedad.html [11] Sánchez, et. al.; “Contaminación biológica con heces caninas y parásitos intestinales en espacios públicos urbanos en dos ciudades de la provincia del Chubut”. Parasitología Lationamericana, v.58 n.3-4 Santiago. Patagonia, Argentina, 2003. Ingresado: Enero 2015. [12] Vaca Oswaldo, Veterinario del Municipio del Distrito Metropolitano de Quito, “Tenencia responsable de animales de compañía”. Ecuador, comunicación personal Abril 2014. [13] Vásquez Karina, “Crecen las enfermedades por fecalismo al aire libre” Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia (FMVZ) de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM). http://www.saludymedicinas.com.mx/.../crecen-las-enfermedades-por-fecalismo-al-aire-libre.html; Ingresado: Octubre, 2014.

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10. Los gráficos, figuras o fotos se numerarán y señalarán con la palabra Figura.

Los cuadros y tablas se han de numerar independientemente de las figuras y

se han de señalar con la palabra Tabla. Todos ellos se presentarán incluidos

en el texto principal con la mejor calidad posible.

11. Las referencias serán numeradas en orden alfabético de apellidos y se

presentarán al final del artículo, incluyendo estrictamente el siguiente orden:

Apellidos, Nombres, Año, Título, Revista, Número, Páginas que comprende y

País. Toda referencia deberá tener una cita en el texto mediante el apellido y

el año

12. Se recomienda numerar las fórmulas entre paréntesis y con alineación hacia

la derecha. Las fórmulas o ecuaciones van centradas.

13. Lo no previsto en estas pautas será decidido por el Comité Editor de la

Revista.