vol.5 no.2 2011 agosto deflexion por meca. materiale

Método de deflexión-pendiente para vigas estáticamente indeterminadas, considerando las deformaciones por cortante. Deflection-slope method for statically indeterminate beams, considering the deformations by shear Ing. Arnulfo Luévanos Rojas

Ingeniero Civil Doctor en Ingeniería con Especialidad en Sistemas de Planeación y

Construcción. Profesor-Investigador Facultad de Ingeniería, Ciencias y Arquitectura de Universidad Juárez del Estado de Durango. México. Teléfono: 871-7147119

E-mail: [email protected] Recibido: 05-06-11 Aceptado: 20-07-11 RESUMEN: En la presente investigación se propone un método para analizar vigas continuas, el cual considera las deformaciones por cortante, que es una innovación al método de deflexión-pendiente, el cual se utiliza para analizar toda clase de estructuras, en este caso se aplica a vigas continuas. Esta metodología toma en cuenta las deformaciones por cortante y se hace una comparación con el método clásico, que es el de despreciar las deformaciones por cortante como normalmente se hace, las diferencias entre ambos modelos son mayores, sobre todo en claros cortos, como se puede notar en las tablas de resultados de los problemas considerados y no todos están del lado de la seguridad. Por lo tanto, la práctica usual, despreciando las deformaciones por cortante en claros cortos entre sus apoyos, no será una solución recomendable y se propone el empleo de considerarlas y además se apega más a la realidad. Palabras clave: Deformaciones por cortante, Coeficiente de Poisson, Módulo al cortante, Módulo de elasticidad, Área de cortante. ABSTRACT: In the present investigation a method sets out to analyze continuous beams, which consider the deformations by shear, which is an innovation to the deflection-slope method, which is used to analyze all class of structures, in this case is applied to continuous beams. This methodology takes into account the deformations by shear and a comparison with the classic method becomes, that is the despise the deformations by shear as normally is made, the differences between both models are majors, mainly in clear short, as it is presented in the tables of results of the considered problems and all are not of the side of the security. Therefore, the usual practice, despising the deformations by shear in short clear between

Ing. Arnulfo Luévanos Rojas. Método de deflexión-pendiente para vigas estáticamente indeterminadas…

Revista de Arquitectura e Ingeniería. 2011, vol.5 no.2.

its supports, will not be a recommendable solution and the use set out to consider them and furthermore he is real. Keywords: Shear deformations, Poisson coefficient, Shear module, Elasticity module, Shear area. Introducción: El análisis estructural es el estudio de las estructuras como sistemas discretos. La teoría de las estructuras se basa esencialmente en los fundamentos de la mecánica con los cuales se formulan los distintos elementos estructurales. Las leyes o reglas que definen el equilibrio y continuidad de una estructura se pueden expresar de distintas maneras, por ejemplo ecuaciones diferenciales parciales de un medio continuo tridimensional, ecuaciones diferenciales ordinarias que definen a una barra o las distintas teorías de vigas, o llanamente ecuaciones algebraicas para una estructura discretizada. Mientras más se profundiza en la física del problema, se van desarrollando teorías que son más apropiadas para resolver ciertos tipos de estructuras y que demuestran ser más útiles para cálculos prácticos. Sin embargo, en cada nueva teoría se hacen hipótesis acerca de cómo se comporta el sistema o el elemento. Por lo tanto, debemos estar siempre conscientes de esas hipótesis cuando se evalúan resultados, fruto de las teorías que aplicamos o desarrollamos [1]. En el análisis de sistemas estructurales ha sido estudiado por diversos investigadores en el pasado. En 1857, Benoit Paul Emile Clapeyron presentó a la Academia Francesa su “Teorema de los tres Momentos” para el análisis de las vigas continuas, en la misma forma que Bertot la había publicado dos años antes en las Memorias de la Sociedad de Ingenieros Civiles de Francia, pero sin darle crédito alguno. Puede decirse que a partir de este momento se inicia el desarrollo de una verdadera “Teoría de las Estructuras” [2 y 3]. En 1854 el Ingeniero francés Jacques Antoine Charles Bresse publicó su libro “Recherches Analytiques sur la Flexion et la Résistance de Pieces Courbés” en que presentaba métodos prácticos para el análisis de vigas curvas y arcos [2 y 3]. En 1867 fue introducida por el alemán Emil Winkler (1835-1888), la “Línea de Influencia”. También hizo importantes contribuciones a la Resistencia de Materiales, especialmente en la teoría de flexión de vigas curvas, flexión de vigas apoyadas en medios elásticos [2 y 3]. James Clerk Maxwell (1830-1879) de la Universidad de Cambridge, publicó el que podríamos llamar el primer método sistemático de análisis para estructuras estáticamente indeterminadas, basado en la igualdad de la energía interna de deformación de una estructura cargada y el trabajo externo realizado por las cargas aplicadas; igualdad que había sido establecida por Clapeyron. En su análisis, presentó el Teorema de las Deformaciones Recíprocas, que por su brevedad y falta de ilustración, no fue apreciado en su momento. En otra publicación posterior presentó su diagrama de fuerzas internas para cerchas, que combina en una sola figura todos los polígonos de fuerzas. El diagrama fue extendido por Cremona, por lo que se conoce como el diagrama de Maxwell-Cremona [2 y 3]. El italiano Betti en 1872, publicó una forma generalizada del Teorema de Maxwell, conocida como el Teorema Recíproco de Maxwell-Betti [2 y 3]. El alemán Otto Mohr (1835-1918) hizo grandes aportes a la Teoría de Estructuras. Desarrolló el método para determinar las deflexiones en vigas, conocido como el método de las cargas elásticas o la Viga Conjugada. Presentó también una derivación más simple y más extensa del método general de Maxwell para el análisis de estructuras indeterminadas, usando los principios del trabajo virtual. Hizo aportes en el análisis gráfico de deflexiones de cerchas, con el complemento al diagrama de Williot, conocido como el diagrama de Mohr-Williot, de gran utilidad práctica. También obtuvo su famoso Círculo de Mohr, para la representación gráfica de los esfuerzos en un estado biaxial de esfuerzos [2 y 3]. Alberto Castigliano (1847-1884) presentó en 1873 el principio del trabajo mínimo, que había sido sugerido anteriormente por Menabrea, y que se conoce como el Primer Teorema de Castigliano. Posteriormente, presentó el denominado Segundo Teorema de Castigliano para encontrar deflexiones, como un corolario del primero. En 1879 publicó en París su famoso libro Thèoreme de l´Equilibre de Systèmes Elastiques et ses Applications, destacable por su originalidad y muy importante en el desarrollo del análisis hiperestático de estructuras [2 y 3]. Heinrich Müller-Breslau (1851-1925), publicó en 1886 un método básico para el análisis de estructuras indeterminadas, aunque en esencia era una variación de los



presentados por Maxwell y Mohr. Le dio gran importancia al Teorema de Maxwell de las Deflexiones Recíprocas en la evaluación de los desplazamientos. Descubrió que la “Línea de Influencia” para la reacción o una fuerza interna de una estructura era, en alguna escala, la elástica producida por una acción similar a esa reacción o fuerza interna. Conocido como el teorema de Müller-Breslau, es la base para otros métodos indirectos de análisis de estructuras mediante modelos [2 y 3]. Hardy Cross (1885-1959) profesor de la Universidad de Illinois, publicó en 1930 su famoso método de Distribución de Momentos, que puede decirse revolucionó el análisis de las estructuras de marcos continuos de concreto reforzado y puede considerarse uno de los mayores aportes al análisis de estructuras indeterminadas. Este método de aproximaciones sucesivas evade la resolución de sistemas de ecuaciones, como las presentadas en los métodos de Mohr y Maxwell. La popularidad del método decayó con la disponibilidad de los computadores, con los cuales la resolución de sistemas de ecuaciones dejó de ser un problema. Los conceptos generales del método fueron extendidos posteriormente al estudio de flujo en tuberías. Posteriormente se hicieron populares los métodos de Kani y Takabeya, también de tipo iterativo y hoy en desuso [2 y 3]. En la década de los 50, Turner, Clough, Martin y Topp presentan lo que puede llamarse como el inicio de la aplicación a estructuras de los métodos matriciales de la rigidez, que han obtenido tanta popularidad en la actualidad. Posteriormente, se desarrollaron los métodos de elementos finitos, que han permitido el análisis sistemático de gran número de estructuras y la obtención de esfuerzos y deformaciones en sistemas complejos como las presas de concreto usadas en las hidroeléctricas. Entre sus impulsores están: Clough, Wilson, Zienkiewics y Gallagher [2, 3, 4]. El análisis estructural puede abordarse utilizando tres enfoques principalmente [5]: a) formulaciones tensoriales (mecánica newtoniana o vectorial), b) formulaciones basadas en los principios del trabajo virtual, y c) formulaciones basadas en la mecánica clásica [6]. Por lo que se refiere a las técnicas convencionales de análisis estructural de vigas continuas, la práctica común es despreciar las deformaciones por cortante. En este documento se propone incluir las deformaciones por cortante y hacer una comparación cuando se desprecia el efecto de la deformación por cortante. Desarrollo: En el esquema de deformación de una viga que se ilustra en la Figura 1, muestra la diferencia entre la teoría de Timoshenko y la teoría de Euler-Bernouilli: en la primera x y y/ x no tienen necesariamente que coincidir, mientras que en la segunda son iguales [6]. La diferencia fundamental entre la teoría de Euler-Bernouilli y la teoría de Timoshenko es que en la primera el giro relativo de la sección se aproxima mediante la derivada del desplazamiento vertical, esto constituye una aproximación válida sólo para piezas largas en relación a las dimensiones de la sección transversal, y entonces sucede que las deformaciones debidas al esfuerzo cortante son despreciables frente a las deformaciones ocasionadas por el momento flexionante. En la teoría de Timoshenko, donde no se desprecian las deformaciones debidas al cortante y por tanto es válida también para vigas cortas, la ecuación de la curva elástica viene dada por el sistema de ecuaciones más complejo:



Donde: G = módulo al cortante del material z = rotación alrededor del eje “z” Vy = fuerza cortante en dirección “y” Ac = área de cortante de la sección transversal E = modulo de elasticidad del material Mz = momento flexionante alrededor del eje “z” Iz = momento de inercia de la sección transversal alrededor del eje “z” Figura 1. Deformación de un elemento de viga. Derivando la ecuación (1) y substituyéndola en la ecuación (2), llegamos a la ecuación de la curva elástica incluyendo el efecto del esfuerzo cortante:

Integrando la ecuación (3), nos da lo siguiente:

Este método puede ser usado para análisis de todo tipo de vigas estáticamente indeterminadas. Se consideran que todas las juntas son rígidas, es decir que los ángulos entre miembros en las juntas no cambian en valor, cuando es aplicada la carga. Entonces las juntas en apoyos interiores de vigas estáticamente indeterminadas pueden ser consideradas juntas rígidas de 180°. Cuando las vigas son deformadas, las juntas rígidas son consideradas rotaciones, es decir que la tangente permanece recta antes y después de la aplicación de la carga. Otra consideración es por equilibrio en las juntas, la suma de los momentos flexionantes debe ser cero.



Figura 2. Derivación de las ecuaciones de deflexión-pendiente. En las ecuaciones de deflexión-pendiente, los momentos que actúan en los extremos de los miembros son expresados en términos de las rotaciones y de las cargas sobre los miembros. Entonces la barra AB mostrada en la Figura 2(a), serán expresados en términos de A y B y las cargas aplicadas P1, P2 y P3. Los momentos se consideran positivos, cuando giran en contra de las manecillas del reloj y negativo cuando giran a favor. Ahora, con las cargas aplicadas sobre el miembro, los momentos en los extremos son MFAB y MFBA, es decir, se consideran como empotramiento perfecto, se presenta en la Figura 2(b). Adicionalmente en los momentos en los extremos, M’AB y M’BA, son causados por A y B, respectivamente. Si A1 y B1 son causados por M’AB, según la Figura 2(c), y en cuanto a A2 y B2 son causados por M’BA, se observan en la Figura 2(d), las condiciones de geometría son [7, 8, 9, 10, 11]:

Por superposición:

Analizaremos la viga de la Figura 2(c) para encontrar A1 y B1 en función de M’AB: Por equilibrio:



Por lo tanto la fuerza cortante y el momento a una distancia “x” son:

Sustituyendo Mx y Vx en función de M’AB en la ecuación (2), luego separando la deformación por cortante y por flexión para obtener la rigidez, queda de la siguiente manera: Deformación por cortante:

Integrando nuevamente la ecuación anterior, se presenta:

Considerando las condiciones de frontera, cuando x = 0; y = 0; es C1 = 0.

Deformación por flexión:

Desarrollando la integral, se muestra:

Integrando nuevamente, se obtiene:

Considerando las condiciones de frontera, cuando x = 0; y = 0; es C3 = 0.



Ahora considerando las condiciones de frontera, cuando x = L; y = 0; se da:

Sustituyendo x = 0, en la ecuación dy/dx, para encontrar el giro en el apoyo A, se muestra como sigue:

Luego se sustituyendo x = L, en la ecuación dy/dx, para encontrar el giro en el apoyo B, según se obtiene lo siguiente:

Si consideramos que tienen su radio de curvatura en la parte inferior, entonces los giros son positivos:

La rotación por cortante, tomando en cuenta el radio de curvatura es:

Sumando la rotación por cortante y por flexión en el nudo A, se obtiene:



Luego se sustituye [12]:

Sumando la rotación por cortante y por flexión en el nudo B, se obtiene:

Luego se sustituye la ecuación (9) en la ecuación anterior, se presenta:

Analizaremos la viga de la Figura 2(d) para encontrar A2 y B2 en función de M’BA de la misma manera que se realizo en la Figura 2(c), se obtiene lo siguiente:

Sustituyendo las rotaciones en la ecuación (5) para el apoyo A y la ecuación (6) para el apoyo B, se obtiene lo siguiente:

Desarrollando las ecuaciones (14) y (15), para encontrar M’AB y M’BA en función de A y B, queda como sigue:



Finalmente sustituyendo las ecuaciones (16) y (17) en las ecuaciones (7) y (8), respectivamente, se obtiene las ecuaciones de deflexión-pendiente para vigas estáticamente indeterminadas:

Aplicación Desarrollando el análisis estructural de la siguiente viga de acero, según se muestra en la Figura 3, despreciando y considerando las deformaciones por cortante, en base con los siguientes datos:

Figura 3. Viga continua. P = 20000.00kg L = 10.00m; 5.00m; 3.00m E = 2,040,734kg/cm2

Propiedades de la viga W24X94 A = 178.71cm2 AC = 80.83cm2 I = 111,966cm4

ν = 0.32 Las ecuaciones de deflexión-pendiente, despreciando las deformaciones por cortante, son:

Las ecuaciones de deflexión-pendiente, considerando las deformaciones por cortante, son:

Para L = 10.00m

Para L = 5.00m



Para L = 3.00m

Condición de equilibrio de momentos en los nodos son: Nodo A:

Nodo B:

Nodo C:

Nodo D:

Nodo E:

A continuación se presentan las siguientes tablas con los resultados obtenidos: Tabla # 1. Rotaciones en cada uno de los apoyos en radianes.

i = El ángulo que forma la tangente debido a la deformación que sufre el nodo i.

DDC = Despreciando las deformaciones por cortante. CDC = Considerando las deformaciones por cortante. Tabla # 2. Fuerzas cortantes finales en kilogramos.

Vij = Fuerza cortante de la barra ij en el extremo i. Vji = Fuerza cortante de la barra ij en el extremo j.

Giro

Caso # 1 L = 10.00m

Caso # 2 L = 5.00m

Caso # 3 L = 3.00m

DDC CDC DDC CDC DDC CDC DDC

CDC DDC CDC DDC CDC

A +0.00313 +0.00320 0.9781 +0.00078 +0.00085 0.9176 +0.00028 +0.00035 0.8000 B −0.00078 −0.00077 1.0130 −0.00020 −0.00019 1.0526 −0.00007 −0.00006 1.1667 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 D +0.00078 +0.00077 1.0130 +0.00020 +0.00019 1.0526 +0.00007 +0.00006 1.1667 E −0.00313 −0.00320 0.9781 −0.00078 −0.00085 0.9176 −0.00028 −0.00035 0.8000

Fuerza cortante

Caso # 1 L = 10.00m

Caso # 2 L = 5.00m

Caso # 3 L = 3.00m


CDC DDC CDC DDC CDC

VAB +6786 +6815 0.9957 +6786 +6896 0.9840 +6786 +7053 0.9620 VBA −13214 −13185 1.0022 −13214 −13104 1.0084 −13214 −12947 1.0207 VBC +11071 +11016 1.0050 +11071 +10868 1.0188 +11071 +10597 1.0447 VCB −8929 −8984 0.9938 −8929 −9132 0.9777 −8929 −9403 0.9496 VCD +8929 +8984 0.9938 +8929 +9132 0.9777 +8929 +9403 0.9496 VDC −11071 −11016 1.0050 −11071 −10868 1.0188 −11071 −10597 1.0447 VDE +13214 +13185 1.0022 +13214 +13104 1.0084 +13214 +12947 1.0207 VED −6786 −6815 0.9957 −6786 −6896 0.9840 −6786 −7053 0.9620



Tabla # 3. Se muestran los momentos finales en kilogramos-metro.

Mij = Momento flexionante negativo de la barra ij en el extremo i. M ij = Momento flexionante positivo de la barra ij. Mji = Momento flexionante negativo de la barra ij en el extremo j. Conclusiones: De acuerdo a la Tabla 1, que presenta las rotaciones en cada uno de los apoyos, se observa que la diferencia del método de deflexión-pendiente, despreciando y considerando las deformaciones por cortante, es bastante considerable para elementos cortos. Por ejemplo para el claro de 3.00m, existen diferencias hasta de un 20%, aproximadamente, unas están del lado de la seguridad y otras están fuera. En cuanto a la Tabla 2, que muestra las fuerzas cortantes en los extremos de las barras entre ambos métodos, siendo las diferencias mayores, cuando la longitud del elemento es corto. Estos resultados para el claro de 3.00m, tienen variantes alrededor del 5%, unas están del lado no conservador y otra existen reducciones. En lo que respecta a la Tabla 3, donde se ilustran los momentos flexionantes, tanto los negativos como los positivos, también existen grandes diferencias cuando se reduce el claro, entre ambos métodos y no todas están del lado de la seguridad. Ya que existen diferencias hasta un 9%. Por lo tanto, la práctica usual de considerar el método de deflexión-pendiente (Despreciando las deformaciones por cortante), no será una solución recomendable, cuando tenemos claros cortos entre apoyos. Por lo que tomando en cuenta la aproximación numérica, el método de deflexión-pendiente (Considerando las deformaciones por cortante), resulta ser el método más adecuado para análisis estructural y además se apega más a condiciones reales. Referencias: [1] Tena Colunga, Arturo. (2007). Análisis de Estructuras con Métodos Matriciales. Limusa. México.

Momento

Caso # 1 L = 10.00m

Caso # 2 L = 5.00m

Caso # 3 L = 3.00m


CDC DDC CDC DDC CDC

MAB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 M AB +33929 +34076 0.9957 +16964 +17240 0.9840 +10179 +10580 0.9621 MBA −32143 −31848 1.0093 −16071 −15519 1.0356 −9643 −8840 1.0908 MBC −32143 −31848 1.0093 −16071 −15519 1.0356 −9643 −8840 1.0908

M BC +23214 +23232 0.9992 +11607 +11650 0.9963 +6964 +7056 0.9870 MCB −21429 −21688 0.9881 −10714 −11181 0.9583 −6429 −7048 0.9121 MCD −21429 −21688 0.9881 −10714 −11181 0.9583 −6429 −7048 0.9121

M CD +23214 +23232 0.9992 +11607 +11650 0.9963 +6964 +7056 0.9870 MDC −32143 −31848 1.0093 −16071 −15519 1.0356 −9643 −8840 1.0908 MDE −32143 −31848 1.0093 −16071 −15519 1.0356 −9643 −8840 1.0908

M DE +33929 +34076 0.9957 +16964 +17240 0.9840 +10179 +10580 0.9621 MED 0 0 0 0 0 0 0 0 0



[2] Nacimiento del análisis estructural. Disponible en: http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4080020/Lecciones/Capitulo%201/NACIMIENTO%20DEL%20ANALISIS%20ESTRUCTURAL%20.htm (Consulta: noviembre 23 del 2010).

[3] Franjul Sánchez A. Disponible en: http://andreafranjul.blogspot.com/2009/06/nacimiento-del-analisis-estructural.html (Consulta: diciembre 13 del 2010).

[4] Clough, Ray W. y Penzien, J. (1975). Dynamics of Structures. Mc Graw-Hill. E. U. A. [5] Przemieniecki, J. S. (1985). Theory of Matrix Structural Analysis. Mc Graw-Hill. E. U. A. [6] Flexión mecánica. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Flexi%C3%B3n_mec%C3% (Consulta

enero 18 del 2011). [7] Jaramillo Jiménez, José Oscar. (2004). Análisis clásico de estructuras. Disponible en:

http://books.google.com.mx/books?id=mwohfYq9zC8C&pg=PA30&lpg=PA30&dq=nacimiento+del+analisis+estructural&source=bl&ots=TqTl5avuMY&sig=dgomgcVJ8CKm1HZSfrKV2sOEIs8&hl=es&ei=FNluTYbSNZSksQPz54nSCw&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=6&ved=0CDkQ6AEwBQ#v=onepage&q&f=false (Consulta: febrero 22 del 2011).

[8] Luthe Garcia, Rodolfo. (1998). Análisis Estructural. Alfaomega. México. [9] West, Harry H. (1984). Analysis of Structures. E. U. A. [10] Mc Cormac, Jack C. (2007). Structural Analysis: using classical and matrix methods. John Wiley &

Sons. E. U. A. [11] Laible, Jeffrey P. (1988). Análisis Estructural. Mc Graw-Hill. México. [12] Appendix. Formulario de Teoría de Estructuras. Matrices de Rigidez Elementales, de Masa

Congruentes, y de Rigidez Geométrica. Disponible en: http://www.esiold.us.es/php/infgen/aulav/teorestructurasind/Matrices_de_rigidez_elementales.pdf (Consulta: marzo 15 del 2011).

Aditivo químico obtenido de sales cuaternarias empleado para la estabilización de suelos arcillosos de subrasantes de carreteras Chemical additive obtained from quaternary salts used for soil stabilization of road subgrade clay.

Prof. MSc. Ing. Juan M. Junco del Pino Especialista Principal Empresa Constructora Obras de Ingeniería No. 5. MICONS. CubaProfesor Auxiliar. Facultad de Ingeniería Civil, ISPJAE. Cuba Teléfono; 8816811 Email: [email protected] [email protected]

Dr. Ing. Eduardo Tejeda Piusseaut Profesor Titular. Facultad de Ingeniería Civil, ISPJAE. Cuba Email:[email protected]

Recibido: 10-06-11 Aceptado: 22-07-11

RESUMEN: La construcción de subrasantes para obras viales, como principio, se basa en el aprovechamiento de suelos locales como material de fácil obtención y de bajo costo, pero que en ocasiones necesitan ser mejorados, dado que no cumplen las exigencias mínimas para su empleo. Aún así se logran grandes ahorros, del orden del 20 al 45 % respecto a los costos de construcción con materiales extraídos de canteras de préstamos lejanas. La estabilización química es una de las técnicas que se emplean para el mejoramiento de subrasantes, utilizando sustancias químicas que modifican las características de los suelos, reduciendo plasticidad e incrementando la cohesión y su capacidad de soporte. En Cuba, para aliviar la carencia de materiales locales en algunas regiones del país, se desarrolló una investigación que dio como resultado la creación de un procedimiento de estabilización de suelos utilizando sales cuaternarias. El “Sistema de Estabilización e Impermeabilización de Suelos”, así creado, tiene como ventajas principales su economía y simplicidad en su empleo, además de conseguir el incremento de resistencia y reducción de permeabilidad en los suelos donde se aplique. El presente trabajo contiene una exploración sobre el estado de la técnica de utilización de aditivos en el mejoramiento de suelos, en la esfera internacional, y sobre el modo en que las sales cuaternarias producen los cambios en los suelos arcillosos, también algunos de los resultados fundamentales del empleo de esta técnica en nuestro país. Se analiza el comportamiento de las propiedades físicas y mecánicas de los suelos estabilizados con el sistema, comparando las propiedades físicas y mecánicas del suelo en su estado natural y después de mejorados, así como la evolución de las características en el tiempo de los suelos estabilizados. Palabras claves: estabilización de suelos, aditivos químicos, sales cuaternarias.

Prof. MSc. Ing. Juan M. Junco del Pino. Aditivo químico obtenido de sales cuaternarias empleado para la estabilización de suelos arcillosos de subrasantes de carreteras.


ABSTRACT: The subgrades constructions for road works, like principle, is based on the use of local soils as material of easy obtaining and of low cost, but that in occasions they need to be improved, since they don't complete the minimum demands for its employment. Big savings are achieved even this way, of the order of the 20 to 45% regarding the construction costs with extracted materials of quarries of loans far. The chemical stabilization is one of the techniques that are used for the subgrades improvement, using chemical substances that modify the characteristics of the soils, reducing plasticity and increasing the cohesion and its support capacity. In Cuba, to alleviate the lack of local materials in some regions of the country, an investigation was developed that gave the creation of a procedure of stabilization of soils as a result using quaternary salts. The "System of Stabilization and waterproofing of soils", this way created, it has as main advantages their economy and simplicity in their employment, besides getting the resistance increment and permeability reduction in the soils where it is applied. The present work contains an exploration on the state of the technique of use of additives in the improvement of soils in the international sphere, and on the way in that the quaternary salts produces the changes in the loamy soils, and some of the fundamental results of the employment of this technique in our country also. The behavior of the physical and mechanical properties of the stabilized soils with the system is analyzed, comparing the physical and mechanical properties of the soil in its natural state and after having improved, as well as the evolution of the characteristics in the time of the stabilized soils. Keywords: soils stabilization, chemicals additives, quaternary salts. Introducción: Las exigencias para los suelos de subrasante requieren en ocasiones, motivado por las elevadas cargas del tránsito, que los ingenieros desperdicien materiales del sitio de construcción que no cumplen la calidad requerida y se ven obligados a introducir en los proyectos costos de transporte de suelos desde canteras, lo que siempre resulta una opción complicada. Esta problemática se resuelve con el mejoramiento de los suelos, mediante diferentes formas de estabilización, al no disponer de nuevas canteras de préstamo; vista por muchos expertos como una solución económica, además amigables con el medio ambiente. Son varias las circunstancias que justifican la utilización de los suelos estabilizados, entre las que se encuentra la gran demanda de un transporte de carretera de calidad, que condiciona una mayor durabilidad de los materiales y estructuras del pavimento bajo un tráfico pesado, cuyo crecimiento e intensidad sigue en aumento. La garantía de un pavimento de buen comportamiento precisa una elevada capacidad de soporte, insensible a los agentes atmosféricos, garantizando la estabilidad del cimiento a largo plazo, a pesar de las incidencias relacionadas con el drenaje o deformaciones originadas por bajas densidades. Por otra parte, la protección del medio ambiente impone grandes limitaciones a préstamos y vertederos, lo que significa un empleo en los rellenos prioritario de suelos locales procedentes de los desmontes, buscando un equilibrio del movimiento de tierras. La reducción de espesores de pavimento, que se logra con una subrasante mejorada, contribuye indirectamente al ahorro de áridos de calidad y del ligante, además del ahorro del transporte de materiales, encarecido por los costos actuales de combustibles. Incluso, el aprovechamiento de los suelos locales mediante estabilización, en muchos casos, compensa el coste del producto estabilizador. La ejecución requiere que las explanaciones puedan abrirse lo antes posible al tráfico de obra, sin grandes erosiones superficiales y manteniendo una buena regularidad y nivelación, lo que influye en la economía de la obra, que se logra con plazos reducidos y elevados rendimientos de la maquinaria y de los procedimientos de ejecución, donde las estabilizaciones de suelos son una vía para lograrlo. En la actualidad existen diferentes alternativas como métodos de estabilización química, entre los que se encuentran: suelo-cal, suelo-cemento, suelo con productos asfálticos, suelos arcillosos con aceites sulfonados, suelos - ácidos inorgánicos, suelos con productos resinosos, suelos con cenizas



pulverizadas, entre otros, utilizados en el mejoramiento y estabilización de terraplenes o suelos de soporte del pavimento, como también como partes de la propia estructura, en bases o sub-base.

Estabilización Química de Suelos: Se denomina estabilización de suelos al proceso de someter los suelos naturales a ciertos tratamientos para aprovechar sus mejores cualidades, de manera que puedan soportar las condiciones adversas de clima, rindiendo en todo tiempo el servicio adecuado que de ellos se espera. (Crespo, 1998: 325). Los procedimientos de estabilización, de manera general, consisten en mezclas de suelos con otros de diferentes características o con aditivos; la compactación por medios mecánicos; el uso de membranas impermeables; medios eléctricos, entre otros. La estabilización de suelos tiene como principales objetivos aumentar la resistencia, proporcionar o disminuir la permeabilidad y en lo posible, reducir los cambios volumétricos (asentamientos o expansiones). En las sub-rasantes de carreteras, la estabilización persigue poder utilizar suelos naturales con una baja calidad de soporte, cercanos a la obra, no aptos por si solos para la construcción, para mejorarlos y hacerlos adecuados de una manera económica. Los suelos, extraídos de bancos de préstamos cercanos a la obra, con propiedades que pueden variar sustancialmente a poca distancia, deben usarse sin que sus costos sobrepasen lo previsto. Según argumentan Fernández Loaiza y Rico & Del Castillo, en esto, el ingeniero puede tomar tres opciones principales:

a) Aceptar el material tal y como está y proceder al diseño, sin obedecer los requisitos propuestos y calidad de obra que se pidiese, absteniéndose a las consecuencias posteriores;

b) Rechazar el suelo de mala calidad e insatisfactorio y reponer o sustituirlo por un material cuyas propiedades ingeniériles muestren a través del tiempo su buen comportamiento a los agentes externos;

c) Modificar o alterar de la mejor forma las propiedades y características mecánicas de los suelos presentes para hacer de ellos un material que cumpla y reúna la calidad y los requisitos impuestos.

En la primera opción se corre el riesgo de que la obra no se comporte satisfactoriamente y en la segunda puede que los costos sean excesivos. Para la opción de mejoramiento del suelo existen actualmente diferentes procedimientos, o métodos de estabilización:

a) Estabilización por medios mecánicos; b) Estabilización por drenaje; c) Estabilización por medios eléctricos; d) Estabilización por empleo de calor y calcinación; e) Estabilización por medio químico, adición de agentes estabilizantes.

La estabilización química de suelos consiste en el empleo de sustancias químicas para mejorar las propiedades ingeniériles de los suelos, reduciendo su plasticidad y haciéndolos más resistentes, ante la acción del tráfico y condiciones ambientales. En general el uso de aditivos químicos incrementa en la subrasante la capacidad de soportar cargas sin deformación, y mejora o reducir la perdida de capa de rodadura o erosión por tráfico pesado o lluvias fuertes. Es importante para el ingeniero conocer las variadas opciones que existen para la estabilización de suelos por medios químicos, ya que cada una de ellas es eficaz para determinados tipos de suelos. En el diseño de la estabilización de un suelo con agentes estabilizantes químicos se deben tener presentes las variaciones que se espera lograr en lo que se respecta a la estabilidad volumétrica, resistencia mecánica, permeabilidad, durabilidad y compresibilidad. Los procedimientos de estabilización química de suelos más conocidos y empleados son: suelo–cemento; suelo–cal; suelo–asfalto; estabilización con sales; estabilización con polímeros, enzimas, compuestos resinosos y otros. Cada uno de estos procedimientos persigue objetivos y proporcionan modificaciones diferentes a cada suelo. En fechas más recientes e impulsados por el Desarrollo Tecnológico de la Industria química han ido surgiendo diferentes aditivos con el objetivo de obtener mejoras en las propiedades ingeniériles de



los suelo a partir de diversas reacciones químicas, ejemplo de ellos son: CBR plus, RoadPacker Plus, Base – Seal, MINEDUR, Consolid, Permazyme, ISS 2000, Claycrete, y otros. Las sales cuaternarias en el mejoramiento de las arcillas. 1. Breve caracterización de los suelos arcillosos. Las arcillas están constituidas básicamente por silicatos de aluminio hidratados, presentando además, en algunas ocasiones, silicatos de magnesio, hierro u otros metales, también hidratados. Estos minerales tienen casi siempre, una estructura cristalina definida, cuyos átomos se disponen en láminas. Existen dos variedades de tales láminas: la silícica y la alumínica. La primera, de tales láminas, está formada por un átomo de silicio, rodeado de cuatro de oxígeno, disponiéndose el conjunto en forma de tetraedro, tal como se muestra en la Figura 1. Estos tetraedros se agrupan en unidades hexagonales, sirviendo un átomo de oxígeno de nexo entre cada dos tetraedros.

Fig. 1 Un esquema de una unidad hexagonal aparece en la Figura 2. Las unidades hexagonales repitiéndose indefinidamente, constituyen una retícula laminar.

Fig 2 Las láminas alumínicas están formadas por retículas de octaedros dispuestos con un átomo de aluminio al centro y seis de oxígeno alrededor, tal como aparece en la Figura 1.3. También ahora es el oxígeno el nexo entre cada dos octaedros vecinos, para constituir la retícula.



Fig 3 De acuerdo con su estructura, los minerales de arcilla se clasifican en tres grupos: kaolinitas, montmorilonitas e illitas. Para entender mejor la respuesta de los suelos finos a la estabilización es importante conocer los aspectos físico-químicos de estos. En general, se considera, que las partículas arcillosas tienen un tamaño del orden de 2 micras o menores y presentan una actividad eléctrica importante, que rige su comportamiento dada su gran superficie específica en relación con su volumen y aún su masa. Una de las teorías más aceptadas, hasta ahora desarrolladas, para explicar la estructura interna de las arcillas es la que menciona que la superficie de cada partícula de suelo posee carga eléctrica negativa. La intensidad de la carga depende de la estructuración y composición de la arcilla. La partícula atrae a los iones positivos del agua (H +) y a cationes de diferentes elementos químicos, tales como Na+, K+, Ca++, Mg++,Al+++,Fe+++, etc, se tiene entonces, en primer lugar, al hecho de que cada partícula individual de arcilla se ve rodeada en forma definida y ligadas a su estructura (agua adsorbida). Las moléculas de agua son polarizadas, es decir, en ellas no coinciden los centros de gravedad de sus cargas negativas y positivas, sino que funcionan como pequeños dipolos permanentes; al ligarse a la partícula por su carga (+), el polo de carga (-) queda en posibilidad de actuar como origen de atracción para otros cationes positivos. Los propios cationes atraen moléculas de agua gracias a la naturaleza polarizada de éstas, de modo que cada catión está en posibilidad de poseer un volumen de agua en torno a él. El agua adsorbida por cada catión aumenta con la carga eléctrica de éste y con su radio iónico (Peck, R.B.,Hanson, W.E. y Thornburn, T.H. 1957). Por lo anterior, cuando las partículas del suelo atraen a los cationes, se ve reforzada la película de agua ligada a la partícula. El espesor de la película de agua adsorbida por el cristal de suelo es así función, no solo de la naturaleza del mismo, sino también del tipo de los cationes atraídos. Los cristales de arcilla pueden cambiar los cationes absorbidos en su película superficial; por ejemplo, una arcilla hidrógena (con cationes H+) puede transformarse en sódica, si se hace que circule a través de su masa, agua con sales de sodio en disolución. En realidad lo que ocurre es un intercambio de cationes entre el agua y las películas adsorbidas por las partículas minerales, algunas veces en reacción rápida. Los cationes intercambiables más usuales son Na+, K+, Ca++, Mg++, H+ y (NH4)+. Comprender acertadamente las propiedades de la arcilla y del agua, y las Fuerzas de atracción entre las mismas que resultan en el “doble estrato difuso" de agua rodeando las partículas de la arcilla, son esenciales para completamente entender cómo trabajar para estabilizar las arcillas o suelos gravo arcillosos. Las moléculas de agua son dipolos, quiere decir que tienen un polo negativo en un extremo, donde esta el oxigeno, y uno positivo donde esta situado el Hidrogeno, lo cual significa que cada Molécula de agua actúa como una Barra Magnética, la cual puede alinearse a si misma con Fuerzas o Campos electromagnéticos. Es está propiedad que le da al agua su tensión superficial. Es también esta propiedad del agua la que posibilita que sea electrostaticamente atraída por las cargas superficiales de las partículas de arcilla. En algunas arcillas la Presión alcanzada en la atracción electrostática entre agua y arcilla puede resultar en valores por encima de las 10,000 atmósferas. Esto es una de las razones del por que la expansión de algunas arcillas pueden levantar edificios fuera de sus cimientos y el por que el proceso normal de humedecimiento y secado de bases, subbases y subrasantes frecuentemente causan el fallo de los Viales.



En el Gráfico siguiente se puede apreciar la característica especial del Ion intercambiable en una montmorillonita:

Fig 4 2. Influencia de las Moléculas Orgánicas Adsorbidas Gieseking ha reportado que las Arcillas Montmorilonitas pierden su tendencia a hincharse mediante la absorción de agua hasta la saturación con una variedad de cationes orgánicos. Estos Cationes son absorbidos sobre la superficie plana basal de la montmorilonita. Hendricks demuestra que la cantidad de agua absorbida por la montmorilonita arrastrando ciertos iones de amina absorbidos hace que la diferencia entre la superficie plana basal extendida total y la parte probable de esta superficie cubierta por los iones de amina sea mínima. Hendricks apunta también que la reducción en el agua absorbida no es exactamente correlativa con el tamaño del Ion orgánico, debido a que la forma del Ion orgánico puede ser tal que puede destruir la configuración de las moléculas de agua en las capas del agua absorbida. 3. Influencia de los Cationes intercambiables en las Arcillas Los iones absorbidos en la superficie de los minerales arcillosos pueden afectar el agua absorbida de diferentes maneras: Un cation puede servir como un enlace para sostener las partículas minerales de arcilla unidas o limitar la distancia a la cual pueden ser separados. El Ion amonio tiene una gran tendencia a mantener unidos los minerales arcillosos, debido a su tamaño y numero de coordinación que le permite fijarse con la red de oxigeno de la superficie de las tres capas de los minerales arcillosos. El tamaño de los cationes absorbidos y su tendencia a hidratarse puede influir el ordenamiento natural de conjunto de las moléculas de agua y el espesor al cual la orientación puede desarrollarse. Dependiendo de la distribución de las cargas en las moléculas de agua, puede esperarse que los iones cargados en las soluciones iónicas atraigan las moléculas de agua electrostaticamente. Ejemplo de esto, es que el espesor de las capas de agua entre las unidades de silicato depende la naturaleza de los cationes intercambiables. Experimentos realizados por Mering, con montmorillonita en la presencia de grandes cantidades de agua sugiere que con ciertos cationes absorbidos, por ejemplo Na+, las capas se separan completamente, pero con otros cationes tales como el Ca +, el H+, y los cationes orgánicos la separación no es completa (ver Fig 5).



Fig 5 En la Tabla 1 que se presenta a continuación puede observarse la capacidad determinada de intercambio de cationes de la montmorilonita con ciertos cationes orgánicos, lo cual será importante para nuestro trabajo, pues muestra lo alta que es ante las QACS.

Tabla 1

3.4 Caracterización de las Sales Cuaternarias y Papel de las mismas en el Proceso de

Estabilización Los compuestos cuaternarios (QACs) de amonio son compuestos orgánicos que contienen cuatro grupos funcionales unidos covalentemente a un átomo central (R4N +) de nitrógeno. Estos grupos funcionales (R) incluyen al menos una cadena larga de grupo alkyl y el resto son alternativamente grupos de methyl o benzyl (ver Fig 6). Los QACs están entre las Producciones Químicas de Alto Volumen (HPVs). Las QACs poseen propiedades activantes superficiales, características de conformación propias, detergentes y propiedades antimicrobianas. Las propiedades únicas físico



químicas de las QACs han resultado en una variedad de usos y un alto nivel de popularidad en aplicaciones domésticas e industriales como surfactantes, emulsificadores, suavizadores, desinfectantes, pesticidas e inhibidores de corrosión, entre otros.

Fig 6 3.4.1 Influencia de los Surfactante iónicos en el comportamiento de las Arcillas La presencia de los Surfactantes incrementa la viscosidad Plástica y la intensidad del campo eléctrico a nivel iónico. Esta demostrado que el Surfactante Polarizado cabeza del grupo, ancla en la superficie de la placa tetraédrica, dejando la cadena alkalina extendida fuera en las caras y esquina. Por consecuencia, la cadena alkalina recibe interacciones hidrofóbicas que facilitan la asociación entre las placas e incrementa la estructura física dentro de la suspensión.

Fig 7 Diferencias estereoquímicas entre los grupos polares pueden llevar a diferencias en el modo de asociarse con la placa tetraédrica y así puede influir en el ultimo efecto del comportamiento reológico. Existe una significativa interacción entre estos surfactantes y las arcillas montmorillonitas, y los cambios reológicos que ocurren pueden tener impacto en las dosis a emplear en los procesos de estabilización. Diversos estudios han investigado el efecto de la intercalación entre las placas de surfactantes iónicos en el comportamiento de las arcillas montmorillonitas. Como hemos visto las arcillas montmorillonitas se caracterizan por alternar capas tetraedricas de sílice con octahedricas de aluminio coordinados con átomos de oxígeno. La sustitución isomorfica de AL 3+ por Si 4+ en la capa tetraédrica y Mg 2+ o Zn 2+ por Al 3+ en las capas octaedricas resulta en una red de cargas superficiales negativas sobre este tipo de arcillas. Estas cargas desbalanceadas son compensadas por cationes intercambiables (típicamente Na + o Ca 2+) en la superficie de las arcillas. Las capas estructurales de las arcillas permiten la expansión (hinchamiento) después de



humedecidas. Estos factores en combinación con el pequeño tamaño de sus partículas, provoca que la montmorillonita exhiba una alta capacidad de intercambio catiónico comparada con otros suelos naturales. En un medio acuoso, los cationes de amonio cuaternario pueden ser retenidos por ambas superficies: la externa y las intercapas, de una arcilla expansiva por un proceso de intercambio catiónico y no son fácilmente desplazadas por cationes más pequeños como H+, Na + o Ca 2+.Las propiedades de absorción de la superficie de la arcilla modificada puede ser significativamente alterada por esta reacción de sustitución. Los surfactantes reducen grandemente la tensión superficial del agua, lo cual incrementa grandemente la capacidad del agua ionizada para penetrar el suelo. Esto incrementa grandemente la capacidad de compactación del suelo tratado con ROCAMIX, pues por ejemplo las partículas de arcilla son capaces de moverse dentro de la grava más fácilmente. En los suelos tratados con el Sistema la solución ionizada penetra la " doble capa difusa " de agua que rodea las partículas arcillosas. Esto trae más iones cerca de la superficie de las partículas de la arcilla, reemplazando el agua de suspensión previamente cargada electrostaticamente, lo cual provoca que mucha cantidad del agua que previamente estaba unida sea desatada y quede como agua libre. A través de la poderosa acción ionizante de las QACS, el intercambio iónico es inducido en la superficie de las partículas de arcilla. Esto quiere decir que gran parte del agua que normalmente esta unida, después de la aplicación drena a la superficie como agua libre, por eso actúa como un agente deshidratante. Al ser capaz de liberar previamente al agua sujeta, ROCAMIX le proporciona a las partículas de arcillas la posibilidad de colocarse más unidas durante la compactación. Después del tratamiento, el "cojín" de agua electrostáticamente unida que normalmente rodea partículas de la arcilla e impide la compactación óptima, es ahora despedida por la compactación física posibilitando un realineamiento de las partículas de arcilla, por tanto actúa como un apoyo a la extremadamente eficiente compactación. Es decir crea la posibilidad de que la compactación óptima sea alcanzada reduciendo los espacios vacíos y la cantidad de agua en la arcilla. La maximización de la compresión se logra mediante un aumento del entrelazamiento entre las partículas de arcilla, lo cual es resultado del realineamiento de las partículas, siendo unidas fuertemente. El proceso inducido de intercambio iónico es permanente, el cual permanentemente reduce la atracción entre agua y arcilla, y por consiguiente reduce permanentemente la posibilidad del Entumecimiento y el Encogimiento. Permanentemente reduce el Índice de Plasticidad de la arcilla. Varias acciones de cohesión (cementantes) tienen lugar en los suelos tratados con QACS, pero estas acciones no son inmediatas, y tienen lugar durante varias semanas, como aglomeraciones, las cuales continúan durante meses. Las QACS alteran sólo la arcilla en el suelo porque sólo las arcillas tienen la estructura molecular con una carga electrostática en la superficie (las arenas, limos y la roca no poseen está característica). Por consiguiente determinando cuando un suelo responde al tratamiento con ROCAMIX es una manera de determinar la cantidad de arcilla, y la naturaleza de la arcilla en el suelo. La determinación del porcentaje de suelo que pasa el tamiz de 75 micrones, y el índice de plasticidad del suelo, nos dará una indicación de la cantidad y el tipo de arcilla en el suelo. CASOS DE ESTUDIO 1. ANALISIS DE RESULTADOS. 1.1. Estudio realizado con el material extraído de la cantera Manuela, en el Mariel El material de la cantera Manuela, en el Mariel tiene una alta plasticidad, dado por lo valores medios de las determinaciones en el laboratorio; Limite Líquido de 41%, Límite Plástico de 16,3% y un Índice Plástico de 24,7%. El análisis granulométrico refleja un alto porcentaje de partículas menores que el tamiz No. 4, sin embargo bajo porcentaje de material más fino que el 200. El suelo clasifica como un A-2-7 (0), una arena uniforme con graduación discontinua. Presenta muy pocos finos inferiores al tamiz 200, con arcilla de alta plasticidad. Se ofrece los resultados del ensayos Proctor, Normal y Modificado, en la figura 8. .



Fig 8

tipo Est (suelo) Est (aditivo) Mod (suelo) Mod (aditivo) 2,54 6,9 0,15 2,2 0,7 10,1 0,7 10,1 1,3 18,8 5,04 10,3 0,2 1,9 1,2 11,7 1,02 9,9 1,8 17,5

CBR 1,7 11,0 11,4 19,9 Tabla 2

Se han obtenido los resultados del Índice CBR para las energías estándar y Modificado, con el suelo natural y el suelo tratado. Los resultados se muestran en la Tabla 2, donde se puede apreciar el incremento de la resistencia para ambos valores de compactación. El suelo natural compactado a energía estándar presenta un bajo índice de CBR (1,7%), sin embargo compactado con el Modificado eleva su resistencia hasta el 11,4%, pero aunque pudiera emplearse como material de subrasante de forma natural, no sería recomendable para tráfico pesado. La incorporación del aditivo provoca un efecto similar que el incremento de la energía, registrándose un aumento del CBR hasta el 11,4%, solo añadiendo aditivo. Cuando se adiciona aditivo y se compacta con el Modificado, entonces el CBR alcanza valores admisibles para tráfico pesado (19,9%).

Fig. 9

La norma 6.1 IC, del 2003, establece tres secciones diferentes de firme (pavimentos), que han de emplearse dependiendo del tipo de tráfico de proyecto: E1; E2 y E3. La tabla 2, muestra los



valores exigidos para estas categorías de explanadas y los valores del módulo de compresibilidad en el segundo ciclo de carga, obtenido del ensayo de carga con placa (NLT-357).

CATEGORIA DE EXPLANADA E1 E2 E3

EV2 (MPa) ≥ 60 ≥ 120 ≥ 300

Tabla 3 La Norma cubana 334-2004 establece también tres categorías de explanadas, de acuerdo al CBR obtenido en la subrasante como valor de diseño. Se clasifican en: Aceptable, media y buena, como se puede ver en la tabla 4.

Clasificación de subrasante Resistencia de diseño Aceptable 5% ≤ CBR < 10%

Media 10% ≤ CBR < 15%

Buena CBR ≥ 15%

Tabla 4 Ascensión capilar. Se preparó un ensayo para medir la ascensión capilar que se produce en las mezclas estabilizadas. Es un ensayo sencillo que persigue conocer como asciende el agua a través del material y el tiempo que pueden permanecer bajo la influencia del agua sin desmoronarse o sufrir afectaciones importantes. Se ejecutó el ensayo con muestras de diferentes tiempos de curado: 7, 14 y 28 días. La figura 10 contiene algunos de estos resultados, después de ser sometidas a la acción del agua por 24 horas.

Las muestras de suelo natural se desintegraron a las dos horas, mientras que las muestras con aditivo resistieron la influencia del agua. Fueron sometidas al ensayo después de haber sido curadas a 7, 14 o 28 días, y en todos los casos incrementaron su peso, por la presencia de humedad, sin desintegrarse. No se apreciaron, sin embargo, influencia significativa del tiempo de curado, por lo que se supone que, aunque existe ascensión capilar, el curado de 7 días es un tiempo suficiente para que las muestras hayan adquirido la necesaria resistencia a la acción de la humedad. La figura 11 representa el incremento de peso que han tenido las probetas estabilizadas químicamente, que han sido sometidas al proceso de ascensión capilar. Como se observa claramente, la pendiente de variación del peso la humedad se reduce con los días de curado, lo que evidencia la importancia del tiempo de curado en la mejora de las características de la mezcla.

Figura 10. Ensayo de ascensión capilar.



Fig. 11

Var3 = 3,0721+1,0545*x-0,299*y+0,0105*x*x-0,0113*x*y+0,0059*y*y

> 14 < 14 < 12 < 10 < 8 < 6 < 4 < 2 < 0 < -2

Fig. 12



Resistencia a compresión axial

qu (k

Pa)

suelo natural 7 dias 14 dias 28 dias

Dias de curado

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

Mean±0,95 Conf. Interval Raw Data

Fig. 13

suelo natural 7 dias 14 dias 28 dias

Dias de curado

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

qu (k

Pa)

Mean Mean±0,95 Conf. Interval

Fig. 14

El suelo procedente de la Cantera La Manuela que clasifica como un A-2-7 (0), en el Mariel; mejoró sus propiedades mecánicas de manera significativa, con la aplicación del aditivo. Se demostró con estos trabajos que, además de una mezcla resistente, se obtiene también apreciable reducción en la



absorción por capilaridad, con lo cual el suelo se hace más resistente a los efectos destructivos del agua.

1.2. Estudio realizado con el material extraído de la Formación Vía Blanca. En otra investigación se compararon los resultados de la aplicación del aditivo en suelos arcillosos1. Para ellos se efectuaron pruebas con el empleo del Rocamix en un suelo de la Formación Vía Blanca, con una granulometría y plasticidad tal que permiten clasificarlo como un suelo A-7-6 (20), según el Sistema de Clasificación AASTHO; una arcilla de alta compresibilidad y alto cambio de volumen y de acuerdo al Sistema SUCS, como un suelo CH, arcilla de alta compresibilidad. El LL promedio de las muestras ensayadas es de 68%, mientras que el LP es de 29%, para un IP del 39%. Los resultados del ensayo del Hidrómetro, 0,074mm, se muestran en la tabla 5. Como se observa, el contenido de arcilla se encuentra en un orden del 25%.

Tabla 5. Análisis granulométrico a las partículas menores al tamiz 200.

Ensayo del Hidrómetro.

En la investigación se incorporó un porcentaje de aditivo de 1,5% y 2% de cemento respecto al peso de suelo. También se analizó la influencia de la energía de compactación, utilizando dos energías diferentes, estándar y modificado. 1.2.1 Ensayos de CBR. La figura 15 muestra los resultados del CBR, para el suelo natural, con las energías estándar y modificadas. Como se puede comprobar la resistencia del suelo es muy baja, inferior a los niveles exigidos para subrasante, aún con la energía del Modificado. Incluso es un suelo que no cumple los valores de material para núcleo de terraplenes. (Mencionar norma española de terraplenes). Los valores del CBR con la adición del Rocamix se pueden ver en la figura 16. Nótese que los valores de CBR se han incrementado hasta valores admisibles, pasando desde 1,2% con el suelo natural hasta 5,6% de CBR, cuando se ha estabilizado, empleando la energía del modificado.

1 Comparación de los resultados de diversos ensayos en suelos arcillosos estabilizados con el nuevo ROCAMIX líquido.



Curva esfuerzo-deformación para el suelo natural y energía estándar.

Curva esfuerzo-deformación para el suelo natural y energía del Modificado.



Fig. 15 Resultados Ensayo CBR para Suelo Natural

Curva esfuerzo-deformación para el suelo estabilizado con Rocamix y energía estándar.

Fig. 16 Resultados Ensayo CBR para Suelo estabilizado con Rocamix y energía estándar



Curva esfuerzo-deformación para el suelo estabilizado con Rocamix y energía del modificado.

Fig. 17 Resultados Ensayo CBR para Suelo estabilizado con Rocamix y energía del modificado

Se comprobó que la adición del Rocamix el suelo incrementa su resistencia de forma apreciable y que la energía aplicada favorece estos resultados, de la misma forma que sucede en otros sistemas de estabilización, observándose que en el caso de la Estabilización del Modificado este suelo arcillosos de baja capacidad portante como Natural, llega a alcanzar un CBR, que le permite su empleo como Subrasante para carreteras. 1.2.2. Resultados del Ensayo de Ascensión Capilar del Suelo de la Formación Vía Blanca estabilizado con el Sistema Rocamix. a) Resultados de los Ensayos de Ascenso Capilar en muestras de suelo preparadas con el miniproctor y compactadas con energía estándar.

Tabla 6. Resultados de la ascensión capilar de las muestras de suelo con energía estándar

Las Muestras confeccionadas con el miniproctor aplicando la energía Proctor Estándar que no contienen aditivo se saturan inmediatamente y se derrumban ofreciendo insignificante diferencia en cuanto al curado pues colapsan finalmente, observar que todas las muestras con aditivo ofrecen una mayor resistencia a la capilaridad pues pesan menos.



b) Resultados de los Ensayos de Ascenso Capilar en muestras de suelo preparadas con el miniproctor y compactadas con energía del proctor modificado.

Tabla 7. Resultados de la ascensión capilar de las muestras de suelo con energía proctor modificado Se puede observar que las muestras con aditivo absorben menos agua que las muestras sin aditivos, observe que en el caso la muestra curada a 28 días los resultados indican que a medida que el curado es mayor en tiempo las muestras absorben menos agua y que con la adición del producto dicha pendiente va disminuyendo pues las muestras con más tiempo de curado ofrecen mayor resistencia a la ascensión capilar.

1.2.3. Resultados del Ensayo de Compresión Simple de un Suelo de la Formación Vía Blanca Estabilizado con el Sistema Rocamix.

Fig. 18 Resultados del ensayo de compresión simple sin y con aditivo para 7 días de curado.





Estos resultados muestran que a medida que adicionamos el aditivo Rocamix líquido el suelo aumenta su resistencia a la compresión axial y que además se hace significativo en la diferencia de energías de compactación de la muestra, se concluye entonces: a) En todas las muestras se observa aumento de la resistencia a compresión axial con la adición del producto Rocamix líquido. b) Los valores de resistencia al esfuerzo axial aumenta de 0.5 kN/m2 a 3.8 kN/m2 de 7 a 14 días de curado y hasta 7.0 kN/m2 a los 28 días de curado para la energía estándar de confección de las muestras con aditivo.



c) Los valores de resistencia al esfuerzo axial aumenta de 9.5 kN/m2 a 10.5 kN/m2 de 7 a 14 días de curado y hasta 20kN/m2 a los 28 días de curado para la energía modificado de confección de las muestras con aditivo. d) Las resistencias aumentan con la adición del producto entre 1.0 kN/m2 y 2.0 kN/m2 para la energía estándar y entre 3.0 kN/m2 y 5.0 kN/m2 para la energía modificado, el aumento es más apreciable para el caso de curado de 28 días. 1.2.4. Conclusiones Suelo Formación Vía Blanca El suelo objeto de estudio después de ser debidamente examinado mediante los ensayos de Granulometría e hidrómetro e índices de plasticidad clasifica como un: SUCS Arcilla de alta compresibilidad (CH) AASHO A-7-6 (20) Arcilla de alta compresibilidad y alto cambio de volumen Por lo que le corresponde una dosificación correspondiente al manual de 2% de cemento + 14.8ml del producto ROCAMIX para 1.0 kg de suelo a estabilizar. 2. El parámetro CBR aumenta significativamente con la adición del producto y con el aumento de energía de compactación con que se confeccionan las muestras. Este parámetro es de gran importancia para el diseño de carreteras pues en los proyectos de confección de bases, subbases y subrasantes es una de las condicionantes de diseño más importante a medir. 3. De forma general las mejoras en las propiedades del suelo con respecto a su ascensión capilar de un suelo estabilizado con Sistema ROCAMIX Líquido se evidencia en la disminución del nivel de ascensión capilar que en este caso fue medido por peso de las probetas. A medida que la muestra se realiza con mayor energía de compactación menos asciende el agua, la adición del producto demuestra que existe menos posibilidad de ascensión capilar y el aumento del tiempo de curado demuestra este efecto pero en menos medida. 4. Aumenta considerablemente la resistencia a la compresión axial con la presencia del aditivo, es más significativo en este parámetro el aumento del tiempo de curado de 7, 14 a 28 días e igualmente asciende la resistencia con el aumento de la energía de compactación.

Conclusiones: De los estudios y análisis realizados podemos afirmar que es factible el empleo del Sistema de Estabilización e Impermeabilización de suelos creado a partir de sales cuaternarias de amonio en la estabilización de suelos que serán utilizados en la conformación del paquete estructural de un pavimento flexible. Se demuestra su efectivo poder en el sustancial mejoramiento de las propiedades de resistencia y permeabilidad de los suelos finos-arcillosos, que por lo general son considerados suelos no aptos para la construcción de pavimentos flexibles y rígidos. Los procesos constructivos y de mantenimiento de pavimentos utilizando el sistema propuesto no requieren de equipos especiales. Hemos podido obtener en este estudio, que su empleo en dos tipos de suelos diferentes permite obtener parámetros de capacidad soportante que satisfacen su empleo como subrasante de carreteras según las Normas españolas, cubanas e incluso la AASHTO. Incluso queda demostrado que su empleo reduce la Permeabilidad del suelo, lo cual es muy ventajoso en la ejecución de obras viales, ya que con ello podemos asegurar que los costos de mantenimiento futuros serán menores. Hay que añadir que esta Tecnología, contribuye a lograr potenciar la protección del medio ambiente, en momentos en que la exigencia mundial en este sentido es cada vez mayor debido a que reduce la necesidad de utilización de fuentes de préstamos que obligan a realizar movimientos de tierras voluminosos que por demás hacen que el consumo de combustibles aumente y con el los costos lógicamente. Este trabajo que presentamos forma parte integrante de un Proyecto de Investigación que se desarrolla en Cuba, con vistas a consolidar el concepto de las ventajas de esta técnica de Estabilización química de suelos, como parte de los esfuerzos que hoy se realizan en función de la Protección del Medio ambiente y la necesidad de reducir los costos de las inversiones, más aún a partir de la reducción del consumo de combustibles fósiles.



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Nuevo Modelo para la Determinación del Factor de Fricción en el régimen de flujo turbulento. New Model for Determining the Friction Factor in turbulent flow regime.

MSc. Ing. Yanán Camaraza Medina

Ingeniero mecánico. Especialista de Proyecto e Ingeniería Empresa de Proyectos de Arquitectura e Ingeniería. EMPAI. Matanzas. Cuba Miembro UNAICC Teléfono: (45) 291802 ext.217 E-mail: [email protected]

Dr. Ing. Osvaldo Fidel García Morales

Universidad de Matanzas “Camilo Cienfuegos”. Cuba

Recibido: 20-05-11 Aceptado: 30-06-11 RESUMEN: En este trabajo se exponen los resultados de la continuidad del proceso investigativo llevado a cabo en el Centro de Estudios de Combustión y Energía , perteneciente a la Facultad de Ingenierías Química y Mecánica de la Universidad de Matanzas, relacionadas con la obtención de modelos adimensionales para la determinación del factor de fricción en el interior de tuberías. La investigación consiste de un análisis de regresión efectuado entre el factor de fricción, el número de Reynolds y la rugosidad relativa, utilizando para este fin datos experimentales reportados por diversos autores, estableciéndose una comparación con la ecuación trascendente del factor de fricción de Colebrook, el modelo más exacto conocido, obteniéndose que no existen diferencias significativas, debido a la alta similitud existente entre los resultados obtenidos a partir de estos modelos en el rango estudiado de los parámetros de trabajo, aunque la divergencia entre los valores experimentales y los obtenidos por el modelo propuesto es ligeramente menor. Palabras Clave: Modelos Adimensionales, Regresión, Factor de Fricción. ABSTRACT:

In this work presents the continuity results of the research conducted , in the Studies Center of Combustion and Energy, belonging to the Faculty of Chemical and Mechanical Engineering, in the University of Matanzas, essentially based on the determination of the friction factor inside pipes. In this, it is obtained a new no dimensional model for determining friction factor that allow required precision without a complex analysis system. The research was done with a regression analysis between friction factor and Reynolds number, relative roughness using experimental data reported by different authors, establishing comparison with the most precise model known: the transcendental equation from Colebrook, concluding that between new model and the most universally used there are not signified differences without is lightly better.

Keywords: Dimensionless Models, Regression, Friction Factor

Introducción:

MSc. Ing. Yanán Camaraza Medina. Nuevo Modelo para la Determinación del factor de fricción en el régimen de flujo turbulento.


El cálculo de la caída de presión por el interior de conductos rectos es una necesidad de muchos cálculos de proyecto o evaluación de instalaciones industriales, el cual se realiza generalmente, a partir de la ecuación de Darcy.

gV

dlfheq

l *2**

2

= (m) (1)

Donde:

gphl *ρ

Δ= es la pérdida de carga (m)

pΔ es la caída de presión en el conducto, Pa.

ρ es la densidad del fluido, kg/m3.

g es la aceleración de la gravedad, m/s2.

f es el factor de fricción de Darcy, adimensional.

l es la longitud del conducto por cuyo interior se mueve el fluido, m.

V es la velocidad del fluido por el interior del conducto, m/s.

eqd es el diámetro equivalente del conducto, m.

Para el caso particular de conductos de sección transversal cilíndrica, el diámetro equivalente es su diámetro interior.

El valor del factor de fricción de Darcy, y la ecuación utilizada para su cálculo, depende del régimen de flujo. En régimen laminar la expresión general desarrollada es la siguiente (Perry et al, 2008):

ReAf = (2)

Donde

A es una constante que depende de la forma geométrica de la sección transversal del conducto, que para el caso de conductos cilíndricos A= 64.

Re es el número adimensional de Reynolds, el cual se calcula como:

νeqdV *

Re = (3)

Donde:

ν es la viscosidad cinemática del fluido, m2/s.

En la denominada zona de transición del régimen turbulento, el factor de fricción es función del



número adimensional de Reynolds Re y de la rugosidad relativa de / , o sea:

)/(Re, def φ=

En la literatura consultada se reportan un grupo notable de ecuaciones explícitas para el cálculo del factor de fricción de Darcy f en tuberías lisas y rugosas para régimen turbulento, dentro de las cuales se destacan las ecuaciones mostradas en la Tabla 1, las cuales poseen una divergencia máxima aproximadamente igual a ± 30 % al comparar los resultados del valor del factor de fricción obtenidos mediante su empleo con los datos experimentales disponibles, según lo reportado por los autores [Chow et al, 1981], [Crane, 1989], [Fernández Diez, 2000], [Mark, 2001], [Nayyar, 2003], [Shames, 2001], [Wallas, 1999], [Moody, 1959], [Cameron, 1968], [Sámano, 2003], pero tienen como ventaja la facilidad que brindan para determinar el valor numérico del factor de fricción.

El valor de la rugosidad absoluta e , incluido en las anteriores ecuaciones, varía con el material del conducto y con la tecnología de su fabricación. En este trabajo se utilizarán los valores medios a partir de las recomendaciones de la literatura especializada consultada, además se insertarán los valores estipulados por la NC 176-2002, los cuales son reportados en las Tablas # 2 y # 3 respectivamente.

Tabla # 1. Ecuaciones empíricas para la determinación del factor f de Darcy

Ecuación Autor y

referencias

Rango de validez Divergencia máxima (%)

2

9.0Re74.5

7.3ln*325.1

−

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛+= d

ef

(Streeter, 2000)

(4)

810Re5000 ≤≤

61001,0 −≤≤ de

3,21

29,0

Re81,6

7.3*21

−

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+−= d

eLog

f

(Pavlov et al, 1981)

(5)

810Re5000 ≤≤

61001,0 −≤≤ de

2,95

2

9,0Re74,5

7.3*21

−

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛+−= d

eLog

f

Miller citado por (Fox y McDonald, 1995)

(6)

810Re5000 ≤≤

61001,0 −≤≤ de

3,24

211,1

Re9,6

7.3*8,11

−

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛+

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛−= d

eLog

f

Ec. Haaland (Zalen y Haaland, 1983)

(7)

810Re5000 ≤≤

61001,0 −≤≤ de

1,44



. Tabla # 2 Valores de e para distintos materiales de los tubos

Tipo de tubo e (mm)

Tubos de acero sin costura 0.2

Tubos de acero galvanizado 0.125

Tubos de aceros viejos y herrumbrosos 0.67 - 2.0

Tubos de hierro fundido nuevo 0.26

Tubos de hierro fundido usados 1.4 - 2.0

Tubos de aluminio lisos 0.015 - 0.06

Tubo de latón, cobre, plomo, (sin costura ) 0.0015 - 0.01

Tubos de hormigón sin pulir 3 - 9

Tubos de hormigón pulido 0.3 -0.8

Tabla # 3 Valores de e para distintos materiales de los tubos (según la NC 176-2002)

Material del tubo Rango Valores Recomendados Hierro fundido 0,15 a 0,35 0,26 Acero galvanizado 0,07 a 0,23 0,15 Asbesto cemento 0,03 a 0,10 0,07 Cobre 0,01 a 0,05 0,03 Plástico 0,0005 a 0,01 0,003

Colebrook, según [Perry et al, 2008], [Crane, 2004], [Fernández Diez, 2002], [Mark, 2008], [Nayyar, 2003], [Shames, 2001], [Wallas, 1999], [White, 2001], [Vennard, 1988] y [Sámano, 2003], encontró que los resultados de las pruebas experimentales para la zona de transición del régimen turbulento se conglomeraban muy cercanamente a una línea única, la cual es expresada matemáticamente por una ecuación de tipo trascendente, la cual se muestra a continuación:

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛+=

fd

eLog

f Re*51,2

7,31

(8)

Esta ecuación es válida para 810Re4000 ≤≤ y 72 1010*5 −− ≤≤ de .

Sin embargo es conocido, y confirmado a la vez por los experimentos, que en la zona totalmente rugosa el valor numérico del número adimensional de Reynolds deja de ejercer influencia sobre el factor de fricción, dependiendo este solamente de la rugosidad relativa del conducto por el cual circula el fluido.

El valor numérico del número adimensional de Reynolds, a partir del cual el factor de fricción comienza a ser constante puede ser determinado mediante la siguiente expresión,



recomendada por [Kreit et al, 1999], [Crane, 2004], [Fernández Diez, 2000], [Mark, 2008], [Nayyar, 2003], [Shames, 2001], [Wallas, 1999], [White, 2001], [Streeter, 2000], [Sámano, 2003] y [Perry et al, 2008], y con cuyo uso no se incurre en un error numérico superior al 3 %

( ) 125,1*01,550Re

−= d

eCRIT (9)

Existe el criterio por parte de la inmensa mayoría de los autores de prestigio en tema tanto a nivel nacional como internacional, que el número adimensional de Reynolds a partir del cual un fluido cualquiera se encuentra circulando en la zona totalmente rugosa, se puede determinar con una mayor precisión a partir de la siguiente correlación de tipo trascendente:

39200*

Re1 f

de

CRIT

=

(9.1)

El modelo reportado por Colebrook para el cálculo del factor de fricción permite obtener resultados más confiables, ya que, como se afirma, es el de mejor ajuste a los datos que le dieron origen, aunque el error de ajuste a los datos utilizados en su obtención y validación es de %25± , según [White, 2001] y [Nayyar, 2003], y tiene como inconveniente la necesidad de implementar un método de aproximaciones sucesivas para determinar el valor del factor de fricción.

Al comparar los valores del factor de fricción obtenidos por la ecuación de Colebrook y por las ecuaciones reportadas en la Tabla 1 se puede apreciar que existe una divergencia entre estos, pudiendo apreciarse que los valores calculados por la ecuación de Haaland son los de menor divergencia respecto a los brindados por la ecuación de Colebrook.

La ecuación de Colebrook fue representada gráficamente por Moody, en forma de un diagrama de Stanton, el cual puede encontrarse en las siguientes referencias [Chen et al, 1999], [Crane, 2004], [Fernández Diez, 2000], [Mark, 2008], [Nayyar, 2003], [Shames, 2001], [Wallas, 1999], [White, 2001], [Vennard, 1988], [Sámano, 2003], [Streteer, 2000] y [Fox y McDonald, 1995].

Ante la limitante del empleo del método de aproximaciones sucesivas al calcular el valor del factor de fricción por la ecuación de Colebrook y a que los valores de divergencia de las ecuaciones explícitas mostradas en la Tabla 1 respecto a la anterior son aún grandes se ha establecido en este trabajo el objetivo de establecer una ecuación explícita, que sea válida en la zona de transición del régimen turbulento , que permita obtener con facilidad el valor del factor de fricción, cuya divergencia respecto a la ecuación de Colebrook sea menor que el de las ecuaciones anteriormente citadas de la Tabla 1 y cuyo error de ajuste a los datos sea menor del 30%.

Desarrollo:

[Camaraza, 2008] tras la generalización de muchos datos obtenidos a partir de la búsqueda de información sobre el tema [Cameron, 1969], [Wood, 1947], propuso una ecuación para el cálculo del factor f en la zona de transición del régimen turbulento, la cual se expresa de la siguiente forma:

( )2*1BA

f = (10)

Donde:



497,2

*Reln*048,101,012,15,2

−

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛

=d

eA (10.1)

( ) ( )⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛++=

26,18Re

*27,3

Re5,47ln

25,212,1

2d

ed

eB (10.2)

En la ecuación anterior 392,0=A para de≤001,0 y 810*81,1Re4000 ≤≤

La ecuación anterior fue validada con los datos reportados por Halaand y Moody obteniéndose una divergencia máxima del orden del 24.83 %

La ecuación propuesta da valores muy cercanos a los obtenidos por la ecuación de Colebrook, con una divergencia máxima de 0,8 % y promedio de 0,3 %.

El error cometido, por exceso o por defecto, con respecto al valor obtenido a partir del modelo reportado por Colebrook se puede evaluar mediante la siguiente ecuación, con un coeficiente de correlación de 99 %.

100*1 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

fCerror

defectopor es (-) eserror el Siexcesopor es )( eserror el Si +

(11)

Donde: ( ) 2

2

2

*Re3,6

Re*

*36,1

74,13*302,5

−

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛++=

ffd

ed

eLnC (11.1)

Profundizando en el análisis se obtuvo posteriormente [Camaraza y Landa, 2008] una ecuación mejor que la anterior para la determinación del factor de fricción de Darcy, la cual es válida en el mismo intervalo que el modelo de Colebrook, obtenido incrementando nuevos datos a la base utilizada, quedando escrita de la siguiente forma:

2

1

12707,0**2−

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−−=

BA

deLogf (12)

Donde:

( ) ( )⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡++=

26,18Re

*27,3

Re5,47*296,2

25,212,1

21d

ed

eLogA (12.1)

( ) 01.012,15,21 *ReRe* ⎥⎦

⎤⎢⎣⎡ ⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛= d

eLogB (12.2)

Para el caso de tuberías lisas ( )0=de , el factor de fricción de Darcy de la ecuación (12), se

obtiene entonces por la siguiente expresión:



22

Re*2

−

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−=

ALogf (13)

Donde:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

196,3Re*23,8

56,0

2 LogA (13.1)

En múltiples ocasiones en la ingeniería práctica se necesita determinar el caudal para un valor preestablecido de caídas de presión y de diámetro, entonces combinando la ecuación propuesta (12) con la ecuación (1), se obtuvo [Camaraza y Landa, 2008] una nueva ecuación válida en el mismo intervalo que la ecuación (12), la cual permite calcular el caudal necesario para un valor de diámetro y caída de presión preestablecidas, quedando esta nueva ecuación de la siguiente forma:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡

Δ+

Δ= 3

5

**082,3**2707,0***41,48

dPL

deLog

LdPQ ν (14)

Q es el caudal calculado, en sm 3

PΔ es el valor de la caída de presión, en m

L es el valor de la longitud de la tubería, en m

d es el diámetro equivalente de la tubería, en m

La ecuación propuesta, (12), arroja una divergencia máxima de los valores calculados del factor de fricción con respecto a los obtenidos por el modelo de Colebrook del orden de

%144,0± , valor que fue obtenido implementando un algoritmo de cálculo en la herramienta computacional MATLAB 7.0, concebido para la comparación de dos ecuaciones mediante el cálculo de la divergencia de los valores numéricos que estas ofrecen, los que son obtenidos a partir de iguales valores de sus variables independientes. Su representación gráfica se muestra en la figura 1.



Como se observa la divergencia entre estos modelos es pequeña, pero surge la interrogante de cuál de estos modelos representa en mejor medida los datos experimentales que le dieron origen o se utilizan para su validación. Para subsanar este tema se realiza un análisis de validación de ambos modelos para tubos nuevos y limpios, así como para tuberías con tiempo de explotación, utilizando para ello valores almacenados en una base de datos de cerca de 6048 valores creada con los datos reportados por Moody y Halaand, los cuales fueron obtenidos de las referencias anteriormente citadas.

El cálculo del error relativo al validar la ecuación de Colebrook se muestra en la figura 2, obteniéndose un valor máximo de 20.18 %.

Para la ecuación que se investiga se encontró un error máximo de validación del 19.91 %, apreciable en la Figura 3.

De los resultados obtenidos se observa una menor divergencia de los valores obtenidos por la ecuación propuesta con los datos experimentales utilizados en su validación que el alcanzado por el modelo de Colebrook, siendo adicionalmente más sencilla de implementar en un proceso de cálculo dado, por lo que la ecuación investigada y propuesta se recomienda sea utilizada en el rango de valores de rugosidad relativa y de números adimensionales de Reynolds en que fue obtenida y validada.

Si se analiza la ecuación propuesta para diferentes intervalos de Reynolds y rugosidades se



aprecia (Figuras 4, 5, 6, 7, 8, 9,10) que:

1. Existe una excelente aproximación a los valores experimentales en los intervalos de 45 10*2,410 −− << d

e y 510Re3000 ≤≤ , siendo especialmente exacta esta

observación para bajos valores de rugosidad relativa. El error relativo máximo oscila entre 6,12 y 14,53 %, siendo su menor valor de 0,12 %, tendiendo a disminuir en la medida que disminuye la rugosidad relativa, como se muestra en alguna medida en los ejemplos de las Figuras 4,5,6,7,8,9,10, y aumenta con el incremento del valor del número adimensional de Reynolds.

2. Para 510Re≥ se aprecia que la divergencia entre el modelo y los datos comienza a ser grande y se incrementa con el valor del número adimensional de Reynolds, lo que presupone que pudiese ajustarse un modelo más exacto en dicho rango de valores.



Conclusiones:

Se ha obtenido un modelo explícito para la estimación del factor de fricción de Darcy en la zona de transición del régimen turbulento de mejor ajuste a los datos experimentales que le dieron origen que el modelo trascendente obtenido por Colebrook, lo que facilita su aplicación en los cálculos de Ingeniería y permite alcanzar una mayor precisión en la determinación de sus valores numéricos y en los que se deriven a partir del uso de este parámetro en un proceso de cálculo.

La representación matemática del modelo explicito propuesto para la zona de transición es:

2

1

12707,0**2−

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−−=

BA

deLogf

Donde:

( ) ( )⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡++=

26,18Re

*27,3

Re5,47*296,2

25,212,1

21d

ed

eLogA y ( ) 01.012,15,2

1 *ReRe* ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛= d

eLogB

Siendo válido para los intervalos de 810Re4000 ≤≤ y 72 1010*5 −− ≤≤ de

Se ha obtenido una ecuación que permite el cálculo del gasto a partir de los valores de caída de presión, diámetro y longitud de la tubería utilizando el modelo propuesto.

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Diagnóstico de la Tecnología y la Innovación en Empresas Cubanas. Diagnostic Technology and Innovation in Cuban Enterprises.

Ing. Duniel León López. Ingeniero Industrial. Supervisor Empresa Rayonitro. Matanzas. Cuba Telf. (45) 242358 Email: [email protected]


RESUMEN:

La gestión de la tecnología y la innovación (GTI) cobra gran importancia en los momentos actuales, dado el clima “ turbulento y agresivo’” en que se desenvuelven las empresas, donde se necesita ser cada día más competitivos. El presente trabajo, pretende armar al investigador de herramientas que le permitan diagnosticar el estado actual de su organización en cuanto a gestión de la tecnología y la innovación con el objetivo de poder tomar medidas correctivas que lleven a su organización por caminos lo más próximo posible a las empresas líderes en estos aspectos. Comenzamos con una introducción que acerca al lector al tema que se trata. El desarrollo aporta conceptos esenciales que se deben dominar, como tecnología, innovación, ingeniería, ciencia, prospectiva, se dota al investigador de herramientas caracterizadoras del proceso innovador y el manejo de la tecnología como: óptica empresarial, caracterización del paradigma de actuación de la organización, caracterización de la cultura innovadora y análisis del MINGTI (Medidor Integral del Nivel de Gestión de la Tecnología y la Innovación), de este último se exponen las característica que conforman un patrón óptimo, se presentan las expresiones matemáticas para su cálculo así como los diferentes criterios evaluativos, dependiendo del puntaje alcanzado. Además se propone una tabla resumen donde se colocan los resultados de todas las técnicas aplicadas. Palabras Clave: Gestión de la Tecnología, Gestión de la Innovación, Empresas ABSTRACT: Managing technology and innovation (GTI) becomes very important at the present time, given the climate "turbulent and aggressive, '" in which enterprises operate, where you need to be increasingly competitive. This paper aims to arm the researcher with tools to diagnose the current state of your organization in terms of technology management and innovation in order to take corrective measures to bring to your organization in ways as close as possible to leading companies in these areas. We begin with an introduction that brings the reader to the subject in question. The development provides essential concepts to be mastered, such as technology, innovation, engineering, science, foresight, it provides the researcher with tools characterizing the innovation process and technology management as business point of view, characterization of the paradigm of organizational performance characterization,

Ing. Duniel León López. Diagnóstico de la Tecnología y la Innovación en Empresas Cubanas.


innovative culture and analysis MINGTI (Comprehensive Level Meter Management Technology and Innovation), the latter shows the characteristics that make an optimal pattern are presented for calculating mathematical expressions and the different evaluative criteria, depending on the score achieved. It also suggests a summary table where you place the results of all techniques applied.

Keywords: Technology Management, Innovation Management, Business

Introducción:

El entorno empresarial actual se caracteriza por una elevada competitividad, y alta incertidumbre, la Gestión de la Tecnología y la Innovación (GTI) se considera una de las vías fundamentales para lograr el éxito sostenible a mediano y largo plazo, pues para el desarrollo económico en la actualidad, con agentes externos tan “agresivos”, resulta claramente importante el mantener un alto nivel de generación y difusión del conocimiento; así como entender la complejidad de los procesos empresariales para utilizar la GTI de manera más efectiva y beneficiosa, ya que la innovación hoy se ha convertido en un desafío para la empresa, independientemente del área tecnológica y la región donde se encuentre.

La innovación tecnológica en su acepción más general, consiste en la conversión del conocimiento tecnológico en nuevos productos, nuevos servicios o procesos para su introducción en el mercado, así como los cambios tecnológicamente significativos en los productos, servicios y procesos. Por consiguiente, para que se produzca innovación tecnológica no es suficiente la investigación científica, sino que los resultados de ésta lleguen al mercado.

La empresa de clase mundial, se caracteriza por la rápida difusión del conocimiento, la cual depende en gran medida del grado de asociación entre la capacidad de producir conocimientos, de los mecanismos para “distribuirlos” de la manera más amplia posible y de la aptitud de los diversos participantes (individuos, empresas o asociaciones) para absorberlos y utilizarlos. Por ello, la innovación es la combinación de una serie de factores que propician la investigación aplicada o producción de conocimientos.

Las empresas cubanas no están ajenas a este entorno, por el contrario, se encuentran inmersas en un clima aún más “hostil”, con grandes dificultades para adquirir materia prima y equipamiento. Por esto se hace necesario que tengan una adecuada GTI para poder aprovechar al máximo los aportes de la ciencia y la técnica y convertirlos en mayores y mejores producciones y/o servicios.

Desarrollo:

Para poder abordar el tema de la Gestión de la Tecnología y la Información es necesario aclarar algunos conceptos, los cuales se presentan a continuación:

Ciencia: Conocimientos adquiridos metódicamente y expresados mediante conceptos exactos comprobables con la práctica. Por ejemplo la ciencia de los metales establece los materiales conductores de la electricidad, cuestión que puede ser comprobada claramente.

Técnica: Mecanismos concretos y exactos que los seres humanos utilizan para transformar los procesos.

Investigación: La búsqueda de conocimientos científicos nuevos que fundamentan los fenómenos y sucesos que ocurren, analizando propiedades, estructuras y relaciones para formular hipótesis, teorías y leyes. Las investigaciones aplicadas se orientan a la práctica, estudiando métodos y medios para ello.

Desarrollo tecnológico: Utilización de conocimientos científicos para la producción de materiales, dispositivos, procedimientos, sistemas o servicios nuevos y mejorados. Realiza trabajos sistemáticos basados en conocimientos existentes, procedentes de las investigaciones aplicadas y de la experiencia práctica.



Ingeniería: Se encarga del diseño construcción y mejora de equipos procesos y productos, teniendo en cuenta los materiales, la información y la energía requerida para su uso, basado en la ciencia y en el análisis de predecir y evaluar estos sistemas.

Transferencia de tecnología: Es la capacidad de una organización de ceder o captar tecnología para su desarrollo y logro del nivel de competitividad que se exige en los mercados actuales.

Prospectiva: Se considera como el arte con fundamento científico que estudia y provee el futuro. Dentro de esta se utilizan métodos estadísticos y de construcción de escenarios.

Los conceptos de tecnología e innovación por su importancia en la GTI serán abordados con profundidad en próximos epígrafes.

Tecnología: La palabra tecnología, proviene de las palabras griegas “tecné”, que significa “arte” u “oficio”, y “logos”, “conocimiento” o “ciencia”, “área de estudio”, por lo tanto, la tecnología es el estudio de la ciencia de los oficios.

Una definición de tecnología la presenta Roussell (1991). Este autor expresa que: "La tecnología es la aplicación del conocimiento científico e ingenieril a la obtención de un resultado práctico (...) Tecnología es el proceso que capacita a una empresa para decir: ‘Nosotros sabemos cómo aplicar la ciencia/ingeniería a...’ (...)”. Pragmáticamente se suele decir que la tecnóloga es el saber hacer.

Según Burés M. se entiende por tecnología, la aplicación práctica y sistematizada del conocimiento para producir y comercializar bienes y servicios que satisfagan necesidades de los clientes

Innovación: Este concepto, que reviste gran importancia, ha ido evolucionando como se muestra en el cuadro 1

Año Autor Definición

1974

Nelson R.R.

Un cambio que requiere un considerable grado de imaginación y constituye una rotura relativamente profunda con la forma establecida de hacer las cosas y con ello crea fundamentalmente nueva capacidad.

1981

Sherman Gee

Proceso en el cual a partir de una idea, invención o reconocimiento de necesidad se desarrolla un producto, técnica o servicio útil hasta que se ha aceptado comercialmente.

1987 André Piater Una idea transformada en algo vendido o usado.

1995

COM

Es la renovación y la ampliación de la gama de productos y servicios, y de los mercados asociados; la instauración de nuevos métodos de producción, suministro y distribución; la introducción de cambios en la gestión, la organización del trabajo y las calificaciones de los trabajadores.

1996 Roberts Incluye la invención y la explotación técnica y comercial de aquella.

1997 Pavón y Goodman

Conjunto de actividades inscritas en un período de tiempo y lugar que conducen a la introducción con éxito en el mercado, por primera vez, de una idea en forma de nuevos o mejores productos, servicios o técnicas de gestión y organización.

2003

Comisión Europea

Consiste en producir, asimilar y explotar con éxito la novedad en los ámbitos económicos y social

2008

Suárez Mella, R.

La innovación es el rompimiento en tiempo y espacio de un proceso, producto o servicio, que se presenta con una nueva cualidad incremental o radical y que es aceptado por el cliente. Su impacto puede ser económico, social o ambiental.



Fuente: Suárez Mella R.

A continuación se abordarán algunas herramientas que nos permiten diagnosticar el manejo de la tecnología y la innovación. El diagnóstico es muy importante porque permite conocer el estado actual y las barreras que impiden alcanzar el estado deseado, como se muestra en la siguiente figura:

Diagnóstico

Herramientas caracterizadoras del proceso innovador y el manejo de la tecnología

1. Óptica empresarial de la organización para desarrollar el proceso innovador y el manejo de las tecnologías

2. Caracterización del paradigma de actuación de la organización.(Tendencia tradicional o innovadora)

3. Caracterización de la cultura innovadora de la organización

Ópticas empresariales

En el mundo de hoy las empresas presentan dos grandes ópticas:

1. Ópticas de oferta: Es la lógica del productor, conocida como lógica Push o de empuje, donde el gran protagonista es el producto y que parte de un mercado donde la demanda es mayor que la oferta.

2. Ópticas de demanda: Es la lógica del cliente, donde este, es el protagonista, conocida como lógica Pull o de tracción y parte de un mercado donde la oferta es mayor que la demanda.

La relación Oferta - Demanda está muy relacionada con el nivel de competitividad, de ahí que presentemos de forma sintética la evolución que han tenido las empresas en su orientación, valiéndonos de la figura 1.

Estado actual Estado deseado Barreras



1. Orientación a la producción: Si partimos del origen de la producción, podríamos decir que esta es la

primera fase en la orientación empresarial, caracterizada por una gran demanda de los productos. Los productores solo se ocupan de obtener grandes volúmenes de producción, no hay interés en la variedad ni en la calidad pues todo lo que se produce, se vende. El nivel de competitividad es muy bajo.

2. Orientación al producto: Esta etapa también pertenece a la óptica de oferta, con la diferencia de que ya aquí surgen otros competidores que ejercen presión, por lo que es necesario mejorar el producto. En esta etapa aparece el control de la calidad.

3. Orientación a las ventas: Esta es la última fase de la lógica del productor. Ya aquí la oferta es aproximadamente igual a la demanda y existen muchos competidores, por lo que se necesita capacidad de vender y comercializar, desarrollándose los canales de distribución, campañas promocionales y mejoras estéticas del producto. En esta fase se sigue la máxima “ir a la puerta de la casa” o “llevar el producto o servicio al cliente”.

4. Orientación al mercado: Aquí surge un cambio en las ópticas empresariales, existe una fuerte competencia directa, amenazas de competidores potenciales y de productos sustitutivos. El productor tiene que saber qué quiere el cliente, cuánto y en qué momento lo quiere. Se basa en la máxima “el cliente es rey”. Los mercados globales son muy agresivos y de alta incertidumbre. Se requiere un gran poder negociador con proveedores y clientes.

5. Orientación a la sociedad: La competencia es demasiado fuerte con economías de bajo crecimiento. El cliente cada día requiere mas atención y aparecen nuevas exigencias humanas y sociales, incluyendo las ambientales. Por lo que las empresas que no tengan en cuenta estos nuevos valores o atractivos del cliente, no podrán sostenerse en la competencia. El elevado nivel de competitividad lleva en esta fase a utilizar la máxima “el cliente es rey con permiso de todos”. En este nivel se encuentran las empresas líderes mundiales o innovadoras supremas.

Características del modelo empresarial tradicional y el Modelo de innovador

Características tecnológicas de las organizaciones bajo el modelo I.S.I. como práctica tradicional y bajo el modelo de competencia abierto según Pérez, C y Parisco, S (IBREGECYT ‘96)

Características Práctica tradicional Modelo innovador

Estructuras organizativas Jerárquicas. Departamentalizadas. Rígidas

Horizontales. Adaptables

Mercados Estáticos. Conformistas. Homogéneos.

Dinámicos. Exigentes. Heterogéneos.



Productos Estandarizados mundialmente. Longevos.

Adaptados a cada mercado. Volátiles.

Sistemas productivos Grandes. Robustos. Optimizados.

Pequeños. Flexibles. Eficaces.

Operaciones Rutinarias. La introducción de cambios es percibida como una “perturbación” y un riesgo

Sujetas a mejora continua. La experimentación en plantas es estimulada como una oportunidad de aprendizaje.

Cambio técnico

- Incremental

- Radical

Muy poco frecuente. Se practica esencialmente para superar fallas recurrentes en la fluidez del proceso o adaptación al medio local.

Obtenido a través de la adquisición de nuevos procesos o sistemas productivos.

Generado por la búsqueda deliberada de la mejora y la adaptación continua. Se adopta en función de los resultados que es capaz de producir.

Obtenido a través de la formación de alianzas con otras empresas o instituciones.

Fuente de validación del cambio técnico

Organización suplidora de la tecnología.

Socios, proveedores y clientes.

Tecnologías Maduras. Dedicadas. Cambiantes. Específicas.

Conocimiento

- Explícito

- Tácito

Comprobado y patentado. Normalizado y documentado a todo lo largo del proceso productivo.

No se reconoce su valor y, en consecuencia, no se incorpora al “acervo tecnológico de la empresa”.

No necesariamente patentado. Difícil de normalizar y documentar en su totalidad como resultado del cambio constante.

Se reconoce su valor, se explicita y se difunden a toda la población de la empresa para potencial su impacto.

Capital Humano Entrenado para realizar tareas definidas y delimitadas.

Polivalente, multifuncional y dotado de competencias básicas para observar, aprender, comunicar, etc...

Optimización de la tecnología Dirigida hacia la indispensable adaptación al medio de tecnologías ya maduras. Limitada a aspectos técnicos (Procesos productivos y costos).

Inalcanzable con el dinamismo de los mercados. Realizada alrededor de un amplio espectro de actividades en función de obtener ventajas en el mercado.

Marco legal de la transferencia Contrato definido como transacción comercial. Poco espacio para la actitud innovadora sin alterar la estructura de responsabilidades y compromisos.

La transferencia se realiza dentro de un acuerdo más amplio. Espacio para el movimiento bidireccional de experiencias y conocimiento.

Naturaleza de la transferencia Proceso asociado a la instalación de equipos y la adquisición de Know How operativo.

Proceso asociado a la transformación del negocio (Cambio estratégico).



Medición de la cultura innovadora. Adaptación de Tom Peters para empresas cubanas por Dr.C Rogelio Suárez Mella

MI EMPRESA O DEPARTAMENTO ¡ SÍ ¡ A VECES NUNCA

1. Aquí se tolera el fracaso, incluso se considera bueno.

2. Las ideas corren libremente, sin que esta u otra persona (o departamento) las acapare.

3. Estamos dispuestos a intentarlo muchas veces y aceptar que no siempre tendremos éxitos

4. Invertimos mucho tiempo y dinero en la renovación de las instalaciones y las personas.

5. Nos gusta cambiar.

6. Somos amantes de la diversidad.

7. Nuestro producto/servicio es lo máximo y estamos decididos a seguir.

8. No intentamos reinventar la rueda, tomamos las buenas ideas y la probamos rápidamente. .

9. Siempre estamos trabajando con otros, incluso con gente de fuera, en nuevos proyectos, grandes y pequeños.

10. Creemos que cualquiera de nosotros puede ser un gran triunfador.

Fuente: Peters, T. (1998) El circulo de la innovación. Ed. Díaz Santos.

Decisión Clasificadora del instrumento

Respuestas 1 2 3 4 5 6 7 8 7 8 9 10 Categoría innovadora según puntuación

¡SÍ! 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 ≥ 90. Innovador supremo

A VECES 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 60-90 Se esfuerza intensamente por ello

¡NUNCA! 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 50-60 Lo está intentando

< 50 ya tengo mucho trabajo, déjame en paz



Análisis del MINGTI: Medidor Integral del Nivel de Gestión de la Tecnología y la Innovación

El modelo de evaluación del Nivel de Gestión de la Innovación y la tecnología que se presenta en esta investigación parte no solo del análisis de las funciones de la GTI, sino que se establece sobre la base de la integración de las mismas donde se logran establecer 10 variables correspondientes al inventario tecnológico, enriquecimiento tecnológico y el manejo y protección de la tecnología, partiendo de que la vigilancia es una función permanente de la organización para medirnos constantemente de acuerdo a las exigencias del entorno y poder gestionar la tecnología hacia un mejor posicionamiento.

• Características que conforman un patrón óptimo o estado deseado de la GTI y responden a sus funciones:

Función Inventario Tecnológico

1. Correspondencia de las tecnologías de la organización con la evolución y exigencias de los mercados actuales: la empresa cuenta con las tecnologías en concordancia con los servicios que oferta. La utilización sus tecnologías permite brindar los productos y servicios en relación directa a los requerimientos de los clientes, satisfaciendo sus necesidades y superando sus expectativas. Esta es una característica que posibilita medir la calidad de las tecnologías existentes en la empresa.

2. Capacidad tecnológica competitiva para la demanda de la producción y los servicios: se cuenta con la cantidad tecnológica máxima posible en la entidad, que satisface la demanda de productos y servicios con una utilización óptima, aprovechando al máximo y alargando la vida útil de las tecnologías. La tecnología existente responde a los pedidos de los clientes con flexibilidad y capacidad de reacción, permite además mantener una posición ventajosa respecto a la competencia en este sentido.

3. Predominio de tecnologías claves en los procesos esenciales: se cuenta con tecnologías claves, que le permite a la empresa tener ventajas competitivas. Es importante que la empresa tenga identificadas aquellas tecnologías que le aportan grandes beneficios, de manera que estas le permitan ocupar una posición ventajosa entre sus competidores.

Función Enriquecimiento Tecnológico

1. Existencia de tecnologías limpias: se cuentan con tecnologías que no dañan el medioambiente, libres de efecto contaminante o tratan de minimizar el impacto sobre el medio natural. Se puede decir también que no causan prejuicio sobre los componentes naturales del medio, buscando la sustentabilidad. Dentro de ellas se contempla la existencia de sistemas inteligentes de disminución de consumo de energía y de agua, por la importancia de ambos recursos a nivel mundial y el amplio uso que se realiza de ellos en el caso de las instalaciones hoteleras, dados los servicios que se ofertan, se considera una característica importante, además de ser una tendencia muy notable la utilización de estas tecnologías.

2. Liderazgo creativo con énfasis innovador: los líderes con mente abierta, flexible al cambio, razonables a la frescura de las ideas nuevas; conducen a sus subordinados y a su vez a la organización, por el camino de la eficiencia y de la eficacia. Resulta necesario que este conozca el importante rol que desempeña el proceso de innovación y los beneficios que puede aportar a la entidad y sea un exponente activo.

3. Captación y diseminación de la información relevante sobre tecnología e innovación por toda la organización: se obtiene y se convierte de un bien individual a colectivo el conocimiento y la información, en cuanto al desarrollo tecnológico y de la innovación, propiciando la creación de una cultura sobre acerca de la GTI; es valiosísimo el flujo constante de información en la organización y así tenga lugar el vital proceso de retroalimentación a todos los niveles.

4. Oportunidad de superación continua de los trabajadores sobre la innovación y el desarrollo tecnológico: un aspecto importante para que las personas puedan hacer un uso efectivo de la tecnología de que disponen e innovar, es tener el conocimiento y la información necesaria acerca de esto, no basta solo con los deseos o la voluntad para que las personas hagan el mejor esfuerzo, es indispensable mantener actualizados a sus trabajadores, dinamizar su sistema de conocimientos, habilidades y capacidad de inventiva.



5. La empresa acepta el riesgo ante las acciones innovadoras que acomete sistemáticamente: existencia de una cultura empresarial de carácter innovador que propicia la filosofía del cambio sistemático en la organización, admite riesgo en pro de la necesidad de innovar como esencia de no perecer, es compartir información, trabajar con otros y propiciar un ambiente de búsqueda de lo nuevo. La empresa que innova es la que triunfa.

6. La empresa desarrolla proyectos en conjunto con universidades, centros de I&D u otras instituciones: la organización realiza proyectos e investigaciones en conjunto con centros que aporten valor científico y técnico a la misma. Existe una tendencia en el mundo de los negocios a mantener proyectos en conjunto con diferentes centros de investigación, para el tema de la innovación y la tecnología, hecho que es una oportunidad aprovechable como clave de éxito.

Función Manejo y Protección de la Propiedad Intelectual

1. Grado de generación de Propiedad Intelectual por la organización: la capacidad de generar productos del conocimiento es directamente proporcional a un proceso de mejora continua del patrimonio tecnológico de una empresa. La obtención de algún tipo de Propiedad Intelectual por innovaciones o la creación de alguna tecnología es también parte del proceso de enriquecimiento tecnológico, fuente interna para aportar grandes beneficios.

Para ordenar la información en aras de determinar el nivel de GTI, se presenta la tabla siguiente:

No. Variables

(1)

Puntuación

(2)

Peso

(3)

1 Correspondencia de las tecnologías de la organización con la evolución y exigencias de la sociedad mundial actual.

0.14

2 Capacidad tecnológica distintiva para satisfacer la demanda de los servicios.

0.11

3 Predominio de tecnologías claves en los procesos esenciales.

0.18

4 Existencia de tecnologías limpias. 0.14

5 Liderazgo creativo con énfasis innovador.

0.08

6 Captación y diseminación de la información relevante sobre tecnología e innovación por toda la organización.

0.03

7 Oportunidad de superación continúa de los trabajadores sobre la innovación y el desarrollo tecnológico.

0.02

8 La empresa acepta el riesgo ante las acciones innovadoras que acomete sistemáticamente.

0.07

9 Existencia de proyectos en conjunto con universidades, centros de I+D u otras instituciones.

0.05

10 Grado de generación de Propiedad Intelectual por la organización.

0.18

Tabla 1: Variables para la medición del nivel de GTI con sus pesos según grado de importancia. Fuente: El desafío de la innovación, Suárez Mella, R et. al



En la columna 1 se muestran las 10 variables obtenidas utilizando el método de los expertos que constituyen las variables medidoras de la GTI relacionadas con las funciones de inventario y enriquecimiento tecnológico y el manejo y protección de la propiedad intelectual. La columna 2 está relacionada con la evaluación cualitativa o cuantitativa utilizando la escala de Likert (1-5), es decir en esa columna debe reflejarse la puntuación que otorga el grupo evaluador. En la columna 3 se reflejan los pesos de cada variable determinada por los expertos.

El cálculo del indicador sintético MMIINNGGTTII que representa una función de probabilidad, dada por la razón de ocurrencia real de los eventos entre el espacio muestral o estado óptimo de los eventos, se obtiene utilizando una expresión matemática (1), con el objetivo de obtener la evaluación cuantitativa final. El valor que se obtiene se expresa en porcentaje a partir de la puntuación discreta en el intervalo 1≤ x ≤5 (escala Likert), que otorga el grupo evaluador.

Expresión matemática para el cálculo del indicador sintético MMIINNGGTTII

Donde:

MINGTI: Medidor Integral del nivel Gestión de la Tecnología y la Innovación

Vi: valoración del grupo evaluador de las variables

Pi: peso de cada variable

El indicador MINGTI se podrá expresar en porcentaje si utilizamos la expresión siguiente:

• Los diferentes Criterios evaluativos y su puntaje se presentan a continuación:

5_ Totalmente de acuerdo que se realiza una óptima gestión o nniivveell ÓÓppttiimmoo ddee GGTTII

En la organización tiene claramente puntualizado y definido los elementos estratégicos para el desarrollo de la GTI, lo cual es revisado sistemáticamente. Se caracteriza por un fuerte desarrollo tecnológico, contando con tecnologías que los diferencian de las organizaciones similares, aportando ventajas competitivas; la entidad trabaja intensamente en la renovación de su base tecnológica, una vez que con estas no se logra la calidad necesaria de sus servicios para satisfacer las necesidades y superar las expectativas de sus pacientes, además de estar sujetas a constantes mejoras. Se trabaja en mejoras incrementales y se evalúa la introducción de mejoras radicales, por lo que acomete decidida y sistemáticamente innovaciones y proyectos de I&D&i con el objetivo de hacer cada vez más atractivos sus servicios, dada que las exigencias de la sociedad mundial son cada vez mayores.

4_ De acuerdo que se realizan acciones de gestión para alcanzar un nniivveell AAcceeppttaabbllee ddee GGTTII

La organización tiene conocimientos acerca de la relevancia y de desarrollo de la GTI; se cuenta con una planeación tecnológica que le posibilita organizar una serie de variables de carácter tecnológico, pero no un control y proyección total de las mismas; o sea, se tiene una demanda equilibrada a la oferta de sus servicios, pero aún no se alcanza un aprovechamiento máximo de fortalezas y oportunidades en base al enriquecimiento y optimización de sus tecnologías; aunque para esta organización los pronósticos son muy favorables, minimizando también las debilidades y amenazas. Presenta una base tecnológica apropiada, para satisfacer las necesidades de sus pacientes, no obstante no logra asimilar los constantes cambios

n

MINGTI = ∑ (Vi*pi)-1 i=1 4

(1)

MINGTI %=TIH*100 (2)



tecnológicos, con la velocidad que se producen. Se concibe la innovación como importante factor de avance y se esfuerza grandemente por ello.

3_De acuerdo con que se realizan algunas acciones para mejorar los procesos esenciales de servicios pero en desacuerdo en que se alcanza un nniivveell aacceeppttaabbllee ddee GGTTII

La empresa tiene conocimiento de la importancia que requiere la GTI para su desarrollo y buen desempeño, la cual ha dado algunos pasos en la definición de sus debilidades y fortalezas tecnológicas, definición de objetivos, estrategias y algunas acciones para mejorar medidas de rendimiento, permitiendo una mejor orientación de su trabajo y control del mismo, para que la gestión se realice en función de las necesidades de la entidad. Se manejan tecnologías ya maduras, con las cuales se realiza un trabajo de mantenimiento e innovaciones incrementales, con el objetivo de obtener algunas mejoras y alargar su período de vida útil; a la organización le resulta complejo la creación y asimilación de tecnologías para aumentar su excelencia, siendo una empresa que aunque no represente una amenaza potencial para otra, puede mantener niveles estables de operación a partir de estrategias funcionales ya sean precios u otros estudios de mercados para captar segmentos específicos.

2_ En desacuerdo que se realiza una gestión aceptable de la innovación y la tecnología.

La organización tiene conocimiento de la importancia que requiere la GTI vinculada a la gestión integral de la misma, pero no existe una estrategia concreta, estructura para la gestión u otro modo de formalización para desarrollar acciones innovadoras. Las tecnologías se encuentran en el período de envejecimiento, dificultando brindar el servicio a los pacientes, por lo cual no siempre se logra satisfacer las necesidades o superar las expectativas de los mismos. No existe una apropiada cultura innovadora que permita concebir los cambios e innovaciones en función de la mejora y en función de ellos alcanzar resultados satisfactorios.

1_ Totalmente en desacuerdo que existe gestión aceptable de la innovación y la tecnología.

En la organización no se concibe la GTI como factor de excelencia, se piensa solamente como un componente tecnológico que puede mejorar los procesos, pero no vitales, por lo que no se logra hacer análisis, ni proyecciones importantes respecto a la GTI, afectándose entonces la calidad de los servicios, sin poder adaptarse al progreso que se impone, precisado por las necesidades siempre crecientes de las personas. La tecnología con la cual se trabaja va siendo desplazada por otras nuevas y dominantes a nivel internacional, sin embargo en este hospital solo se alcanzan pequeñas mejoras con los escasos cambios e innovaciones que se realizan.

A manera de resumen y para lograr mayor comprensión se muestra el siguiente cuadro resumen:

Herramienta utilizada Evaluación

Ópticas empresariales

Comparación de modelo tradicional y de

competitividad

Cultura innovadora

MINGTI

Fuente: elaboración propia.

Conclusiones:

Se concluye con este trabajo que en los momentos actuales cobra gran importancia en las empresas gestionar la innovación y la tecnología como potentes armas competitivas, dado el clima actual que impera en el mercado. Debe recordarse que para que se produzca innovación tecnológica no es suficiente la investigación científica, sino que los resultados de ésta lleguen al mercado. Por tanto las organizaciones deben difundir rápidamente el conocimiento y distribuirlo de la manera más amplia posible.



Recomendaciones: Del análisis de este trabajo se pueden dejar como recomendaciones: emplear las herramientas descritas con vistas a diagnosticar el estado actual de nuestras organizaciones en cuanto al manejo de tecnología e innovación se refiere para así conocer cuán lejos estamos del estado deseado. Trabajar sobre la cultura innovadora de la empresa, facilitar cursos a los trabajadores, hacer convenios con centros de estudio que permitan vincular la teoría y la práctica de nuevos métodos, diseminar todo lo concerniente a este tema y tratar de mantenerse lo más actualizados posibles, pues la información juega un papel predominante en la adquisición de nuevas tecnologías y formas de hacer. Todo esto se revertirá en resultados positivos para la empresa y sus clientes.

Bibliografía:

1. Comité ejecutivo del consejo de ministro (2007) Decreto 281.Reglamento para la implantación y consolidación del sistema de dirección y gestión empresarial estatal.

2. Escorsa Castells, P. y Valls Pasola, P. (1997) Tecnología e innovación en la Empresa. Edición UPC. Barcelona. España

3. Peters, T. El Círculo de la innovación (1998). Editorial Díaz Santos. España

4. Suárez Mella, R. El desafío de la innovación (2009). Editorial Universitaria. Ciudad de la Habana. Cuba

5. Suárez Mella, R. El Reto (2001). Editorial Academia. Ciudad de la Habana. Cuba

Puentes de Matanzas, valioso testimonio a tener en cuenta en la Gestión Integral del Patrimonio-GIP. Bridges Matanzas, valuable evidence to consider in Integrated Heritage-GIP.

Arq. Ramón Félix Recondo Pérez Arquitecto. Especialista Superior de Proyectos Empresa de Proyectos de Arquitectura e Ingeniería, EMPAI. Matanzas. Cuba Teléfono: (45) 291802 ext.217 E-mail: ramó[email protected]

DrC. Ing. Luis R. González Arestuche Ingeniero Civil. Doctor en Ciencias Técnicas Director de Negocios, Mercadotecnia y Comunicación Profesor Adjunto de la Carrera de Ingeniería Civil de la UMCC. Cuba Empresa de Proyectos de Arquitectura e Ingeniería, EMPAI. Matanzas. Cuba Teléfono: (45) 291802 ext. 204 Email: [email protected]


RESUMEN:

Matanzas presenta particularidades únicas para Cuba y en nuestra región geográfica, por la entronizada fusión alcanzada entre sus privilegios naturales y el medio físico construido. En ella, la naturaleza y la obra del hombre se fundieron para siempre; su espléndida bahía se entrega a toda la ciudad, acogiendo en su interior las aguas de sus ríos, generadores de puentes.

La fundación y desarrollo de la ciudad, entre y extra ríos, bordeando una hermosa y abierta bahía, con extensa longitud de áreas costeras, que favorecen el disfrute de un envidiable e inigualable paisaje, pero que hacen vulnerable la obra del hombre, sobre todo y en mayor alcance, al envejecido y descuidado patrimonio, incapaz de enfrentar hoy con decoro los efectos directos de ciclones, vientos, lluvias, crecidas, inundaciones y mareas de tempestad.

Arq. Ramón Félix Recondo Pérez. Puentes de Matanzas, valioso testimonio a tener en cuenta en la Gestión Integral del Patrimonio-GIP.


Castigada generalmente por fenómenos naturales de moderada intensidad a todo lo largo de su existencia, está llamada, como todas nuestras ciudades patrimoniales, a promover, poner en práctica, chequear y controlar, aplicando una Gestión Integral Patrimonial-GIP a la medida de esta problemática.

La construcción de puentes, ha tenido una connotación especial, y este tipo de obra ingeniera se vincula al desarrollo alcanzado por la ciudad en los siglos XVIII y XIX.

Si para La Habana las fortificaciones fueron la escuela y el taller de quienes la construyeron; sin dudas la construcción de los puentes sobre los ríos que atraviesan la ciudad de Matanzas, se tornó como la mejor academia en la cual se labraron los constructores que legaron a las nuevas generaciones una de las ciudades cubanas de mayor significación urbano-arquitectónica.

Nuestros puentes, son testimonios indisolubles de imagen e identidad, además de haber sido testigos vivos de sus raíces e historia, llegando a constituir hitos significativos de su memoria viva: tangible e intangible.

Son todas estas consideraciones, el recuerdo de aquellas estructuras que los fenómenos naturales impidieron que hoy disfrutáramos, el amor y respeto a la herencia del pasado, en el tema de los puentes, a aquellos que con orgullo llamamos hoy centenarios, por todo lo que significan para el patrimonio matancero, para Cuba y el mundo, y la responsabilidad que tenemos con la preservación total del patrimonio, son esas las razones que nos impulsaron a realizar este trabajo cuyo objetivo principal se basa en la necesidad de materializar Gestión Integral Patrimonial-GIP eficaz, que profundice en los riesgos y el manejo de los desastres, para no tener que lamentar mañana lo que estamos llamados a hacer hoy y no estamos haciendo bien…al menos en materia de preservar nuestro valioso patrimonio, aunque para este caso centremos en los Puentes nuestro caso de estudio. Palabras Claves: Riesgos, Vulnerabilidad, Desastres, Gestión, Patrimonio.

ABSTRACT: Matanzas Cuba has specific and unique to our geographical region, the enthroned privileges fusion achieved between natural and built physical environment. Here, nature and man's work merged forever, its splendid bay is delivered to the city, embracing within the waters of its rivers, bridges generators. The foundation and development of the city, between and extra rivers, and open along a beautiful bay, with extensive length of coastal areas, which promote the enjoyment of an enviable and unique landscape, but it vulnerable man's work, above and to a greater extent, the aging and neglected heritage, unable to face today with decorum direct effects of hurricanes, winds, rains, floods, flooding and storm surges. Usually punished by natural phenomena of moderate intensity throughout its existence, is called, like all our heritage cities, promoting, implementing, checking and control, implementing a comprehensive Wealth Management-GIP to the extent of this problem. The construction of bridges, has a special connotation, and this type of engineering work is linked to the development attained by the city in the eighteenth and nineteenth centuries. If for Havana fortifications were the school and the shop who built, no doubt the construction of bridges over rivers that cross the city of Matanzas, became the best academy in which he carved the builders who bequeathed new generations of Cuban cities most significant urban architecture. Our bridges are testimonies indissoluble image and identity, as well as being living witnesses of their roots and history, coming to constitute significant milestones in his memory alive: tangible and intangible. Are all these considerations, the memory of those structures that prevented the natural phenomena that today I will enjoy the love and respect for the heritage of the past, the issue of the bridges to those who proudly call today centenarians, all what they mean Matanzas for heritage, for Cuba and the world, and the responsibility we have to preserve all the assets, these are the reasons that prompted us to undertake this work whose main objective is based on the need to realize Integrated Wealth-effective IPM a deepening of risk and disaster management, to avoid regret tomorrow what today are called to do and not



doing well ... at least in terms of preserving our rich heritage, but in this case focus on the Bridges our case study.

Keywords: Risk, Vulnerability, Disaster Management, Heritage

Introducción:

Matanzas, ciudad excepcional

Si la Habana se fragua en sus fortificaciones, si la escuela y el taller de sus habitantes fueron las fortificaciones, la escuela y el taller de los matanceros fueron sus puentes.

San Carlos y San Severino de Matanzas fundada en 1693 por el Capitán General Severino de Manzaneda, ciudad con historia y cultura propias, con edificaciones de altos valores patrimoniales y una geografía envidiable, se presentó desde el primer cuarto del siglo XIX, a consecuencia del desarrollo del cultivo del café y de la producción azucarera como el principal emporio económico fuera de la capital de la Isla.

Matanzas contiene elementos en su arquitectura que la cualifican a nivel del país y en su región geográfica; por las construcciones realizadas por afamados arquitectos y contratistas foráneos, o aquí radicados: Julio Sagebién Tavernier, José Ramón Cabrera, José Bartolomé Borrell, Francisco Betancourt, Manuel José Carrerá, Daniel Dall’ Aglio, José Carbó, Juan Francisco Sánchez Bárcena y Pedro Celestino del Pandal y Sánchez. La construcción de puentes en Matanzas, ha tenido de manera permanente una connotación especial, y este tipo de obra ingeniera se vincula al desarrollo alcanzado. Sin dudas la problemática presentada en Matanzas desde su origen, con la construcción de los puentes sobre los ríos que la atraviesan fue la mejor escuela en la cual se labraron los constructores que

legaron al patrimonio del país, una ciudad con un urbanismo y una arquitectura más que significativa. Para entendidos y estudiosos de la ciudad de Matanzas, en nuestro país y fuera de este, ella está destinada a constituirse en la capital cubana del turismo de ciudad. Es pues la capital provincial de un territorio, que a partir de la década de los 90 y a consecuencia de la política nacional desplegada para salir del llamado período especial, enrumbó su economía hacia renglones y ramas no explotadas antes, en toda su extensión. Se ha perfilado como la provincia mayor cultivadora de cítricos y de sus producciones derivadas, de petróleo crudo nacional; y la segunda, en la recepción de turistas. Es también la provincia cubana que cuenta en sus francos: norte y sur, con dos importantes polos turísticos: Varadero y el Humedal de Península de Zapata, respectivamente. Es opinión de los autores, que estos planteamientos refuerzan el hecho, que ya se viene presentando de manera notoria, que es el interés del turista que visita estos dos polos, para conocer en su tránsito desde La Habana a Varadero, o viceversa, o en dirección a otros puntos del centro del país, a la ciudad más característica y notoria de la segunda mitad del siglo XIX en Cuba.

Figura 1. Matanzas contiene elementos en su arquitectura que la cualifican a nivel del país y en su región geográfica



En las condiciones actuales de nuestro país, cobra una vital importancia el desempeño ciudadano y gubernamental en la conservación del patrimonio construido, por lo que la política de protección de las edificaciones, estructuras, monumentos y sitios históricos ante desastres naturales es una asignatura que tiene que ser asumida con mayor disciplina, perseverancia y responsabilidad, no podemos conformarnos con lo realizado hasta hoy, pues las irresponsabilidades objetivas que aceleran cada día más los cambios climáticos, han propiciado la ocurrencia y mayor frecuencia de desastres naturales. Algunas de las principales ciudades cubanas en los últimos 50 años casi no estuvieron sometidas a nuevas acciones constructivas e inversoras en sus centros históricos urbanos, exigidas estas, por la necesaria adaptación de los edificios y uso indiscriminado de la vieja trama urbana, desatado por el incremento poblacional ocurrido en estas estructuras en la etapa planteada, fenómeno que ha contribuido al acelerado deterioro de estas centenarias estructuras. De la misma manera, tampoco se destinaron los presupuestos requeridos para garantizar una efectiva conservación de las superficies edificadas en muchas de estas centenarias urbes históricas, dentro de lo cual Matanzas no es excepción, y esto significa que el patrimonio urbano y edilicio, en la Ciudad de los Puentes Centenarios, esté considerado hoy día entre los más vulnerables de Cuba. El Centro Histórico Urbano de Matanzas-CHUM, valioso testimonio de la historia y de la nacionalidad

cubana, se expresa íntegramente a través de su patrimonio tangible e intangible, razones que justifican y obligan a que se tengan presentes en la materialización, necesaria y urgente, de una política acertada y eficaz de Gestión Integral Patrimonial-GIP, que entre sus objetivos: profundice sobre los aspectos teóricos y prácticos, relacionados con la evaluación de los riesgos de origen natural; indague, sobre la reducción, mitigación, prevención del riesgo y sobre el manejo de desastres en sus fases de respuesta, rehabilitación y reconstrucción. Su enfoque debe dirigirse a comprender y enfrentar este “problema moderno” desde una perspectiva multidisciplinar, interinstitucional, multisectorial y como un tema transversal del proceso de desarrollo. ¹

CARACTERIZACIÓN Y PROBLEMÁTICA

Matanzas, desastres naturales más significativos²

Los desastres naturales más comunes en Matanzas, son los relacionados con los eventos meteorológicos entre los que se

Figura 2. Casa del Dr. Carnot, Médico de los pobres. Templo del Independentismo en Cuba; en sus sótanos recibió Juan Gualberto Gómez la orden de José Martí para el alzamiento en 1895.

Figura 3. Estación de ferrocarril, llamada de Sabanilla (1850), obra del arquitecto Manuel José de Carrera, notable monumento, único de su tipo en Cuba y América, hoy casi en ruinas.

Figura 4. Puente Sánchez Figueras (1916), obra imprescindible para la comunicación entre los barrios de Pueblo Nuevo y Matanzas, estructura vulnerable por su avanzado estado de deterioro. Imagen que recoge un desprendimiento del hormigón, fecha: 27 de marzo 2007.



destacan los reiterados ciclones tropicales; las inundaciones, generalmente provocadas por estos y los sismos que no son eventos meteorológicos pero que también se han dejado sentir en la ciudad. Huracanes y Ciclones. La ciudad de Matanzas posee una frecuencia ciclónica de 4.5 años entre un ciclón y otro, aunque lo anterior es solo una apreciación estadística. Como dato curioso indicamos que el período más largo sin afectación directa sobre la ciudad ocurrió entre septiembre de 1948 y noviembre de 1986, o sea, casi 38 años. La memoria ciclónica más antigua que guarda la historiografía matancera se refiere al huracán de octubre de 1730, cuando la fuerza de ese organismo destruyó gran parte del incipiente núcleo urbano de Matanzas. A partir de dicho año los huracanes más recordados por su nefasta presencia en la ciudad fueron los de octubre de 1768, octubre de 1844, octubre de 1846, octubre de 1870, este último el más famoso y destructivo del siglo XIX, que cerró esta centuria con el de junio de 1892. En el siglo XX, los más importantes son el de octubre de 1910, pero el más recordado es el de septiembre de 1948. Otras incidencias de estos fenómenos ocurrieron en noviembre de 1986 y septiembre de 1998, el cual provocó la última inundación ocurrida en la ciudad en el siglo XX. Ya en este siglo XXI, el más destructivo para la provincia de Matanzas fue el de noviembre del 2001. Sin dudas, todos ellos dejaron huellas en el Patrimonio Histórico Edificado, afectaciones que se fueron acumulando en las estructuras de los puentes matanceros en pie, convertidas en problemas de hoy, pues aún está por materializarse la política de gestión para la conservación de estas importantes estructuras. Inundaciones. Las grandes inundaciones han estado generalmente asociadas al paso previo o durante el azote de un huracán con excepción de la ocurrida en 1953, causada por una hondonada barométrica la cual estaba combinada con grandes centros de bajas presiones que fueron emigrando hacia Cuba, estacionándose permanentemente en la región occidental y provocando torrenciales precipitaciones sobre la ciudad, las mismas se extendieron durante nueve días en los cuales, sin dejar de llover un instante, la intensidad cambiaba con el ritmo solar diario. Los matanceros presenciaron un espectáculo inusitado que conllevó al desborde de los ríos constituyendo este evento el más relevante de su

Figura 5. Trayectoria del ciclón del 7 y 8 de octubre de 1870 muy destructivo para Matanzas por quedar la ciudad en el ala izquierda del organismo, donde el movimiento de traslación se sumó a la circulación ciclónica; murieron 189 personas y las pérdidas se estimaron en más de 7 millones de pesos.

Figura 6. Afectaciones del ciclón de 1948 en la Ermita de Monserrat.

Figura 7. Inundaciones en la Calzada de San Luis, a la bajada del Puente Sánchez Figueras hacia el barrio de Pueblo Nuevo en 1953.



tipo en los últimos 100 años, pero que constituye una amenaza para la cual aún hoy no nos hemos preparado, y de seguro el más afectado será el patrimonio histórico tangible. Sismos. Cuba, aunque relativamente estable en problemas de sismicidad, registró 221 temblores entre 1551 y 1947 según el Dr. Cesar Cruz Bustillo en su folleto “Temblores y terremotos”, editado en Santiago de Cuba en 1958. Estos datos no todo lo actualizados que quisiéramos, por lo limitado de la información para nuestra región, dan una idea de que no somos tan estables, como piensa el cubano, fuera de la región oriental del país. Para tener una idea de su distribución diremos que de estas cifras, 15 temblores corresponden a la región occidental, 7 a la central y los restantes a la zona oriental. Aunque la ciudad de Matanzas se asienta en un área relativamente estable, estos eventos se han dejado sentir, en la misma, en varias ocasiones, desde 1600 hasta 1982, lapso de tiempo en que han ocurrido en la ciudad 14 temblores perceptibles, el 11 de Febrero de 1678 temblor de gran intensidad con origen en Santiago de Cuba sentido en toda la isla; pequeño temblor en 1791; el ligero temblor en la ciudad en 1812; dos el 21 de febrero y el 5 y 8 de marzo de 1843; ligero temblor en 1846; el ocurrido el 7 de Julio de 1852, percibido fuertemente en toda la Isla; el también fuerte temblor que se sintió en la Habana y Matanzas, provocando en esta última un maremoto a la puesta del sol el 3 de Septiembre de 1854; uno de los más

sentidos y mejor estudiados de la historia sísmica cubana en el siglo XIX por el padre Benito Viñes, ocurrido a las 11 de la noche del 22 de enero de 1880, duró de 10 a 12 segundos, y provocó una réplica que se percibió el día 23 y la oscilación fue de suroeste a noroeste; el 11 de Septiembre de 1957 hubo un ligero temblor en Matanzas, la Habana y Pinar del Río. Durante la década del 70 del siglo XX se registraron dos temblores casi imperceptibles en la ciudad y el último de estos fenómenos ocurrió el 16 de diciembre de 1982 que fue captado en todo el occidente cubano. De acuerdo con los estudios realizados por el Centro de Estudio Nacional de Investigaciones Sismológicas-CENAIS, el peligro sísmico para toda la ciudad de Matanzas es de 4 a 7 por ciento. Teniendo en cuenta estos interesantes datos históricos, nos cabe preguntar, ¿estamos preparados para proteger nuestras edificaciones de ayer y del presente de un eventual sismo en la

ciudad? Con toda responsabilidad, tenemos que decir que vemos el fenómeno como si fuera de otros, y es de suma importancia interiorizar las desagradables consecuencias que pueden provocar estos fenómenos en los envejecidos centros históricos urbanos del país, por lo que es de sabios, comenzar a pensar en el problema y sus soluciones posibles en materia de preservación y conservación del patrimonio cultural matancero.

Los Puentes en el siglo XIX, un acercamiento a la evaluación de riesgos

Toda ciudad posee sus cartas credenciales, símbolos a los cuales se le asocia irremisiblemente: un escudo, un accidente geográfico, una edificación o cualquier otro elemento. Matanzas no constituye excepción. Cuando se piensa en ella se evoca su urbanismo y arquitectura, el Valle de Yumurí o la Cueva de Bellamar, se rememoran el Teatro Sauto o la Ermita de Monserrat, los versos de Milanés o de Carilda, pero no hay Matanzas sin sus ríos y sus puentes.

Figura 8. Daños por el terremoto ocurrido en Japón. Marzo del 2011.



Los primeros puentes en la historia de la humanidad se realizaron atando cuerdas y cables de lianas o bejucos en valles estrechos, o colocando troncos para cruzar arroyos o ríos, así surgieron los puentes en su forma más elemental, con un tramo y entre dos apoyos. Se construían balsas con andarivel hasta llegar después a los bongos, puentes flotadores y pontones. Con el paso del tiempo para cruzar un río se colocaban muros o pilastras de piedras y entre estos los troncos. Fue este el origen de los puentes de tramos múltiples. Los diferentes tipos de puentes en la ciudad de Matanzas sufrieron su evolución de esta misma manera, atendiendo al conocimiento que tenía el hombre de las características de los materiales para

fabricarlos, así como de la resistencia a los diferentes esfuerzos a que son sometidos durante su explotación. No es posible contar la historia de Matanzas sin considerar las circunstancias en que aparecieron y desaparecieron cada uno de sus puentes. Después de fundada la ciudad en 1693, debieron transcurrir 29 años para que las autoridades decidieran edificar el primero de ellos, cerca de la desembocadura del San Juan, terminado en 1722 y destruido en 1730. Desde entonces, sobre los ríos Yumurí, San Juan Buey Vaca, Canímar y Bacunayagua, comprendidos en el actual territorio municipal, se edificaron numerosos viaductos para comunicar barrios como Pueblo Nuevo, Matanzas, Versalles, así como vías férreas y carreteras.

Las sucesivas destrucciones de los primeros puentes de la ciudad y su posterior reconstrucción, implicaron para quienes los diseñaron, el conocimiento de aspectos técnicos relacionados con la estática y la resistencia de materiales, para resolver, cada vez mejor, los embates de los huracanes y ciclones que provocaban su colapso ante la fuerza de las aguas y del viento, por lo que, sin temor a equivocarnos, estas acciones constituyen el primer intento de acercamiento y estudio de aspectos teóricos y prácticos relacionados con la evaluación de los riesgos de origen natural. Desde que se constituye el primer Ayuntamiento de Matanzas – 8 de diciembre de 1694 – la mayor preocupación y ocupación de sus gobernantes y

capitulares, fue el problema creado con la situación geográfica de la ciudad, apremiada por la necesidad ineludible de contar con los puentes que garantizaran de manera indispensable las comunicaciones inter – barrios, salvando los obstáculos del caudaloso río San Juan y las más tranquilas y mansas aguas del Yumurí y el Canímar. Veamos y analicemos esta secuencia de fotos de puentes, hoy desaparecidos, que fueron víctimas de los diferentes fenómenos naturales que afectaron la ciudad en el siglo XIX. Nótese que todos ellos, de madera, cantería, metálicos o combinados, excelentemente concebidos, tenían como común cualidad, la de ser puentes de apoyos intermedios en el estrato firme de la sección del río en que se ubicaban, por lo que los fenómenos naturales, fundamentalmente las crecidas de las aguas los afectaban, siendo esta la principal causa de su fallo o destrucción.

Figura 10. Puente sobre el río San Juan, 1774. Plano del proyecto de los pilares y estribos realizado por Joaquín de Peramas.

Figura 9. Vista de la margen este del río San Juan (siglo XIX), Manzana de Oro de la arquitectura doméstica matancera, hoy casi inexistente.



Figura 11. Proyecto de puente sobre el río San Juan, 1801



Figura 12. Proyecto de puente de cantería sobre el río San Juan, realizado por Julio Sagebién, 1826

Figura 13. Proyecto de puente de madera sobre el río San Juan, realizado por Julio Sagebién, 1828.



PUENTES CENTENARIOS DE MATANZAS

Figura 16. Proyecto para un puente de hierro sobre el río San Juan, sin firma ni fecha.

Figura 14. Bello Puente de la Carnicería, de Julio Sagebién, sobre el río San Juan, muy cercano a la Plaza del Mercado. Federico Miahle, Litografía de la Real Sociedad Patriótica, 1839-1842.

Figura 15. Proyecto de puente de madera en la desembocadura del río San Juan.

Figuras 17 – 18. Proyectos de puente sobre el río Canímar, proyectados por Julio Sagebién.



Puente de La Concordia, General Lacret Morlot, en el río Yumurí (1878). Este puente es uno de los más hermosos de la ciudad, proyecto de Pedro Celestino del Pandal y Sánchez se nos presenta con nueve cerchas de hierro dulce que describen un arco escarzano de 36 metros de luz, apoyadas en estribos cerrados de cantería. Su diseño, aunque de menor dimensión, recuerda el puente Triana (1852) en Sevilla, España, proyecto de Gustavo Eiffel. Desde el primero de febrero de 1875 se iniciaron los trabajos con el encauzamiento del río y la hinca de pilotes. La rectificación del cauce se valoró en 9 500 pesos oro. En total la cimentación se alcanzó con 376 pilotes de júcaro de 11 y 16 varas de largo, traídos desde el poblado de Santo Domingo, en Las Villas. La construcción de los estribos duró casi dos años, finalizando el hincado de los 360 pilotes de madera de júcaro al cierre del año 1876. En realidad la obra se terminó completamente el 21 de diciembre de 1878.

Puente de Tirry, Calixto García, sobre el río San Juan (1897). La construcción de este puente se inició en 1896. La dirección facultativa de las obras estuvo a cargo del ingeniero Bernardo de Grandas y Callejas. El montaje se realizó con rodillos para alcanzar el deslizamiento, para ello se utilizaron lanchas o pontones que levantaban sobre ellos los castillejos o aparatos, que debían sustentar las carretillas y que a su vez permitirían la rodadura del puente. Las lanchas se lastraban con agua para ir aumentando o disminuyendo su nivel, de modo que la creciente de la marea no desviase la dirección en que fue colocado el puente para su izaje y posterior montaje. Después de toda una cadena de hechos motivados por dificultades en los trabajos definitivos del montaje, en especial con el remachado de los elementos, su ejecución se reanudó en los últimos meses de 1897, inaugurándose definitivamente en 1899.

Puente Giratorio sobre el río San Juan, en el ferrocarril de acceso al puerto y Puente de Hierro en el río Yumurí (1904). El surgimiento del ferrocarril, en el siglo XIX, introduce nuevas formas para el movimiento de mercancías en la Cuba colonial, hasta esta fecha, todo el mercado del azúcar en Matanzas se realizaba por las vías fluvial y marítima. La construcción de estos puentes aceleró el desarrollo del transporte ferroviario azucarero

en Matanzas, con ello se incrementó la salida y entrada de mercancías por los nuevos muelles de aguas más profundas. Puede expresarse que de su ejecución dependían, los dos medios de transportación más idóneos para la época, el fluvial-marítimo y el ferroviario, condicionante que determinó que el primero de ellos, sobre el río San Juan, girara sobre su base. Por lo que fue considerado como una de las joyas de la ingeniería en Matanzas y el país, único en su tipo hasta nuestros días. Su tipología constructiva se fundamenta como un puente de acero de tablero inferior, con armaduras dependientes (o con techo). Se apoyó sobre una sólida base, de madera y desde 1981, en otra, de hormigón armado. La luz libre del puente se acerca a los 70,0 metros. Este puente y el llamado de hierro sobre el río Yumurí, de estructura metálica con armaduras paralelas y techo, estribos cerrados, y de tramo recto y sencillo fueron inaugurados el 8 de abril de 1904.

Figura 19. Puentes Centenarios de la ciudad de Matanzas



Cuenta la ciudad con otro importante puente, ubicado sobre el río San Juan, el llamado Sánchez Figueras, también objeto de numerosas versiones, hasta el existente, proyectado por el ingeniero Armando Macías López y ejecutado bajo la dirección de Conrado Martínez, se inicia en 1915 y se abre al público el 16 de agosto del siguiente año. Es esta una obra de consideración desde el punto de vista tecnológico pues es el primero de hormigón armado de la provincia, y el segundo del país, amén de que dentro de cinco años – en el 2016 – será el quinto puente centenario en servicio, en la ciudad de Matanzas. En septiembre de 2008 se dio por concluido un importante trabajo de investigación in situ, para determinar el deterioro en su estructura, la cual presenta serios problemas visibles y que preocupan a los ciudadanos que lo atraviesan a diario. Se planteó que en 2009, se iniciarían los trabajos de rehabilitación

para recuperar el estado inicial perdido en un alto número de los elementos estructurales que lo constituyen, pero aún no se materializa la acción interventora, aspecto este, que junto con la falta de acciones de mantenimiento y reparación, no solo en este, sino en todos los demás, propician un alto grado de vulnerabilidad a las acciones y fenómenos naturales a que están sometidos cada día.

Estas obras ingenieras, maravillas de la arquitectura y la ingeniería en la Ciudad de los Puentes Centenarios, además de su valor de uso para servir de vía de enlace, constituyen hitos y referencias; son obras singulares, jerarquizadas cada una en el contexto en que están situadas de forma nítida y con prominencia formal,

A MANERA DE EPILOGO Cuba es un país en el que la arquitectura y la ingeniería han florecido durante siglos, al igual que en Matanzas. Las intervenciones individuales y aquellas que afectan el tejido urbano de una ciudad o región, se ligan a cuestiones relacionadas con: la economía, lo social y político, la estética, lo constructivo y la arquitectura. Las acciones sobre el patrimonio edificado, deben evitar el deterioro de la imagen urbana y la calidad de la vida de los ciudadanos en una ciudad, y la procreación de situaciones y espacios que se conviertan en sitios en los cuales el deterioro de las condiciones higiénico – sanitarias sean mínimos, al igual que se anule la posibilidad de contaminación en las aguas, la pérdida de vegetación importante en parques y riberas de los ríos que la atraviesan, las emanaciones de humo y polvo, los ruidos excesivos por vehículos y los olores indeseables.

La utilización de métodos participativos que potencien la Gestión Integral Patrimonial-GIP y el monitoreo ambiental en el entorno edificado, facilitará el conocimiento y control por las instancias correspondientes del Gobierno, y estimulará a los involucrados en su ocupación en su preocupación y en la autorregulación de los impactos negativos, incluyendo a los medios de difusión masiva y a la población, que tanto tienen por enseñar, divulgar y aprender respectivamente en cuanto a la temática de Conservación del Patrimonio Cultural Histórico.

Figura 20. Puentes Sánchez Figueras, centenario en el 2016.

Figura 21. Excepcional fuerza de los alisios, coincidiendo con el mes de septiembre, mes de mayor fuerza eólica sobre la ciudad. Centro Histórico de Matanzas, al fondo del Teatro Sauto y en las inmediaciones del Puente Giratorio.



Para enjuiciar cualquier actuación en el patrimonio construido se solaparán de manera inobjetable las opiniones de especialistas en las esferas del conocimiento relacionadas con: el arte, la sociología, la geografía, la conservación, la preservación y la intervención arquitectónica. Sin embargo, cabe entonces también la pregunta de cómo es posible llevar a la práctica estas ideas tan variadas para muchos; a veces dispares y contradictorias, entre quienes tienen la posibilidad de decidir y quienes deben acometer los trabajos técnicos y los constructivos, en la solución al problema a resolver. Lo anterior podrá obtenerse de manera más eficaz, creando equipos transdisciplinarios, que afronten las necesidades ciudadanas, en la misma medida que la sociedad defienda la salvaguarda del pasado en todas sus vertientes, aunque fuese desde ángulos diferentes. Vale insistir en la necesidad, de que la preservación juegue su importante papel. No debe permitirse la intervención en edificios, estructuras, monumentos y sitios importantes y con valores históricos o técnicos, si no se cuenta con los presupuestos y materiales requeridos para alcanzar una conservación, que prolongue de manera efectiva, la vida útil del edificio u obra civil. Cualquier modelo de gestión integral que pretenda establecerse en la ciudad, para ser eficaz, debe tener como premisas: • Mejorar la calidad ambiental de los estudios, proyectos y obras. • Programar las actuaciones, incorporando los procedimientos derivados de la aplicación de la

normativa ambiental y cultural vigentes. • Optimizar los costos relacionados con la obra civil y las acciones de carácter medio ambiental que se

deriven. • Utilizar el medio ambiente como un indicador de calidad final de las obras y como valor añadido del

patrimonio construido. La cultura en Matanzas es la síntesis de todas las actividades creadoras de sus pobladores y deberá permitir: • Que se asuma la identidad propia (Matanceridad en nuestro caso). • Que se enriquezca con actos, palabras y sobre todo con obras. • Que los intelectuales, artistas y hombres de ciencia, desempeñen a plenitud su función de

vanguardia, para evitar entonces la vulnerabilidad y degradación ambiental en los entornos …

Conclusiones:

Los que soñamos con erigir la Nueva Atenas, producto del mejor y mayor esfuerzo de intelectuales, profesionales, técnicos y hombres anónimos, que de modo especial nos han legado una excepcional riqueza cultural única no sólo en la isla, sino en la región, y por qué no en toda América, y que no hemos sido capaces de preservar y mantener, impidiendo con ello que ese legado trascienda la historia y las futuras generaciones se sientan orgullosas del quehacer de los pobladores de hoy, como nosotros nos sentimos orgullosos al oír el merecido sobrenombre de Atenas de Cuba, que desde la última mitad del siglo XIX identifica nuestra urbe, no cesaremos en el empeño de creer en “lo imposible”, y por una u otra vía, lograremos recrear en alto vuelo nuestra identidad cultural como testimonio histórico de un presente, que casi en lecho de muerte se empeña en preservar su memoria histórica. De esta manera proponemos como líneas de actuación: • El conocimiento científico detallado del medio natural y cultural del territorio. • El estricto cumplimiento de la legislación patrimonial y ambiental vigente, aplicada no como un mero

trámite administrativo previo a la aprobación de los proyectos, sino como un procedimiento integral aplicable, antes y después de las obras o las intervenciones.

• Propiciar y fomentar la aplicación del modelo de Gestión Integral del Patrimonio. En Matanzas, la conservación del patrimonio cultural y construido constituye un reto, que tiene que ser asumido en el presente, pues de seguro, no tendrá conjugación en el futuro.



La Cultura Integral a la cual nos han convocado y convocan Raúl y Fidel, está llamada a convertirse en realidad en breve período de tiempo. Se trata de un objetivo alcanzable y no se trata de una quimera; no podremos seguir esperando por fórmulas que estén por llegar, “el presente y sus condiciones socioeconómicas necesitan soluciones para hoy, y precisan más que eso, de proyectos integrales para la intervención patrimonial, y/o de preservación, desarrollo comunitario y urbano con un enfoque ambientalista sustentable”, así se elevaría: la gestión comunitaria y de los decisores políticos, la calidad social y ambiental de los asentamientos, la participación y conciencia de la población como expresión máxima de la democracia cubana, manifestada en la protección y conservación de los valores naturales y culturales, la conservación del patrimonio histórico y técnico; y el logro de la sostenibilidad, en las actividades productivas y de servicios, que desarrollan los sujetos comunitarios desde las diferentes entidades sociales o de propiedad personal.

“El patrimonio no es para nosotros la herencia del pasado, sino el préstamo circunstancial que las generaciones venideras nos han hecho. No es mercancía, y ni

siquiera un valor de cambio”. Eusebio Leal Spengler

Para hacer menos vulnerables a la acción de los fenómenos naturales y del hombre, los Puentes de esta ciudad, y en primer orden los que tienen un alto valor patrimonial, se significa: • La creación de una brigada especializada para el mantenimiento y la conservación de puentes en la

ciudad de Matanzas. • La conclusión de la tercera etapa del Viaducto. • El control estricto en la circulación de cargas que puedan resultar excepcionales para algunas de

estas obras. • El control geodésico de las insuficiencias reconocidas para los puentes que han alcanzado estados

límites de consideración, independientemente a las intervenciones realizadas. • La explotación del mayor atributo natural de la ciudad, como ciudad marítima, en el transporte de

pasajeros y el más pesado. • Estudiar la posibilidad de crear un nuevo eje principal en la ciudad, adaptando y reajustando el

tránsito actual, con nuevas soluciones y tratando de excluir la posibilidad de tránsito en la plaza fundacional y el centro histórico urbano.

• La ejecución de otros puentes sobre el río San Juan, dos como mínimo y otro en el Yumurí en la calle Salamanca u otra en esa dirección paralela.

• Proponer el cuidado de los mismos con la incorporación de celadores, diurnos y nocturnos. • Materializar para estas estructuras la Gestión Integral del Patrimonio-GIP.

Referencias bibliográficas:

¹Cardona Arboleda, O.D. “Gestión integral de riesgos y desastres”, Tesis de Doctorado en Ingeniería Civil, Universidad Politécnica de Catalunya, Barcelona, (2003): p. III.

² Pérez Orozco, L.C. “Geografía urbana e histórica de la ciudad de Matanzas”, Matanzas, (2010): p.40-44. Inédito.