RETOS Y PERSPECTIVAS DE LA INGENIERÍA EN ELMARCO DE LA GLOBALIZACIÓN Y LA CRISIS ECONÓMICA

Compilador: Nadia Judith Olaya Coronado

CORPORACIÓN UNIVERSITARIADE LA COSTA CUC

Barranquilla - Colombia - Sur América

ISBN: 978 958 8511 78-8

Edición: Corporación Universitaria de la Costa, CUC Editorial Universitaria de la Costa - EDUCOSTA Calle 58 No. 58 # 55-66 Teléfono: (575) 344 4623 e-mail: educosta@cuc.edu.co

Coordinación Editorial:Perla Isabel Blanco Miranda e-mail: pblanco1@cuc.edu.co

Diseño de Carátula: Factor Creativoe-mail: factorcreativo_73@yahoo.com

Diagramación: Carlos Guillermo Peña Estrada dolores-lopez@hotmail.es

Todos los derechos reservados

3

MES DE LA INGENIERÍA CUC 2009

Retos y Perspectivas de la Ingeniería en el Marco de la Globalización y la Crisis Económica Mundial.

INGENIERÍA AMBIENTAL INGENIERÍA CIVIL

INGENIERIA ELECTRICA INGENIERIA ELECTRONICA

INGENIERIA INDUSTRIAL INGENIERIA DE SISTEMAS

TECNOLOGÍA EN INFORMATICA Y TELECOMUNICACIONES

Barranquilla, Septiembre de 2009

PERSONAL DIRECTIVOCORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA

TITO JOSE CRISSIEN BORREO Rector General

PURA RACEDO VARELA Secretario General

GLORIA CECILIA MORENO GÓMEZ Vicerrectora Académica

HENRY MAURY ARDILA Vicerrector de Investigaciones

JORGE MORENO GÓMEZ Vicerrector de Extensión

JAIME DIAZ ARENAS Vicerrector Administrativo

RODOLFO MAURY ARDILA Vicerrector de Bienestar

HERNANDO ANTEQUERA Vicerrector Financiero

ALFREDO GOMEZ VILLANUEVA Decano Facultad de Arquitectura

JAVIER MORENO JUVINAO Decano Facultad de Ciencias Económicas

ALFREDO PEÑA SALOM Decano Facultad de Derecho (e)

MILDRED PUELLO SCARPATTI Decana Facultad de Psicología (e)

NADIA JUDITH OLAYA CORONADO Decana Facultad de Ingeniería

MARIO MAURY ARDILA Director Departamento de Postgrado

CONSEJO DE FUNDADORESCORPORACION UNIVERSITARIA DE LA COSTA

EDUARDO CRISSIEN SAMPER MARIA ARDILA DE MAURY

MIGUEL ANTEQUERA STAND NULVIA BORRERO BARRAZA RAMIRO MORENO NORIEGA

RODRIGO NIEBLES DE LA CRUZ (q.e.p.d) RUBÉN MAURY PERTUZ (q.e.p.d)

5

FACULTAD DE INGENIERÍA

DECANA NADIA JUDITH OLAYA C. nolaya@cuc.edu.co

DIRECTORES DE PROGRAMA

INGENIERIA AMBIENTAL FAISAL BERNAL HIGUITA fbernal@cuc.edu.coINGENIERIA CIVIL NAYIB MORENO RODRIGUEZ

nmoreno@cuc.edu.coINGENIERIA ELECTRICA MILEN BALBIS MOREJON

mbalbis1@cuc.edu.coINGENIERIA ELECTRÓNICA JAIME VELEZ ZAPATA

jvelez@cuc.edu.coINGENIERIA INDUSTRIAL FAIRUZ OSPINO VALDIRIZ

fospino@cuc.edu.coINGENIERIA DE SISTEMAS EMIRO DE LA HOZ FRANCO

edelahoz@cuc.edu.coTECNOLOGIA EN INFORMÁTICA Y OLGA MARTINEZ PALMERA TELECOMUNICACIONES omartinez@cuc.edu.co

JEFE DE LABORATORIOS ERNESTO CRISSIEN BARRAZA ecrissien@cuc.edu.co

ASISTENTE DE DECANATURA NATALY PUELLO PEREIRA npuello@cuc.edu.co

SECRETARIOS ACADEMICOS HERNANDO CORTES ESCOLAR hcortes@cuc.edu.co MARTHA FERNANDEZ INFANTE mfernandez@cuc.edu.co

COODINADORA DE PRÁCTICAS JELITZA GARRIDO MONROY jgarrido@cuc.edu.co MARIA ANGELICA BARRIOS mbarrios8@cuc.edu.co

SECRETARIAS CECILIA GONZALES ACUÑA cgonzalez@cuc.edu.co YISSETH NAVARRO MARQUEZ ynavarro1@cuc.edu.co

MISIÓN

La Corporación Universitaria de la Costa, CUC, como institución de Educación Superior tiene como misión formar un ciudadano integral bajo el principio de la libertad de pensamiento y pluralismo ideológico, con un alto sentido de responsabilidad en la búsqueda permanente de la excelencia académica e investigativa, utilizando para lograrlo el desarrollo de ciencia, la técnica, la tecnología y la cultura.

VISIÓNSer reconocida por la sociedad como una institución de educación superior de alta calidad y accesible a todos aquellos que cumplan los requerimientos académicos.

PRESENTACION

La globalización es un fenómeno en el que están inmersos todos los procesos sociales, entre ellos la práctica de la ingeniería, por lo que la educación en las universidades debe responder a estas nuevas necesidades, retos y objetivos y tal como lo exigen la apertura y la globalización de mercados, la Región Caribe puede y debe convertirse en el mediano y largo plazo en una zona ideal para la localización y desarrollo de empresas con una alta capacidad de intercambio no solo con el interior del país sino también a nivel mundial. Por consiguiente la educación en el área de la ingeniería debe evolucionar y preparar a los ingenieros para las prácticas en un mundo globalizado.

En la actualidad, tanto las causas de la crisis económica, como sus consecuencias, son motivo de profundas reflexiones y análisis a nivel mundial. La Corporación Universitaria de la Costa CUC a través de la Facultad de Ingeniería, en el Marco del MES DE LA INGENIERÍA CUC 2009 bajo el eslogan “Restos y Perspectivas de la Ingeniería en el Marco de la Globalización y la Crisis Económica Mundial” busca integrar los diferentes saberes y conocimientos en varios escenarios para facilitar la comprensión de lo que realmente implica este proceso en el campo de formación de la ingeniería.

Durante el mes de Septiembre se llevaron a cabo diversas actividades que desde la especificidad de cada área de la ingeniería aportaron por el cumplimiento de este objetivo general, entre ellas, tres jornadas académicas, escenarios propicios para la integración y socialización del conocimiento, que sirvieron de base para entender lo que realmente implica la globalización donde están inmersos todos los procesos sociales, económicos y políticos del mundo actual.

Bajo este enfoque la Jornada Académica 1: “Competitividad empresarial en el marco de la gestión ambiental y la eficiencia energética” liderada por los programas de Ingeniería Ambiental, Ingeniería Eléctrica e Ingeniería Industrial tenía por objetivo propiciar la Integración e intercambio de experiencias de la gestión ambiental y energética en el marco de la competitividad empresarial.

La Jornada Académica 2: “4to Encuentro con las Tecnologías de la Información y las Telecomunicaciones” liderada por los programas de Ingeniería Electrónica, Ingeniería de Sistemas y Tecnología en Informática y Telecomunicaciones tenía por objetivo promover un espacio de reflexión respecto a la apropiación de tecnologías innovadoras aplicadas a procesos de investigación y construcción de conocimiento en el ámbito de los sistemas de información, la electrónica y las telecomunicaciones.

Y finalmente la Jornada Académica 3: “La Innovación y la Investigación en la Ingeniería Civil” buscaba, propiciar espacios para el intercambio de experiencias investigativas con grupos de investigaciones reconocidos y que realizan actividades de investigación similares; conocer el desarrollo investigativo relacionado con las áreas de conocimiento del programa; integrar la académica con el sector productivo de la ciudad, y conocer el desarrollo de infraestructura e industrial de la ciudad, mediante de visitas técnicas realizadas a obras construidas, en construcción y a empresas vinculadas con el sector de la construcción.

EL MES DE LA INGENIERÍA CUC 2009 es el resultado de un gran esfuerzo y un motivo de orgullo para toda nuestra comunidad académica. En esta oportunidad presentaremos a ustedes algunos de los trabajos que fueron presentados en estas tres jornadas, por lo cual agradecemos a sus autores, por compartir sus valiosas experiencias con nosotros.

Quiero aprovechar la oportunidad para manifestar mis más sinceros agradecimientos a todas las personas que han hecho posible este proyecto de Facultad, al Dr. Tito José Crissien Borrero, Rector General y a la Dra. Gloria Cecilia Moreno Vicerrectora Académica por el respaldo a esta propuesta académica y al Ing. Henry Maury Ardila Vicerrector de Investigaciones y a su equipo de trabajo por el continuo apoyo a los procesos académicos y de investigación de la Facultad de Ingeniería.

Igualmente resaltar el apoyo de todas las dependencias de la Corporación Universitaria de la Costa que han aportado desde su quehacer diario para la construcción de este proyecto colectivo que es el MES DE LA INGENIERÍA y finalmente quiero destacar el liderazgo de los Directores de Programa y el apoyo constante de todos los miembros de la Facultad de Ingeniería, docentes, estudiantes y funcionarios que me han acompañado los últimos días y han hecho posible la materialización de esta idea que hace parte del reto de seguir construyendo una Facultad de calidad de todos y para todos.

Nadia Judith Olaya Coronado Decana Facultad de Ingeniería

1. Eficiencia en la Gestión de las Empresas Prestadoras del Servicio de Agua Potable en el departamento del Atlántico

Nadia Judith Olaya Coronado

2. Evaluación del potencial de biodegradación de hidrocarburos totales de petróleo (TPH) en suelos contaminados procedentes de Petrosantander (Colombia) Inc.

María Kopytko - Diana Marcela Ibarra Mojica

3. Aportes Per Cápita de carga contaminante en el sector Rodadero - Gaira del distrito de Santa Marta, Colombia

Tomás Rafael Bolaño Ortiz

4. Generación de residuos sólidos en las playas turísticas del Distrito de Santa Marta. Descripción de un impacto ambiental poco estudiado

Camilo Botero - Orlando Escalante - Diana M. Ovalle

5. Implementación de Opensees para la Modelación No-Lineal de Estructuras en Concreto Reforzado

Hugo Raúl Esquivel Otero - Carlos Alberto Arteta Torrents

6. Compresión, flexión y deformación Unitaria Del Concreto Polimérico Utilizando (Pet) como único aglutinante

Cesar Diego Ortiz Carmona - Wilson Fabián Agudelo Cuevas - Pedro Torrenegra

TABLA DE CONTENIDO

7. Espectros de carga vehicular en carreteras colombianas Fernando Jove Wilches

8. Sensores de Ocupación para el Ahorro de Energía en el Control de Luminarias Eduardo Ramírez

9. Innovación Competitividad y Eficiencia Andrés Felipe Valencia Gómez

10. Abatimiento de óxido nitroso (n2o) planta de ácido nítrico Monómeros Colombo venezolanos S.A.

Jorge Flórez

11. Emprendimiento Verde Carolina Del Valle Lacouture

12. Integración de Dispositivos Móviles con Web Services Mediante el FRAMEWORK JME

Elías Niño – Carlos Ardila

13. HIBÉRNATE: Framework Para El Mapeo De Objetos En Java Carlos Henríquez Miranda

14. Ontologías para la Web Semántica: Caso de Estudio “SSwWS” Wilson Nieto Bernal - Marlon Alberto Piñeres

15. Mashup para localización Geográfica de Redes Sociales Jorge Hernández

16.Comportamiento de Viviendas de Mamposteria de Una y Dos Plantas Bajo Movimientos Sismicos

Nayib Moreno Rodríguez

9

E 1

Nadia Judith Olaya CoronadoAdministradora Ambiental MSc en

Ingeniería

1 Resultados parciales del proyecto de investigación del grupo Biotecnológico Ambiental del programa de Ingeniería Ambiental de la Corporación Universitaria de la Costa CUC.

Resumen.

El presente trabajo se constituye en un punto

de partida para la evaluación de la eficiencia en la Gestión de las Empresas Prestadoras del Servicio de Agua Potable en todo el país y los problemas de índole administra-tivo que se dan dentro de ellos, es-pecíficamente por factores internos como el cambio continuo de personal y la escasez de recursos económicos para el funcionamiento del sistema y por factores externos como la falta de “cultura de pago” de los usuarios, entre otros. A partir de la elaboración de un diagnósti-co se determino la línea base para plantear una propuesta de líneas o estrategias de acción que conlleven al mejoramiento de la gestión de las empresas prestadoras de servicios de agua potable en el Departamento del Atlántico. Lo anterior partiendo del análisis de la problemática es-pecífica originada por las falencias administrativas y gerenciales que se dan dentro del sistema de estos organismos.

Palabras clave:

Gestión Ambiental,

Prestación de Servicios

Públicos.

EFICIENCIA EN LA GESTIÓN DE LAS EMPRESAS PRESTADORAS

DEL SERVICIO DE AGUA POTABLE EN

EL DEPARTAMENTO DEL ATLÁNTICO1

10

Gestión en la Prestación del Servicio de Agua Potable

Tradicionalmente se ha denomi-nado “gestión” a la ejecución o

implementación de políticas (o es-trategias) en tanto que se denomi-naba “administración” a la propia formulación o establecimiento de esas políticas (dicho de otro modo a la función de planificar). En este sentido se utiliza el término cuando se habla de la forma de gestión de los servicios públicos locales, de gestión pública o privada de los servicios públicos, de gestión técnica o administrativa, etc. Sin embargo otros autores prefieren identificar los términos de administración y gestión individualmente2.

El proceso de gestión se da en una organización de cualquier tipo y comprende todas las funciones de:

• Planificación: establecimiento de objetivos, de recursos necesarios para alcanzarlos y de estrategias que regulan la adquisición y la utili-zación de dichos recursos,

• Evaluación y control: actividades que tratan de asegurar la puesta en marcha de las estrategias y su per-manencia eficiente,

• Organización o dirección: asigna-ción de la persona adecuada en el puesto adecuado y con las funciones adecuadas.

Los servicios urbanos son definidos en su mayoría como “servicios públicos3”, esto es, servicios cuyo acceso debe ser estatalmente ga-rantizado a todos aquellos que lo necesitan. Esa garantía implica, por

2 FERNÁNDEZ P., D.V. 1995. “Gestión del Agua Urbana – Abastecimiento y Saneamiento”. Asociación Española de Abastecimiento de Agua y Saneamiento. Colección Senior No 14. Madrid, España. p. 175.

3 DONALD, J.M. ET ALL. 1998. “Desarrollo Sustentable de los Asentamientos Humanos: Logros y Desafíos de las Políticas Habitacionales y Urbanas en América Latina y El Caribe”. Comisión Económica para América Latina y el Caribe. Serie Medio Ambiente y Desarrollo No 7. Santiago, Chile. p. 60.

una parte, una cierta universaliza-ción del acceso a los servicios y, por la otra, una relativa equidad en su distribución cuantitativa y cualita-tivamente. Los servicios así enten-didos son parte de un “derecho de ciudadanía”, que define a los ciuda-danos como “usuarios”, titulares de un derecho público.

Esta definición de los servicios identifica dos actores fundamen-tales: Oferentes y usuarios. Estos actores se vinculan en una relación de derecho público, dentro de meca-nismos estatales de “redistribución” de los recursos. Por detrás, existe una valoración social que, concreta-da políticamente en normas, indica que ciertos bienes (como el agua o la electricidad, por ejemplo) deben ser accesibles al conjunto de la población de manera independiente de sus condiciones económicas par-ticulares, con el fin de que se vean cumplidos sus derechos a condicio-nes de calidad de vida y de bienestar mínimas.

Lo anterior ha originado fuertes discusiones en todos los sectores cuando se habla de quienes deben pagar los costos de la prestación de dichos servicios, sin embargo existe un consenso general sobre que todas las personas deben pagar un costo así sea mínimo por el servicio que recibe y que una de las variables principales para determinar dicho costo es la condición económica en la cual se encuentran los usuarios, además de la cantidad de recursos que esta consumiendo, en este caso volúmenes de agua utilizados.

11

El reto que tienen ante si los servicios de abastecimiento

de agua y saneamiento urbano en este primer decenio del siglo XXI tiene que ver más con los aspectos relativos a su gestión (incluyendo entre ellos a la financiación) que con los puramente tecnológicos, claro esta que sin llegar a despreciarlos. Esta valoración sobre la situación del sector, es ampliamente compartida por todos sus agentes (institucio-nes, empresas, ciudadanos); prueba de ello es la particular atención que los gobiernos le están dando estos últimos años a los temas de organi-zación, gestión y financiación de los servicios de base hídrica; así como el interés creciente de tales temas en los medios académicos y profe-sionales.

La prestación de un servicio implica garantizar que un deter-minado valor de uso se produzca y sea accesible a la población a la que va destinado. Para ello suelen

integrarse las acciones de muchos actores que se vinculan de diferente manera y que tienden a estructu-rarse en un proceso compuesto por fases diferentes y articuladas cuyo resultado debe ser la satisfacción de la necesidad a la que apunta el servicio. En un intento de presentar de manera sencilla ese proceso complejo, podemos mencionar cinco fases fundamentales4

1. La política del servicio, desde la identificación-definición de la necesidad que debe atenderse, el diseño de los lineamientos funda-mentales de sus procesos, la defi-nición de la población objetivo, las condiciones y formas del financia-miento, las condiciones de la pro-ducción, el tipo y condiciones de los productos, las formas de parti-cipación de los actores, etc. Todas estas son decisiones dependientes de la racionalidad económica que jerarquiza ciertos objetos; de la racionalidad política como acumu-lación de poder de los tomadores de decisiones, o del desarrollo de la función ética del estado.

4 JOURAVLEV, A. 2001. “Administración del Agua en América Latina y El Caribe en el Umbral del Siglo XXI”. División de Recursos Naturales e Infraestructura de la CEPAL. Documento de trabajo. Santiago de Chile. Chile. p. 77.

EMPRESAS DE SERVICIOS PUBLICOS

FUENTE DE ABASTECIMIENTO

EXTRACCIÓNPOTABILIZACIÓN

CONDUCCIÓNDISTRIBUCIÓN

AGUA POTABLEA LOS

USUARIOS

AGUA POTABLE EMPRESAS DE SERVICIOS PÚBLICOS: Corresponde a sociedades por accionescuyo objeto es la prestación de los servicios públicos domiciliarios entre los quese cuentan los de acueducto, alcantarillado y aseo, y que se rigen por la ley 142de 1994 y las demás normas que la adicionen, modifiquen o complementen.

1

2

3

12

2. La planificación del servicio, que concreta en planes y programas los criterios definidos política-mente.

3. Laproduccióndelbieneconómico, del valor de uso (agua potable que se distribuye, energía eléctrica de cierta calidad y su distribución, recolección de residuos, trans-porte de personas y mercaderías, etc.) que aporta el servicio. Esto es la combinación de insumos para construir un bien o generar un servicio, su administración, la distribución, la comercialización y el mantenimiento de las condicio-nes para realizar esos procesos. A esta fase le corresponde la apli-cación de procedimientos empre-sariales, como por ejemplo ra-cionalizar la forma de combinar recursos e insumos, etc.

4. Elseguimientodelaprestacióndelservicio, su monitoreo y control, generando información (tanto sobre el proceso de producción como sobre los productos) para el momento siguiente.

5. La evaluación de los productosdelservicioyde losprocesosdeproducción, a partir de la relación entre las definiciones fundamen-tales y las orientaciones políticas y los procesos de producción y los productos, sobre la base de la adecuación a las definiciones y las políticas iniciales, así como las medidas para su modificación si fuese necesario.

A pesar de lo anterior en la gestión de las Empresa prestadoras de servicios públicos en los últimos años se han identificado una serie de situaciones problema que hacen desconfiar de su eficiencia a la hora de prestar el servicio, tal y como se observa en la siguiente gráfica. Procesos deficientes de gestión han generado problemas de índole gerencial, administrativos, comer-ciales, financieros y técnico-opera-tivos que finalmente se traducen en pérdidas comerciales considerables, servicios de baja confiabilidad, con-sumidores insatisfechos y cobertura insuficiente de agua potable.

Perdidas comercia les considerablesServicios de baja confiabilidadConsumidores insatisfechos

Cobertura insuficiente de Agua P.

Procesos def icientes de gestión

Problemascomercialesf inancieros

Problemasgerenciales y

administrat ivos

ProblemasTécnico -operat ivos

Cambios frecuentes de personal y puestos de trabajo

Ingresos disponibles para el funcionamiento de las

Empresas

Proceso de planeación y toma de decisiones inadecuados

Cultura de pago y del buen uso del recurso hídrico

Prácticas operacionales

deficientes

INESTABILIDAD FINANCIERA Y

ADMINISTRATIVA

PROBLEMÁTICA IDENTIFICADA

13

Considerando lo anterior y para iniciar el proceso de fortaleci-

miento de los Empresas Prestado-ras del Servicio de Agua Potable es necesario empezar por reconocer-los como empresas prestadoras del servicio de agua potable y bajo esa óptica promover que los servicios públicos de abastecimiento sean con-fiables y eficientes y que favorezcan la calidad de vida y el ambiente sano de los habitantes.

Se deben considerar además aspectos tales como:

• La implantación de un proceso de planificación estratégica el cual le brinda a una empresa una mayor objetividad en el establecimiento de prioridades y la concentración de recursos hacia esas prioridades.

• La identificación de procedimien-tos que tienen como fin mejorar las prácticas organizativas, técnicas y funcionales habitua-les de las empresas, introducien-do los cambios estructurales y de procedimientos necesarios para el manteniendo de los requisitos esenciales de las normas vigentes y el cumplimiento de las obligacio-nes que tiene con los usuarios del servicio de agua potable.

• Por último para llevar a cabo un proceso eficaz y eficiente de pla-neación y toma de decisiones dentro de las empresas prestado-ras del servicio de agua potable, para esto los indicadores juegan un papel fundamental. Por ello es necesario potenciar mucho más esta tarea en el ejercicio de ad-ministración y gerenciamiento de los sistemas, pero que a la vez se conviertan en instrumentos de evaluación y control para la Admi-nistración Municipal.

De las anteriores premisas generales surgen además acciones muy concretas que fortalecen los procesos de gestión al interior de estas empresas, a continuación se mencionan algunas de ellas:

• Capacitar al personal técnico en el Manejo de sistemas de información y gestión

• Fortalecer la Organización comunita-ria en torno al agua y su participa-ción en el manejo del recurso

• Mejorar tanto la imagen de los servicios Como la comunicación entre y con los Usuarios

• Completar paquetes de computo para La planeación, el diseño y la operación de las Empresas

• Mejorar los procesos de medición, facturación y cobros del servicio

• Aumentar la inversión para la conso-lidación del padrón de usuarios y la recopilación de los datos estadísticos básicos

• Entrenar al personal operativo en Los diversos componentes de la operación

• Elaborar programas integrales de re-cuperación de perdidas

• Gestionar recursos a todos los niveles para la elaboración y puesta en marcha de los planes maestros de las Empresas

• Instalar sistemas de calidad ISO en las Empresas que prestan el Servicio

• Fortalecer el sistema para certificar Equipos y materiales utilizados en la Prestación del servicio

• Brindar capacitación gerencial a los ejecutivos que manejan estos Orga-nismos

• Capacitar al personal en el desarrollo de procesos de planeación dentro de la organización.

14

Finalmente, las Empresas Prestadoras del Servicio de Agua

Potable – actuales y los que se creen en el futuro – deben adopta como meta los principios de buen servicio con calidad y oportuno, continuidad y seguridad en la operación y mantenimiento de la infraestructura, costos eficientes y personal preparado que no este sujeto a cambios administrativos, sino solo a los requerimientos técnicos, administrativos y financieros de los sistemas y de la población beneficiaria.

Es necesario aclarar lo que debe pagar los usuarios y lo que es la participación del gobierno en los costos del agua. Para los usuarios en función de su capacidad de pago (ingresos – gastos) y de lo que están dispuestos a pagar y para el Gobierno en función de sus responsabilidades en la prestación de un servicio público adecuado.

Alcanzar la sustentabilidad de los sistemas hidráulicos significa entre otras características, que los sistemas sean financieramente autosuficientes para poder pagar todos los costos de su operación y mantenimiento, reposición y reemplazo al termino de su vida útil y modernización para que proporcionen un servicio de calidad.

El gobierno (local, regional y nacional) debe guiar y recorrer el camino hacia la autosuficiencia, reconociendo que es conveniente participar en los costos del agua y construir mecanismos para asegurar que el subsidio este bien distribuido, el agua se use eficientemente y la infraestructura se mantenga en buen nivel de operación.

15

M.Sc. María Kopytko, Docente Facultad de Ingeniería Ambiental UPB,

Bucaramanga, Teléfono 6796220 Ext. 478.

E-mail: mkopytko@upbbga.edu.co Ing.Diana Marcela Ibarra

Mojica,Ingeniera Sanitaria y Ambiental,E-mail: dibarramojica@gmail.co

Resumen

Se estudiaron tres suelos con eventos de contaminación con

crudo, ocurridos en diferentes tiempos, en inmediaciones de Campo Payoa, el cual es administrado y explotado por Petrosantander (Colombia) Inc. Los suelos presentaron infiltración rápida y permeabilidad alta, características de suelos arenosos, sin embargo, la capacidad de retención de humedad y la porosidad de éstos, fueron afectadas por el carácter hidrófobo de los hidro-carburos. La relación carbono-nitróge-

no-fósforo, la tempera-tura y el pH de los suelos

contaminados evaluados, pre-sentaron valores óptimos para el

desarrollo de procesos de biorreme-diación. Los mejores resultados de elimi-nación de los hidrocarburos (42.6%), se obtuvieron cuando éstos se trataron por separado, mezclados con suelo limpio, sin la adición del pool microbiológico seleccio-nado de los tres suelos contaminados, y sin pre-tratamiento con biosurfactante, el cual estaba conformado por bacterias del género Serratia. Otro tratamiento desa-rrollado fue la mezcla de los suelos con-taminados, en diferentes proporciones con o sin biosurfactante; y con o sin la adición de pool de microorganismos. En esta serie de ensayos el mejor resultado fue de un 28.6% de remoción de TPH, el cual se obtuvo para la mezcla compuesta por un 50% del suelo con evento de contamina-ción más antigua, 25% de suelo con tiempo de contaminación intermedia y 25 % de suelo recién contaminado. Éste proceso tuvo un pre-tratamiento con biosurfactan-tes durantes una semana, y adición del pool microbiano, al inicio y a la mitad de un periodo de 3 semanas, durante el cual se desarrolló la biodegradación. Aunque para el diseño del tratamiento a escala piloto, se planteó la realización del proceso de remediación de suelos contaminados por separado, sin pre-tratamiento, ni la adición del pool microbiano, se tuvo en cuenta que el mejor proceso en mezcla alcanzó el 3.0% de contenido de TPH sugerido como valor máximo por la norma Lousiana 29B. Además, este tratamiento ofrece benefi-cios adicionales como la eliminación de la transferencia del contaminante a suelo no afectado y que permite tratar un mayor volumen de suelos contaminados.

Palabras clave

Biorremediación, suelos, hidrocar-buros totales de de petróleo (TPH).

EVALUACIÓN DEL POTENCIAL DE

BIODEGRADACIÓN DE HIDROCARBUROS TOTALES

DE PETRÓLEO (TPH) EN SUELOS CONTAMINADOS

PROCEDENTES DE PETROSANTANDER

(COLOMBIA) INC.

16

I. INTRODUCCIÓN

Investigaciones realizadas por el Instituto Americano de Petróleo

(API) señalan entre las principales fuentes de contaminación en explo-taciones petroleras, los lodos de per-foración de tipo inversa y recortes, derrames de tuberías corroídas y tiraderos de desechos aceitosos se-misólidos [1].

Algunos tratamientos físicos y químicos generados para recuperar los terrenos afectados son: la ex-tracción con vapor, lavado, solidi-ficación y estabilización, desorción térmica, separación electrociné-tica, incineración, extracción con solventes, oxido reducción y desha-logenación química. Éstas prácticas, aunque eficientes en el retiro de contaminantes de los suelos, en su mayoría son soluciones temporales o trasladan la problemática a otros medios. Actualmente, la biorre-mediación se perfila como el único método de recuperación de suelos que implica una real transformación de los contaminantes en sustancias inocuas para el medio ambiente, además, resulta ser muy eficiente y económica [2].

En un proceso de degradación de contaminantes con microorganis-mos, su actividad metabólica es manipulada para eliminar determi-nadas sustancias nocivas para el ambiente o convertirlas en especies químicas menos agresivas, redu-ciendo el riesgo ambiental y facili-tando la continuidad de los procesos biodegradativos enzimáticos res-ponsables de la acción autodepura-dora del ambiente [3].

Para que los microorganismos puedan llevar a cabo su acción de-gradadora, se debe garantizar que algunos factores físico-químicos como la humedad, temperatu-ra, aireación y pH, se encuentren dentro de rangos óptimos. Las ne-cesidades de control de estas ca-racterísticas varían en cada suelo, debido a las diferencias entre las propiedades físicas y químicas de los mismos, siendo las propiedades de mayor relevancia la textura, es-tructura, porosidad, permeabilidad, infiltración, densidad, humedad, pH y contenido de nutrientes[4].

El pH es considerado el parámetro químico más importante para llevar a cabo procesos de biodegradación, ya que puede intervenir en la dis-ponibilidad de ciertos nutrientes y por tanto en el desarrollo de orga-nismos vivos en el suelo. En general las bacterias no toleran condiciones muy ácidas por lo que el suelo debe mantener un pH entre 6 y 8[5].

Una vez el crudo llega al suelo, sus compuestos pueden ser arrastrados a aguas superficiales y subterráneas por escorrentía, adheridas a las par-tículas de suelo; o transportados al aire por volatilización, en el caso de los compuestos más livianos [6].

Los hidrocarburos son capaces de disolver los tejidos vegetales, ocasionando una reducción de la transpiración y aumento de la res-piración, que finalmente lleva a la sofocación de la planta. Algunas especies vegetales son capaces de metabolizar y acumular hidrocarbu-ros aromáticos policíclicos (HAPs), pero estos se transforman en com-puestos aún más tóxicos, carcinó-genos y mutagénicos, que fácilmen-

17

te ingresan a la cadena trófica por medio de animales herbívoros. En los animales, la inhalación de los hidrocarburos más volátiles puede generar irritación de las vías respi-ratorias, ocasionando incluso hemo-rragias. La ingestión de derivados del petróleo produce en primera instancia irritación y posteriormen-te destrucción del los epitelios del esófago, estómago e intestinos, siendo la consecuencia mas grave la aparición de gastroenteritis he-morrágica. La impregnación total de la piel de los animales con crudo, puede generar en ellos fenómenos de alteraciones en su regulación térmica al imposibilitar el intercam-bio térmico corporal con el ambiente, ocasionando hipotermia, al no poder retener su calor corporal o hiperter-mia al no poder eliminarlo. El simple contacto con los ojos puede originar desde irritaciones y conjuntivitis, hasta ulceras corneales. En los seres humanos la inhalación o contacto directo con hidrocarburos tienen las mismas consecuencias que para los animales, además pueden pre-sentarse alteraciones temporales o permanentes del sistema nervioso central por la exposición prolongada a compuestos volátiles [7].

Los hidrocarburos comprenden una gama de compuestos que van desde los altamente biodegradables, con estructura molecular simple como los alcanos; hasta los difícilmen-te biodegradables, con estructu-ra molecular más compleja como los compuestos aromáticos. La degradación de los hidrocarburos se encuentra favorecida por gran variedad de microorganismos, los cuales producen enzimas específicas para su descomposición [8].

Uno de los procesos de biorre-mediación de suelos mas frecuen-temente usado en la industria petrolera es el tratamiento en lechos o Landfarming. En éste, los suelos contaminados son dispues-tos en capas no muy profundas, a la cuales se realiza riego y volteos periódicos para estimular la biode-gradación. Con el fin de acelerar aun más el proceso, en ocasiones se agregan al suelo microorganis-mos autóctonos o alóctonos, éstos últimos se encuentran disponibles a través de productos conforma-dos por consorcios microbiológi-cos específicos para la degrada-ción de algunos compuestos, sin embargo no siempre resultan efi-cientes, debido a las dificultades de adaptación de los microorganis-mos al medio o a las interacciones negativas con los microorganismos nativos del mismo.

En la práctica frecuentemente se mezclan los suelos contaminados con suelo limpio con el fin de mejorar las condiciones físico-químicas de los suelos afectados y disminuir la concentración del contaminante principalmente. En revisión biblio-gráfica no se encontraron antece-dentes en el mejoramiento de con-diciones físicas, químicas y micro-biológicas de procesos de biorreme-diación de suelos contaminados con hidrocarburos a partir de la mezcla de éstos, por lo que la presente in-vestigación resulta de gran aporte en el mejoramiento de técnicas de biorremediación, ya que se evita la transferencia del contaminante al suelo limpio; y el aumento del volumen de suelo contaminado en tratamiento.

18

II. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

Problemática a solucionar. El desarrollo de la presente in-

vestigación se centra en algunas áreas contaminadas por derrames de crudo durante explotación petrolera en Campo Payoa, ubicado en la vereda Payoa del municipio de Sabana de Torres, Santander. En la actualidad el Departamento Civil y Ambiental encargado de la Batería Payoa trata los suelos contamina-dos mediante un proceso de Lan-farming, en un sitio acondicionado e impermeabilizado para tal fin, en el que se disponen los suelos contaminados, mezclándolos con suelo limpio con el propósito de estimular la degradación natural de los hidrocarburos. Aunque este tratamiento resulta ser eficiente, implica la transferencia de con-taminante a suelo no afectado; además se reduce la capacidad del sistema para albergar y tratar suelo contaminado originalmente.

Alternativa propuesta en el proyecto. Basándose en la hipótesis de que los suelos con evento de contaminación más antigua poseen gran variedad de microorganismos con un alto grado de adaptación a los hidrocarburos, se planteo la posibilidad de llevar a cabo un proceso de biodegradación de TPH mezclando los suelos con di-ferentes tiempos de contamina-ción, para estimular el proceso, sin transferir contaminantes a suelos no afectados.

Para la realización de dicho tra-tamiento se aislaron y bio-aumen-taron cepas de hongos y bacterias

autóctonas de cada suelo conta-minado en estudio, las cuales se aplicaron posteriormente durante el proceso de biorremediación con el fin de estimular la degradación de los TPHs. Se consideró además la realización de un pre-trata-miento con biosurfactante con el objetivo de mejorar la disponibili-dad de los hidrocarburos para su aprovechamiento por parte de los microorganismos degradadores de los mismos.

III. METODOLOGÍA

El presente estudio se desarro-lló en 4 etapas principales. La

figura 1 ilustra la metodología llevada a cabo durante la investigación.

Inicialmente se realizó muestreo de los suelos objeto de estudio. Durante éste se efectuaron algunas pruebas de campo y la recolec-ción de muestras para análisis fí-sico-químico y microbiológico. Los suelos sometidos a investigación fueron denominados como: suelo uno (S1), con evento de conta-minación más antiguo, suelo dos (S2), con evento de contaminación intermedio y suelo tres (S3), con el evento de contaminación más reciente.

Con el fin de establecer las con-diciones iniciales de cada suelo y su capacidad para el proceso de biodegradación, se determina-ron algunas propiedades físico-químicas como: infiltración, per-meabilidad, temperatura, estruc-tura, textura, porosidad, humedad, capacidad de campo, pH y relación carbono-nitrógeno-fósforo (C:N:P).

19

Posteriormente se aislaron mi-croorganismos autóctonos de

cada suelo, capaces de degradar hi-drocarburos, para lo cual se prepa-raron y sembraron medios de cultivo modificados con soluciones agua-suelo de cada muestra, usando como base agar nutritivo y agar cabeza-corazón, para bacterias; y agar rosa de bengala y extracto de levadura, para hongos. La ino-culación se realizó posteriormente con solución agua-suelo incubada durante 24 horas a 37º C. En total se prepararon e inocularon 96 cajas de cultivo para hongos y bacterias de los tres suelos.

Luego de un periodo de crecimiento de 4 días para las bacterias y cerca de dos semanas para los hongos, los microorganismos que se desarrolla-ron en cada caja de cultivo fueron clasificados de acuerdo a sus ca-racterísticas morfológicas mediante observados macroscópica y micros-cópica (ver fotos 1 y 2).

FOTOS 1 Y 2. AISLAMIENTO DE HONGOS Y BACTERIAS

Con base a las observaciones reali-zadas se seleccionaron algunas cepas de hongos y bacterias de las que se tenía referencia en la literatura, para la utilización en procesos de biodegra-dación de hidrocarburos. Los grupos de hongos y bacterias seleccionados fueron aumentados en medios de cultivo líquidos para posteriormente ser usados en un estudio compara-tivo de biodegradación de TPH en mezcla de los suelos contaminados entre si, y en mezcla de cada unos de los suelos afectados con suelo limpio. En ambos casos se contempló la adición o ausencia del pool micro-biológico aislado de cada uno de los suelos; y la realización o no, de un pre-tratamiento con biosurfactante, conformado por bacterias del género Serratia (ver figura 3).

FIGURA 1. METODOLOGÍA APLICADA EN EL PROYECTO.

20

Donde: S1, S2, S3, suelos con eventos de contaminación

en diferentes tiempos; SL, suelo limpio; M1, M2, M3, microorganis-mos correspondientes a respectivos suelos; MP, pool microbiológico de los tres suelos.

Posteriormente, se caracteri-zó cada una de las mezclas de los suelos iniciando por la capacidad de campo, para lo cual se llevaron a inundación y a las 24 horas se estableció la humedad gravimétri-ca. Adicionalmente, durante una semana se determinó la humedad gravimétrica diaria en cada sistema para establecer la cuerva de perdida de humedad y una curva de contenido de agua (mililitros de agua por kilogramo de suelo seco), versus humedad gravimétrica. Con base a estas curvas se establecie-ron los volúmenes de riego necesa-rios para mantener la humedad de los ensayos entre el 50 y 80% de la capacidad de campo de cada uno, el cual es el rango recomendado por la literatura.

Con el fin de establecer la mezcla de los suelos más favorable para el desarrollo del proceso de biorreme-diación, se realizaron pre-ensayos, usando diferentes proporciones de los tres suelos, como se muestra en la tabla 1. TABLA 1. PROPORCIONES MEZCLAS DE SUELOS CONTAMINADOS

EnsayoProporción de suelo (%)

Suelo 1 Suelo 2 Suelo 3

1 50 25 25

2 25 50 25

3 25 25 50

4 33.3 33.3 33.3

Para reforzar el proceso, simultá-neamente se adicionó a las mezclas de suelo el pool microbiano aislado y bio-aumentado anteriormente. La incorporación del caldo microbiano al proceso se realizó al inicio y en la mitad de un periodo de 3 semanas, durante las cuales se realizaron los pre-ensayos de biodegrada-ción. Para evaluar la eficiencia del proceso se realizó análisis de TPH iniciales (tiempo 0) y finales (a las 3 semanas).

FIGURA 3. ESTUDIO COMPARATIVO DE BIODEGRADACIÓN.

21

La mezcla de suelos contami-nados que mejores resultados

arrojó durante los pre-ensayos se aplicó posteriormente durante el estudio comparativo de biodegra-dación. En ésta etapa se comparó el proceso en mezcla de los suelos con-taminados entre si, con un proceso en el que cada suelo era mezclado con suelo limpio. En ambos casos se introdujeron variables como la realización u omisión de un pre-tra-tamiento con biosurfactante, con-formado por bacterias del género Serratia; y la adición o no de un pool microbiano conformado por bacterias y hongos aislados de los tres suelos.

Teniendo en cuenta que el pre-tratamiento requería de una semana, estos ensayos tuvieron una duración de 3 semanas, en los casos que no se realizó pre-trata-miento; y 4 semanas, cuando se adicionó biosurfactante.

Con el fin de verificar el compor-tamiento del proceso de biodegra-dación de hidrocarburos haciendo mezcla de los suelos contamina-dos, en un mayor tiempo de aplica-ción, finalmente, se llevaron a cabo ensayos durante 6 semanas utili-zando las proporciones de mezcla de los suelos contaminados que mejores remociones de TPH reportó y bajo las condiciones establecidas den los ensayos anteriores como las más favorables para la degra-dación de los hidrocarburos.

IV. RESULTADOS

Las muestras de los suelos objeto de estudio se extrajeron de una zona con las siguientes caracterís-ticas: altura entre los 100 y 300 m.s.n.m.; precipitación media anual de 3089.2 mm/año con temporadas de lluvia y sequía marcadas; y tem-peratura máxima promedio de 27.8º C en el año, la cual resulta favorable para llevar a cabo procesos de bio-rremediación. La tabla 2 muestra los lugares de procedencia de las muestras de suelos y la fecha de ocurrencia de la contaminación de estos.

TABLA 2. PROCEDENCIA SUELOS ESTUDIADOS Y FECHA DE CONTAMINACIÓN

SUELO PROCEDENCIA FECHA DERRAME

S1 Locación La Salina B17 Junio 30 de 2006

S2 Locación Payoa 10 Abril 3 de 2007.

S3 Locación Salinas 48 Manadero*

*Afloramiento natural de crudo.

1. Caracterización físico-química.

Permeabilidad e infiltración. Los resultados obtenidos de permeabi-lidad e infiltración de los suelos objeto de estudio se muestran en la tabla 3.

TABLA 3. PERMEABILIDAD E INFILTRACIÓN DE LOS SUELOS CONTAMINADOS.

SueloVelocidad de

Infiltración (cm/hr)

Clase de infiltración Permeabilidad

S1 29 (muy rápida) FA, A Alta omuy alta

S2 33.44 (muy rápida) FA, A Alta omuy alta

S37.98

(moderadamente rápida)

FA Alta

Donde: FA, suelo franco arenoso; A, suelo arenoso.

22

La velocidad de infiltración rápida y la permeabilidad alta en los

tres suelos analizados sugiere una retención de agua baja o muy baja, por lo que se ve la necesidad de hacerles un riego frecuente durante el proceso de biodegradación de hi-drocarburos para mantener condi-ciones de humedad optimas.

Temperatura. La temperatura al interior de los tres suelos fue similar, de 24º C. Este valor se encuentra dentro del rango referenciado por la literatura para el buen desarrollo de microorganismos (20-35º C).

Estructura. En la figura 4 se aprecia la estructura en bloques del suelo 1, a la que se atribuyen velo-cidades de infiltración relativamente altas y baja retención de humedad.

Los suelos 2 y 3 no presentaron es-tructura definida. El suelo 2 evidenció una composición en granos sueltos, que presupone retención de agua moderada (ver figura 5), mientras que el suelo 3 presentó una confor-mación en masa cohesiva, debido principalmente a la presencia de hi-drocarburos, los cuales alteran sus condiciones naturales de retención de agua y permeabilidad (ver figura 6).

Textura. La textura de cada uno de los suelos estudiados se esta-bleció por el método del hidrómetro y posteriormente por granulome-tría. La tabla 4 muestra los resulta-dos obtenidos durante la prueba de textura con el hidrómetro.

FIGURA 4. ESTRUCTURA S1 FIGURA 5. ESTRUCTURA S2. FIGURA 6. ESTRUCTURA S3

TABLA 4. TEXTURA DE LOS SUELOS CONTAMINADOS POR EL MÉTODO DEL HIDRÓMETRO.

SUELO ARENA(%)

ARCILLA (%)

LIMO (%)

S1 96.2 2.9 0.9

S2 97.5 1.7 0.8

S3 95.3 3.6 1.1

Al comparar los resultados en el triangulo de texturas, los resultados revelaron una textura arenosa para los tres suelos.

Los resultados de la granulome-tría de los suelos contaminados se muestran en la tabla 5 y se ilustran en la gráfica 7, mediante las curvas de textura.

23

TABLA 5. GRANULOMETRÍA DE LOS SUELOS CONTAMINADOS.

Tamiz Nº

% DE SUELO QUE PASA POR EL TAMIZ

S1 S2 S3

4 86,41 92,08 86,4

10 73,37 83,48 73,41

20 55,05 71,88 56,85

40 42,11 53,76 45,88

60 40,97 43,18 38,8

100 38,21 32,96 38,65

200 34,35 28,99 38,49

GRÁFICA 1. CURVAS DE TEXTURA DE LOS SUELOSCONTAMINADOS.

En ninguno de los suelos el material fino superó el 50%, lo

que lo clasifica como suelo arenoso. El suelo 3 presentó una mayor pro-

porción de materiales finos (tamiz 200 en adelante) que el suelo 1 y el suelo 2, por lo que se esperaría una mayor capacidad de retención de agua. Por otra parte, el suelo 1 reportó menor cantidad de gravas finas (tamiz 4 a 10), arenas gruesas (tamiz 10 a 40) y medias (tamiz 40 a 100) que el suelo 2, por lo que su capacidad de campo debería ser media en comparación con los suelos 1 y 2. El suelo 2, presentó el más alto porcentaje de contenido de gravas finas, arenas gruesas y medias, lo que sugeriría que éste tendría la menor retención de agua de los tres suelos.

La textura arenosa de los tres suelos contaminados puede contribuir en el proceso de biorremediación, ya que facilita el acceso de los microorganis-mos a los hidrocarburos, al disminuir la cohesión del material y proporcio-nar además una mejor aireación al interior del suelo, a través de poros de gran tamaño y hendiduras.

Porosidad. En la tabla 6 se encuentran relacionados los datos obtenidos para densidad real y aparente, empleados para la determinación de la porosidad total de cada suelo contaminado.

TABLA 6. DENSIDAD APARENTE, DENSIDAD REAL Y POROSIDAD DE LOS SUELOS CONTAMINADOS.

SUELO DENSIDAD APARENTE

DENSIDADREAL POROSIDAD

S1 1,65 2,38 30,67

S2 1,85 2,128 13,06

S3 1,96 2,22 11,71

Los resultados obtenidos tanto de densidad aparente como de porosidad, clasifican a los tres suelos como suelos compactos, con bajo contenido de materia orgánica. Aunque en ellos se encontró una textura arenosa, característica de un suelo disgrega-ble, se debe tener en cuenta que el carácter hidrófobo de los hidrocarbu-ros presentes en los suelos analizados puede conferirle al suelo mayor im-permeabilidad y dificultar el drenaje del agua a través de sus poros, generando encharcamientos que le proporcionan al suelo una aparente mayor retención de agua.

Humedad. El contenido de humedad se ve reflejada en la humedad gravi-métrica (HG) y la humedad volumé-trica (HV). Los resultados obtenidos para estos parámetros se encuentran resumidos en la tabla 7.

24

El suelo 3 presenta un porcen-taje de humedad a capacidad

de campo superior al suelo 1 y aún mayor con respecto al suelo 2. Dichas diferencias sugieren que la mezcla de los tres suelos podría mejorar las condiciones físicas para el desarrollo de un proceso de biorremediación.

TABLA 7. CONTENIDO DE HUMEDAD DE LOS SUELOS CON-TAMINADOS Y TIPO DE SUELO CARACTERÍSTICO.

SUELO HG (%) HV (%) TIPO DE SUELO

S1 11,4 18,8 Ar, ArA, Ar-L

S2 7,2 13,4 F, FL,L

S3 9,1 17,8 FAr, FArL, FArA

Donde: A, suelo arenoso; Ar, suelo arcilloso; F, suelo franco; FL, suelo franco-limoso; L, suelo limoso.

La clasificación dada a estos suelos según su contenido de humedad, refleja las alteraciones que implica en este medio la presencia de hidro-carburos, ya que tienden a conformar estructuras cohesivas en las que di-fícilmente se drena el agua una vez ésta alcanza el interior de la matriz de suelo, generalmente a través de hendiduras y no necesariamente cavidades porosas.

Capacidad de campo. En la tabla 8 se compilan los resultados obtenidos de humedad gravimétrica a capacidad de campo en los tres suelos evaluados.

TABLA 8. HUMEDAD GRAVIMÉTRICA A CAPACIDAD DE CAMPO DE LOS SUELOS CONTAMINADOS.

SUELO S1 S2 S3

% HG 5,86 2,59 8,34

pH. El pH se determinó mediante el método de dilución 1:1 de suelo-agua (peso - volumen). En la tabla 9 se en-cuentran consignados los valores de pH encontrados en los suelos estu-diados.

TABLA 9. pH EN SUELOS CONTAMINADOS ANALIZADOS.

Suelo S1 S2 S3

pH 6.8 7.3 7.1

Los tres suelos registraron valores de pH cercanos a neutralidad entre 6.5 y 7.5, característico de suelos de praderas sub-húmedas y semi-ári-das. Esta condición de pH favorece el desarrollo de microorganismos y la solubilidad de nutrientes como fósforo, mientras que minimiza el transporte de metales pesados al interior del suelo.

Relación C/N/P. La tabla 10 resume los porcentajes de C, N y P encontrados en los tres suelos y la relación entre si.

TABLA 10. RELACIÓN C/N/P EN LOS TRES SUELOS CON-TAMINADOS.

Suelo Carbono (%)

Nitrógeno (%)

Fósforo (%)

Relación C/N/P

S1 0.58 0.07 0.058 1/0.1/0.1

S2 0.32 0.04 0.037 1/0.1/0.1

S3 0.37 0.035 0.012 1/0.1/0.03

Los tres suelos evaluados pre-sentaron una buena relación C/N/P, semejante a la recomen-dada por la literatura para llevar a cabo procesos de biorremediación (1/0.1/0.01). Vale la pena recalcar que el rango de pH presente en éstos suelos, facilita la disponibili-dad de fósforo en el medio, por lo que es más fácilmente detectable y por tanto puede reflejarse como muy abundante.

TPH. El contenido inicial de TPH en los suelos contaminados se resume en la tabla 11.

25

TABLA 11. CONTENIDO INICIAL DE TPH EN SUELOS CONTAMINADOS

SUELO TPH (%)

S1 6.3

S2 7.8

S3 9.4

El suelo 3 con evento de conta-minación más reciente, presentó el contenido inicial de TPH más alto, seguido en orden descendente por los suelos 2 y 1 respectivamente.

2. Caracterización microbiológica.

Suelo 1. Los tipos de bacterias en-contradas en el suelo 1 se especi-fican en la gráfica 2, en la que se representa la frecuencia de obser-vación de algunas bacterias, clasifi-cadas de acuerdo a su morfología.

GRÁFICA 2. BACTERIAS AISLADAS DEL SUELO 1.

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

Frec

uenc

ia e

n m

uest

ras

(%)

Bacilos G(+) Bacilos G(-)Cocobacilos G (-) Cocos G(+)Diplococos G (-) Estreptococos G(+)Bacterias filamentosas Bacterias delgadas (fusiformis) G(-)

Las bacterias más frecuentemente observadas al microscopio en este suelo, fueron los Cocobacilos Gram negativos, seguidos de los Bacilos Gram positivos y Gram negativos respectivamente. En cerca del 90% de las muestras de Bacilos obser-vadas éstos presentaban endos-poras, las cuales les confieren una mayor resistencia ante eventos de desecación, radiación solar intensa y la presencia de contaminantes.

En cuanto a los hongos, se en-contraron especies como as-

pergillus spp., fusarium spp., penici-llium spp., stenphylium spp., clados-porium spp., helmitosphorium spp., hormodemdrum spp., sin embargo solo algunas cepas de aspergillus spp y cladosporium sp., fueron con-sideradas de interés para el proceso de biodegradación de hidrocarburos.

Suelo2. Dentro de la caracteri-zación microbiológica realizada al suelo dos se observaron frecuente-mente Cocobacilos Gram negativos, seguido por los Bacilos Gram positivos y en menor proporción y orden descendente Bacilos Gram negativos, Cocos Gram positivos y Diplococos Gram positivos (ver gráfica 3). Aunque en menor pro-porción que en el suelo 1, en más del 70% de las muestras de Bacilos observadas éstos presentaron en-dosporas.

Las especies de hongos registradas fueron: aspergillus spp., nigrospora spp., pestalotia spp., penicillium spp., diplosporium spp., cladosporium spp., cephalosporium spp., hormodemdrum spp., clamidosporium spp. y levaduras. Solo cepas de las especies aspergillus spp., cladosporium spp. y las levaduras fueron consideradas de interés para el proceso de biodegradación de los hidrocarburos.

Suelo 3. Como se muestra en la gráfica 4, las bacterias más frecuentemente registradas en éste suelo fueron Cocobacilos Gram negativos, seguido por los Bacilos Gram positivos y en menor cantidad y orden descendente Bacilos Gram negativos, Cocos Gram positivos y Bacterias filamentosas.

26

GRÁFICA 3. BACTERIAS AISLADAS DEL SUELO 2.

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

Fre

cu

en

cia

en

mu

estr

as (

%)

Bacilos G(+) Bacilos G(-) Cocobacilos G (-)Cocos G(+) Diplococos G (+)

GRÁFICA 4. BACTERIAS AISLADAS DEL SUELO 3.

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

Fre

cu

en

cia

en

mu

estr

as (

%)

Bacilos G(+) Bacilos G(-) Cocobacilos G (-)

Cocos G(+) Bacterias filamentosas

En menos del 35% de las muestras de Bacilos aislados del suelo 3, éstos presentaron endosporas. Esta diferencia con respecto a los microorganismos encontrados en los otros dos suelos contaminados, sugiere una menor adaptación de las bacterias presentes en éste suelo, a los hidrocarburos y una menor resistencia de las mismas a condiciones ambientales adversas.

Aunque se encontró una considerable variedad de hongos en el suelo 3, solo se consideraron de interés para la degradación de hidrocarburos algunas cepas de la especie cladosporium spp.

3. Estudio comparativo de biode-gradación de TPH.Volúmenes de riego para las

mezclas de suelos. Al mezclar los suelos contaminados entre si o con suelo limpio, se evidenciaron cambios en la capacidad de campo de los mismos (ver tabla 12).La gráficas 5 muestra las curvas

de pérdida de humedad diaria, elaboradas para cada una de las mezclas de suelos.

TABLA 12. %HG A CAPACIDAD DE CAMPO DE LAS MEZCLAS DE SUELOS.

Suelos por separado

S1 S2 S3 SL

5.86 2.59 8.34 10.8

Mezcla suelos contaminados

S1 50%, S2 25%. S3 25%

S2 50%, S1 25%. S3 25%

S3 50%, S1 25%. S2 25% S1=S2=S3

9.82 7.61 11.50 11.97

Mezcla suelos contaminados con suelo limpio

S1+SL S2+SL S3+SL

13.16 12.18 14.06

GRAFICA 5. CURVAS PERDIDA DE HUMEDAD EN LAS MEZCLAS DE SUELOS

0

2

4

6

8

10

12

14

0 1 2 3 4 5 6 7

Tiempo (días)

HG

(%

)

S1 50%, S2 25%, S3 25% S2 50%, S1 25%, S3 25%S3 50%, S1 25%, S2 25% S1+S2+S3 (igual proporción)S1+SL (igual proporción) S2+SL (igual proporción)S3+SL (igual proporción)

27

De acuerdo a las curvas anteriores, que revelan las necesidades de

riego de los suelos periódicamente, se estableció una frecuencia de riego de 2 veces por semana. Los volúmenes de agua para riego calculados para cada mezcla de suelo, se resumen en la tabla 13.

TABLA 13. VOLÚMENES DE AGUA PARA RIEGO DE LAS MEZCLAS DE SUELOS.

Volumen agua para riego mezclas de sueloscontaminados

S1 50%+S2 25%+S3 25%

S2 50%,S1 25%+S3 25%

S3 50%+S1 25%+S2 25% S1=S2=S3

220 ml 235 ml 265 ml 225 ml

Volumen agua para riego mezclas de suelos conta-minados con suelo limpio

S1+SL S2+SL S3+SL

310 ml 230 ml 265 ml

Pre-ensayos. Los resultados de de-gradación de TPH obtenidos durante los pre-ensayos con mezclas en dife-rentes proporciones de suelos conta-minados se resumen en la tabla 14. La mayor remoción de TPH se logró

en la mezcla de suelos contaminados con mayor proporción de S1, debido posiblemente, a una mayor adaptación de los microorganismos presentes en este suelo para degradar los hidrocar-buros.

TABLA 14. DEGRADACIÓN DE TPH EN PRE-ENSAYOS.

MEZCLATPH

inicial (%)

TPH final(%)

Degradación de TPH (%)

S1 50%, S2 25%, S3 25% 11.7 8.2 29,9

S2 50%,S1 25%,S3 25% 8.7 10.8 19,4

S3 50%,S1 25%,S2 25% 9.0 7.9 12,2

S1+S2+S3* 8.3 7.1 14,5

* Mezcla en iguales proporciones.

Ensayos comparativos de biodegra-dación de TPHs. Para estos ensayos se utilizaron mezclas de cada uno de los suelos contaminados con suelo limpio y la mezcla de suelos conta-minados que arrojó mejores resulta-dos en cuanto a la remoción de TPH, en los pre-ensayos. Los resultados obtenidos se registran en la tabla 15 y se esquematizan en la gráfica 6.

TABLA 15. DEGRADACIÓN DE TPHs EN ENSAYOSCOMPARATIVOS.

MEZCLATPH

inicial (%)

TPH final(%)

Remoción TPHs (%)

S1 50%, S2 25%, S3 25% 4.2 3.5 16.7

S1 50%, S2 25%, S3 25% (M) 4.2 3.4 19.5

S1 50% S2 25%, S3 25% (B) 4,2 3,1 26,19

S1 50%,S2 25%,S3 25%(MB) 4.2 3 28.6

S1+SL* 6,8 ≤1 42.645

S1+SL (M) 6,8 1,6 38.24

S1+SL (B) 6,8 ≤1 42.65

S1+SL (MB) 6,8 2,1 34.56

S2+SL 5,1 ≤1 40.195

S2+SL (M) 5,1 ≤1 40.195

S2+SL (B) 5,1 ≤1 40.195

S2+SL (MB) 5,1 1,8 32.355

S3+SL 4,4 ≤1 38.635

S3+SL (M) 4,4 6,8** -27.2

S3+SL (B) 4,4 6,9** -28.4

S3+SL (MB) 4,4 3,1 14.8

28

Donde: (M), adición de pool mi-crobiano; (B), con pre-trata-

miento con biosurfactante; (MB), adición de microorganismos y pre-tratamiento con biosurfactante.* Mezcla en iguales proporcio-

nes, ** Posibles alteraciones en las muestras por aglutinaciones de sue-lo-crudo.

GRÁFICA 6. DEGRADACIÓN DE TPHs ENENSAYOS COMPARATIVOS.

Donde: Sin Tto = sin tratamiento (Control).

En las pruebas realizadas mezclando cada suelo

contaminado con suelo limpio, los mejores resultados en cuanto a degradación de TPHs se obtuvieron cuando no fue adicionado al tratamiento los microorganismos aislados de cada suelo, ni se realizó pretratamiento. Esta situación podría reflejar una interacción negativa (de competencia) entre los microorganismos presentes en el suelo limpio y los que conforman el pool microbiano aislado y bioaumentado en laboratorio y las bacterias del género Serratia que conforman el biosurfactante aplicado en el pretratamiento.Por otra parte, los resultados

obtenidos en los ensayos de biodegradación de TPH mezclando los suelos contaminados entre si,

demuestran que la realización de un pre-tratamiento con biosurfactante y la adición de un pool microbiano aislado de los tres suelos aumentan la degradación de los hidrocarburos a corto plazo, llegando a obtener incluso un contenido final de TPH del 3%, el cual es el máximo nivel admitido de estos contaminantes en el suelo por la norma Louisiana 29B (USA).Finalmente, los ensayos de

biorremediación con mezcla de suelos, llevados a cabo durante un mayor tiempo (6 semanas) demostraron la gran eficiencia del proceso, al obtener una remoción del 65. 77 % de TPH, alcanzando nuevamente el 3% de contenido de hidrocarburos al finalizar el tratamiento en el que se aplicó biosurfactante y se incorporó el pool microbiano aislado de los tres suelos.TABLA 16. DEGRADACIÓN DE TPHs EN ENSAYOS A 6 SEMANAS.

MEZCLATPH

inicial (%)

TPH final(%)

Remoción TPHs (%)

S1 50%, S2 25%, S3 25% 8.94 5.93 33.67

S1 50%,S2 25%,S3 25%(MB) 8.94 3.06 65.77

IV. CONCLUSIONES

Los suelos contaminados objeto de estudio, provenientes de Campo Payoa, administrado y operado Petrosantander (Colombia) Inc., presentan infiltración rápida y permeabilidad alta, características de su textura arenosa, sin embargo, la capacidad de retención de humedad y la porosidad de éstos fueron afectadas por la presencia de los hidrocarburos y su carácter hidrófobo.

29

La relación C:N:P, la temperatura y el pH de los suelos contaminados

evaluados, se encuentran dentro de los rangos referenciados en la literatura, para el óptimo desarrollo de procesos de biorremediación, por lo que no resulta necesaria la aplicación de enmiendas a los suelos para el desarrollo de ésta técnica.

Los mejores resultados de eliminación de TPH en los suelos objeto de estudio, se obtienen cuando estos se tratan por separado, mezclados con suelo limpio, sin la adición del pool microbiológico y sin pre-tratamiento.

En los tratamientos en mezcla de suelos contaminados, la mezcla compuesta por un 50% del suelo con evento de contaminación más antigua, 25% de suelo con tiempo de contaminación intermedia y 25 % de suelo recientemente contaminado, presentó la mayor remoción de TPH, con un valor máximo de 28,6% de eliminación de los mismos, en un proceso con pre-tratamiento y tratamiento con el pool microbiano.

Considerando que el proceso de biodegradación de TPH realizado a la mezcla de suelos contaminados, con pre-tratamiento y adición del pool mi-crobiano aislado de los tres suelos se alcanzó a corto plazo (4 semanas) el máximo contenido de hidrocarburos sugerido por la norma Louisiana 29B (3%), se concluye que esta técnica resulta ser una buena alternativa para llevar a cabo Procesos de bio-rremediación de suelos contamina-dos con hidrocarburos, minimizando la transferencia de contaminantes a suelo no afectado y aumentando el volumen real de suelo contaminado tratado.

AGRADECIMIENTOS

A la Dirección de Investigaciones de la Universidad Pontificia Boliva-riana por su apoyo en desarrollo del proyecto (Código 040-0507-2400)

A PetroSantander (Colombia) Inc., por su colaboración técnica y científica; y el respaldo financiero.

A la Dra. Graciela Chalela y su equipo de trabajo del Centro de In-vestigación en Biotecnología, Bio-técnica y Ambiente, por su valiosa asesoría en microbiología para el desarrollo del proyecto.

Al personal docente, administrativo y operativo de la Universidad Pontificia Bolivariana que de una u otra forma se involucró en el desarrollo del proyecto.

MMaría Kopytko, nacida en Cracovia, MSc-Uni-versidad Industrial de Santander., Ingeniera Química, Politecnica en

Cracovia Poland candidata a doctorado, Universidad VSB en Ostrava. Profesor titular de tiempo completo en la Uni-versidad Pontificia Bolivariana. Interés en investigación en Biotecnología, aguas residuales, residuos sólidos.

DDiana Marcela Ibarra Mojica, nacida en Soatá (B oy a c á), Ingeniera Sanitaria y Ambiental, Universidad Pontificia

Bolivariana. Interés en investiga-ción en Biotecnología aplicada en la Ingeniería Ambiental.

30

REFERENCIAS BIBLIOGRÀFICAS:

(Endnotes)1 [] LOPEZ DE MESA, Joaquín,

QUINTERO, Gladis, GUEVARA VIZCAINO, Andrea Liliana, JAIMES CACERES, Diana Carolina, GUTIERREZ RIAÑO, Sandra Milena, MIRANDA GARCIA, Johanna. Biorremediación de suelos contaminados con hidrocarbu-ros derivados del petróleo. Enero-Ju-nio de 2006. Disponible en Internet: ht tp://www.unicolmayor.edu.co/invest_nova/NOVA/ARTREVIS1_5.pdf2 [] HERNANDEZ, Diana, PLAZA,

Cesar, POLO, Alfredo. Consideracio-nes generales sobre la contaminación y restauración de suelos. Residuos, 2003 Nº 67.

3 [] MANACORDA, Ana María, CUADROS, Daniela. Técnicas de re-mediación biológica. Disponible en Internet: http://essa.uncoma.edu.ar/academica/materias/microbiologia_ambiental/tecnicas_de_remediacion_biologicas.pdf

4 [] BARQUIN, ML., PUCCI OH., PUCCI GN. Biodegradación de hidrocarburos en tres suelos patagónicos por microorga-nismos esporulados. Centro de estudios e investigaciones en microbiología aplicada-CEIMA. Facultad de ciencias naturales. Universidad nacional de la patagonia San Juan Bosco. Argentina. Disponible en Internet: http://bibliote-ca.iapg.org.ar/iapg/ArchivosAdjuntos/JornadasPreservacionVI/008.pdf

5 [] HARRISON, Roy M. El Medio Ambiente: introducción a la química medioambiental y a la contaminación. Zaragoza, España. Editorial ACRIBIA S.A. 2003. p 214.

6 [] LAGREGA, Michael D., BUC-KINGHAM, Phillip L., EVANS, Heffrey C. Gestión de residuos tóxicos: tratamien-to, eliminación y recuperación de suelos. Madrid, McGraw-Hill, 1996, p. 197.

7 [] PELLINI, Leandro. Biorremedia-ción estimulada por efluentes cloacales tratados de suelos contaminados con hi-drocarburos. Escuela superior de Salud y Ambiente, Universidad Nacional de Comahue, 2006. Disponible en Internet: http://www.tesis.bioetica.org/lp.htm

8 [] EWEIS, Juana B., ERGAS, Sarina J., CHANG, Daniel P. Y. y SCHROEDER, Edward D. Principios de Biorrecuperación: Tratamientos para la descontaminación y re-generación de suelos y aguas subterráneas mediante procesos biológicos y físico-quími-cos. España: Editorial McGraw Hill/Interame-ricana de España S. A. U., 1999. p. 133.

31

Tomás Rafael Bolaño OrtizIngeniero Ambiental y Sanitario,

Estudiante de Maestría enTecnología Ambiental,

Universidad de Huelva (España).Coinvestigador - Línea de investiga-

ciónen Modelación Ambiental

Grupo de Investigación en Modelaciónde Sistemas Ambientales-GIMSA.

Universidad del MagdalenaCarera 32 Nº 22 - 08 | Edificio Instituto

de Investigaciones Tropicales -INTROPIC-Universidad del Magdalena | 470004Santa Marta - Magdalena - Colombia

Tel. + 57 5 4301292 ext. 248Celular: 3008341861

tomas.bolano@alu.uhu.es

Yiniva Camargo CaicedoIngeniera Química, Sp. en Ingeniería de

Saneamiento Ambiental de la Universidaddel Norte Magíster en Educación Ambiental.

Docente Investigadora en Ingeniería Ambiental. Líder Grupo de Investigación en Modelación de

Sistemas Ambientales-GIMSA.Línea de investigación en Modelación Ambiental

Celular: 3008047165. e-mail: yiniva04@gmail.com

Resumen

En la modelación hidráu-lica del sistema de al-

cantarillado del Sector Rodadero-Gaira de Santa Marta se realizó una caracterización de aguas residuales con muestreo horario y compuesto, a partir de la toma de una alícuota cada hora durante doce horas en cuatro días consecutivos; los re-sultados obtenidos permitieron la evaluación del Oxígeno Disuelto y pH, así como el comportamiento de DQO, ST y DBO5 producto de las ac-tividades domésticas, comerciales y turísticas de este sector. Además se establecieron aportes per cápita de carga contaminante de 53.54, 91.25 y 91.26 g/hab-día para DBO5, DQO y ST, respectivamente.

Palabras claves

Aportes per cápita, carga contaminante, aguas residuales,

DBO5, DQO, ST

APORTES PER CÁPITA DE CARGA

CONTAMINANTE EN EL SECTOR RODADERO-

GAIRA DEL DISTRITO DE SANTA MARTA,

COLOMBIA

32

Introducción

La fracción orgánica de las Aguas Residuales Domésticas (ARD)

corresponden al 70% de la cantidad de materia sólida existente, el 30% restante es inorgánico. A su vez estas aguas residuales pueden contener diversas proteínas tales como albúminas, globulinas y enzimas industriales (detergentes) o resultantes de la actividad mi-crobiana de aguas residuales. Los carbohidratos están presentes en sus formas más comunes, tales como glucosa, sacarosa, almidón y celulosa; algunos, como la glucosa y la sacarosa, son más fácilmente degradados por microorganismos, siendo los polisacáridos como la celulosa y el almidón más resisten-tes al ataque microbial y el almidón más fácilmente descompuesto que la celulosa. Las grasas animales y aceites son el tercer componente de los alimentos, estando siempre presentes en ARD provenien-tes de carnes, del uso de aceites vegetales, etc1,2.

Los caudales de aguas residuales domésticas oscilan ampliamente durante todo el año, es así como el área a estudiar presenta estas con-diciones debido a que es una zona de gran actividad turística, donde el caudal aumenta en épocas de temporada alta como resultado del aumento de la población flotante. Los impactos ambienta-1 Tchobanoglous, G. (1995). Ingeniería de Aguas Residuales. Redes de Alcantarillado y Bombeo. Segunda Edición. McGraw-Hill. Madrid, España. 461 pp.

2 Romero, J. (2004). Tratamiento de Aguas Residuales Teoría y Principios de Diseño. Tercera Edición. Bogota, Colombia. 1248 pp.

les generados por la descarga de aguas residuales sin ningún trata-miento previo se pueden agrupar en impactos químico, bioquímico, físico, higiénico, estético, hidráulico e hidrológico, además, pueden ser clasificados según la duración como agudos, retrasados o acumulati-vos. Generalmente, estos impactos afectan la calidad de las fuentes hídricas y por ende a la población3.

En este trabajo para efectos prácticos se utilizaron indicado-res de producción específica o aportes unitarios, expresados tanto en valores per cápita, como en unidades que reflejen una medida del tamaño o del tipo de servicio que se presta en determinado centro4. Para ARD se ha establecido que la producción específica de materia orgánica, expresada como DBO5 a 20 °C varía de 30 a 60 g/hab-d y entre 75 y 150 g/hab-d, expresada como DQO5, variando de un país a otro en función del clima, los hábitos alimentarios y de conducta y el nivel económico de los habitan-tes, entre otros factores.

Objetivo

Identificar el aporte másico unitario per cápita de carga conta-minante debida a DBO5, DQO y ST en el Sector Rodadero-Gaira del Distrito de Santa Marta.

3 Rauch, W., Aalderink, H., Krebs, P., Schilling, W. and Vanrolleghem, P. (1998). Requirements for Integrated Wastewater Models - Driven by Receiving Water Objectives. Biennial Conference. Vancouver:. p. 9.

4 De Armas, J.E., (2002). Evaluación de los aportes relativos de carga contaminante en el hospital “Abel Santamaría” de Pinar del Río”. Consultado el 21 de junio de 2009 en http://bvse.paho.org/bvsacd/cd19/collazo/evaluac.pdf

5 Van Duijl, L. A. (1991). “Wastewater Treatment 1”, Lecture Notes on Wastewater Treatment, International Institute for Hydraulic and Environmental Engineering, Delft, The Netherlands.

33

Área de estudio

El Distrito de Santa Marta cubre un área de 231.496 ha y se

encuentra situado entre los 11° 14’ 50’’ de latitud norte y los 74° 12’ 06’’ de longitud occidental. La zona donde se realizó este estudio se ubica en el sur de Santa Marta y alberga perma-nentemente el 16,35 % de sus habi-tantes (Ver Tabla 1), además de con-siderarse polo de desarrollo turístico incrementando considerablemente su población en periodos vacacio-nales, debido principalmente a sus atractivos naturales y recreacionales.

Tabla 1. Distribución poblacional de Santa Marta para el año 2007

Lugar % dedistribución Población

Santa Marta 83.25 334.148

Sector Gaira 7.14 28.658

Sector Rodadero 9.21 36.686

Total 100 401.380

Metodología

La determinación de las variacio-nes horarias de cada parámetro se efectuó mediante mediciones de 12 horas durante cuatro días (3, 4, 5 y 6 de mayo de 2007) en la estación de bombeo de aguas residuales (EBAR) del Rodadero, realizándose paralelamente el aforo de las aguas residuales. Para este procedimien-to fue necesario realizar monitoreo en dos días laborables (jueves y viernes) y en dos días no laborables (sábado y domingo), en los que se tomaron alícuotas cada hora desde las 6:30 a.m. hasta las 6:30 p.m. (Ver Imagen 1).

Imagen 1. Registro fotográfico del lugar de toma de muestra de Aguas Residuales de EBAR Rodadero

El caudal se determinó conociendo el tiempo que permanecía apagada la motobomba. La motobomba se encendía cuando el nivel del agua llegaba a los 2.8 m y se apagaba cuando el nivel llegaba a 1.5 m. y de acuerdo a la geometría del pozo húmedo, entre estos niveles hay un volumen de 58.5 m3. Por lo tanto, este volumen se dividió para cada periodo de tiempo y se estableció el caudal instantáneo horario.

A las alícuotas horarias se les midió in-situ pH [4500-H+-B], OD (mg/l) [4500-O-G], Temperatu-ra (ºC) y Sólidos Sedimentables (ml/l) [2440-F], y en laboratorio se les determinó los parámetros DBO5 (mg/l) [5210-B], DQO (mg/l) [5220-D] y Sólidos Totales (mg/l) [2440-B]; éstos últimos fueron usados para establecer el compor-tamiento horario en concentración y carga. Todos los protocolos uti-lizados para las determinaciones in-situ y ex-situ se encuentran re-ferenciados en métodos estandari-zados6.

6 Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (1995). American Public Health Association, American Water Works Association, Water Pollution Control Federation. 19 ed., New York.

34

La estimación del aporte per cápita para el caudal se realizó a partir del caudal medio para los días labo-rables, no laborable y general. Se pudo tomar dicha medición como días típicos en el comportamien-to del flujo en el sistema y de esta forma se realizó el cálculo aproxi-mado del volumen descargado por este sector. Se asumió que el caudal se mantiene durante las 24 horas del día como promedio (aunque sabemos que en la noche es menor) estimando el volumen (Ecuación 1) de la siguiente manera:

86400×=QV Ecuación 1

Donde

V = Volumen aportado por el sistema estudiado (m3/d)

Q = Caudal promedio (m3/s)

A partir de la población del sector y de los volúmenes aforados en el punto de disposición final del sistema, se calculó (Ecuación 2) de manera aproximada el aporte per cápita de caudal:

PVQ

Ap=

Ecuación 2

Donde:

Qp = Caudal per cápita (l/hab - d)V = Volumen aportado por el sistema

estudiado (l/d)

PA = Población de aporte (hab), ver tabla 1.

Finalmente el aporte per cápita para las cargas contaminantes debidas a DBO5, DQO, ST se calculó multiplican-do Qp por la concentración medida (g/l) para cada uno de estos parámetros.Resultados y discusiónTodos los parámetros medidos en

campo y las determinaciones efec-tuadas en el laboratorio de Calidad Ambiental de la Universidad del Magdalena, fueron realizados con procedimientos estandarizados, y bajo un control de calidad analítica para los métodos y equipos usados. Durante la toma, preservación y transporte de muestras, se realizó la custodia de éstas para evitar sesgos o errores en los análisis, lo que indica que la precisión del método como des-viación estándar son los manejados estadísticamente en el laboratorio.

Figura 1. Comportamiento horario del caudal y DQO

35

Figura 2. Comportamiento horario del caudal y DBO5

Las Figuras 1, 2 y 3 representan el comportamiento horario de DQO, DBO5 y ST respectivamente, en las que se comparan las variaciones de caudal para los días laborables y no laborables y se aprecia que general-mente se registraron concentracio-nes más altas en los días no labora-bles, debido al menor caudal vertido al sistema y a hábitos practicados por residentes y comerciantes de este sector.

Figura 3. Comportamiento horario del caudal y Sólidos Totales

Las cargas medias de los diferentes parámetros DBO5, DQO y ST reportan valores de 1.8, 3.4 y 4.6 kg/h res-pectivamente, registrándose picos hasta de 2.8 y 7.8 kg/h para DBO5 y DQO en días laborables. La relación entre DQO y DBO5 fue de 1.8 lo que indica una alta biodegradabilidad y descarta la presencia de antibióticos o cualquier otro tipo de sustancia in-hibidora para el desarrollo de los mi-croorganismos en la misma7.

7 De Armas, J.E., (2002). Op cit.

36

Con los datos obtenidos en la ca-racterización (Q, DBO5. DQO y

ST) a partir de la población de este sector se calcularon los aportes per cápita para la carga contaminante (Ver Tabla 2); el resultado obtenido para el caudal se comparó con la dotación de 150 l/hab-dia (Ver Tabla 3) afectado con un coeficien-te de retorno de 0.85, obteniéndose una caudal per cápita de diseño de 127.5 l/hab-día, resultando superior al real.

Tabla 2. Aportes másicos unitarios para diferentes parámetros caracterizados en el

Sector Rodadero-Gaira

Parámetro Unidad Día Laboral

Día No Laboral Media

Caudal, Q l/hab-día 96.08 98.13 97.10

Demanda Bioquími-ca de Oxigeno, DBO5

gr O2/hab-día 55.41 51.67 53.54

Demanda Química de Oxigeno, DQO

gr O2/hab-día 58.95 123.55 91.25

Sólidos Totales, ST gr/hab-día 83.57 98.94 91.26

Tabla 3. Dotación neta según el Nivel de Com-plejidad (NC) del Sistema (Titulo D, RAS 2000)

Nivel de compleji-dad del sistema

Dotación neta mínima (l/hab-día)

Dotación neta máxima (l/hab-día)

Bajo 100 150

Medio 120 175

Medio alto 130 -

Alto 150 -

Conclusiones

El aporte per cápita de agua residual doméstica de este sector fue de 97.1 lt/hab-día permitiendo establecer que en este sector de Santa Marta se tiene un aporte bajo en comparación con la dotación (afectada por un coeficiente de retorno de 0.85) que establece el RAS 2000 para poblaciones similares (NC Alto). En promedio, se observa que los aportes de DQO son mayores que los de DBO5, no obstante, en días festivos o no labo-rables esta proporción se invierte, lo que indica que en estas aguas residuales predomina material bio-lógicamente oxidable. En esta in-vestigación, se determinó el aporte per cápita de carga contaminante de cada parámetro medido en días laborables y no laborables (DBO5, DQO y ST), identificando que los aportes de DBO tienen un com-portamiento similar en los días no laborables y laborables (51.67 y 55.41 gr O2/hab-día de respectiva-mente), mientras que los aportes de DQO, tienen una variación sig-nificativa, evidente en que en el día no laborable el aporte de carga contaminante de DQO fue el doble que en el día laborable (123.55 y 58.95 gr O2/hab-día respectiva-mente).

37

BIBLIOGRAFÍA

1. Tchobanoglous, G. 1995. In-geniería de Aguas Residuales. Redes de Alcantarillado y Bombeo. Segunda Edición. McGraw-Hill. Madrid, España. 461 pp.

2 Romero, J. 2004. Tratamiento de Aguas Residuales Teoría y Principios de Diseño. Tercera Edición. Bogota, Colombia. 1248 pp.

3. Rauch, W., Aalderink, H., Krebs, P., Schilling, W. and Vanrolleghem, P. 1998. Requirements for Integrat-ed Wastewater Models - Driven by Receiving Water Objectives. Biennial Conference. Vancouver. p. 9.

4. De Armas, J.E., (2002). Evalu-ación de los aportes relativos de carga contaminante en el hospital “Abel Santamaría” de Pinar del Río”. Consultado el 21 de junio de 2009 en http://www.bvsde.paho.org/bvsacd/cd19/collazo/evaluac.pdf

5. Van Duijl, L. A. (1991). “Waste-water Treatment 1”, Lecture Notes on Wastewater Treatment, Interna-tional Institute for Hydraulic and En-vironmental Engineering, Delft, The Netherlands.

6. Standard Methods for the Ex-amination of Water and Wastewa-ter (1995). American Public Health Association, American Water Works Association, Water Pollution Control Federation. 19 ed., New York.

7. Ministerio de Desarrollo Económico. (2000). Resolución Nº 1096 del 17 de Noviembre del 2000. Reglamento Técnico para el sector Agua Potable y Saneamiento Básico (RAS). Título D. 2000. 97p.

38

39

Camilo Botero S.1,

Orlando Escalante V.2, Diana M. Ovalle3

1 Ing. Ambiental y Sanitario, Candidato a Doctor en Gestión del

Agua y de la Costa.

Profesor de planta, Programa de Ingeniería Ambiental y Sanitaria,

Universidad del Magdalena.

Grupo de Investigación en Sistemas Costeros,

playascol@yahoo.com2 Estudiante de Ingeniería Ambiental y

Sanitaria,

Programa de Ingeniería Ambiental y Sanitaria, Universidad del Magdalena.

Grupo de Investigación en Sistemas Costeros,

escalante1986_27@hotmail.com3 Estudiante de Ingeniería Ambiental y

Sanitaria,

Programa de Ingeniería Ambiental y Sanitaria, Universidad del Magdalena.

Grupo de Investigación en Sistemas Costeros,

dilavi@hotmail.com

Resumen

La ponencia presenta los resultados de ge-

neración de residuos sólidos en cuatro playas del Distrito de Santa Marta, en temporada baja y alta. Por medio de cuadrantes y transec-tos, se recolectaron las muestras en cuatro horarios diferentes, durante un día por temporada. Luego, se midió el peso y número de unidades por playa, comparando la genera-ción interplaya e intertemporada. La generación diaria fluctuó entre 243 kg/día en Playa Salguero y 68,53 kg/día en El Rodadero para temporada alta y 552,65 kg/día en la playa de la Bahía y 46,18 kg/día en Playa Blanca para temporada baja. La generación de unidades de basura por unidad de área también es calculada.

Palabras Clave:

Residuos sólidos, playas turísticas, turismo sostenible, Santa Marta

GENERACIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS EN

LAS PLAYAS TURÍSTICAS DEL DISTRITO DE

SANTA MARTA. DESCRIPCIÓN DE UN IMPACTO AMBIENTAL

POCO ESTUDIADO

40

1. Introducción

Las playas son sin lugar a dudas el paisaje más fotografiado del

mundo1, en especial por su belleza escénica y la relación con actividades de descanso y ocio. Sin embargo, la belleza de la arena blanca y el mar azul se puede opacar por la presencia de basura en su superficie. Es así como durante años se han hecho estudios en varias partes del mundo sobre la generación de residuos sólidos en playas, evaluando desde el número de unidades hasta su peso y volumen.

Estos estudios, aunque tienen un fuerte enfoque sanitario, también tienen una gran importan-cia económica, pues la mayoría de turistas consideran inadmisible una playa con residuos en la arena o el agua2. Esto adquiere relevancia cuando los mismos autores deter-minan que el turismo es el mayor causante de basura en las playas. A su vez, Ofiara y Brown3 comproba-ron que la presencia de basura en las playas ha generado millones de dólares en pérdidas, lo que refuerza la necesidad de un manejo adecuado de los desechos en las ciudades costeras por parte de las administra-ciones locales y las autoridades de turismo.

La bibliografía relativa a residuos en playas varía ampliamente en tipos de playa y metodología utilizada. Mientras la mayoría de trabajos con-sultados utilizan transectos paralelos o perpendiculares a la costa4, algunos

1 Yepes, V. (2004)2 Rodrigues etal (2005)

3 Ofiara y Brown (1999)

4 Willoughby 1997, Silva-Iñiguez y Fischer 2003, Clareboudt 2004, Oigman-Pszczol y Creed 2007

pocos autores como Ariza etal5 utilizan cuadrantes. Por otro lado, al estar la bibliografía en Inglés, fue necesario definir los términos waste and litter al español, siendo basura, entendida como los residuos en la arena, y desecho, como los residuos en canecas, respectivamente.

Este estudio es el primer acerca-miento a esta situación en Colombia, al menos con base en la literatu-ra disponible en las bases de datos de revistas científicas como Science Direct y Scielo. Los resultados presentan una clara imagen de la generación de residuos en las playas del Distrito de Santa Marta, lo cual debe repercutir en las políticas distri-tales de aseo y turismo. El desarro-llo de la investigación es un aporte de la Universidad del Magdalena al logro de un turismo sostenible en la ciudad, como es el deseo del Plan de Ordenamiento Territorial.

2. Descripción de las playas de estudio

Bahía de Santa Marta: La playa de la bahía de Santa Marta se encuentra ubicada en el centro de la misma, en su costado oriental. Según Rodríguez (2007) la bahía tiene un área aproxi-mada de 5 Km2 y una longitud 6.5 Km de dirección predominante NE. En ella se encuentra el puerto marítimo de Santa Marta, que colinda con la playa y el casco histórico de la ciudad. La playa fue muy frecuen-tada en el pasado por turistas del interior del país, sin embargo hoy en día predominan los visitantes de la misma ciudad.

5 Ariza etal (2008)

41

Playa Blanca: Las playas del sector de Playa Blanca están delimitadas entre Punta Gaira y Punta del Calvo6. El acceso a esta playa se hace a través de la playa de El Rodadero, donde se toma como transporte embarcaciones ligeras (lanchas). Tiene una franja de playa de aproxi-madamente 12 metros de ancho donde se permite la estancia de motos marinas y lanchas; esta área se encuentra adyacente a la zona definida como zona de bañistas. El área de reposo cuenta con 4 a 16 metros de ancho, de acuerdo a la re-gulación de la Capitanía de Puerto. A raíz de sus pequeñas dimensiones, esta playa no cuenta con áreas re-creativas, ni de eventos deportivos.

El Rodadero: La playa de el Rodadero se encuentra ubicada en la bahía de Gaira, en un área urbana de 13 Km² al suroeste de Santa Marta. Recibe ese nombre por una antigua duna, que era utilizada por los nativos como un rodadero natural, quienes se deslizaban desde el Rodadero se ha convertido en la zona con mayor oferta de servicios turísticos y de actividad residencial, encontrándose la mayor concentra-ción hotelera del Distrito de Santa Marta.

Playa Salguero: La Playa de Salguero se sitúa en el margen izquierdo de la desembocadura del río Gaira, al sur de la bahía del mismo nombre, que se localiza a 6 km al suroeste de Santa Marta7. En Playa Salguero se desarrolla una importante actividad pesquera a nivel artesanal de la que dependen algunos pobladores locales8; aunque 6 DIMAR 2008

7 Grijalba et al 2007

8 INVEMAR 2002

tiene vocación turística hotelera y de área residencial, no hay todavía un gran desarrollo de estas actividades.

Las cuatro playas de estudio se en-cuentran bajo la influencia del patrón climático típico de la costa Caribe, con dos épocas climáticas claras: época seca mayor (diciembre-marzo) caracterizada por la influencia de los vientos alisios y la corriente Caribe y la época lluviosa mayor en los meses de Octubre y Noviembre9.

3. Metodología

Para el estudio de basuras y desechos en las Playas se realizaron dos muestreos, uno en temporada baja y otro en temporada alta. Ini-cialmente se midió el área de cada playa y se determinaron los tamaños de muestra representativos a través del método estadístico poblacional finito, con un nivel de confianza del 95%.

3.1. Áreas de muestreo.

Para la temporada baja se dividió cada playa en sectores, de acuerdo al número de asistentes de investi-gación en campo. En cada sector se hizo una malla de 1.4 m x 1.4 m, con el fin de tener cuadrantes de muestreo de 2 m2. Para la temporada alta se utilizaron transectos perpen-diculares a la playa, de un metro de ancho. Para ubicar los transectos, se midió el ancho de la playa desde el punto inicial del primer sector y luego se ubicó un nuevo transepto cada 50 m.

9 Idem

42

En la tabla 1 se muestra el área total, área de muestreo represen-

tativo, numero de sectores y número de transectos por sector para cada una de las cuatro playas.

Tabla 1. Información general de las playas de estudio

Caracte-rísticas

Bahía de Santa Marta

Playa Blanca El Rodadero Salguero

Latitud 11°13’20’’N 11°16’12”N 11º12´25”N 11°10’00”N

Longitud 74°13’00’’W 74°11’46”W 74º13’41”W 74°13’00”W

Largo 548 m 480 m 940 m 1300 m

Ancho promedio 12 m 16 m 40 m 50 m

Área Total

Aproxi-mada

6.580 m2 7.680 m2 37.600 m2 65.000 m2

Área Muestral 368 m2 366 m2 380 m2 382 m2

N° de Cua-

drantes/Sector

36 46 37 39

N° de Transep-

tos18 18 8 16

N° de Sectores 5 3 5 3

3.2. Muestreo

En temporada baja la toma de muestra se realizó el día 29 de Marzo de 2009 y en temporada alta se realizó 11 de abril de 2009. En campo se tomaron muestras de basura (residuos en la arena) y desechos (residuos en canecas temporales y estacionarias) cada dos horas, entre las 10:00 am y las 4:00 pm. De igual forma, se tomó una muestra de basura en el mar, a las 5:00 p.m. También, se determinó la cantidad de personas que se encontraban en la playa (turistas, vendedores ambulantes y autoridad pública) mediante un formato de densidad de visitantes diseñado por el Grupo de Investigación en Sistemas Costeros.

3.3. Laboratorio

Posterior a cada jornada de muestreo en la playa, se llevaron las muestras al laboratorio de calidad de aguas de la Uni-versidad del Magdalena. Cada muestra fue pesada por separado y caracterizada por componentes; las muestras estaban divididas por cuadrante/transepto en cada hora de muestra y para cada sector. Una vez pesadas por separado, se pesó el total de cada uno de los ma-teriales: metal, vidrio, plástico, papel y orgánicos/otros.

3.4. Tabulación de datos

La tabulación de los datos obtenidos en el muestreo se realizó a través de hojas de cálculo que contenían tablas, que a su vez contenían los datos obtenidos por cada sector. Las tablas fueron: 1) Basura recolectada en la arena; 2) Basura re-colectada en el mar, 3) Desechos reco-lectados en las canecas temporales; 4) Desechos recolectados en las canecas estacionarias; y 5) Pesos, porcentajes de pesos y unidades de basura recolec-tadas en la arena.

3.5. Análisis de datos

Al momento de obtener los valores totales de basura generada en las playas, se calcularon los kilogramos por día en cada área de estudio, uti-lizando como datos fuentes para la obtención de los valores, el área total y el área muestral de cada playa. Se aplicaron las debidas conversiones, debido a que los datos iniciales se anotaron en gramos. Los kilogramos por día se determinaron multiplicando el área total de la playa por el total de basura generada en ellas, dividida entre el área muestral correspon-diente a cada playa. El resultado del cálculo anterior se dividió entre mil

43

para finalizar con la ecuación 1. De igual forma, se determinaron cuántas unidades por cada 100 m2 se encon-traron en las playas estudiadas, utili-zando como fundamento la ecuación 2, a través del cálculo del número de unidades de cada playa, dividida entre el área total de cada una de ellas y multiplicando todo por cien.

Ecuación 1. Generación de residuos por unidad de tiempo

Donde:

= área total de la playa

= área total muestral

= peso total de basura

Ecuación 2. Generación de residuos por unidad de área

Donde:

= unidad de basura

= área total de la playa

4. Resultados

Durante la temporada baja se encontró la presencia de basura en un rango entre 26,12 y 2,2 kilogramos, mientras que el conteo por unidades de basura (Ub) fluctuó entre 6.127 y 290 unidades (Tabla 2).El mayor peso de basura se observó en la playa de la Bahía de Santa Marta, con el 65,61% del total de basura recolec-tada en todas las playas, seguida por Playa Salguero con el 19,60%. A su vez, en Playa Blanca se presentó el peso más bajo, con el 5,53% del total de basura recolectada al final del muestreo.

Para el muestreo en la temporada alta, la cantidad de basura recolec-tada osciló entre 12,09 y 3,39 ki-logramos, con un rango de basura generada entre 2.319 y 46 unidades (Tabla 3). La playa con mayor gene-ración en peso fue Playa Salguero, mientras que la menor generación se presentó en el Rodadero. Sin embargo, en términos de unidades de basura Playa Salguero obtuvo el mayor valor, seguida por las playas de la Bahía, el Rodadero y Playa Blanca.

Tabla 2. Generación de residuos en temporada baja

TEMPORADA BAJA

Playas Peso (Kg)

Porcen-taje Unidades Porcen-

taje

Blanca 2,2 5,53% 290 3,71%

Rodadero 3,687 9,26% 589 7,54%

Salguero 7,804 19,60% 801 10,26%

Bahía 26,1187 65,61% 6127 78,48%

TOTAL 39,8097 100% 7807 100%

Tabla 3. Generación de residuos en temporada alta

TEMPORADA ALTA

Playas Peso (Kg)

Por-cen-taje

Unidades Porcentaje

Blanca 3,602 15,49% 46 1,06%

Rodadero 3,39 14,58% 526 12,07%

Salguero 12,086 51,99% 2319 53,22%

Bahía 4,171 17,94% 1466 33,65%

TOTAL 23,249 100% 4357 100%

44

Al extrapolar el peso obtenido de residuos en cada playa, se

obtuvo que la generación diaria de basura, tanto en temporada baja como en temporada alta. En este orden, se encontró que la playa con mayor cantidad de basura fue la playa de la Bahía con 552,65 Kg/día, seguida de Playa Salguero, Rodadero y Playa Blanca. Igualmen-te, para la temporada alta la mayor generación fue en Playa Salguero con 243 Kg/día (Tabla 4).

Tabla 4. Generación de residuos por unidad de tiempo y unidad de área

(Kg/día)

Playas Blanca Rodadero Salguero Bahía

T. Baja 46,18 74,52 156,90 552,65

T. Alta 75,58 68,53 243,00 88,26

(Unidades/100m2)

Playas Blanca Rodadero Salguero Bahía

T. Baja 3,78 1,57 1,23 93,1

T. Alta 12,57 1,40 3,57 22,28

Con relación a la generación de unidades por área, los resultados para la temporada baja fluctuaron entre 1,23 y 93,1 unidades/100m2, teniendo el mayor valor la playa de la Bahía, continuando con Playa Blanca, Rodadero y Playa Salguero. De la misma manera, con respecto a la temporada alta se obtuvie-ron resultados entre 1,40 y 22,28 unidades/100m2, siendo de nuevo el mayor valor para la playa de la Bahía, seguida de Playa Blanca, Salguero y Rodadero (Tabla 4).

5. Discusión y conclusiones

En la playa de la Bahía de Santa Marta se pudo notar un fuerte descenso en la cantidad de basura encontrada en la temporada alta en comparación con la temporada baja, seguramente debido a que esta playa es más visitada por habitantes del Distrito de Santa Marta, que por turistas. En el caso de Playa Salguero y Playa Blanca, la tendencia fue más cercana a lo esperado, con un descenso de basura en temporada baja con relación a la temporada alta. Situación particular es el caso de la Playa del Rodadero, la cual mantuvo casi el mismo nivel en las dos temporadas; la explicación se puede deber al flujo casi estable de turistas que atrae esta playa.

Es importante aclarar que el uso de diferente metodología de muestreo en cada temporada influyó de manera directa en los re-sultados obtenidos. Igualmente, la influencia de fuentes externas a las playas, como la desembocadura del Río Gaira a la Playa de Salguero y el Río Manzanares a la playa de la Bahía, provocó un aumento consi-derable de la basura por arrastre de sólidos arrojados por las comu-nidades aledañas a los dos ríos. A sí mismo, en la Playa del Rodadero la presencia masiva de carpas interfi-rió con el muestreo en la temporada alta, mientras que en el caso de Playa Blanca, a pesar de que no se previó la afectación de la metodolo-gía por su geometría irregular, fue la playa que presentó un comporta-miento más cercano a la hipótesis planteada al comienzo de la inves-tigación.

45

La metodología aplicada en el primer muestreo para la

temporada baja no cumplió con las expectativas esperada por los in-vestigadores, presentando disper-sión en los datos obtenidos y un esfuerzo significativo en la toma de muestras. En este sentido, se reco-mienda fuertemente utilizar transec-tos en lugar de cuadrantes, a pesar que reconocidos autores como Ariza et al (2008) los utilicen. El ahorro en tiempo y personal, acompañado de la mayor fiabilidad en los datos, son razones suficientes para esta ase-veración.

La alta generación de basura se podría relacionar con la falta de educación ambiental de turistas y nativos, seguramente generada por la ausencia total de campañas de concientización en las cuatro playas estudiadas. Otra razón se puede atribuir a la venta ambulante de productos en la playa, que en lugares como el Rodadero alcanzan niveles molestos para el turista; este sistema de ventas promueve la inmovilidad total del turista, que se refleja en su displicencia para ir hasta las canecas de la playa.

Es de suma importancia aclarar que la variación temporal de la basura cambia con respecto a la temporada y al atractivo que presente cada destino turístico en la época de baño, incluyendo las costumbres de los habitantes de la ciudad de Santa Marta, con lo que se demostró el descenso en el total de basura obtenida en la temporada alta con respecto a la temporada baja.

Teniendo en cuenta la gene-ración de kilogramos por día de basura en las playas estudiadas, la cual presentó un pico en la playa de la Bahía, se puede deber a la falta de compromiso de la entidad encargada de la recolección de basuras. Sin embargo, no se puede descartar la generación en las demás áreas de estudio, ya que son cantidades significativas para generar un impacto estético y pai-sajístico que afecta la percepción de los visitantes (nativos y turistas). En relación a los datos obtenidos en unidades/100m2 para la temporada baja, se apreció que la playa de la Bahía tuvo valores similares a otros lugares del mundo, como lo muestra el estudio realizado en Escocía por Velander y Mocogni10. Por su parte, Playa Blanca presentó menos unidades/100m2, siendo comparable al estudio realizado en Australia por los investigadores Frost y Cullen11.

Como conclusión general de este estudio, se puede decir que el Distrito de Santa Marta está lejos aún de manejar adecuadamente sus residuos en las playas, pues las tasas de generación son todavía muy altas. Aunque servicios de limpieza privada, como la que tiene el Rodadero con patrocinio de una empresa de telefonía, hayan mostrado descensos importantes en la recolección de residuos, estas son solo medidas correctivas que no son sostenibles a largo plazo. La solución debe tender hacia la sen-sibilización de los visitantes de las playas, incluyendo los vendedores que trabajan en ellas.

10 Citado en Oigman-Pszczol y Creed 2007

11 Idem

46

Adicionalmente, se hace necesario continuar el seguimiento a la

generación de residuos en las cuatro playas de estudio, de manera que se pueda evaluar el éxito de la admi-nistración municipal y la empresa de aseo en la limpieza de las playas. El establecimiento de una metodología estándar, así como la financiación de muestreos periódicos, deberán ser las primeras acciones a emprender para que el Distrito de Santa Marta tenga información fiable que atraiga a visitantes que estén interesados realmente en un turismo sostenible.

AgradecimientosLos autores agradecen a la Univer-

sidad del Magdalena y en especial a los estudiantes de VIII semestre de Ingeniería Ambiental y Sanitaria, quienes ayudaron en el arduo trabajo de la toma de muestras y el análisis de laboratorio.

Referencias bibliográficas

Ariza, E., Jiménez, J.A. and Sardá R. (2008). Seasonal evolution of beach waste and litter during the bathing season on the Catalan coast. Waste Management, Vol. 28. Pp. 2604-2613.

Claereboudt, M.R. (2004). Shore litter along sandy beaches of the Gulf of Oman. Marine Pollution Bulletin, Vol 49. Pp. 770–777.

Dirección General Marítima - Capitanía de Puerto de Santa Marta (2008) Resolución de actualización y modificación del sector de playa blanca, 22 de febrero del 2008.

Grijalba M., Polo C., and Acero A. (2007). An approximation of batoid abundance from artesian fishery, Santa Marta (Colombia). Bol. Invemar, Vol. 36, no.1. Pp. 251-268. ISSN 0122-9761.

INVEMAR (2002). Diagnostico y evaluación de la calidad ambiental marina en el Caribe y pacifico colom-biano. Red de vigilancia para la con-servación y protección de las aguas marinas y costeras de Colombia. pp. 42

Ofiara, D.D. and Brown B. (1999). Assessment of Economic Losses to Recreational Activities from 1988 Marine Pollution Events and As-sessment of Economic Losses from Long-Term Contamination of Fish within the New York Bight to New Jersey. Marine pollution bulletin, Vol.38, No.11 Pp. 990-1004.

Oigman-Pszczol, S.S. and Creed J.C. (2007). Quantification and clas-sification of marine litter on beaches along Arma^ao dos Buzios, Rio de Janeiro, Brazil. Journal of Coastal Research, Vol 23. Pp. 421-428.

Rodrigues I., Friedrich A.C., Wall-ner-Kersanach M. and Fillmann G. (2005). Influence of socio-economic characteristics of beach users on litter generation. Ocean & Coastal Management, Vol 48. Pp. 742–752

Silva-Iniguez, L. and Fischer, D.W. (2003). Quantification and classifica-tion of marine litter on the municipal beach of Ensenada, Baja California, Mexico. Marine Pollution Bulletin, Vol 46. Pp. 132–138.

Willoughby N.G., Sangkoyo H.M. and Lakaserus B.O. (1997). Beach litter: an increasing and changing problem for Indonesia. Marine Pollution Bulletin, Vol 34. Pp. 469–478

Yepes, V. (2004) La gestión de las playas basándose en normas de calidad y medio ambiente. II Congreso internacional de ingenie-ría civil, territorio y medio ambiente. Santiago de Compostela, España

47

Hugo Raul Esquivel OteroI.C. Universidad del Norte.Asistente de Investigación,

Universidad del Norte.Correo electrónico:

hugo.esquivel.otero@gmail.com

Carlos Alberto Arteta TorrentsM. Eng. Berkeley University.

Profesor Auxiliar, Universidad del Norte.

Correo electrónico:carteta@uninorte.edu.co

Trabajo de investigación elaboradoen 2009 para el Grupo de Investigación

en Estructuras y Geotecnia, Universidad del Norte, Barranquilla,

ColombiaUNIVERSIDAD DEL NORTE

BARRANQUILLA, COLOMBIA 2009IMPLEMENTACIÓN DE OPENSEES

PARA LA MODELACIÓN NO-LINEAL DE ESTRUCTURAS

EN CONCRETO REFORZADO

Resumen

El trabajo de investigación consistió en la

implementación del Interpretador OpenSees para modelar mediante análisis no-lineal una estructura en concreto reforzado típica regular. La estructura que se emplea en el trabajo es un edificio de 10 pisos de altura levantada sobre zona de amenaza sísmica alta con coeficiente de aceleración pico efectivo de 0.25, la cual fue diseñada a la luz de códigos vigentes (entre los cuales se incluyó la NSR-98).

Se utilizaron elementos no-lineales de plasticidad distribuida con secciones de fibras en cada punto de integración para tomar en cuenta el confinamiento en el núcleo de las columnas y vigas, y el com-portamiento plástico de los elementos. La formulación se basó en la iteración sucesiva de las ecuaciones de equilibrio y compatibilidad hasta que las fuerzas re-sistentes de los elementos igualaron a las fuerzas aplicadas.

A la estructura se le aplicaron las cargas muertas y vivas correspondientes al diseño por norma y empujado luego con dos patrones de carga hasta alcanzar degradación en la curva de empuje pro-gresivo. De estos análisis, se obtuvieron las respuestas estructurales de interés, como desplazamientos de piso, derivas,

cortantes y momentos de volcamiento.

IMPLEMENTACIÓN DE OPENSEES PARA

LA MODELACIÓN NO-LINEAL DE ESTRUCTURAS EN CONCRETO

REFORZADO

48

1. Introducción

Nuevas herramientas en simula-ción numérica son utilizadas hoy

en día con el propósito de resolver acertadamente los problemas de in-geniería. Uno de los problemas más desafiantes que actualmente enfrenta la ingeniería de terremotos es el de estudiar en detalle el comportamien-to que pueden llegar a tener las es-tructuras levantadas en zonas de amenaza sísmica media y alta durante y después de un terremoto. Como lo señala el código NSR-981, todas las estructuras construidas en Colombia, incluso en aquellas zonas de baja sismicidad, tienen que diseñarse a partir de unos requisitos mínimos que deben alcanzarse en el diseño y durante la construcción para satisfa-cer ciertos parámetros de seguridad y estabilidad en las estructuras. Se presume que de cumplirse con estos requisitos mínimos, al menos se ga-rantizará la vida de los ocupantes ante la ocurrencia de un terremoto.

OpenSees es una herramienta de simulación numérica que integra eficientemente los mejores cono-cimientos en materia de ingeniería de terremotos para la creación de una interfaz de alto rendimiento que permita implementar modelos de sistemas estructurales y geotécnicos sujetos a escenarios realísticos de amenaza sísmica.

Aunque la herramienta fue desa-rrollada principalmente para simular sistemas bajo la acción de cargas dinámicas por terremoto, también 1 Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistente 1998.

puede ser extendido a las simula-ciones de sistemas sujetos a cargas estáticas y/o dinámicas de cualquier índole.

Sus ventajas frente a otros programas similares2 pueden ser reducidas a tres.

Desarrollado bajo código abierto.

Patrocinado por la NSF3 a través de PEER4 y NEES5.

Apoyado por muchas institucio-nes y universidades prestigiosas del mundo.

2. Tcl y OpenSees

2.1. TclTcl es un lenguaje de programación

interpretado6 potente que desde los años noventas ha venido utilizándose por científicos e ingenieros alrededor del mundo por su facilidad de apren-dizaje y aplicabilidad. Tcl fue creado por John Ousterhout en el año de 1988 y actualmente se sigue desarro-llando bajo su supervisión. Las siglas TCL provienen de Tool CommandLanguage, que traducido al español significan: Lenguaje de Herramientas de Comando.

Tcl tiene un amplio rango de aplica-bilidad que va desde la creación de simples guiones para prestar soporte a un programa hasta su utilización en páginas web. Un ejemplo directo es la implementación de Tcl para prestar soporte al interpretador OpenSees. Puede ser utilizado en sistemas UNIX y Windows.

2 Son ejemplos: ANSYS, ETABS, SAP2000, Algor, etc.

3 National Science Foundation.

4 Pacific Earthquake Engineering Research Center.

5 Network for Earthquake Engineering Simulation.

6 También llamado: lenguaje de programación de script.

49

Entre sus características más im-portantes se encuentran: sus

reglas sintácticas son simples; los guiones pueden ser creados, modifi-cados o eliminados dinámicamente; cada elemento del programa es consi-derado un comando y manejado como una cadena; trabaja con notación polaca (o prefija); su código puede ser extendido vía C, C++ o Java; es un lenguaje interpretado; presta soporte a carácteres Unicode, entre otras.

2.2. OpenSees

OpenSees es una colección de com-ponentes de programa7 desarrollado por el PacificEarthquakeEngineeringResearchCenter (o PEER) y patroci-nado por la NationalScienceFounda-tion (o NSF) con el objeto de realizar simulaciones avanzadas por compu-tadora en sistemas estructurales y geotécnicos sometidos principalmen-te a escenarios de demanda sísmica mediante la utilización de elementos finitos. Sus siglas provienen de OpenSystem for Earthquake EngineeringSimulation, que traducido al español significan: Sistema Abierto para Si-mulaciones en Ingeniería de Terre-motos.

La arquitectura de OpenSees fue desarrollada por Frank McKenna y Gregory L. Fenves con contribucio-nes significativas de Michael H. Scott, Terje Haukaas, Armen Der Kiureghian, Remo M. de Souza, Filip C. Filippou, Silvia Mazzoni, y Boris Jeremic, entre otros.

Entre sus características más im-portantes se encuentran:

7 Software framework en inglés.

Es una colección de componentes de programa orientado a objetos que contiene un conjunto de librerías y paquetes de comandos para efectuar simulaciones numéricas con elementos finitos.

Cada tanto sus librerías y demás componentes son ampliados y ac-tualizados en conformidad con las últimas novedades en simulación numérica.

La interfaz de usuario está basada en un lenguaje interpretado de alto nivel llamado Tcl, el cual facilita la creación de modelos complejos en OpenSees.

Su código puede ser ampliado y/o modificado por una comunidad de desarrolladores, de acuerdo con los estándares sugeridos por OpenSource8.

Una consecuencia de lo anterior es que se pueden agregar nuevos pro-cedimientos, paquetes de comandos y librerías (materiales, elementos, etc.) al modelo.

Es gratuito y multiplataforma (dispo-nible para sistemas UNIX y Windows).

Diseñado para trabajar paralela-mente en múltiples computadores de escritorio y en aquellos con procesa-dores de más de un núcleo.

Se pueden implementar modelos definidos por su linealidad y no-linea-lidad en material y geometría.

Se pueden analizar estática y diná-micamente los modelos según una amplia gama de procedimientos de análisis y solución.

8 http://www.opensource.org/

50

Tiene un foro de discusión abierto para el intercambio de informa-

ción, el cual es accesible a través de un enlace ubicado en la página oficial de OpenSees9. El objetivo principal del foro es el de prestar completo soporte al interpretador OpenSees mediante la colaboración integral de todos sus usuarios.

Entre sus principales desventajas se pueden mencionar: (1) la interfaz gráfica está poco desarrollada; (2) es difícil de aprender porque requiere de conocimientos en programación; y (3) se requieren de conocimientos en teorías de análisis no-lineal de es-tructuras.

2.2.1. Estructura básica

OpenSees es una colección de com-ponentes de programa que utiliza tec-nología en programación orientada a objetos para maximizar la flexibili-dad en cada uno de los componentes que lo conforman. Tales componentes se denominan objetos, ya que estos actúan, en lo posible, como elementos independientes (pero conectados) provistos de identidad, estado y comportamiento. La identidad de un objeto puede ser entendido como una propiedad que lo identifica y

9 http://opensees.berkeley.edu/

diferencia de los demás; el estado, una colección de datos o atributos definidos mediante valores concretos; y el comportamiento, una colección de procedimientos o métodos que permiten la operación del mismo.

Las mayores abstracciones de objetos son posibles con el Interpre-tador OpenSees. La finalidad del inter-pretador es la de adicionar comandos a Tcl para que OpenSees esté provisto de análisis mediante elementos finitos. Cada uno de estos comandos está asociado a un procedimiento en C++ para que la eficiencia en su ejecución no se vea comprometida.

A modo de ilustración, la interfaz de usuario puede ser vista como la suma de dos componentes: el Tcl y el Interpretador OpenSees (ver figura 1). En tanto que el procedimiento en C++ asociado a cada comando puede ser interpretado como el motor de OpenSees (ver figura 2).

Los comandos incluidos en el in-terpretador pueden ser divididos en tres grandes grupos: comandos de modelación, comandos de análisis, y comandos de salida. Estos comandos ayudan a construir los objetos prin-cipales de OpenSees y otros objetos secundarios.

Figura 1: Esquema de la interfaz de usuario

Figura 2: Esquema básico de la relación entre el Motor y el Interpretador OpenSees

51

2.2.2. Objetos principales

Los principales objetos que componen a OpenSees son:

Objeto ModelBuilder. Es el res-ponsable de crear los elementos que componen al modelo, tales como: nodos, materiales, secciones, elementos, cargas actuantes sobre la estructura, restricciones nodales, etc., y de añadirlos al objeto Domain. Los comandos incluidos en este objeto son los mismos comandos de modelación.

Objeto Domain. Es el responsable de almacenar los objetos creados por el ModelBuilder, para que los objetos Analysis y Recorder puedan tener acceso a ellos.

Objeto Analysis. Es el encargado de ejecutar en sí el análisis, moviendo el modelo de un estado en el tiempo t a otro en el tiempo t+dt, según el procedimiento de análisis que se le haya asignado al modelo. Los comandos incluidos en este objeto son los mismos comandos de análisis.

Objeto Recorder. Es el responsa-ble de grabar, durante el análisis, los parámetros de salida definidos por el usuario en el modelo. Su función es la de monitorear el estado de cada uno de los componentes del dominio en intervalos de tiempo previamen-te especificados e imprimirlos en un archivo para que la información sea fácilmente post-procesada. Los comandos incluidos en este objeto son los mismos comandos de salida.

Un esquema de la interconexión de estos cuatro objetos se ilustra en la figura 3.

2.2.3. Modos de funcionamientoExisten al menos dos modos comunes

para poner en funcionamiento a OpenSees: modo interactivo y modo no-interactivo. El primero consiste en ir colocando línea por línea el guión10 del modelo en la Terminal OpenSees, como se ilustra en la figura 4. Es el modo menos recomendado de usar por las siguientes dos razones:El proceso es lento y tedioso; y,El usuario está susceptible a cometer

errores durante la construcción de su modelo.El segundo consiste en llamar

mediante el comando source el archivo que contiene el modelo. A modo de ejemplo, supóngase que el guión de un modelo se ha escrito en el archivo POrticoElAstico.tcl, ubicado en la ruta11:/Users/HREsquivelO/opensees

Si el usuario deseara correrlo, la siguiente línea debería ser escrita en la Terminal OpenSees (ver figura 5).source /Users/HREsquivelO/

opensees/POrticoElAstico.tcl

Es el modo recomendado para correr un modelo en OpenSees.

10 Script en inglés.

11 Estilo UNIX (Mac OS X).

Figura 3: Interconexión de los 4 objetos principales

52

Figura 4: Funcionamiento de OpenSees en modo interactivo

Figura 5: Funcionamiento de OpenSees en modo no-interactivo

53

3. Aplicación de modelación no-lineal

3.1. Geometría de la estructura escogida

La estructura que se muestra en la figura 6 es un edificio en concreto reforzado de 10 pisos de altura, levantado sobre zona de amenaza sísmica alta con coeficiente de ace-leración pico efectivo de 0.25 y suelo de fundación en roca. El edificio fue diseñado para albergar oficinas en su interior.

La planta estructural del edificio es rectangular y constante en elevación; sus dimensiones fueron fijadas en 35.00 x 21.00 m (ver

figura 7). Cada piso tiene un área de 735 m2 y en conjunto toda la edificación suma 7350 m2. La edi-ficación puede alzarse sobre una cuadrícula de 5 x 3 unidades de 7.00 m, donde en cada intersec-ción de ésta se eleva una columna de sección rectangular. El sistema de pisos consiste en un conjunto de losas macizas cuadradas de 7.00 x 7.00 x 0.17 m soportadas por una malla de vigas de sección rectangu-lar. Las vigas a lo igual que las losas y columnas fueron especificadas en concreto reforzado.

Asimismo, se especificaron zapatas rectangulares en concreto reforzado para que cumplieran la función de cimentación en el edificio.

Figura 6: Estructura escogida para la modelación no-lineal en OpenSees

Figura 7: Planta estructural (unidades en m)

54

3.2. Lista de materiales

3.2.1. Acero de 420 MPa

El comportamiento del acero es bi-lineal con simetría en las zonas de tracción y compresión. Fue definido como sigue:

donde representa el esfuerzo normal del acero (los esfuerzos de tracción son positivos); , la defor-mación longitudinal del acero; , el módulo de Young en la zona elástica del acero; , el esfuerzo normal de fluencia del acero; , la deformación longitudinal de fluencia del acero, dado por:

y , un factor porcentual de endu-recimiento definido como la propor-ción entre el módulo de Young en la zona plástica y elástica del acero.

En la figura 8 se presenta la gráfica tipo de la función (1). En OpenSees este comportamiento se definió con el comando uniaxialMaterial, opción Steel01.

3.2.2. Concreto normal de 21 MPa

El comportamiento del concreto es no-lineal sin resistencia a la tensión. Fue definido con la función (Hognestad, 1951):

donde representa el esfuerzo normal del concreto (los esfuerzos de compresión son negativos); , la de-formación longitudinal del concreto; , el esfuerzo normal máximo (a compresión) del concreto; , la de-formación longitudinal del concreto en donde se obtiene el esfuerzo normal máximo; , el esfuerzo normal último del concreto; , la de-formación longitudinal última del concreto; y , el módulo de Young inicial del concreto, dado por12:

Como el modelo tomó en cuenta el confinamiento en el núcleo de las columnas y vigas, se hizo dis-tinción entre dos tipos de concreto: concreto inconfinado para el recu-brimiento y concreto confinado para el núcleo de las secciones.

En la figura 9 se presenta la gráfica tipo de la función (2). En OpenSees este comportamiento se definió con el comando uniaxialMaterial, opción Concrete01.

12 Según Mander et al (1988).

55

Figura 8: Curva de esfuerzo-deformación tipo del acero Figura 9: Curva de esfuerzo-deformación tipo del concreto

3.3. Tipos de elementos y sec-cionesSe utilizaron elementos no-linea-

les de plasticidad distribuida con secciones de fibras en cada punto de integración (5 por elemento, ver figura 10). La formulación de los elementos se basó en la iteración sucesiva de las ecuaciones de equi-librio y compatibilidad.

La ventaja de utilizar secciones de fibras es que permite capturar las relaciones de momento-curvatura de los elementos estructurales para

diferentes niveles de carga axial. La decisión de utilizar varias secciones a lo largo de los elementos (plas-ticidad distribuida) se tomó para capturar posibles comportamientos no-lineales por afuera de las zonas típicas de plastificación de nudos (p.e. a un tercio de la longitud de las vigas en vez de los extremos).

Para crear las secciones en OpenSees, se utilizó el comando section, opción Fiber; y para los elementos, el comando element, opción nonlinearBeamColumn.

Figura 10: Elemento de plasticidad distribuida con secciones de fibras en cada punto de integración

56

3.4. Grabadores

Distintos parámetros estructurales fueron monitoreados durante la si-mulación para obtener las gráficas de respuesta estructural mostradas en la última página. En OpenSees, estos grabadores se definieron con el comando recorder, opciones: Node y Element.

3.5. Análisis

Se ejecutó un análisis no-lineal cua-si-estático13 en la dirección x mediante dos patrones de carga: y , conside-rando el confinamiento en el núcleo de las columnas y vigas. El empuje progresivo fue efectuado de modo que los nodos de mismo piso yacidos sobre los pórticos 1 y 2 se desplaza-ran con la misma magnitud, al veri-ficarse que las losas macizas actúan como diafragmas rígidos.

Cada patrón de carga fue llevado hasta un desplazamiento horizontal máximo en la cubierta de:

donde 36.20 es la altura total del edificio en metros; y 0.015, un factor porcentual de deriva seleccionado.

1. Patrón de carga 1 (). La for-ma corresponde al primer modo de vi-bración del edificio en la dirección x.

2. Patrón de carga 2 (). La for-ma corresponde a la de un rectángulo.

13 Concretamente un empuje progresivo (pushover en inglés).

57

4. Resultados obtenidos

La información recolectada por los grabadores fue almacenada por OpenSees en archivos de texto plano y luego post-procesados a través de Matlab para obtener las respuestas estructurales de interés. Las figuras de la 11 a la 14 muestran algunas de estas respuestas para el patrón de carga 1.

5. Conclusiones

La modelación no-lineal de sistemas estructurales está siendo utilizada cada vez más como herramienta para la simulación del comportamiento real de edificaciones sometidas a cargas de terremotos. Implementados ade-cuadamente, los análisis no-lineales estáticos y/o dinámicos de estructu-ras son la mejor manera de identifi-car las características de la respuesta estructural de edificios; lo anterior incluye identificación de mecanis-mos de plastificación, con las conse-cuentes fuerzas internas asociadas, demandas de desplazamientos y duc-tilidad y los requisitos de detallado necesarios para asegurar un compor-tamiento seguro de los edificios ante eventuales eventos sísmicos. Con el análisis no-lineal se podría incluso evaluar la eficacia de las propuestas de detallado estructural presentadas en los códigos de diseño vigentes, de tal forma que se tenga una mayor certeza del desempeño de los compo-nentes estructurales y no-estructura-les de los edificios.

En este documento se presentó una introducción a la herramienta de modelación estructural y geotéc-nica en OpenSees. Esta colección de componentes de programa, desarro-llado por el PEER y soportado por la NSF, ha permitido realizar simulacio-nes avanzadas por computadora de sistemas estructurales y geotécnicos sometidos a escenarios realísticos de amenaza sísmica mediante la utiliza-ción de elementos finitos. Hoy en día, OpenSees es una de las herramien-tas esenciales de apoyo usada por la comunidad de investigadores en Inge-niería Sísmica en los Estados Unidos; desde 2005, ha venido siendo usado como instrumento de simulación de respuestas estructurales de edificios por el Grupo de Investigación en Es-tructuras y Geotecnia (GIEG) de la Universidad del Norte, dentro de las líneas de investigación en Ingeniería Sísmica y Dinámica Estructural.

En el futuro se pretende aportar a OpenSees nuevos tipos de materia-les y elementos estructurales que simulen las características de las es-tructuras utilizadas típicamente en el país. OpenSees se seguirá utilizando en futuras investigaciones relaciona-das con análisis dinámicos no-lineales de sistemas aporticados sometidos a escenarios de amenaza sísmica alta para evaluar la pertinencia de las re-comendaciones de diseño propues-tas en los códigos de construcción vigentes.

58

6. Referencias

[1] Popovics S. A Review of Stress-Strain Relationships for Concrete. ACI Journal, Proceed-ings, Vol. 67, No. 3, March 1970, pp. 243--248.

[2] Mander J. B., Priestley M. J. N., and Park R. Theoretical Stress-Strain Model for Confined Con-crete. ASCE Journal of Structural Engineering, Vol. 114, No. 8, Au-gust 1988, pp. 1804--1825.

[3] Collins M. P., and Mitchel D. Prestressed Concrete Structures. Prentice Hall, Englewood Cliffs, 1991, 766 pp.

[4] Saatcioglu M., and Razvi S. R. Strength and Ductility of Con-fined Concrete. ASCE Journal of Structural Engineering, Vol. 118, No.6, 1992, pp. 1590-1607.

[5] Richart F. E., Brandtzaeg A., and Brown R. L. A Study of the Failure of Concrete Under Com-bined Compressive Stresses. Bu-lletin 185, University of Illinois Engineering Experimental Station, Champaign, Ill, 1928.

[6] Qi X., and Moehle J. P. Dis-placement Design Approach for Re-inforced Concrete Structures Sub-jected to Earthquakes. Report No. Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley, CA. EERC 91/02, January 1991.

[7] Normas Colombianas de Di-seño y Construcción Sismo Resis-tente 1998 (NSR-98). Título C, pp. 82 y 86.

Figura 11: Curva de empuje progresivo

Figura 12: Curva de desplazamientos horizonta-les por piso

Figura 13: Distribución de derivas máximas por piso

Figura 14: Diagrama de fuerza cortante por piso

59

Integrantes:

1 Cesar Diego Ortiz Carmona,

(ALUMNO) Julio 30 de 2009

2 Wilson Fabián Agudelo Cuevas (ALUMNO)

3 Ing. Pedro Torrenegra

(DIRECTOR DE PROYECTO)

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANSISCO

JOSE DE CALDAS

FACULTAD

TECNOLOGICA

ING CIVIL

SINTESIS:

El proyecto consiste en producir mezclas de concreto en las

cuales el 100% del cemento es reemplaza-do por un polímero conocido comúnmente con

las sigla PET que químicamente consiste en una estructura muy larga de monómeros entrecruza-dos que conforman una matriz muy fuerte, este material muy abundante en nuestro medio es utilizado para el envasado de gaseosas, alimentos y medicamentos es difícil degradación y en rellenos sanitarios ocupa un gran espacio. Si este material es sometido a temperaturas mayores a 200ºC el entrecruzamiento de monómeros se abre permi-tiendo así el ingreso de la banda granulométrica (arena y grava) para conseguir finalmente una especie de concreto que se funde en caliente con características y propiedades elásticas. En el inicio de la investigación se determino que su re-sistencia a la compresión axial es (7000 lb/pul2) y su deformación unitaria esta por el orden de 0,01.

Posteriormente se realizaron los estudios per-tinentes para la obtención de datos y soportes de este concreto sometido a flexión pues su modulo de rotura y sus deformaciones obtenidas nos permiten realizar un análisis detallado de sus características ante las solicitud de resistencia s dichos esfuerzo y así determinar dichas propie-dades y plantear este concreto como material al-ternativo para la construcción identificando sus posibles aplicaciones.

Estas pruebas se realizaron por medio de la teoría de falla por momento en viga de concreto no reforzada, y se midió mediante la aplicación de cargas vivas en los tercios medios. Según norma ASTM-C78 un estado de flexión pura en el material. El dimensionamiento de la probeta se estableció condicionado por parámetros del diseño de vigas por esfuerzos últimos de flexión. y las resistencia a la compresión ya menciona-da Para la realización de las pruebas se utilizo la maquina (Humboldt máster loader hm 2000) con capacidad de carga de 5Tn y deformimetro sensible a la decima de mm.

Palabras claves:

Modulo de elasticidad, módulo de rotura, flexión pura y uniforme compresión, los polímeros, diseño al a rotura, diseño elástico, granulometría y compactación.

COMPRESIÓN, FLEXIÓN Y DEFORMACION

UNITARIA DEL CONCRETO POLIMERICO

UTILIZANDO (PET) COMO UNICO

AGLUTINANTE

60

INTRODUCCION.

La investigación se enfoco en el estudio de la resistencia a la

flexión del concreto polimérico que se puede definir como: la resistencia a la falla por momento de una viga o losa de concreto no reforzado.

La característica principal de este tipo de concreto es el cementante utilizado (PET) asigna propiedades flexibles y elásticas a esta clase de concreto. Para analizar el material y sus propiedades mecánicas es necesario someter dicho material a diferentes clases de esfuerzos.

El concreto polimérico PET lo definimos como: una roca artificial conformada por un material aglu-tinante (PET) y materiales granu-lares de origen pétreo los cuales forman una matriz solida que posee características propias como: la cohesión entre partículas, deforma-ción por esfuerzos y la resistencia a esfuerzos entre otras.

La investigación pretende generar nuevas alternativas y técnicas para la elaboración de elementos cons-truidos en concreto, caracterizando el material aglutinante, y la interac-ción de este con el material granular por medio de esfuerzos a flexión para el análisis de sus propieda-des mecánicas al ser sometido a dichos esfuerzos mediante gráficos esfuerzo vs deformación unitaria.

MATERIALES Y METODOS.

EL PET El plástico en general, engloba a una serie de productos con propiedades y características tan diferentes como lo son el cobre y el hierro, dentro de la familia de los metales. Son materiales que ge-

neralmente consisten en resinas ar-tificiales, que pueden ser moldeadas o modeladas por la acción de la presión y del calor. 1

En la actualidad, el PET es el plástico más usado en el rubro de botellas. En el mundo se ha divulgado el concepto del envase “one way”?. Las nuevas tecnologías permitieron acelerar el proceso de soplado de envases, tornando el material aun más competitivo en su proceso de transformación. Las características de barrera de la resina PET son con-tinuamente mejoradas por medio de la aplicación de revestimientos eco-lógicamente aprobados, de aplica-ción interna o externa, permitiendo la sustitución potencial del vidrio y de envases de metal. El principal mercado para la resina PET es el embalaje industrial de alimentos. 1

El éxito del PET

El (PET) comenzó a utilizarse ma-sivamente en la década pasada, con gran éxito debido a sus caracterís-ticas. una de sus propiedades más distintivas como es la barrera de gases, le confirió gran difusión como envase de bebidas, inicialmente para gaseosas, sifones y posteriormente extendiéndose a otros productos con aceites, mayonesas, cosméti-cos, productos farmacéuticos, etc.1

Este plástico tiene el nombre técnico de poli (etilentereftalato), comúnmente se le conoce como poliéster (como el utilizado en forma de fibra textil) o por sus siglas PET. Debido a que se le considera no reactivo y no tóxico, se le utiliza para envasar bebidas y alimentos. La estructura química de su unidad repetitiva (eslabón de la cadena) se muestra a continuación: 1

61

Eslabón de PET

Así pues, el PET consiste de cadenas muy largas compuestas por cientos de estas unidades (n unidades), similarmente a una cadena muy larga que está formada de muchos eslabones. 11

A pesar de ser considerado no tóxico, potencialmente represen-ta un peligro si no es desechado de manera adecuada. Además de ocupar demasiado espacio en los rellenos municipales, si es incine-rado puede producir sustancias sumamente tóxicas, como dioxinas y furanos.

Resistencia mecánica

La resistencia mecánica del concreto endurecido, especialmente a compresión, depende más de la resistencia de la pasta de cemento y de su adherencia con los agregados, que de la resistencia propia de los agregados, Sin embargo, cuando se trata del concreto de muy alta resis-tencia, con valores superiores a los 500 kg./cm2, o del concreto com-pactado con rodillo (CCR) en que si se produce contacto entre las par-tículas de los agregados, la resis-tencia mecánica de éstos adquieren mayor influencia en la del concreto. La resistencia a la compresión se puede definir como la máxima re-sistencia medida de un espécimen de concreto o de mortero a carga axial. Generalmente se expresa en kilogramos por centímetro cuadrado (Kg/cm2) a una edad de 28 días se le designe con el símbolo f’ c. Para

1. http://www.textoscientificos.com/polimeros

determinar la resistencia a la com-presión, se realizan pruebas espe-címenes de mortero o de concreto, La resistencia del concreto a la compresión es una propiedad física fundamental, y es frecuentemen-te empleada en los cálculos para diseño de puente, de edificios y otras estructuras. El concreto de uso ge-neralizado tiene una resistencia a la compresión entre 210 y 350 kg/cm cuadrado. Un concreto de alta resistencia tiene una resistencia a la compresión de cuando menos 420 kg/cm cuadrado. Resistencia de 1,400 kg/cm cuadrado se ha llegado a utilizar en aplicaciones de cons-trucción. La resistencia a la flexión del concreto se utiliza generalmente al diseñar pavimentos y otras losas sobre el terreno. La resistencia a la compresión se puede utilizar como índice de la resistencia a la flexión, unas ves que entre ellas se ha esta-blecido la relación empírica para los materiales y el tamaño del elemento en cuestión. La resistencia a la flexión, también llamada modulo de ruptura, para un concreto de peso normal se aproxima a menudo de 1.99 a 2.65 veces el valor de la raíz cuadrada de la resistencia a la com-presión. 2

El valor de la resistencia a la tensión del concreto es aproximadamente de 8% a 12% de su resistencia a compresión y a menudo se estima como 1.33 a 1.99 veces la raíz cuadrada de la resistencia a compresión. La resistencia a la torsión para el concreto está relacionada con el modulo de ruptura y con las dimensiones del elemento de concreto. La resistencia al cortante del concreto puede variar desde el 35% al 80% de la resistencia a

62

compresión. La correlación existe entre la resistencia a la compresión y resistencia a flexión, tensión, torsión, y cortante, de acuerdo a los componentes del concreto y al medio ambiente en que se encuentre. El modulo de elasticidad, denotando por medio del símbolo E, se puedes definir como la relación del esfuerzo normal la deformación correspondiente para esfuerzos de tensión o de compresión por debajo del límite de proporcionalidad de un material. 2

2¿QUE ES LA RESISTENCIA A FLEXION?

Es una medida de la resistencia a tracción del concreto (hormigón). Es una medida de la resistencia a la falla por momento de una viga o losa de concreto no reforzada. Se mide mediante la aplicación por la aplicación de cargas a vigas de concreto que deben tener como mínimo de luz tres veces la longitud de la sección transver-sal. La resistencia a la flexión se expresa como modulo de rotura MR que se determina por medio de los ensayos ASTM C78 (carga en los puntos tercios) o ASTM C293 carga en el punto medio. 2

¿COMO UTILIZAR LA RESISTENCIA A LA FLEXION?

Las vigas o probetas deben Sr. fabricadas adecuadamente en el campo. Las mezclas para pavi-mentos de concreto son secas, con asentamientos (revenimiento) de 0.5 a 2.5 pulgadas (1.25 a 6.25 cm.), consolidan por la vibración de acuerdo con la norma ASTM C31

2. www.nrmca.org/aboutconcrete/EL CONCRETO EN LA PRÁCTICA/clips/CIP.16.ES.pdf

y se golpean los laterales para liberar burbujas de aire. Para asen-tamientos mas altos después de aplicarles golpes con una varilla, se golpean los moldes para liberar las burbujas de aire y se agita o pincha a lo largo de los laterales para garantizar su consolidación. Nunca permita que se sequen las superficies de la viga en ningún momento. Mantener inmersa en agua saturada con cal durante 20 horas como mínimo antes de ensa-yarlas.2

Las especificaciones y las in-vestigaciones que se hagan de la aparente baja resistencia deberán tener en cuenta la elevada varia-bilidad de los resultados de los ensayos de resistencia a la flexión. La desviación típica para la resis-tencia a flexión del concreto de hasta 800 lb. Por pulgada cuadrada (5.5Mpa) para proyectos con un buen rango de control está entre 48 a 80 libras por pulgada cuadrada (0,3 a 0,1 6MPa). Los valores de las desviaciones típicas por encima de 100 libras por pulgada cuadrada (0.7MPa) pueden indicar problemas en los ensayos. 2

Módulo de rotura Resistencia máxima determinada en un ensayo de flexión o torsión. En un ensayo de flexión, el módulo de rotura en la flexión es el esfuerzo máximo en la fibra cuando se produce el fallo. En un ensayo de torsión, el módulo de rotura en la torsión es el esfuerzo de cizalladura máximo de la fibra extrema de un miembro circular cuando se produce el fallo. Sinónimos: resistencia a la flexión y resistencia a la torsión. 2

63

Flexión mecánica En ingenie-ría se denomina flexión al tipo

de deformación que presenta un elemento estructural alargado en una dirección perpendicular a su eje longitudinal. El término “alargado” se aplica cuando una dimensión es dominante frente a las otras. Un caso típico son las vigas, las que están diseñas para trabajar, princi-palmente, por flexión. Igualmente, el concepto de flexión se extiende a elementos estructurales superficia-les como placas o láminas. 2

El rasgo más destacado es que un objeto sometido a flexión presenta una superficie de puntos llamada fibra neutra tal que la distancia a lo largo de cualquier curva contenida en ella no varía con respecto al valor antes de la deformación. El esfuerzo que provoca la flexión se denomina momento flector. 2

Deformación por flexión

Flexión en vigas y arcos

Las vigas o arcos son elementos es-tructurales pensados para trabajar predominantemente en flexión. Geométricamente son prismas-mecánicos cuya rigidez depende, entre otras cosas, del momento de inercia de la sección transversal de las vigas. 2

Esfuerzos y deformaciones por flexión

Los momentos flectores son causados por la aplicación de cargas normales al eje longitudinal del elemento haciendo que el miembro se flexione. Dependiendo del plano sobre el que actúen las fuerzas, de su inclinación con respecto al eje longitudinal y de su ubicación con respecto al centro de cortante de la sección transversal del elemento, se puede producir sobre esta flexión simple, flexión pura.

Flexión Pura

Se refiere a la flexión de un elemento bajo la acción de un momento flexionante constante. Cuando un elemento seencuentra sometido a flexión pura, los esfuerzos cortantes sobre él son cero. Un ejemplo de un elemento sometido a flexión pura lo constituye la parte de la viga entre las dos cargas puntuales P.

El diagrama de cortantes (V) ilustra que en la parte central de la viga no existen fuerzas cortantes ya que está sometida únicamen-te a un momento constante igual a (P/2)*(b/3). Solo el tercio medio se encuentran en flexión pura puesto que el momento es constante y no existen fuerzas cortantes. 2

Para poder determinar los esfuerzos producidos en un elemento sometido a flexión, es necesario realizar primero un estudio de las deforma-ciones normales producidas sobre la sección transversal del elemento sobre los elementos determinán-dolas para la obtención de los diagramas de momentos flectores y fuerzas cortantes que actúan sobre un elemento dado. 2

64

Las cargas que actúan sobre una viga ocasionan que esta se flexione, con lo que su eje se deforma en una curva a esta se le llama curva de deflexión. La deflexión de la viga en cualquier punto a lo largo de su eje es el desplazamiento de ese punto desde su posición original.

Curvatura de la viga

Cuando se aplican cargas a una viga el eje longitudinal adopta la forma de una curva. Las deformaciones unitarias y los esfuerzos resultantes en la viga se relacionan directamen-te con la curva de deflexión.

La curvatura es una medida de cuan agudamente esta doblada una viga. Si la carga sobre una viga es pequeña esta permanecerá casi recta, el radio de curvatura será muy grande y la curvatura muy pequeña. Si la carga se incremen-ta la flexión aumentara, el radio de curvatura será más pequeño y la curvatura será mayor. 2

La deflexiones en vigas suelen ser muy pequeñas comparadas con sus luces. Las deflexiones pequeñas significan que la curva de deflexión es casi plana. 2

Deformaciones unitarias en vigas

La deformación unitaria en una viga puede encontrarse analizando la curvatura de la viga y las defor-maciones asociadas. Para este fin consideremos una porción (ab) de una viga en flexión pura sometida a momentos flexionantes positivos. Suponemos que la viga tiene ini-cialmente un eje longitudinal recto y que su sección transversal es simétrica con respecto al eje (y). ebido a la acción de momentos flexionantes, la viga se flexiona en el plano (xy) (plano de flexión) y su eje longitudinal toma una forma circular. La viga se flexiona con la concavidad hacia arriba, que co-rresponde a una curvatura positiva.

2

Las secciones transversales de la viga, como las secciones (mn) y (pq) permanecen planas y normales al eje longitudinal. El punto básico es que la simetría de la viga y su carga significa que todos los elementos de la viga (como el elemento mpqn) deben deformarse de manera idéntica, lo que es posible solo si las secciones transversales permanecen planas durante la flexión. Esta conclusión es válida para vigas de cualquier material, sea elástico o inelásti-co, lineal o no lineal. Por supuesto, las propiedades del material y sus dimensiones deben ser simétricas con respecto al plano de flexión. 2

65

Debido a las deformaciones por flexión mostradas en la figura,

las secciones transversales (mn) y (pq) giran respecto de si mismos sobre ejes perpendiculares al plano (xy) las (lines) longitudinales sobre la parte convexa (inferior) de la viga se alarga, mientras que las del lado cóncavo (superior) se acortan. la parte inferior de la viga esta en tensión y la superior en compre-sión. En alguna parte entre la parte superior e inferior de la viga existe una superficie en que las líneas lon-gitudinales no cambian de longitud. Esta superficie, indicada por la línea punteada (ss) en las figuras, se llama superficie neutra de la viga. Su intersección con cualquier plano transversal se llama eje neutro de la sección transversal; por ejemplo el eje (z) es el eje neutro de la sección transversal en la figura. 2

Los planos que contienen la sección transversal (mn) y (pq) en la viga deformada se intersecan en una línea que pasa por el centro de curvatura o’. El ángulo entre estos planos se denota por (dΘ) y la distancia o’ a la superficie neutra (ss) es el radio de curvatura ρ. 2

La distancia inicial de x entre los dos planos no cambia en la superfi-cie neutra por lo que (ρdθ=dx). Sin embargo el resto de las líneas longitu-dinales entre los dos planos se alarga o se acorta con lo cual se generan deformaciones unitarias (εx).

Para evaluar estas deformaciones unitarias normales, consideramos una línea longitudinal característi-ca (ef) localizada dentro de la viga entre los planos (mn) y (pq) identi-ficamos la línea (ef) por su distancia (y) desde la superficie neutra en

la viga inicialmente recta. Estamos suponiendo ahora que el eje x se encuentra a lo largo de la superficie neutra de la viga no deformada. Por supuesto cuando la viga se flexiona, la superficie neutra se mueve con la viga pero el eje (x) permanece fijo en posición. Sin embargo la línea longitudinal (ef) en la viga flexiona-da permanece a la misma distancia (y) desde la superficie

Neutra. La longitud (L1) de la línea (ef) después de que tiene lugar la flexión es: 3

En donde hemos sustituido (dθ=dx/ρ) puesto que la longitud original de la línea (ef) es (dx), se infiere que su alargamiento es (L1-dx) o (–ydx/ρ). La deformación unitaria longitudinal correspondien-te es igual al alargamiento dividido entre la longitud inicial de x por tanto: 3

Curvatura y deformación unitaria en vigas

66

En compresión podemos calcular el modulo requerido dividien-

do el momento flexionante máximo entre el esfuerzo permisible en flexión del material formula. 3

El esfuerzo permisible se basa en las propiedades del material y en el factor de seguridad deseado. Para garantizar que no se rebase este esfuerzo, si la sección transversal no es doblementesimétrica, o si los esfuerzos per-

misibles son diferentes en tensión y en compresión, hay que determinar dos módulos de sección requeridos, uno basado en tensión y otro en compresión luego debemos propor-cionar una viga que satisfaga ambos criterios. 3

Para minimizar el peso y ahorrar material, solemos coger una viga que tenga la menor área transver-sal y que proporcione los módulos de sección requeridos. 3

Las vigas se construyen en una gran variedad de formas y tamaños para satisfacer una gran cantidad de propósitos.

Eficiencia relativa de varias formas de vigasUno de los objetivos al diseñar

una viga es usar el material con efi-ciencia dentro de las restricciones impuestas por la función, la aparien-cia, los costos de fabricación entre otros. Desde el punto de vista solo de la resistencia, la eficiencia en flexión depende principalmente de la forma de la sección transversal. En particular, la viga más eficiente es aquella en que el material se localiza

tan lejos como sea práctico del eje neutro. Entre más lejos este una cantidad dada del material del eje neutro mayor resulta el modula de sección y entre mayor es el modulo de sección, mayor es el momento flexionante que puede resistirse. 3

Si consideramos una sección transversal en forma de rectángulo de ancho B y altura H el modulo de sección es: ecuación donde A denota que el área de la sección transversal. Esta ecuación muestra que la eficiencia de una sección transversal rectangular de área dada aumenta conforme se incre-menta la altura H (y el ancho B se reduce para mantener constante el área). Por su puesto hay un límite práctico para el incremento de altura por que la viga se vuelve late-ralmente inestable cuando la razón de la altura a anchura resulta muy grande una viga de sección rectan-gular muy estrecha fallara debido al pandeo lateral no por falta de resis-tencia del material. 3

Esfuerzos normales en vigas (material elástico lineal)

Los esfuerzos que actúan sobre toda la sección transversal de una viga varían de intensidad depen-diendo de la forma del diagrama esfuerzo deformación unitaria y de las dimensiones de la sección trans-versal. 3

67

La relación esfuerzo deformación unitaria que se encuentra con

más frecuencia en ingeniería es la ecuación para un material elástico lineal para tales materiales sustitui-mos la ley de Hook para esfuerzo uniaxial ( y obtenemos: 3

Esta ecuación muestra que los esfuerzos normales que actúan sobre la sección transversal varían linealmente con la distancia (y) desde la superficie neutra. 3

Para que la ecuación sea de valor práctico debemos localizar el origen de coordenadas de manera que podamos determinar la distancia (Y); en otras palabras debemos ubicar el eje neutro de la sección transversal. También necesita-mos obtener una relación entre la curvatura y el momento flexionan-te de manera que podamos susti-tuirla en la ecuación y obtener una ecuación que relacione los esfuerzos con el momento flexionante. 3

Estos dos objetivos se alcanzan determinado la resultante de los esfuerzos que actúan sobre la sección transversal.

En general la resultante de los esfuerzos normales consiste en dos resultantes de esfuerzo:

La fuerza que actúa en dirección (x)

Un par de flexión que actúa en el eje (z)

Sin embargo la fuerza axial es cero cuando la viga está sometida a flexión pura. Así pues, podemos escribir las siguientes ecuaciones de estática:

La fuerza resultante en dirección (x) es igual a cero

El momento resultante es igual a l momento flexionante

La primera ecuación da la posición del eje neutro y la segunda la relación momento curvatura.

Relación momento curvatura

La segunda ecuación de la estática expresa que la resultante de momento de los esfuerzos normales que actúa sobre la sección trans-versal es igual al momento flexio-nante en la figura. El elemento de fuerza (dA) que actúa sobe el elemento de área de A de la figura lo hace en sentido positivo del eje (x) cuando es positivo y en sentido negativo cuando es negativo como el elemento dA esta arriba del eje neutro, un esfuerzo positivo que actúa sobre este elemento produce un elemento de momento igual a (y) (dA). Este elemento de momento actúa en sentido opuesto al momento flexionante positivo M mostrado en la figura; por lo tanto el incremento (dM) en el momento flexionante es: 3

La integral de todos estos momentos elementales sobre el área A de la sección transversal entera debe ser igual al momento flexionante. 3

O al sustituir de la ecuación

68

Esta ecuación relaciona la curvatura con el momento

flexionante M.

En virtud de que la integral en la ecuación anterior es una propiedad del área de la sección transver-sal, es conveniente reescribir la ecuación como:

En donde

Esta integral es el momento de inercia del área de la sección trans-versal con respecto al eje (z) es decir, con respecto al eje neutro. Los momentos de inercia siempre son positivos y tuenen dimensiones de longitud a la cuarta potencia. 3

La ecuación se puede reordenar para expresar la curvatura en términos del momento flexionante en la viga: 3

Conocida como la ecuación momento curvatura esta ecuación muestra que la curvatura es direc-tamente proporcional al momento flexionante e inversamente pro-porcional a la cantidad , que se llama rigidez por flexión de la viga. La rigidez por flexión es una medida de la resistencia de la viga a la flexión; es decir, entre mayor es la rigidez por flexión menor es la curvatura para un momento flexiónate dado.3

3 MECANICA DE MATERIALES/Gere y Timoshenko/cuarta edición/Thompson editores pp307-321

DIMENSIONAMIENTO DE LA PROBETA

Calculo del Esfuerzo último de compresión

Calculo de Carga última en compresión

Calculo de Carga última de flexión

69

Calculo del momento máximo de flexión

Calculo del modulo de sección

Entonces:

Calculo de la base de la sección transversal

Donde: por ser la sección cuadrada

Entonces:

Calculo de la base de la sección transversal utilizando un factor de seguridad Fs = 1,3

Diseño de la probeta

Análisis granulométrico

Grava o arena bien gradada (GW o SW) Si el material contiene hasta 5% de finos, cuando se trate de una grava cuyo coeficiente de uni-formidad (Cu) es mayor de 4 y su coeficiente de curvatura (Cc) esté entre 1 y 3, se clasifica como grava bien graduada y se identifica con el símbolo GW. Cuando se trate de una arena cuyo coeficiente de uni-formidad (Cu) es mayor de 6 y su coeficiente de curvatura (Cc) esté entre 1 y 3, se clasifica como arena bien graduada y se identifica con el símbolo SW.

70

AGREGADOS

C.3.3.1 - Los agregados para el concreto deben cumplir con la norma NTC 174 (ASTM C33).4

C.3.3.2 - Los agregados que no cumplan con las especificaciones de C.3.3.l, pero que hayan de-mostrado, mediante ensayos es-peciales o en uso, que producen concreto con resistencia y durabi-lidad adecuadas, pueden ser utili-zados cuando así lo autorice el Su-pervisor Técnico.

C.3.3.3 - El tamaño máximo nominal del agregado no debe ser mayor que:

(a) 1/5 de la dimensión menor entre los lados de las formaletas,

(b) 1/3 del espesor de las losas,

(c) 3/4 del espaciamiento libre mínimo entre las barras o alambres individuales del refuerzo, paquetes de barras o los tendones o ductos de preesforzado. (c) No aplica para concreto simple.4

4ASTM D421-58 y ASTM D422-63 (AASHTO T37-70)

El análisis granulométrico es utilizado para obtener la distribu-ción del tamaño de partículas en una masa de suelo con la finalidad

4.NSR98/TiTuLOC/CaPiTuLO3

de poder clasificarlo. El método del tamizado mecánico se usa en suelos granulares que poseen poco o nada del material fino (limos y arcillas).

NOTA: Para determinar la distri-bución de tamaños de partículas en los suelos finos se utiliza el análisis por hidrometría.

1. seleccionar representativa por el método del cuarteo. El material previamente lavado y secado por 12 horas es pasado por los tamices #4, #10, #20, #40, #60, #100, #200, fondo.

Arenas: tomar 500g y mantener en el ro.tab durante 15 minutos.

Tamizado de material pétreo

2. seleccionar representativa por el método del cuarteo. El material previamente lavado y secado por 12 horas es pasado por los tamices 11/2”,1”, ¾”. ½”, 3/8”, #4, fondo.

Grabas: tomar 2000g a 3000g y mantener en el ro.tab durante 15 minutos.

Tanto paragravas como para arenas se verifica el porcentaje retenido en cada tamiz.

71

GRANULOMETRIA 1 GW

Tabla 3 Granulometría 1

Curva granulométrica 1

Elaboración de probetas

El PET la dosificación del Pet se realiza en porcentaje del peso total de los agregados pétreos y varía entre 7.5% y el 17.5%.dependien-do del área especifica del agregado empleado El Pet utilizado debe estar limpio (libre de otros polímeros) molido en hojuelas con un diámetro aproximado a 8mm, luego es sometido a tempera en un recipien-te metálico de un calibre no menos a los 3mm a temperaturas que varían de 2000C y 2300C durante 8 minutos para obtener el rompimiento de los eslabones del Pet y lograr que l material cementante se encuentre en un estado viscoso y manejable de color pardo (achocolatado) para su mezclado con los agregados.

Nota: El procedimiento no debe tardar más de los tiempos reco-mendados ya que el Pet al abrir sus cadenas pierde gases que afectan sus propiedades y si es in-cinerado produce dioxinas y furanos altamente tóxicos.

Triturado fundido del PET

El mezclado se realiza a una tem-peratura promedio de 2100C esta puede realizarse solo mientras los eslabones del Pet se encuentren separados (temperatura mayor a 2000C). Los agregados deben ser in-troducidos en la mezcla a una tem-peratura no menos a los 2000C con el fin de que no se presente choque térmico entre el Pet y el agregado dificultando el mezclado.

Mezclado de del PET con la granu-lometría

72

Se recomienda incluir primero en la mezcla el material granular

más grueso esto facilitara el proceso que varía de 7 a 12 minutos según él % de Pet empleado y el área espe-cífica de la banda granulométrica. El mezclado se realiza hasta conseguir un material uniforme donde todas las partículas estén cubiertas de aglutinante (PET) de tonalidad parda y manejable durante algunos minutos siempre que se conserven las temperaturas recomendadas.

El encofrado solo puede realizarse en camisas metálicas de calibres o espesores mayores a los 3 mm para evitar deformaciones y alabeos en los elementos construidos. Ya que estas formaletas (camisas) deben ser sometidas a temperaturas mayores a 2000C

Antes de iniciar el fundido de la viga la camisa internamente debe ser impregnada con ACPM o un material similar para facilitar el des-encofrado posterior.

La viga de prueba se funde en dos capas en el sentido de la altura, a cada capa se le proporcionan 25 golpes en el sentido de su longitud con un martillo metálico de 800gr de peso y el enrace se realiza con espátula metálica de modo que se conserve la altura de la sección transversal.

Fundido de vigas y cilindros

Ensayos de flexión

Para el ensayo de flexión pura es necesario que se marquen los tercios de las vigas tanto los puntos de apoyo como los puntos de carga, El equipo utilizado para realizar la flexión consiste en un dispositivo electrónico que guarda datos de carga y deformación en forma si-multánea. El equipo para generar las cargas es el Humboldt máster- loader hm 2000. Que posee una capacidad de carga de 5Tn.

Marcaje de tercios medios en vigas

El ensayo se realiza sometiendo las vigas a un momento constante en su tercio medio, este se logra mediante una carga generada por el desplaza-miento uniforme del embolo a una velocidad de 0.216mm/s (triaxial 1.4) que es transmitida a dos apoyos en el tercio central y las reacciones generadas por los extremos de la probeta Hasta conseguir que falle.

73

Resultados de la prueba a flexión pura de una viga construida con concreto polimérico

Resultados de la prueba a flexión pura de una viga construida con concreto polimérico

74

TABLA 12 Cuadro general para arena con 15% de PET

75

76

Parámetros para diseño de mezclas

77

Conclusiones1. Al analizar los valores del modulo

de elasticidad (modulo de Young) de las mezclas de concreto polimérico sometidas a esfuerzos de de flexión pura. Se considera que el material es posee un comportamiento flexible, ya que (E) tiene valores de 2GPa hasta 3,2GPa. Dependiendo de la granulome-tría y la dosificación del cementante Pet empleadas, siendo inferior a los módulos de elasticidad de los concretos rígidos que varían de 17GPa hasta 32GPa.2. Según las tablas 6, 7, 8,9 y 10, 11,

12,13 se determina la resistencia a la flexión como:

F’r=0.25F’c O F’r=1/4 F’c 3. El modulo de rotura del concreto po-

limérico al utilizar PET como único aglu-tinante en la mezcla varía desde, 5MPa hasta 9MPadependiendo de la granulo-metría y la dosificación de Pet utilizada.4. El porcentaje óptimo de Pet, es decir

con el cual las mezclas de concreto po-limérico resisten el mayor esfuerzo de flexión, están directamente relaciona-das con la superficie específica de los agregados empleados y se determino que:Para arenas bien gradadas SW el por-

centaje óptimo de Pet debe ser 15%Para gravas bien gradadas GW el por-

centaje óptimo de Pet debe ser 12,5%5. Los gráficos esfuerzo vs deforma-

ción unitaria en compresión, tienen un comportamiento o tendencia a una ecuación polinomica de tercer grado, con un R2= 0.86, ya que la deformación unitaria está en función de la deforma-ción y la longitud inicial del elemento, a diferencia de los gráficos de esfuerzo vs deformación unitaria a flexión, que se

representan con una ecuación de grado 1 (lineal) con un R2=1, debido a que la deformación unitaria está en función de la curvatura y esta a su vez depende de la carga obtenida en el ensayo de laboratorio, al igual que el esfuerzo de flexión (modulo de rotura).6. Los gráficos de distribución normal

para los ensayos de flexión. Muestran mayores valores de S que los ensayos realizado a compresión anteriormen-te, esto se debe a la forma en que la granulometría actúa ante estos dos tipos de esfuerzos, pues si bien en los cilindros sometidos a compresión axial toda la granulometría actúa. En las vigas sometidas a flexión tan solo actúa la granulometría presente en el plano de falla. Originando mayores dispersiones en los gráficos de flexión.7. Al examinar el plano de falla por

flexión del concreto polimérico, se obser-varon fracturas en todos los agregados gruesos estos se presentan de forma ortogonal (normales) al eje axial de la viga, contrario a lo observado en el plano de falla del concreto hidráulico, en el que se evidencia parte del agregado sin sufrir fracturas, concluyendo con esto que el cementante polimérico Pet presta mayor adherencia entre las par-tículas.8. Con el método descrito en el capítulo

5 (elaboración de probetas), la tempera-tura para obtener un óptimo mezclado y encofrado del concreto polimérico con Pet como cementante. no podrá ser inferior a los 220°C, ya que la manejabi-lidad y el tiempo de fraguado dependen directamente de la temperatura con la que se trabaje.9. Al realizar el mezclado de los

agregados con el aglomerante Pet a temperaturas mayores a los 230°C, el Pet sufre descomposiciones químicas y

78

físicas que disminuyen notablemente la resistencia a la flexión del concreto poli-mérico, además de desprender dioxinas y foranos altamente tóxicos para el medio ambiente.10. Debido a los bajos módulos

elásticos y comportamientos flexibles de esta tipo de concreto, se limitara el uso estructural o aplicaciones similares con este material, pues se presentaran deformaciones considerables en estos elementos.11. El proceso de fabricación de este

concreto se limita a elementos prefabri-cados fuera de sitio, ya que su fraguado se presenta de forma inmediata al perder temperatura. Imposibilitando su trabajabilidad y transporte masivo en estado manejable.12. Los tamaños de agregados menores

al tamiz #4. Por poseer una área espe-cífica mayos que lar gravas, requieren de un mayor tiempo de mezclado, con el fin de obtener la mayor adherencia entre partículas de estos tamaños.13. Al aumentar el porcentaje de Pet,

por encima del óptimo en cualquiera de las mezclas, aumenta la manejabilidad y disminuye el tiempo de mezclado de este concreto. Pero dificulta el proceso de compactación disminuyendo la resis-tencia a la flexión.14. El aumento de conglomerante

Pet dentro de las mezclas, aumenta el peso especifico de este tipo de concreto haciéndolo mas rígido y denso, pero con módulos de rotura menores a los módulos de rotura de las dosificaciones optimas.15. Los elementos construidos con

concreto polimérico serán el 5% más ligeros en peso, en comparación con elementos construidos en concreto hi-dráulico tradicional.

16. El concreto polimérico en compa-ración con el concreto hidráulico tra-dicional incrementa su costo por m3 de un 28% a 30% ya que su fundición requiere de fuentes energéticas que produzcan temperaturas mayores a los 200°C además de los precios comercia-les actuales del cementante empleado.Bibliografía2. Concreto para técnicos de la cons-

trucción / Escrito por René Muciño Castañeda Publicado por Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, 20033. Diseño racional de pavimentos /

Escrito por Fredy Alberto Reyes Lizcano /pp604. Cartilla del concreto/Escrito por

Franklin R. / Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto 1977 Lewis H. Tuthill5. El concreto en la práctica www.

nrmca.org/aboutconcrete/cips/CIP16ES.pdf6.http://www.imcyc.com/revista/1999/

La múltiple identidad del concreto. Autor: José Luis Ramírez Ortiz7. www.nrmca.org/aboutconcrete/

EL CONCRETO EN LA PRÁCTICA/clips/CIP.16.ES.pdf8.http://www.textoscientificos.com/

polimeros9. Universidad Distrital F.J.C/facultad

tecnológica Monografía/diseño de mezclas a compresión de un concreto polimérico utilizando Pet como agluti-nante oct.2005/ autores: Cesar Diego Ortiz, Fredy Buitrago Melo.10. Métodos estadísticos en Ingenie-

ría/ autor Rafael Romero Villafranca, Luisa Rosa Zúnica Ramajo11. NSR98/ TITULO C/CAPITULO 3

79

ESPECTROS DE CARGA

VEHÍCULAR EN CARRETERAS

COLOMBIANAS

FERNANDO JOVE WILCHES1

1 Ingeniero Civil (Universidad de Cartagena), Especialista en Ingeniería de Vías Terrestres (Universidad del Cauca), Candidato a Magíster en Ingeniería Civil (Universidad del Norte)

E-MAIL: fejowi@yahoo.esNOMBRE GRUPO DE INVESTIGACIÓN: INVIALLÍNEA DE INVESTIGACIÓN: Obras de Infraestructura en el Desarrollo Regional

RESUMEN

Por medio del presente trabajo, se determina-

ron los espectros de carga de los camiones que con mayor frecuen-cia hacen uso de la red vial nacional colombiana. Para tal fin, se utilizó la información suministrada por el Instituto Nacional de Vías relacionada con un operativo de pesaje llevado a cabo en el año 2005 en la Carretera Río Iriguaní – Ye de Ciénaga. Poste-riormente, se hizo un análisis sobre el porcentaje de camiones cuya carga total iguala o supera el tope máximo permitido en la resolución 4100 de 2004, en la cual se reglamenta los pesos máximos vehiculares.

PALABRAS CLAVEEspectro de carga, eje, camiones,

frecuencia, peso bruto

80

1. INTRODUCCIÓNPara lograr conservar, y más aún,

para aumentar el patrimonio vial del país, se requiere de la imple-mentación de estudios y diseños de pavimento, que guarden congruencia con las solicitaciones a las que estará sometida la estructura durante la vida de servicio, dado que el tránsito representa uno de los factores deter-minantes en el diseño y comporta-miento de los pavimentos. Desde el ensayo vial AASHTO de

1962, el diseño empírico de pavimen-tos basado en ESAL (ejes estándar equivalentes de 8.2 toneladas) ha sido ampliamente utilizado por la mayoría de las agencias de carretera para el diseño estructural de pavimentos.2

Por otro lado, debido a las diversas características de cada tipo de vehículo que circula en la estructura de pavimento durante su vida útil, se presenta un amplio espectro de ejes de carga, con diferentes espacios entre llantas y distintas presiones de inflado, lo cual genera diferentes esfuerzos y deformaciones sobre un punto determinado de la estructura.3

Tradicionalmente en Colombia, la manera más frecuente de caracterizar el tránsito vehicular con fines de diseño de pavimento, ha consistido en expresarlo en términos del número de repeticiones de ejes estándar equivalentes. No obstante, tomando en consideración las recomendaciones dadas en la Guía AASHTO-2002, y teniendo en cuenta además, las características tan variadas que presenta la distribución de cargas generadas por el tránsito, se presenta

2 Prozzi, J.A. and Hong, F. (2007). Optimum statistical character-ization of axle load spectra based on loadassociated. International Journal of Pavement Engineering, Dic. Pp. 323 – 330

3 Castellanos, A.P. and Rojas, J.P. (2004). Espectros de carga vehicular para la zona urbana de Bogotá D.C. Universidad de los Andes, Bogotá D.C., pp 1

la necesidad de adelantar estudios tendientes a determinar el tránsito de diseño en función de los espectros de carga por eje.Debido a la falencia observada en

materia de estudios tendientes a expresar el tránsito comercial en términos de espectros de carga, se ha considerado oportuno llevar a cabo el presente trabajo, por medio del cual se pretende obtener los espectros de carga y plantear algunos detalles relacionados con la forma en que son cargados los camiones.Con el fin de obtener los espectros de

carga característicos de los camiones que con mayor frecuencia hacen uso de la red vial nacional, se analizaron los resultados de un operativo de pesaje llevado a cabo en el año 2005 en la Carretera Río Iriguaní – Ye de Ciénaga, información ésta suministrada por el Instituto Nacional de Vías. Para tal fin, se consideraron 16,611 camiones pesados en el operativo, los cuales fueron discriminados en los diferentes tipos de camiones de acuerdo con su configuración.De la información de pesaje

suministrada por INVIAS, se obtuvo los espectros de carga de tres maneras diferentes: espectro de carga global por cada tipo de camión, espectro de carga por eje por cada tipo de camión, y espectro de carga general para cada uno de los cuatro ejes típicos: eje simple rueda sencilla (eje direccional), eje simple rueda doble, eje tándem y eje tridem. Para fines del presente artículo, se

pondrá a consideración los resultados obtenidos para tres tipos de camiones representativos que circulan por la red vial nacional, a saber: C-2G (camión de dos ejes grande), C-3 y C3-S3.

81

2. NORMATIVIDAD VIGENTE SOBRE PESAJE EN COLOMBIAEn Colombia, corresponde al Ministe-

rio de Transporte, todo lo relacionado con el control de pesos de los vehículos comerciales. Para tal fin, la mencio-nada entidad emite las normas a ser aplicadas, entre las cuales se encuentra actualmente vigente la Resolución No. 4100 de 2004, en la cual se establecen los límites de pesos y dimensiones de los vehículos de carga que circulan en el país.Por ser de particular interés para

el presente artículo, en la tabla 1 se presenta los pesos autorizados en la re-solución 4100/2004 para los camiones C-2G, C-3 y C3-S3.

Tabla 1. Pesos brutos vehiculares (PBV) máximos según resolución 4100/2004

TIPO DE CAMIÓN

MÁX. PBV, KG

TOLERANCIA, KG

MÁXIMO ADMISIBLE

C-2G 16,000 400 16,400

C-3 28,000 700 28,700

C3-S3 52,000 1,300 53,300

En cuanto a la configuración de los ejes de carga, los más frecuentemente observados en el país son: eje simple con rueda sencilla (eje direccional), eje simple con rueda doble, eje tándem con rueda doble y eje tridem con rueda doble. En la tabla 2 se presenta los límites de peso máximos por eje permi-tidos para este tipo de configuración en la mencionada resolución 4100 de 2004.

Tabla 2. Pesos máximos autorizados por eje según resolu-ción 4100/2004

TIPO DE EJE No. DE LLANTASPESO MÁXIMO POR EJE, KG

Eje sencillo2 6,000

4 11,000

Eje tándem 8 22,000

Eje tridem 12 24,000

3. METODOLOGÍAPara la obtención del espectro de

carga por eje de un vehículo en particular, se organizó la informa-ción de los pesos del eje en análisis de menor a mayor, obteniéndose luego, la frecuencia de cada uno de los intervalos de carga. Esta in-formación fue tabulada para luego generar el histograma correspon-diente al espectro de carga del eje. Para el caso de los ejes di-reccionales, se tomó un ancho de intervalo de 500 Kg.; en tanto que para las demás configuraciones, se trabajó con un ancho de 1,000 Kg., tomándose como marca de clase la carga media del intervalo.

En cuanto a los espectros de carga por cada tipo de vehículo, éstos se obtuvieron consideran-do el peso total de cada camión. Dicha información se tabuló de manera ordenada en cada caso, para generar el histograma corres-pondiente al espectro de carga total por camión. Para todos los tipos de camiones se trabajó con un ancho de intervalo de 1,000 Kg.

4. RESULTADOS

Se presenta a continuación, los resultados obtenidos para los espectros de carga de los camiones C2-G, C3 y C3-S3. Para el caso del camión C3-S3, se presenta además, los espectros de carga por eje.

En la figura 1 se presenta el espectro de carga para el camión C-2G.

El número total de camiones anali-zados fue de 3202.

82

ESPECTRO C2-G

0

4

8

12

16

20

24

28

3.5

4.5

5.5

6.5

7.5

8.5

9.5

10.5

11.5

12.5

13.5

14.5

15.5

16.5

17.5

18.5

19.5

20.5

21.5

PESO BRUTO (Toneladas)

FREC

UEN

CIA

(%)

En la figura 2 se presenta el espectro de carga para el camión C3.

El número total de camiones analizados fue de 582.

ESPECTRO C3

0

3

6

9

12

15

18

21

7.5

8.5

9.5

10.5

11.5

12.5

13.5

14.5

15.5

16.5

17.5

18.5

19.5

20.5

21.5

22.5

23.5

24.5

25.5

26.5

27.5

28.5

29.5

30.5

31.5

32.5

33.5

PESO BRUTO (Toneladas)

FREC

UENC

IA (%

)

Figura 2. Espectro de carga para camiones C3

Figura 1. Espectro de carga para camiones C2-G

83

En la figura 3 se presenta el espectro de carga para el camión C3-S3. El número total de camiones analizados fue de 9,750.

ESPECTRO C3-S3

0

3

6

9

12

15

18

21

24

27

30

PESO BRUTO (Toneladas)

FREC

UENC

IA (%

)

Figura 3. Espectro de carga para camiones C3-S3

En la figura 4 se presenta el espectro de carga para eje direccional del camión C3-S3.

ESPECTRO EJE DIRECCIONAL C3-S3

0

4

8

12

16

20

24

28

32

36

1.75

2.25

2.75

3.25

3.75

4.25

4.75

5.25

5.75

6.25

6.75

7.25

7.75

CARGA POR EJE (Toneladas)

FREC

UEN

CIA

(%)

Figura 4. Espectro de carga por eje direccional para camiones C3-S3

84

En la figura 5 se presenta el espectro de carga para el eje tándem del camión C3-S3.

ESPECTRO TANDEM C3-S3

0

4

8

12

16

20

24

28

322.

53.

54.

55.

56.

57.

5

8.5

9.5

10.5

11.5

12.5

13.5

14.5

15.5

16.5

17.5

18.5

19.5

20.5

21.5

22.5

23.5

24.5

25.5

26.5

27.5

CARGA POR EJE (Toneladas)

FREC

UEN

CIA

(%)

Figura 5. Espectro de carga por eje tándem para camiones C3-S3

En la figura 6 se presenta el espectro de carga para el eje tridem del camión C3-S3.

ESPECTRO TRIDEM C3-S3

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

2.5

3.5

4.5

5.5

6.5

7.5

8.5

9.5

10.5

11.5

12.5

13.5

14.5

15.5

16.5

17.5

18.5

19.5

20.5

21.5

22.5

23.5

24.5

25.5

26.5

27.5

28.5

29.5

30.5

31.5

32.5

CARGA POR EJE (Toneladas)

FREC

UENC

IA (%

)

Figura 6. Espectro de carga por eje tridem para camiones C3-S3

85

5. ANÁLISIS DE RESULTADOS

De acuerdo con los resultados ob-servados en las figuras 1 a 3, se tiene lo siguiente:

El espectro de carga para los camiones C2-G presenta dos picos (ver figura 1), el primero está ubicado dentro del rango de 9 a 10 toneladas, con una frecuen-cia de 9.3%; y el segundo, está ubicado dentro del rango de 15 a 16 toneladas, con una frecuencia de 25.6%. Por otro lado, la frecuencia acumulada para cargas mayores o iguales a 16 toneladas, que corres-ponde al máximo PBV establecido para esta clase de camión (ver tabla 1) es de 12.3%; lo cual establece, que un número significativo de camiones del tipo C2-G, circulan con cargas mayores a las legalmen-te establecidas.

El espectro de carga para los camiones C3 presenta también dos picos (ver figura 2) , el primero está ubicado dentro del rango de 10 a 11 toneladas, con una frecuen-cia de 3.1%; y el segundo, está ubicado dentro del rango de 27 a 28 toneladas, con una frecuencia de 19.4%. Por otra parte, la frecuencia acumulada para cargas mayores o iguales a 28 toneladas, que corres-ponde al máximo PBV estableci-do para esta clase de camión (ver tabla 1) es de 8.8%.

El espectro de carga para los camiones C3-S3 presenta dos picos bien marcados (ver figura 3), el primero está ubicado dentro del rango de 17 a 18 toneladas, con una frecuencia de 1.7%; y el segundo, está ubicado dentro del rango de 52 a 53 toneladas, con una fre-

cuencia de 27.3%. Por otro lado, la frecuencia acumulada para cargas mayores o iguales a 52 toneladas es de 38.7%, con lo cual se puede establecer que un porcentaje muy significativo de camiones C3-S3 circulan con cargas mayores al máximo PBV establecido en la re-solución 4100 de 2004 (ver tabla 1).

De acuerdo con los resultados ob-servados en las figuras 4 a 6, se tiene:

El espectro de carga del eje direc-cional del camión C3-S3 presenta un solo pico (ver figura 4), y este se ubica dentro del rango de 4.5 a 5.0 toneladas, con una frecuencia de 34.9%. Se observa además, que de todos los espectros mostrados, este es el único que presenta esta característica, estando el pico ubicado aproximadamente hacia el centro de la distribución. En cuanto a la frecuencia acumulada para cargas mayores o iguales a 6.0 toneladas, esta es de tan solo 0.85%, lo cual indica que el número de ejes direccionales que circulan con cargas mayores a las estable-cidas en la norma (ver tabla 2), es significativamente mucho más baja si se compara con lo observado en el espectro de carga para el mismo tipo de camión (C3-S3).

El espectro de carga del eje tándem del camión C3-S3 presenta dos picos (ver figura 5), el primero está ubicado dentro del rango de 7 a 8 toneladas, con una frecuen-cia de 2.9%; y el segundo, ubicado dentro del rango de 22 a 23 toneladas, con una frecuencia de 28.4%. Por otro lado, la frecuencia acumulada para cargas mayores o iguales a 22 toneladas es de 48.8%,

86

lo cual indica que casi la mitad de los camiones C3-S3 circulan con cargas superiores a la establecida en la norma para los ejes tándem (ver tabla 2).

El espectro de carga del eje tridem del camión C3-S3 presenta dos picos (ver figura 6), el primero está ubicado dentro del rango de 6 a 7 toneladas, con una frecuencia de 2.5%; y el segundo, ubicado dentro del rango de 25 a 26 toneladas, con una frecuencia de 21.1%. Por otra parte, la frecuencia acumulada para cargas mayores o iguales a 24 toneladas es de 56.3%, lo cual indica que más de la mitad de los camiones C3-S3 circulan con cargas superiores a la establecida en la norma para los ejes tridem (ver tabla 2).

6. CONCLUSIONES

De acuerdo con los resultados arrojados en el estudio, los espectros de carga de vehículos comerciales tienen la tendencia a presentar dos picos en su distribución de frecuen-cias. Esto guarda congruencia con los resultados obtenidos por otros autores, como en el caso de Prozzi y Hong, en estudios adelantados en Estados Unidos, en donde se observa esta misma característica bimodal de la distribución de cargas.

En los espectros de carga corres-pondiente a los pesos totales de los camiones C2-G, C3 y S3-S3 (ver figuras 1, 2 y 3), así como en los espectros para eje tándem y tridem de los camiones C3-S3 (ver figuras 5 y 6), se observan dos picos, y en todos los casos, el pico correspon-diente al rango de carga mayor, presenta una frecuencia significati-

vamente mayor, que el observado para cargas bajas. En los espectros de carga de los camiones C2-G y C3, el rango correspondiente a la frecuencia máxima coincide con el límite superior de carga máxima estipulada en la norma; en tanto que en el espectro de carga total del camión C3-S3, y en el de sus ejes tándem y tridem, la carga con máxima frecuencia, supera la esta-blecida en la resolución 4100/2004.

Sólo en el espectro de carga di-reccional del camión C3-S3, se presenta una situación diferente a los anteriores, en el sentido de que la carga presenta una distribución aproximadamente simétrica con un solo pico bien marcado hacia la zona central, y la carga de mayor frecuencia está significativamente por debajo de la máxima estableci-da en la norma, siendo la frecuencia correspondiente a las cargas que superan este tope, bastante baja, si se compara con las observadas en los demás espectros de carga (ver figura 4).

De acuerdo con lo anterior, se puede establecer, que aún en el caso en que los camiones circulen con cargas superiores a los topes establecidos, estos no sobrecargan sus ejes direccionales, sino que la carga la concentran en los ejes pos-teriores.

Finalmente, se puede concluir, de acuerdo con los resultados del estudio, que los camiones circulan en su gran mayoría en condicio-nes cargadas, presentando un número significativo de ellos, cargas cercanas o superiores a las máximas establecidas en la resolución 4100 de 2004.

87

BIBLIOGRAFÍA

Prozzi, J.A. and Hong, F. (2007). Optimum statistical characterization of axle load spectra based on load-associated. International Journal of Pavement Engineering, Dic. Pp. 323 – 330.

Castellanos, A.P. and Rojas, J.P. (2004). Espectros de carga vehicular para la zona urbana de Bogotá D.C. Universidad de los Andes, Bogotá D.C., pp 1.

AASHTO (Association of State Highway and Transportation Officials) (1993). AASHTO Guide for Design of Pavement Structures. Washington, DC.

American Association of State Highways and Transportation Officials (2004). Guide for mecha-nistic-empirical design. Washington, DC.

Murgueitio, A, Benavides, C, and Solano, E. (1997). Estudio de los factores daño de los vehículos que circulan por las carreteras colom-bianas. XI simposio colombiano sobre ingeniería de pavimentos. Cartagena D. T. y C., pp 332 – 342.

Huang, Y. (2004). Pavement análisis and design. University of Kentucky. Second edition. New Jersey.

Montejo, A. (2006). Ingeniería de pavimentos Universidad Católica de Colombia. Tercera edición.

Reyes, F. A. (2005). Diseño racional de pavimentos. Editorial Escuela Co-lombiana de Ingeniería. Bogotá D.C.

88

89

SENSORES DE OCUPACIÓN

PARA EL AHORRO DE ENERGÍA EN EL CONTROL DE

LUMINARIAS.

Ing. EDUARDO RAMIREZ

90

Introducción

La empresa Watt Stopper, fundada en 1984 en Santa Clara, California,

desde sus inicios ha reflejado sus convic-ciones acerca de la importancia del sumi-nistro de energía eficiente. Y es así que desarrollando tecnología de avanzada, ha creado una serie de productos con el objetivo de ahorro de energía principal-mente en el control de la iluminación.

Actualmente el ahorro de energía es una realidad que ha entrado en todos los sectores de la vida cotidiana.

Además de buscar ahorrar energía en la industria, comercio y oficina, también a nivel personal ya se ha hecho latente esta necesidad tanto económica como ecológica. Teniendo en cuenta que la iluminación de un edificio comercial de oficinas, por ejemplo, representa aproximadamente un 38% del consumo total de energía, un sistema de control de iluminación en el anterior escenario puede ahorrar energía significativamente.

Un proyecto de investigación en Estados Unidos determinó que los ahorros de energía promedio obtenidos a partir del uso de sensores de movi-miento en oficinas privadas, salas de conferencia y servicios sanitarios son de 26%, 27% y 40% respectivamente. Estos ahorros se logran con solo mantener las luces en estas áreas apagadas cuando las mismas están desocupadas.

Adicionalmente la utilización apropiada de sistemas de control por nivel de luz natural, pueden reducir aún más el consumo energético al apagar o reducir la intensidad de la luz artificial cuando existe suficiente iluminación natural.

Si estadísticamente el 40% de consumo de la energía eléctrica de un edificio comercial se utiliza en iluminación, la importancia de sistemas de control para este tipo de cargas es evidente. Es así que la multinacional Legrand con su línea de producto Watt Stopper ofrece una amplia gama de productos para este fin, sumándose a los esfuerzos de organis-mos nacionales e internacionales para el ahorro de energía, con sus detectores de presencia, los cuales además de garan-tizar ahorro energético, económico y de recursos, nos brindan un máximo confort al automatizar el encendido y apagado de las luces cuando así se requiera.

La gama de Watt Stopper contempla detectores que funcionan con diferentes tecnologías:

Tecnología infraroja PIR

Los detectores PIR reaccionan sólo ante determinadas fuentes de energía tales como el cuerpo humano. Estos captan la presencia detectando la diferencia entre el calor emitido por el cuerpo humano y el espacio alrededor.

Con el objeto de lograr toda confiabili-dad, esta tecnología integra además, un filtro especial de luz que elimina toda po-sibilidad de falsas detecciones causadas por la luz visible (rayos solares), así como circuitos especiales que dan mayor inmunidad a las ondas de radio frecuen-cia.

Mejores Aplicaciones:

- Control de Iluminación (incasdescen-te, fluorescente, halógena, etc.)

- Control de Aires Acondicionados

- Control de Extractores de Aire

- Control de Motores

91

Se recomienda su uso en:

- Areas con fuertes flujos de aire

- Areas que necesitan 100% de precisión en cobertura

- Estaciones de trabajo

- Lugares donde no existan objetos que bloqueen la vista del sensor

- Lugares y/o bodegas con techos muy altos

- Oficinas cerradas

- Pasillos

- Cubículos

Tecnología Ultrasónica

Los detectores Ultrasónicos son sensores de movimiento que utilizan el principio Doppler.

Dado que la cobertura ultrasónica puede “ver” a través de las puertas y divisiones, es ideal para sitios donde se requiera esta aplicación, deberá colocarse en una ubicación adecuada para evitar así, posibles detecciones fuera de la zona deseada.

Mejores Aplicaciones:

- Control de Iluminación (incasdescen-te, fluorescente, halógena, etc.)

- Control de Aires Acondicionados

- Control de Extractores de Aire

- Control de Motores

Se recomienda su uso en:

- Areas grandes hasta 184m2

- Lugares con obstáculos y/o divisiones

- Lugares donde se realizan pequeños movimientos

- Oficinas abiertas

- Salas de conferencias

- Baños Públicos con divisiones

- Pasillos interiores

Tecnología Dual

La tecnología Dual combina las tecnologías infraroja PIR y Ultrasó-nica, proporcionando así el control de iluminación en áreas donde el sensor aproveche las mejores ca-racterísticas de ambas tecnologías, ofreciendo así mayor sensibilidad y exactitud de operación.

Mejores Aplicaciones:

- Control de Iluminación (incasdes-cente, fluorescente, halógena, etc.)

- Control de Aires Acondicionados

- Control de Extractores de Aire

- Control de Motores

Se recomienda su uso en:

- Salones de clases

- Salas de conferencias grandes

- Bodegas

- Salas de cómputo

- Oficinas abiertas con pasillos definidos

- Areas que necesitan cobertura definida 100% (PIR) y detección de movimientos pequeños

- Margen mínimo de error

92

Complemento de la gama

(Power Pack)

Power Pack:

Las fuentes de poder son nece-sarias para poder utilizar casi la totalidad de los sensores. En su empaque de resina ABS, se incluye un transformador y un relevador interconectados. El transforma-dor es necesario para alimentar los sensores, mientras que el relevador controla la carga de iluminación, A/A, etc.

Los Power Pack se ofrecen en voltajes de alimentación de:

120 Vac (B120E-P)

240 Vac (B230E-P)

277 Vac (B277E-P)

93

INNOVACIÓN

COMPETITIVIDAD

Y EFICIENCIA

Andrés Felipe Valencia GómezIngeniero Electrónico.

Pontificia Universidad Javeriana Cali.Director de innovación.

Rehabitec Ltda.andres.valencia@rehabitec.com.co

Resumen.

Recientemente la innova-ción ha sido un tema de

especial relevancia donde el sector académico y privado se ha volcado en torno a ella a partir de los be-neficios demostrados en países de-sarrollados. Sin embargo, es común encontrar usos inadecuados por parte de los empresarios e inves-tigadores al atribuir el concepto a prácticas que a la luz de una defi-nición formal no corresponden a in-novaciones. Este artículo presenta las condiciones para la existencia de la innovación, establece una defini-ción formal del concepto, su relación con la competitividad y la eficien-cia, y plantea los pasos básicos para innovar.

Palabras clave:

Innovación, competitividad, inno-vación de producto, innovación de proceso, innovación comercial, inno-vación organizacional, evaluación de iniciativas, fase de diseño, modelo de negocios.

94

1. Introducción

En Colombia el término inno-vación está copando las salas

de conferencia, las aulas de clase y las oficinas empresariales, tal como sucedió hace algún tiempo con la calidad o actualmente con lo verde, lo amigable con el planeta y la respon-sabilidad social empresarial, la inno-vación es un tema que no es ajeno a nadie en un contexto donde se habla de “economía del conocimiento” y donde las TIC juegan un papel pre-dominante para los empresarios y los gobiernos donde de hecho es uno de los denominados “sectores de clase mundial” a los que apuesta Colombia como proyecto de país.

Son bien sabidos los cambios sociales y los beneficios en términos macroeconómicos que se pueden producir en una economía impulsadaporlainnovación1, reflejada por un

1 Porter 2008

indicador a veces inerte pero de trascendencia como el PIB, la cual es mediada por factores políticos, sociales, económicos y cultura-les (el índice de emprendimiento). Colombia, según el ReporteGlobalde Competitividad 2008 es una economía impulsada por la eficien-cia, basada en economías de escala pero de poco valor agregado, es decir, la mayoría de productos colombia-nos carecen de una propuesta de valor diferenciadora. Dentro de las muchas razones de fondo, un gran peso pude ser atribuido a factores culturales del empresariado colom-biano, donde el conocimiento es un factor anexo a la rentabilidad de corto plazo, a la reducción de costos sobre la generación de nuevos ingresos, a la aversión al riesgo, la resistencia al cambio y al em-prendimiento por necesidad, donde el margen de acción es limitado.

Fuente: Reporte GEM Colombia 2009

95

Afortunadamente se han iden-tificado rutas a seguir y desde

varios sectores se ha venido impul-sando una nueva clase empresarial, desde el gobierno han surgido inte-resantes iniciativas para la financia-ción de empresas de base tecnológi-ca2, de tener el tercer índice de em-prendimiento en el mundo3, al mismo tiempo que Colombia se ha converti-do uno de los destinos de inversión en capital de riesgo más atractivos de Latinoamérica4.

Por ello es importante acotar que aunque Colombia no es un país innovador, tenemos mucha de la materia prima necesaria para lograrlo, esta es la creatividad, ahora lo que falta es encausar esta a un proceso ordenado, coherente y sis-temático, conocido como el proceso innovador.

2. La innovación

2.1innovaciónyeficiencia.La eficiencia se define como la

capacidad de disponer de alguien o de algo para conseguir un efecto determinado5, la eficiencia de un sistema se puede establecer como la relación de la energía o recursos requeridos a su entrada y la energía o recursos destinados efectivamente para el cumplimiento de su función, esta diferencia entre entrada y salida está mediada por consumos o pérdidas en forma de calor en sistemas electrónicos o desperdicios en los procesos productivos repre-sentados en productos defectuosos, paradas no programadas o paradas programadas por nombrar solo dos tipos de sistemas. 2 Fondo emprender, ley 633 de 200, ley 466 de 1996 y Colciencias como departamento administrativo.

3 Informe GEM Colombia 2008.

4 Latin American Venture Capital Association –LAVCA-. 2009 Scorecard: The prívate equity and venture capital environment in Latin America.

5 http://es.wikipedia.org/wiki/Eficiencia

Fuente: Realización propia.

Para el aumento de la eficiencia se debe realizar algún tipo de transfor-mación sea a la entrada (usando un nuevo recurso o una nueva fuente de recursos), a la salida, usando de forma benéfica el resultado de las pérdidas o modificando de alguna forma el sistema. Cuando estas transformaciones son relativamente significativas y tienen un efecto im-portante sea sobre las cadenas de valor de las empresas relacionadas o sobre la sociedad y un impacto económico de relativa importancia, puede usarse el término innova-ción. En síntesis, innovación implica un cambio, pero este cambio está ligado a un contexto netamente empresarial.

Dentro del contexto general la eficiencia es un atributo más de desempeño, la innovación también puede estar enfocada a factores como lafacilidaddeuso,laminiatu-rización,lareduccióndecostos olaprecisióndelsistema, la decisión de cual de estos factores será objeto de un esfuerzo innovador es estratégi-ca para las empresas que adoptan estos procesos como fuente activa para su competitividad, es así que la innovación como tal es un proceso y es una estrategia de negocios.

96

2.2Definiciónformal.

La entidad encargada de las es-tadísticas de la Unión Europea

–Eurostat- en el Manual de Oslo define la innovación como: “la in-troducción de un nuevo, o signifi-cativamente nuevo producto (bieno servicio), de un proceso, de unnuevo método de comercializar ode un nuevo método organizati-vo,en lasprácticas internasde laempresa, laorganizacióndel lugardetrabajo,olasrelacionesexterio-res”.

Existen otras definiciones de interés: “Esunprocesoqueconducealacreatividadenuncontextodenegocios.”6

En síntesis para que exista inno-vación necesariamente debe existir una idea novedosa, una ma-terialización de esa idea y un mercado que se beneficie de ella, sin un mercado que perciba directa o indirectamente los be-neficios de esta idea no aplica el concepto innovación, por tal razón proyectos de investigación o descu-brimientos con resultados sorpren-dentes no deben ser catalogados como innovación. Algunos autores añaden a esta definición la eva-luación del grado de novedad de la idea para hacer énfasis en que los procesos de mejora continua no necesariamente son considerados innovaciones aunque sean trans-formaciones de pequeña escala.

6 Wissam Yaffi. TidWit Inc.

2.3Tiposdeinnovación

La innovación puede ser clasifica-da en:

• Innovación de producto/servicio: Por lo general es percibida en los ojos del cliente, consiste en una oferta diferenciada disponi-ble en el mercado.

• Innovación de proceso: Es la introducción de un cambio en un proceso de manufac-tura, los clientes o usuarios perciben sus beneficios de forma indirecta, original-mente nace de iniciativas internas de las empresas.

• Innovación comercial o modelos de negocios: Nuevas formas de entregar los productos a los clientes usando canales no existen-tes o no tradicionales, desde el punto de vista del modelo de negocios puede encon-trarse en nuevas formas de generar utilidades a partir de productos o servicios sean o no convencionales (Ej. Microsoft).

• Innovación tecnológica: Este tipo de innovación no es ex-cluyente de las anteriores, se refiere simplemente al uso de la tecnología en la gene-ración de transformaciones, la tecnología en sí no es la innovación, la innovación es lo que se hace con ella.

97

Como ejemplo de innovación se puede destacar la estrate-

gia seguida por la empresa nipona Nintendo con la consola Nintendo Wii, desde el punto de vista de in-novación de producto mientras la competencia se basó en la capacidad de procesamiento para producir gráficos sorprendentes y en el posicionamiento de las consolas como “centro de entretenimiento”7, Nintendo basó su estrategia en el concepto “social gaming” donde in-volucraba a personas que normal-mente no son reconocidas como “gamers”8 enfocando su esfuerzo hacia la “experiencia de usuario” introduciendo la “physical interac-tion”, a través del desarrollo de un control de mandos revolucionario, dando como resultado el liderazgo en el mercado de las consolas de video juegos. El ejemplo anterior muestra como los resultados de estas compañías fueron definidos por su estrategia innovadora.

3. Innovación y su contri-bución a la competitividad3.1Fuentesdeventajacompetiti-va

El autor Michael Porter define 3 fuentes básicas de generación de ventajas competitivas:

• Liderazgo en costos: El liderazgo en costos se refleja en el cliente como precio reducido, sin embargo esta es-trategia se basa en la adminis-tración adecuada de la estruc-tura de costos de tal manera que sea sostenible, por lo general está soportada por in-

7 Sony incluyó su nuevo formato de discos Blue Ray de alta resolución en la consola Play Station 3, entre tanto Microsoft incluye con el paquete Xbox 360 el Windows Media Center, con capacidad de reproducción de música, video y alta capacidad de almacenamiento.

8 Término que denota a un segmento de personas por lo general menores de 30 años que crecieron en el mundo de os video juegos.

novación de procesos, el uso de canales no convencionales o de producto sustentado en sus diseños de alta eficiencia.

• Diferenciación: Se basa en productos/servicios de alto valor agregado, con una propuesta claramente diferen-ciada de productos símiles o sustitutos. Esta estrategia se apoya intensivamente de la in-novación tecnológica.

• Nicho: Centrarse en mercados altamente especializados.

Una ventaja competitiva se carac-teriza en aspectos como ser únicas y ser difíciles de imitar. Estrategias como el liderazgo en costos deben ser sustentadas sobre elementos de gestión y sobre herramientas tecnológicas que permitan mejorar la forma de realizar sus activida-des, a través de la transforma-ción de procesos/actividades de la cadena de valor, o el desarrollo de nuevas materias primas. Desde el punto de vista de la diferen-ciación, es necesaria la introduc-ción de características únicas a los productos o mejoras de desempeño radicales, las cuales son habilitadas por lo general de la creatividad, de procesos de investigación y desa-rrollo internos y/o por procesos de transferencia (no únicamente compra) de tecnologías, la cual con-tribuye a la generación de barreras de entrada de nuevos competido-res, este proceso no puede parar y debe ser llevado a prácticas sis-temáticas, al estas prácticas se les puede nombrar como proceso innovador.

98

3.2 innovación y competitividadenlaenergíasolar

La búsqueda de fuentes energé-ticas renovables y ambiental-

mente amigables es un imperativo en épocas donde la opinión pública se mueve en torno a las temáticas ecológicas y medio ambientales. Algunas de estas fuentes ener-géticas que han recibido especial atención son los biocombustibles y la energía solar.

El caso específico de la energía solar tiene entre muchos aspectos 3 variables que han limitado su acceso a las masas (y por tanto a la innovación):

• Es una tecnología difícilmen-te escalable (producción en masa).

• Es costosa para el usuario final y en consecuencia poco rentable.

• Los dispositivos de transfor-mación de energía lumínica a energía eléctrica poseen una eficiencia muy baja (<30%)9.

Bajo este escenario se prevé que a partir del año 2010 el uso de la energía solar dará su paso a las aplicaciones comerciales en masa. Como caso particular se analiza la estrategia general de 3 actores de este mercado y se contrasta su enfoque con el direccionado con un centro de investigación de la Universidad de Cornell de Estados Unidos.

Innovalight10, empresa de Califor-nia ha desarrollado una nanotinta que facilita el proceso de manufac-

9 http://www.technologyreview.com/energy/

10 http://www.innovalight.com/

tura de celdas solares, actualmen-te están en pleno desarrollo de una planta generadora de energía solar con la empresa JA Solar de China, su propuesta de valor se basa en:

• Confiabilidad• Bajo costo de fabricación.• Alta eficiencia relativa ($/

KW)Las celdas fabricadas con el

nuevo material de Innovalight han alcanzado hasta un 18% de eficien-cia.

1366 Technologies11, empresa norteamericana ha desarrolla-do un nuevo proceso que permite reduce el costo de manufactura en un 20% manteniendo una eficiencia del 18%, su propuesta de valor es clara:

• Energía solar a precio del carbón.

Nanosolar, empresa basada en California ha desarrollado su tec-nología de impresión que promete ser la más económica del mercado para la producción de energía solar, a pesar de tener una eficiencia del 11%. Actualmente se encuentran en etapa de producción a escala. Su propuesta de valor es:

• Tecnología para energía solar RENTABLE.

Mientras tanto en la universidad de Cornell las investigaciones se basan netamente en aumentar la eficien-cia de la transformación de energía lumínica en energía eléctrica con desarrollos interesantes pero no escalables.

11 http://www.1366tech.com/v1/

99

Nanotubos de carbono usados con 3 electrodos para triplicar la eficiencia actual de los procesos de transformación de la energía

lumínica en energía solar.

Fuente: http://www.technologyreview.com/computing/23471/

He aquí una claro ejemplo de dos visiones diferentes, mientras la industria se centra en la reducción de costos, la academia se centra en la eficiencia.

4. Pasos básicos para innovar

El proceso de innovación se fun-damenta sobre 4 aspectos elemen-tales:

• Idear.

• Evaluar y seleccionar

• Diseñar y establecer un modelo de negocio.

• Mercadear y difundir.

4.1idear

El proceso innovador inicia con una idea, la cual obedece a conexio-nes internas que realizan los indi-viduos que básicamente conectan problemas con oportunidades. Estos problemas (más exactamente situa-ciones adversas) u oportunidades son identificados a partir de obser-vaciones directas, comentarios de personas que tienen el problema o a través de ejercicios de investigación o vigilancia tecnológica. Es de resaltar que en esta fase no todas las ideas son buenas y muchos proyectos de desarrollo bien ejecutados fracasan simplemente porque la idea inicial es deficiente.

Se ha identificado una serie de fuentes de ideas de nuevos productos/servicios las cuales presentan diferen-tes niveles de efectividad en términos de los resultados logrados, de todas las fuentes las que presentan un mejor desempeño son las llamadas VOC (Voz del consumidor)12, donde es el cliente/consumidor el que di-rectamente especifica y estructura el problema que requiere solución, de estas se destacan los estudios etno-gráficos, los equipos de visita al con-sumidor y los grupos focales.

Dentro de las estrategias de ideación se destacan técnicas como el QFD para relacionar los atributos que los clientes quieren con los atributos técnicos de un producto, también se usan metodologías como IDEO enfocadas a procesos iterativos y TRIZ (teoría de la resolución inventiva de problemas)13, enfocadas a la crea-tividad direccionada para el desarro-llo de conceptos de productos.

12 Cooper, Edgett. Ideation for product innovation: What are the best methods?. Product innovation best practices series. Reference paper #29.

13 www.triz-journal.com

100

4.2Evaluarseleccionar

Para esta etapa ya se debe tener iden-tificado y caracterizado el problema

que se va a atacar con uno o varios esbozos de solución llamados concepto inicial. En un proceso innovador no sis-tematizado es común encontrar decisio-nes basadas en la percepción relativa del equipo de diseño o del equipo directivo, orientados muchas veces por la primera idea interesante que resulta, acompañado en gran medida por un criterio de selección netamente económico. Teniendo en cuenta la fase inicial de desarrollo los criterios basados en el retorno de la inversión (TIR, VPN) presentan un alto grado de ruido y una precisión extremadamente baja.

Para esta fase se deben desarrollar criterios para dos aspectos:

• La selección del concepto.• La decisión de continuar o no con

el proyecto de desarrollo.Para el primer escenario existen

técnicas como la matriz de evaluación de conceptos de Pugh. Para el segundo escenario es precio determinar criterios que consideren:

• Aspectos estratégicos• Aspectos económicos• Aspectos comerciales.• Conocimiento y capacidades.

Fuente: Cooper, Edgett. Ideation for product innovation: What are the best methods?. Product innovation best practices series. Reference paper #29.

Relación de las fuentes de ideas de nuevos productos/servicios con su grado de uso y su grado de efectividad

101

Cada uno de estos criterios debe tener un peso relativo a la

importancia que el equipo de de-sarrollo y la empresa le otorguen. Algunas técnicas como el AHP14 pueden ser usadas para tal fin. La invitación es a la estructuración de criterios claros.

4.3 Diseño detallado y modelodenegocio

De forma simultánea que se realizan los diseños detallados, una parte del equipo de proyecto debe configurar el modelo de negocio y el posicionamiento del producto / servicio, a esta práctica se le llama ingeniería concurrente.

Para el diseño detallado existen estrategias como el Diseño Axio-mático15, que procura la concep-ción de un producto robusto desde su etapa de concepción; busca la máxima independencia funcional entre los componentes físicos del sistema, y el mínimo contenido de información, que está relacionado directamente con la complejidad. Una vez asegurado un sistema con máximo nivel de independencia inicia la fase de materialización, por lo general la más costosa.

Dentro del modelo de negocio se estructuran los estudios de mercado detallados y se hace un estimado más preciso de la ren-tabilidad proyectada del nuevo producto / servicio.

14 Análisis Jerárquico Multicriterio.

15 N.P Suh

4.4Difundir,mercadear

La última fase consiste en ajustar el posicionamiento del producto/servicio, se hacen las pruebas finales con consumidores y se realizan ajustes finales a la oferta. Se establece el precio, el empaque, el tipo de promoción. Por último se realiza el proceso de lanzamiento, y se hace el se-guimiento del desempeño del producto en el mercado.

La efectividad de todo el proceso innovador se puede medir a través de diferentes indicadores, he aquí dos de los más importantes:

• Time to market: Tiempo desde la concepción de la idea hasta la salida al mercado del producto/servicio, la idea es reducir al máximo este factor.

• Ingresos por ventas: Al final todo el proceso está enfocado a reducir el riesgo que implica el realizar un nuevo proyecto de desarro-llo de producto, toda la es-tructura se debe ver justifi-cada por un aumento en las ventas y una reducción de la tasa de fracasos de lan-zamientos al mercado.

102

5. Conclusiones. Se han presentado algunos conceptos

básicos de innovación y su relación con la competitividad, es claro entonces como una estrategia innovadora co-rrectamente concebida puede llevar a obtener un posición favorable como en el caso Nintendo, al mismo tiempo no basta con establecer una estrategia y comprender los conceptos básicos, es necesario entender las implicacio-nes de establecer una estrategia de negocios innovadora como la introduc-ción de nuevas prácticas dentro de las empresas, prácticas resumidas dentro de los pasos básicos.

Por otro lado, se presenta un ejemplo de desarrollo tecnológico en el contexto industrial y en el contexto académico, donde no necesariamente van de la mano, sin embargo es de anotar que los desarrollos realizados dentro de las uni-versidades marcarán la diferencia en el mediano/largo plazo cuando las reglas de competencia cambien, en el caso de la energía solar del precio a la eficiencia.

103

ABATIMIENTO DE ÓXIDO NÍTROSO (N2O)

PLANTA DE ÁCIDO NÍTRICO MONOMEROS

COLOMBO VENEZOLANOS S.A.

JORGE L FLOREZ A.

RESUMEN.

Bajo el marco del Protocolo de Kyoto, se

desarrolló en la Planta de Ácido Nítrico en Monómeros Colombo-Vene-zolanos S.A. el Proyecto de Reducción de Óxido Nitroso (N2O), como un aporte a la mitigación del Cambio Climático del planeta.

El Óxido Nitroso es un Gas de Efecto In-vernadero (GEI) con un potencial de ca-lentamiento de 310 veces el del Dióxido de Carbono (CO2). Con el proyecto implementado por Monómeros, se logró una reducción anual de 120’000 Toneladas equivalentes de CO2 usando la tecnología de destrucción catalítica a alta temperatura (Tratamiento Se-cundario) mediante el uso de un catali-zador a base de metales preciosos del grupo platino.

El proyecto, se encuentra registrado oficialmente ante las Naciones Unidas (http://cdm.unfccc.int/Projects/pro-jsearch.html), y en la actualidad está en la fase de operación, luego de la instalación del catalizador secundario. Este cumple con los lineamientos de la metodología aprobada AM0034. Para lo cual se instaló un sistema automático de monitoreo para la toma y almace-namiento de datos (Analizador de N2O y medidor de flujo volumétrico), que envía las señales al sistema de control distribuido (DCS) de la planta. Adicio-nalmente, se modificó el reactor de combustión de amoniaco de la planta para instalar el catalizador secunda-rio, debajo del catalizador primario de platino rodio.

PALABRAS CLAVES:

Calentamiento global, Gas Efecto Inverna-dero (GEI), Abatimiento de Óxido Nitroso, Catalizador Secundario.

104

I. INTRODUCCIÓN.

El calentamiento global es una amenaza para la continuidad de la

existencia de todos los seres vivos en el planeta tierra. Los Gases que provocan el Efecto Invernadero (GEI) existen de forma natural en la atmósfera, los más re-presentativos son el dióxido de carbono y el vapor de agua. Su función es la de retener parte de la energía proveniente del sol (rayos infrarrojos) lo que permite mantener la temperatura del planeta. Si dicho efecto no existiera, la temperatura promedio de la Tierra sería 30 °C más baja que en la actualidad.

El problema del Cambio Climático se genera cuando los niveles de concentra-ción de estos gases aumentan de manera significativa, lo que permite mayor absorción de energía en la atmósfera, para tener una idea de la magnitud del problema, la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera en la era prein-dustrial permanecía estable en torno a los 280 ppm. Desde entonces se ha producido un incremento de manera que en 1998 la concentración alcanzaba los 365 ppm. La causa de este espectacu-lar aumento es de origen estrictamente antropogénico debido al uso de com-bustibles fósiles y a un continuo proceso de deforestación que ha reducido uno de los principales sumideros del gas. El problema se agrava porque se sabe que este componente dura en la atmósfera entre cincuenta y doscientos años antes de ser absorbido, por lo que se espera que su concentración siga aumentando aunque se tomen medidas para reducir su emisión.

Nuestro compromiso es disminuir la generación antropogénica de GEI para con ello garantizar la sustentabilidad del Planeta Tierra.

II. GASES EFECTO INVERNA-DERO (GEI) Y SU POTENCIAL DE CALENTAMIENTO GLOBAL (GWP)

En el apéndice No 1 se muestra la tabla de los principales GEI y su Potencial de Calentamiento Global (Global Potential Warming, GWP por sus siglas en inglés)

III. EFECTOS DEL CAMBIO CLIMÁTICO.

Los principales efectos del cambio climático son:

Derretimiento del hielo polar y expansión oceánica. Esto tiene como resultado inundaciones de áreas costeras, pantanos, zonas húmedas y deltas de ríos. Algunas islas pequeñas pueden desaparecer.

Alteración de la corriente del golfo fría y caliente del Océano Atlántico, posi-blemente causando una nueva edad de hielo.

Aumento del número y severidad de tormentas tropicales y/o ciclones/tifones.

Inundación y erosión de cultivos agrícolas.

Cambios en ecosistemas y degrada-ción de la biodiversidad.

Evaporación de suministros de agua, causando escasez de agua.

Penetración de agua salada en las aguas subterráneas.

Clima más extremo, veranos más calientes y más secos e inviernos más fríos

Enfermedades más contagiosas debido a ambiente más propicio para patógenos.

105

IV. MARCO REGULATORIO DEL MECANISMO DE DESARROLLO LIMPIO (MDL).

En la Conferencia de las partes (Conference Of Parts, COP por

sus siglas en inglés) No 3 en Kyoto 1997, se adoptó el Protocolo de Kyoto, instrumento legalmente vin-culante que establece compromi-sos más estrictos de reducción y li-mitación de emisiones de GEI para los países desarrollados (listados en el Anexo 1 de la Convención). En éste se establece la reducción conjunta en al menos un 5,2% de los valores de emisiones de GEI para el período 2008-2012, compa-radas con los niveles de 1990 (ex-presadas como emisiones de CO2 equivalente), en cuotas específicas para cada país desarrollado. Este Protocolo entró en vigencia el 16 de febrero de 2005 con la ratificación de la federación Rusa.

El Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL) es un instrumento económico que permite a los países desarro-llados, signatarios del protocolo de Kyoto, cumplir parcialmente sus metas de reducción de GEI, a través de inversiones en proyectos de reducción de estos gases en los países en vía de desarrollo, que ra-tificaron el Protocolo de Kyoto, pero que no están obligados a reducir emisiones de gases de efecto in-vernadero. Igualmente, con este instrumento, se busca el desarrollo sustentable de los países en vía de desarrollo.

V. REQUERIMIENTOS DE UN PROYECTO MDL.

Los siguientes son los requisitos para que un proyecto aplique dentro del MDL:

Contribuir al desarrollo sustentable global con beneficios reales y medibles de largo plazo, con respecto al cambio climático.

Ser amparado por un país desarrollado (país anexo I) y realizarse en un país en desarrollo (país no anexo I).

Participación voluntaria de las partes.

La reducción de emisión debe ser adicional a la que se obtendría en ausencia de la actividad MDL. La adi-cionalidad es un instrumento económico que determina que el proyecto no sería viable económicamente si no existiera el componente MDL y la comercialización de los CER’s en el mercado del carbono para apalancarlo

Para desarrollar este tipo de proyectos pueden aplicar tanto entidades públicas como privadas, Una vez verificado el proyecto se obtienen los Certificados de Reducción de Emisiones (CER’s) que pueden comercializar en el mercado de Carbono.

VI. ETAPAS DE UN PROYECTO MDL

La Selección o Elegibilidad hace re-ferencia al requisito de elegibilidad del proyecto ante la Junta ejecutiva del MDL. Los criterios para definir la elegibilidad son, entre otros, que las reducciones sean reales, que haya adicionalidad y que el proyecto con-tribuya al Desarrollo Sostenible del país.

106

El Diseño hace referencia al de-sarrollo del Documento de Idea

Nota de Proyecto (PIN, por sus siglas en ingles) y al Documento Diseño del Proyecto (PDD, por sus siglas en inglés) y su aprobación por parte de la Autoridad Nacional Designada para el MDL, en el caso colombiano ésta es la Oficina Colombiana para la Mitiga-ción del Cambio Climático (OCMCC).

La Validación es el proceso de eva-luación independiente de los docu-mentos del proyecto MDL, por parte de una Entidad Operacional Designada (EOD), con respecto a los requisitos establecidos en el Protocolo de Kyoto. Paralelamente a la validación se pude solicitar el Registro del Proyecto ante la Junta Ejecutiva del MDL y la acep-tación formal del proyecto validado.

La Fase de Desarrollo y seguimiento hace referencia a la implementación de la tecnología de acuerdo a lo es-tipulado en el PDD y el monitoreo de la reducción de emisiones. Después de un año de instalado el sistema de abatimiento de GEI y monitoreo continuo de las emisiones se programa una nueva visita de verifi-cación por parte de una Entidad Ope-racional Designada EOD (DOE, por sus siglas en Inglés) distinta a la de Validación con el fin de determinar el volumen de las emisiones reducidas. Con el reporte de verificación la EOD certifica las emisiones reducidas y da vía libre para la expedición de los CER’s.

En el último paso la Junta Ejecutiva para el MDL expide los CER’s certi-ficados a la empresa que desarrolló el proyecto. En el apéndice No 4, se muestra el flujograma del proyecto MDL de Monómeros Colombo-Vene-zolanos S.A.

VII. MERCADO DEL CARBONO.

Teniendo en cuenta que el mercado del MDL es relativamente nuevo, nacido de una iniciativa de la con-vención marco para el Cambio Climático (UNFCCC) durante su tercera reunión en Kyoto en 1997, su desarrollo ha sido acelerado debido a los compromisos adquiridos por los países no anexo 1 y aún más por los siguientes dos factores claves:

La ratificación por parte de la Fe-deración Rusa del Protocolo lo cual permite su entrada en vigencia en febrero 16 del 2005 y el inicio el 1 de enero de 2005 del Mercado Europeo de Transacción de Emisiones (European Emissions Trading System ETS) que aceptó el MDL para el cum-plimiento de las metas de los países involucrados en dicho sistema.

Siendo éste un mercado regulatorio es decir, que nace de una exigencia de cada uno de los gobiernos sobre las empresas reguladas deben surtirse una serie de procedimien-tos para la emisión de los Certifica-dos de Emisiones Reducidas (CER’s) sean emitidos. De otra parte, existe una disposición a pagar que define el precio de los CER’s emitidos en el mercado el cual depende del riesgo que asumen los compradores de los certificados. Como resumen, la Gráfica del apéndice No 2, muestra el ciclo normal de un proyecto MDL desde el surgimiento de una idea de proyecto hasta la emisión oficial de CER. Adicionalmente, muestra que en la medida en la que avanza el proyecto MDL en el proceso regula-torio las incertidumbres de la gene-ración de los CER se reducen y por tanto las empresas pueden obtener un mayor valor por la reducción de emisiones efectuada.

107

VIII. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO DE REDUCCIÓN DE N2O EN LA PLANTA DE ÁCIDO NÍTRICO DE MONOMEROS CO-LOMBO-VENEZOLANOS S.A. (MCV).

MCV es una empresa petroquímica del Grupo PEQUIVEN, localizada en Barran-quilla-Colombia cuyo objetivo es proveer productos químicos básicos e interme-dios a la industria manufacturera y ferti-lizantes al agro colombiano, así como a los países miembros del Grupo Andino.

Nuestros productos más importantes son: Caprolactama, Fertilizantes Com-puestos y Simples, Fosfato Tricálcico, Metil-etil-cetoxima y Ciclohexanona. También Suministra a diferentes indus-trias del país y al agro colombiano una amplia gama de productos tales como: Acido Sulfúrico, Urea, Borax, Acido Nítrico, Agua Amoniacal, Solventes y Combustibles Orgánicos

El objetivo del proyecto es reducir las emisiones de óxido Nitroso (N2O) generado por la alta temperatu-ra de oxidación del Amoniaco (NH3), mediante la descomposición catalizada a sus elementos primarios (Oxigeno y Nitrógeno). Sin el componente MDL, el abatimiento del N2O no sería económica-mente factible.

Monómeros Colombo-Venezolanos S.A., cumple con todas las obligacio-nes técnicas y ambientales requeridas por las autoridades locales y nacionales para su operación como son el Permiso ambiental aprobada por parte del DAMAB (Departamento Administrativo Técnico del Medio Ambiente de Barranquilla), por otro lado cuenta con un tratamiento para control de las emisiones de gas nitroso (NOx), cumpliendo con la norma colom-biana e incluso con internacionales como la EPA.

IX. DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA DE ÁCIDO NÍTRICO

La planta con capacidad para producir 265 t HNO3/día (expresado al 100%) opera mediante el proceso Ostwald convencional de media presión (4.5 kg/cm2 abs.), utilizando como catalizador Metales preciosos del Grupo Platino (PGM, por sus siglas en inglés).

El ácido nítrico (HNO3) es un compuesto intermedio en la pro-ducción de Fertilizantes, Nitrato de Potasio y una pequeña fracción se comercializa.

Se obtiene a partir de Amoniaco, aire atmosférico y agua desminera-lizada, el proceso de producción se divide en cinco etapas así:

A. Compresión de aire.

El aire utilizado en la combustión del amoniaco es primero filtrado y luego comprimido utilizando un compresor tipo axial movido por una turbina de vapor y una turbina de gases o expander, el aire com-primido se utiliza para calentar los gases de cola que salen del sistema de Oxiabsorción.

El aire a una menor temperatura pasa al mezclador Amoniaco/Aire, está mezcla luego de ser filtrada pasa al reactor catalítico para la conversión de amoniaco, donde se encuentra instalado el catalizador primario.

B. Combustión de amoniaco y pro-ducción de vapor.

La conversión del amoniaco se da en el convertidor, que contiene seis mallas de un catalizador metálico de Platino-Rho-dio-Paladio, la reacción es exotérmica

108

y temperatura alcanza los 840-880 °C. Las reacciones principales en el reactor de combustión de amoniaco son las si-guientes:

4 NH3 + 5 O2 ⇒ 6 H2O + 4 NO

4 NH3 + 3 O2 ⇒ 2 N2 + 6 H2O

2 NH3 + 2 O2 ⇒ N2O + 3H2O

El calor de reacción que se libera en el convertidor se utiliza en una caldera, para producir vapor so-brecalentado de 43 atmósferas absolutas y 385 °C. La caldera está instalada debajo del reactor de combustión, es integrada por una unidad compacta formada por: Primer evaporador, sobrecalenta-dor, segundo evaporador y econo-mizador.

C. Oxidación del Óxido Nítrico (NO) y absorción del Dióxido de Nitrógeno (NO2).

La oxidación y absorción del NO se da principalmente en cuatro torres empacadas con anillos rasching, pero se inicia antes en el conden-sador de ácido débil. En éste, gran parte del vapor de agua presente en los gases NOx se condensa, produciendo un ácido débil que se envía a una de las torres.

El gas nitroso enfriado entra a la primera torre es absorbido en con-tracorriente con agua de proceso, en esta torre se introduce aire adicional proveniente de la torre de blanqueo para la oxidación del NO. El calor resultante de la oxidación, se remueve mediante recirculación a través de enfriadores de placas.

D. Blanqueo del ácido producido.

El ácido producido contiene óxidos de nitrógeno y debe ser blanquea-do, este proceso se realiza en la torre de blanqueo en donde se introduce aire secundario en con-tracorriente con el ácido producido.

E. Tratamiento para el control de emisiones de gases nitrosos (NOx).

Esta etapa tiene como objetivo disminuir las emisiones de gases NOx a la atmósfera y cumplir la norma de emisiones establecida en Colombia. El gas de cola que sale del sistema de Oxidación y Absorción, previamen-te precalentado por el aire comprimi-do, se hacen reaccionar con amoniaco gaseoso en presencia de un catali-zador para su conversión a nitrógeno elemental.

Los gases de cola que salen del sistema, llevan energía suficiente para aprovecharla en generar más trabajo, por lo anterior antes de enviarlos a la atmósfera entregan esa energía a la turbina de expansión, que es su vez la transmite al compresor de aire. Los gases son descargados a la atmósfera y su apariencia es totalmente trasparente.

F. Usos.

Principalmente utilizado en la produc-ción de fertilizantes, nitrato de amonio y para las ventas. En el apéndice No 3 se muestra un esquema de la planta de Ácido Nítrico.

X. FLUJOGRAMA DEL PROCESO MDL EN MONÓMEROS COLOM-BO-VENEZOLANOS S.A.

En el apéndice No 4, se muestra el flu-jograma del proceso MDL desarrollado por Monómeros Colombo-Venezolanos ante las Naciones Unidas.

109

La diferencia básica respecto a cualquier proyecto MDL genérico

estriba en que se debe efectuar una etapa de Línea Base en la cual se mide conti-nuamente durante una campaña entera las emisiones de N2O, las condiciones de operación durante la línea base deben corresponder con las condiciones de operación de los cinco ciclos operativos anteriores. Esta campaña de Línea Base es “un blanco” que sirve como referencia para comparar contra las emisiones de N2O una vez instalado el sistema de aba-timiento.

XI. COMPONENTE TECNOLÓGI-CO DEL MDL.

Tecnológicamente se han encontrado tres procesos o etapas:

A. Durante la Oxidación del Amoniaco.

Pruebas con dos tipos de catalizadores Primarios:

A.1. Catalizadores de oxidación alterna-tivos. Planta Incitec (Australia). Afecta la eficiencia de formación de NO

A.2. Oxidación catalítica con aleación de Platino “optimizado”, Propuesto por HERAEUS GmbH reduce aproximada-mente un 30% de N2O.

B. Descomposición térmica a alta tem-peratura.

B.1. Descomposición Catalítica, mediante el uso de un catalizador instalado debajo del catalizador primario (usado en MCV). Para desarrollar esta opción, se requirió modificar el diseño de la canasta cataliza-dora para permitir la instalación del catali-zador secundario.

B.2. Cámara de Reacción Extendida (espacio vacío) usada en plantas como Hydro Agry Noruega.

C. Descomposición Catalítica en los gases de Cola

C.1. Descomposición a baja temperatura.

C.2. Descomposición catalítica selectiva SCR con Amoniaco.

XII. INVERSIONES.

Las inversiones requeridas para el de-sarrollo del proyecto MDL de MCV, se ubicaron en el orden de los USD350.000, cabe resaltar que ésta no incluye los gastos de validación del proyecto y registro ante las Naciones Unidas, los cuales fueron cubiertos por el acompañante y desarro-llador de proyectos MDL, MGM INTERNA-TIONAL.

XIII. BENEFICIOS DEL PROYECTO MDL PARA MCV.

A. Imagen.

Establecer a Monómeros Colombo-Vene-zolanos como empresa líder en proyectos de mejoramiento del medio ambiente y comprometida con la reducción de gases efecto invernadero.

B. Aporte Social.

Posicionar a Monómeros Colombo-Venezolanos S.A. como empresa que propende por el desarrollo social de las comunidades aledañas, ya que el cinco por ciento (5%) de los ingresos por co-mercialización de los Certificados de Reducción de Emisiones (CER’s), serán canalizados a través de la fundación FUN-DAMONÓMEROS para el bienestar social de la comunidad del barrio Las Flores.

C. Económico.

Utilidades estimadas por concepto de comercialización de los CER’s del orden de USD$ 1,000,000 anuales, desde el año 2009 hasta el año 2012, año hasta el cual se estipulo el primer periodo de cumpli-miento del Protocolo de KYOTO.

110

XV. CONCLUSIONES.

El Mercado MDL se ha consolidado, y por lo tanto, es excelente momento para desarrollar los proyectos de reducción de GEI.

Los proyectos MDL son una excelente oportunidad para generar valor agregado para las compañías, por su rentabilidad, por Imagen por aportes sociales y al mismo tiempo para contribuir al desarro-llo sostenible del Planeta.

XVI. REFERENCIAS.

Para información sobre Cambio Climático:

Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático: (http://unfccc.int/2860.php/ )

Mecanismo para un Desarrollo Limpio (MDL): (http://cdm.unfccc.int/).

Ministerio de Medio Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial: (http://www.minambiente.gov.co/) - Cambio Climático.

Para información sobre el proyecto:

Monomeros:

ht tp://www.monomeros.com.

111

Apéndice No 1.PRINCIPALES GASES EFECTO INVERNADERO, FUENTES Y APLICACIONES.

GAS FUENTE USOPOTENCIAL DE

CALENTAMIENTO GLOBAL

PROYECTOS DEREDUCCIÓN DE GEI

CO2 Océanos, volcanes, incendios,

quema de Combustibles fósiles, automóviles

Fotosíntesis de la Plantas. 1

Proyectos de cogeneración y eficiencia energética, sustitución

de combustibles fósiles.

CH4 Incendios, océanos, fermentación anaeróbica, petróleo, gas natural y

rellenos sanitariosProducción de Energía

eléctrica y vapor 21

Drenaje del metano procedente del venteo de la actividad minera del carbón y su posterior combustión con fines de generación eléctrica.

Reemplazar el sistema de distribución en base al hierro fundido por ductos de polietileno. Recuperar el gas natural de

los pozos petroleros.

N2ODesnitrificación de suelos,

tormentas, volcanes, Plantas de Ácido Nítrico y Adípico,

Automóviles, Centrales Térmicas

Medicina como relajante 310 Abatimiento de N2O mediante tratamien-

to secundario o terciario.

CFC’s/HFC

‘sAntropogénico

Medio propelentes, extintores de espuma

e industria de refrigeración

11700Procesos de destrucción térmica por incineración de los compuestos HCF

con el uso de gas natural.

PCF’s AntropogénicoComo producción

de aluminio y la fabricación de

semiconductores6500-9200

SF6 Antropogénico

Como aislante de circuitos eléctricos, gas trazador, para la fabricación de

magnesio

23900

Reciclaje del SF6 durante la reparación de los equipos, desmantelamiento y reducción en las fugas durante mantenimiento de las redes de

distribución electrica. Reemplazar el uso del SF6 con HFC134a ó con SO2 diluido en la industria del magnesio.

Apendice No 2. CICLO NORMAL DE UN PROYECTO MDL

1

Desa

rrollo

del

PDD

Valid

ación

de

Proy

ecto

s por

En

tidad

es O

pera

cione

s

Ratif

icació

n Ru

sa

Entra

da e

n Vi

gor E

IF d

el P

K

Apro

bació

n y R

egist

ro P

or J

unta

Ej

ecut

iva M

DL

Imple

men

tació

n y

oper

ación

del

proy

ecto

PIN

Idea

de

Proy

ecto

6

Verif

icació

n y

Certi

ficac

ión

Ofici

al de

Red

uccio

nes

Inici

o de

ETS

Sist

ema

Euro

peo

EMIS

ION

OFIC

IAL

DE C

ERS

12 24

Precio CER

1

Desa

rrollo

del

PDD

Valid

ación

de

Proy

ecto

s por

En

tidad

es O

pera

cione

s

Ratif

icació

n Ru

sa

Entra

da e

n Vi

gor E

IF d

el P

K

Apro

bació

n y R

egist

ro P

or J

unta

Ej

ecut

iva M

DL

Imple

men

tació

n y

oper

ación

del

proy

ecto

PIN

Idea

de

Proy

ecto

6

Verif

icació

n y

Certi

ficac

ión

Ofici

al de

Red

uccio

nes

Inici

o de

ETS

Sist

ema

Euro

peo

EMIS

ION

OFIC

IAL

DE C

ERS

12 241

Desa

rrollo

del

PDD

Valid

ación

de

Proy

ecto

s por

En

tidad

es O

pera

cione

sVa

lidac

ión d

e Pr

oyec

tos p

or

Entid

ades

Ope

racio

nes

Ratif

icació

n Ru

sa

Entra

da e

n Vi

gor E

IF d

el P

K

Apro

bació

n y R

egist

ro P

or J

unta

Ej

ecut

iva M

DL

Imple

men

tació

n y

oper

ación

del

proy

ecto

PIN

Idea

de

Proy

ecto

6

Verif

icació

n y

Certi

ficac

ión

Ofici

al de

Red

uccio

nes

Inici

o de

ETS

Sist

ema

Euro

peo

EMIS

ION

OFIC

IAL

DE C

ERS

12 24

Precio CER

112

Apéndice No 3. ESQUEMÁTICO DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN DE ÁCIDO NÍTRICO EN MCV.

Apéndice No 4. FLUJOGRAMA DEL PROYECTO MDL EN MCV.

PIT

TAIL GAS EXPANDER

SCR REACTOR

CONDENSOR

AIR COMPRESSOR

AIRFILTER

NH3 EVAPORATOR

NH3 SUPERHEATER

MIXING/FILTRATION/REACTION

BOILER FEED WATER

ABSORPTION/COOLING/BLEACHING

CATALITIC REACTOR

COOLING SYSTEM 1

COOLING SYSTEM 3

COOLING SYSTEM 4

STEAMTURBINE

HNO3 PRODUCT

BLEACHING TOWER

NH3FILTER

SECUNDAIRY AIR

HEAT RECOVERY/COOLING

NH3 (L)

NH3 EVAPORATION/AIR COMPRESSION

MIXINGVESSEL

PUMPCW RETURN

CW SUPPLY

STACK

113

EMPRENDIMIENTO VERDE

EcoServiceConsulting & Training

Emprendimiento VerdeCarolina Del Valle Lacouture

Ingeniera Civil Especialista en Análisis y Gestión Ambiental

Barranquilla, Septiembre de 2009

Resumen

Considerando la situación del mercado laboral y la

problemática ambiental de la cual todos somos participes y concien-tes, se presenta como una opor-tunidad para los emprendedo-res, ser pioneros en la gestación de proyectos y empresas que respondan de una manera eficiente y competitiva a los retos ambienta-les de la actualidad. Este tipo de ini-ciativas donde se transan productos y servicios más amigables con el medio ambiente se conoce como mercados verdes y considera la producción de bienes provenientes del aprovechamiento sostenible de los recursos naturales y la biodiver-sidad, la producción de ecoproduc-tos industriales y la prestación de servicios ambientales.Palabras claves:Medio Ambiente, emprendimiento,

mercados, producción y contami-nación.

114

Desarrollo

Ante la actual problemática de desempleo, comienza a vislum-

brarse como una oportunidad para las nuevas generaciones, el autoe-mpleo y la generación de empresa, en este contexto el concepto de emprendimiento cobra mayor rele-vancia para nuestra sociedad, re-sultando su estudio cada vez más interesante y necesario.

El emprendedor, como agente de de-sarrollo, tiene una tarea innovadora, él debe escuchar y descubrir las ne-cesidades de la población para luego poder pensar nuevas maneras de responder a las demandas sociales. Ante la realidad, el emprendedor debe generar la búsqueda multidis-ciplinaria de nuevos procesos que permitan el avance de la comunidad y la obtención de mejoras en su calidad de vida. Es importante que sea responsable, que favorezca la formación y la información para el desarrollo.

Por medio de las capacidades em-prendedoras se favorece el desarro-llo de nuevas empresas y también el crecimiento de las empresas ya exis-tentes. Sin embargo, la capacidad emprendedora no se limita única-mente a la creación de empresas, sino que representa una manera de pensar y de actuar, orientada al cre-cimiento y al desarrollo en un marco integral.

Paralelo a lo anterior, y en relación con la problemática ambiental actual vale la pena mencionar el interés que el mercado globalizado de hoy tiene respecto al tema; con más frecuencia se exige por parte de clientes y usuarios el sello ambiental

en los productos y procesos, la competitividad ya no sólo requiere de tecnologías eficientes y de racionalidad en la economía, sino también de satisfacción social y ambiental.

Es entonces una oportunidad para los emprendedores, ser pioneros en la gestación de proyectos y empresas que respondan de una manera eficiente y competitiva a los retos ambientales de la actualidad.

El éxito de este tipo de proyectos dependerá, entre otras cosas, de la información y capacitación con la que cuenten las partes involucradas en el tema. Este documento pretende motivar la búsqueda de información y conocimiento por parte de las nuevas generaciones de tal manera que una adecuada preparación permita la identificación de los problemas ambientales en el medio y a su vez, la generación de ideas de negocio que además de ser solución a la problemática encontrada, fomenten la generación de empresa y empleo en la región.

La identificación de los problemas ambientales del mundo inicia con el conocimiento y conceptualización general de los mismos. Hoy en día todos los habitantes del planeta están al tanto o tienen algún grado de conocimiento, vivencial o teórico, de la problemática ambiental; aunque no siempre se entienda para todos la relación directa entre las actividades diarias que se realizan y este tipo de problemas, o se cuente con las herramientas necesarias para identificar soluciones y mecanismos de mejora.

115

En los colegios, universidades, e incluso en las empresas se

han incluido cátedras, programas y planes relacionados con la gestión ambiental, el desarrollo sostenible, el uso eficiente de los recursos naturales, la generación y manejo de residuos, entre otros. Sin embargo, en escenarios más complejos millones de personas tienen un contacto diferente con la problemática ambiental. Las sequías, inundaciones, hambrunas, enfermedades y epidemias están a la orden del día y se presentan cada vez como más frecuencia en todas las regiones del mundo.

Los problemas ambientales globales de mayor relevancia son el cambio climático, la lluvia ácida, la reducción de la capa de ozono, el agotamiento de los recursos naturales y la contaminación. Las causas que han conducido al estado de deterioro y agotamiento actual de los recursos naturales se podrían agrupar en tres conceptos, sobrepoblación, industrialización no sostenible y falta de educación.

La sobrepoblación está asociada con la demanda de recursos y la producción de bienes y servicios. El ser humano demanda recursos no sólo para satisfacer sus ne-cesidades básicas (alimentación, refugio, vestido) sino también para gozar de condiciones de bienestar y confort. Esta cultura de producción y consumo genera a su vez, ago-tamiento de los recursos naturales y contaminación. Mientras que el número de habitantes aumenta día a día, la disponibilidad de recursos en el planeta disminuye.

La industrialización, tal como se ha desarrollado durante todos los tiempos, incide notablemente en el grado de deterioro actual del medio ambiente. Existen dos razones fundamentales que sustentan la anterior afirmación: El ritmo de explotación de los recursos naturales (materia prima, insumos y energía) no se equipara con la tasa de regeneración de los mismos, es decir, los recursos naturales se agotan a un tasa superior a la cual son repuestos por la naturaleza; y de otro lado, la producción de bienes y servicios se realiza dejando a un lado los costos ambientales por uso de los recursos naturales y los costos por contaminación. Las empresas no incluyen dentro de su contabilidad los costos asociados a la escasez de un recurso o los costos asociados a la reparación de un daño ambiental, así que no dimensionan la importancia económica de no contar con un recurso natural o pagar por su contaminación.

Por último, y no menos impor-tante, la falta de educación o la educación aislada de los princi-pios del desarrollo sostenible con-tribuye de manera sustancial con el deterioro del ambiente ya que es en escenarios de formación, educación, sensibilización e inves-tigación donde se podrían haber forjado generaciones con valores y una cultura distinta con respecto al medio ambiente. Con el objeto de frenar o mitigar los impactos negativos en el medio, además de la generación de empresas e ideas de negocio, las nuevas generacio-nes tienen el deber de aportar co-nocimiento e información sobre el tema a la comunidad.

116

Una vez identificado los problemas ambientales más relevantes y

después de conceptualizar un poco sobre las causas que los originan, es oportuno identificar el espectro de posibilidades y opciones de solución.

Tomar parte activa en la solución de los problemas ambientales puede abarcar la participación en marchas y campañas públicas como “el día sin carro”, “la hora del planeta”, entre otros. Sin embargo, y con una visión un poco más amplia de la situación y el entorno, la participación en la solución de la problemática ambiental puede incluir iniciativas que además de controlar y mitigar los impactos en el medio, contribuyan al desarrollo económico – social de la región a través de la creación de empleo y la generación de nuevas empresas.

Surge entonces el concepto de Mercados Verdes, iniciativas de emprendimiento y gestión empresarial amigable con el medio ambiente. Los mercados verdes promueven la distribución justa y equitativa de los beneficios económicos generados ya que involucran variables de sostenibilidad social para los grupos participes en su producción.

Las iniciativas de Mercados Verdes son respaldadas en Colombia por el Gobierno Nacional a través del Plan Estratégico Nacional de Mercados Verdes1. El PNMV busca consolidar en el país la producción nacional de bienes y servicios ambientales, aprovechar las ventajas comparativas que

1 PENMV 2002 Ministerio del Medio Ambiente (hoy Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial

tiene Colombia en estos sectores, productos (naturales, saludables y amigables con el medio ambiente).

El desarrollo de proyectos de negocio enmarcados en las líneas verdes implica sortear algunos obstáculos relacionados en su mayoría con el desconocimiento y desinformación que sobre el tema tiene la comunidad en general. Esta situación y responder eficazmente a la creciente demanda internacional y nacional por este tipo de dificulta la identificación de oportunidades en el sector, así como la identificación por parte de los consumidores de las ventajas y beneficios que este tipo de productos y servicios ofrecen. Adicionalmente, en el país aún no se consolida un marco de apoyo claro en cuanto a comercialización y financiación.para estos proyectos.

Pese a lo anterior, y respecto a las posibilidades de generar empresa en el sector de mercados verdes, Colombia ofrece ventajas competitivas frente a otros países. Es un país rico en recursos naturales potencialmente aprovechables, ocupa el 1% del territorio mundial y posee el 10% de la biodiversidad del planeta, es un país tropical megadiverso, con características especiales en términos de suelos productivos, disponibilidad hídrica y variedad de ecosistemas. En lo que respecta a recursos naturales, Colombia tiene grandes posibilidades de ocupar un lugar destacado en los mercados verdes y obtener reconocimiento especial a nivel mundial por ofrecer productos y servicios de calidad y ambientalmente sostenibles.

117

Colombia es un país en vía de desarrollo por lo cual las in-

dustrias y sus procesos producti-vos tienen altas probabilidades de ser objeto de planes de mejora-miento en búsqueda de la eficacia y eficiencia de los procesos, lo que a su vez representa en la mayoría de los casos optimizar el uso de los recursos y disminuir la contamina-ción.

Desde el punto de vista comercial, tanto en Colombia como a nivel mundial, y teniendo en cuenta la realidad cada vez más palpable del cambio climático y de otras con-secuencias del daño ambiental, el crecimiento de la demanda por productos amigables con el medio ambiente es evidente, favoreciendo aún más las posibilidades de generar empresas exitosas en el sector que se estudia.

Incursionar en los mercados verdes aporta ventajas competi-tivas en la medida en la que este tipo de negocios posibilita el acceso a nuevos mercados y a mercados internacionales, posibilita la am-pliación del portafolio de servicios, y aumenta la lealtad y confianza de clientes y proveedores en el producto o servicio ofrecido.

En el marco del PENMV los Mercados Verdes se clasifican en tres catego-rías según su aporte y/o uso de los recursos naturales.

Bienes Provenientes del Apro-vechamiento Sostenible de los recursos Naturales y la Biodiversi-dad: Productos naturales madera-bles y no maderables, agricultura ecológica y biotecnología.

Ecoproductos industriales: Tecnologías limpias y equipos de mitigación de impactos, aprovechamiento de residuos y reciclaje, energía limpias y minería sostenible

Servicios Ambientales: Ecoturismo, educación ambiental, gestión integral de residuos sólidos, proyectos de infraestructura para el tratamiento de vertimientos y emisiones, consultoría ambiental, periodismo verde, proyectos de infraestructura y arquitectura ecológica.

Además de conocer la problemática ambiental y conceptualizar sobre mercados verdes como posible solución al respecto; es importante identificar temas transversales en este tipo de negocios como son la variación en la oferta y demanda de empleos por ocurrencia de los mercados verdes, beneficios económicos por inversión en medio ambiente (Subsidios y descuento en Impuestos de renta e IVA), mecanismos de cooperación internacional (transferencia de conocimiento y financiación) y los estándares de producción y servicios establecidos a nivel mundial (sistemas de gestión Normas ISO 14000 – Ecoetiquetado de productos y servicios).

Dentro de los temas transversales a los mercados verdes, se encuentra el estudio y desarrollo de las cadenas de abastecimiento verdes o sostenibles, en las cuales se analiza cada uno de los componentes de la misma de tal manera que se

118

minimicen los impactos negativos en el medio ambiente a través del uso racional de los recursos naturales y la prevención de la contaminación ambiental en cualquiera de sus formas. Las cadenas de abastecimiento verde trabajan con la premisa de que cualquier tipo de contaminación es un desperdicio y los desperdicios cuestan dinero y todo lo que no esté incluido en el producto o servicio final se considera costo.

Una cadena de abastecimiento verde se traduce en empresas eficientes y responsables con el entorno. Convertir una cadena de suministro convencional en una cadena de suministro verde implica a grandes rasgos el desarrollo de las siguientes actividades:

Elaboración de un plan estratégico, evaluación de los impactos ambientales producidos, y formulación e implementación de prácticas medio ambientales.

Una vez implementado cambios de valor en la organización, ésta debería entrar a influir en sus proveedores y clientes para que incluyan dentro de sus políticas internas de producción y suministro criterios de protección ambiental.

Si bien el desarrollo de los mercados verdes es incipiente a nivel mundial, se conocen en el mundo iniciativas relacionadas con el tema y hoy día y cada vez con más auge y frecuencia, las instituciones públicas, empresarios y la comunidad en general adoptan tendencias ambientalmente amigables lo cual se convierte en una oportunidad de desarrollo socio-económico para la región, en la medida en que sus líderes y jóvenes emprendedores identifiquen oportunidades de negocio y tomen parte activa en la solución de los problemas ambientales del mundo.

119

INTEGRACION DE

DISPOSITIVOS MOVILES CON

WEB SERVICES MEDIANTE EL

FRAMEWORK JME

Elías D. Niño, MScDocente e Investigadorenino@uninorte.edu.co

Universidad del NorteBarranquilla – Colombia

Carlos J. Ardila, MScDocente e Investigador

cardila@uninorte.edu.coUniversidad del Norte

Barranquilla – Colombia

RESUMEN

En el presente artículo se propone un esquema de

clases que permite la integración de tecnologías móviles con web services mediante el framework JME. Inicial-mente se describe la jerarquía de interfaces que define JME para el manejo de conexiones. Seguidamen-te, se definen el conjunto de clases e interfaces que facilitan la comuni-cación de dispositivos móviles con servicios orientados a la conexión. Por último, se ilustra, mediante un diagrama de clases, la arquitectu-ra propuesta para el manejo de co-nexiones entre dispositivos móviles y web services.

Palabras Claves:

JME,diagramadeclase,dispositi-vosmóviles,webservices.

120

1. INTRODUCCION

La telefonía móvil es uno de los servicios más utilizados en diversos medios en la actualidad a nivel mundial. Transacciones bancarias, pago de facturas, revisión de correos electrónicos, entre otros, son solo algunos de la alta gama de servicios que brinda la telefonía móvil. Quizás uno de los llamativos más importan-tes de esta tecnología es la portabi-lidad de los servicios. Existen gran cantidad de aplicaciones basadas en estos dispositivos: Servicios de Agentes Multimedia [1], Almace-namiento colaborativo en aplica-tivos multimedia [2], Clasificación de Bases de Datos [3], Soluciones Móviles vía WEB [4], Sin embargo, la telefonía móvil no puede ser vista como un servicio aislado, ya que por sí sola carece de sentido dada la poca capacidad de procesamiento de los dispositivos que soportan la tecnolo-gía. Por lo tanto, se hace necesaria la integración de las tecnologías móviles con tecnologías robustas como lo son los web services. Consecuente-mente, los resultados esperados son amplios gracias a la organización de

2. PROTOCOLO HTTP

El protocolo de transferencia de hipertexto (HTTP pos sus siglas en inglés) es un protocolo de comuni-cación a nivel de aplicación basado en el esquema cliente servidor, un cliente realiza las solicitudes y un servidor sirve a ellas (figura 1).

El esquema trabajado en HTTP se basa en cuatro pasos:

1. Un cliente (comúnmente utili-zando un navegador web) se conecta a un servidor web cuyo servicio http se encuentra en el puerto estándar es el 80.

2. El cliente envía la solicitud.3. El servidor analiza la solicitud

del cliente y responde.4. El cliente cierra la conexión.Debido a que el servidor no se

guarda un registro de las peticiones realizadas por los clientes, se dice que HTTP es un protocolo carente de estado.

La sintaxis del protocolo http es:ht tp://servidor[:puer to]/ruta/

documento.extension

Figura 1. Visión general del protocolo HTTP

121

En 1 puede apreciarse una URL (Universal Resource Location). La URL tiene componentes im-portantes que facilitan la nave-gación por la web hasta llegar al documento deseado, estos com-ponentes son:

Servidor: Indica el nombre del servidor en la red ó la dirección ip.

Puerto: Si no se especifica lo contrario, por estándar es el 80. Los navegadores web asumen este puerto por defecto, por lo tanto no hay que especificarlo.

Ruta: Hace referencia a la ruta de directorios que hay que seguir en el servidor web hasta llegar al documento solicitado.

D o c u m e n t o . e x t e n s i o n : Documento que se desea obtener con su respectiva extensión. La extensión indica el tipo de documento que es, por ejemplo, html, jpg, gif, etc.

3. JAVA TO MICRO EDITION

Java to Micro Edition (JME) es un framework de desarrollo orientado a objetos que provee un conjunto de clases e interfa-ces para el desarrollo de aplica-ciones destinadas a dispositivos móviles. Debido a la pequeña capacidad de procesamiento en dispositivos móviles, el número de clases e interfaces en compa-ración con JSE (JavatoStandartEdition) y JEE (JavatoEnterpriseEdition) es limitado.

3.1 Connected

Limited Device

Configuration

Connected Limited Device Configuration (CLDC) es el subconjunto de clases e interfaces de JME que facilita la conectividad de dispositivos móviles con servicios orientados y no orientados a la conexión (TCP y UDP) mediante un pequeño número de clases e interfaces. La interface genérica de las conexiones es Connection y la clase que permite realizar conexiones es Connector.

3.1.1 JERARQUIA DE

INTERFACES

CONNECTION

Connection es la interface padre de CLDC. Connection define un solo método, close. Por lo tanto, toda conexión está obligada a implementar un método que permita cerrarla. De esta super interface se especializan cuatro interfaces como puede apreciarse en la figura 2. La clase DatagramConnection que maneja todo lo relacionado con servicios no orientados a la conexión. La clase InputConnection y OutputConnection que proveen Streams (Flujos) para la conectividad con servicios orientados a la conexión y StreamConnectionNotifier que permite establecer servicios orientados a la conexión en dispositivos móviles.

122

3.1.2 DATAGRAMCONNECTIONDatagramConnection es una subinterface de Connection que

maneja servicios asíncronos. Permite establecer servicios UDP en dispositivos móviles y a su vez conectarnos a servidores que ofrecen servicios no orientados a la conexión. DatagramConnection depende de la interface Datagram la cual permite crear los datagramas que serán transmitidos por la red. A su vez existe una clase especialista llamada UDPDatagramConnection que proporciona métodos adicionales a DatagramConnection. La situación descrita anteriormente se ilustra en la figura 3.

3.1.3

INPUTCONNECTION Y

OUTPUTCONNECTIONLas interfaces InputCon-

nection y OutputConnec-tion permiten establecer co-nexiones de entrada y salida con servicios orientados a la conexión. De ambas hereda StreamConnection y de esta última ContentConnection, CommConnection y Soc-ketConnecion como puede apreciarse en la figura 4.

Figura 2. Jerarquía de interfaces a nivel superior de Connection

Figura 3. Jerarquía de interfaces paraDatagramConnection

123

StreamConnection hace referencia a todas las co-nexiones de entrada y salida que establecen comunica-ción con servicios orienta-dos a la conexión facilitando el intercambio de informa-ción con servidores, entre otros, HTTP, FTP, HTPPS y SMTP.

SocketConnection (Figura 5) es una clase especialis-ta de StreamConnection que facilita de una manera más sencilla que Strea-mConnection las conexio-nes síncronas. De esta clase nacen las conexiones seguras (SecureConnec-tion), es decir aquellas que en la capa de sesión esta-blecen el protocolo de co-

nexiones seguras (SSL) lo que facilita la inte-racción con servidores SSL. Debido a esto, JME permite desarro-llar aplicaciones que interactúen con co-nexiones seguras tales como Facebook, GMail y Hotmail entre otras.

SecurityInfo es una interface que permite establecer los pará-metros de conexiones seguras. Estos paráme-tros pueden depender del tipo de conexión, sin embargo, en todas, se requiere un certifi-cado que verifique la identidad de las partes en la conexión.

Figura 4. Jerarquía de interfaces para InputConnection y OutputConnection

Figura 5. Jerarquía de

interfaces para SocketConnection

124

StreamConnectionNotifier hace referencia a todas las conexiones Server – Side síncronas, es decir, todas los servicios orientados a la conexión que se pueden proveer desde un dispositivo móvil.

3.2 CLASE CONNECTOR La clase Connector es la única clase

que provee CLDC para la apertura de conexiones. La razón por cual ocurre esto es la plataforma sobre la cual se despliega el conjunto de interfaces CLDC: los dispositivos móviles.

3.1.4 STREAMCONNEC-TIONNOTIFIER

Figura 6. Jerarquía de interfaces para Strea-mConnectionNotifier

Figura 6. Jerarquía de interfaces CLDC – JME

125

En la figura 6 se aprecia la definición de la clase, como puede apreciarse en una clase que cuenta con pocos métodos, pero los suficientes para realizar cualquier tipo de conexión sea segura o no, sea orientada o no. De esta clase es importante sobresaltar el método open que permite abrir conexiones y los métodos openDataInputeStream y openDataoutputStream que proveen los canales de entrada y salida cuando se realizan conexiones síncronas.

Cuando se abre una conexión utilizando Connector se devuelve un objeto de tipo Connection. Debido a esto, es importante realizar el Cast (Especificación) al tipo de conexión que se desee manejar. Es importante que concuerden los parámetros establecidos en la apertura de la conexión con el Cast que se está realizando, es decir, si la conexión que se abre es de tipo HTTP, es lógico que el Cast se realice utilizando HttpConnection. El String al que hace referencia Connector en la apertura de conexiones maneja la sintaxis:

Figura 6. Clase Connector

126

n o m b r e p r o t o c o l o : / /servidor[:puerto]/directorios/documento.extension

Cuando en 2 se especifica el protocolo HTTP se obtiene 1.

En la figura 7 se aprecia el código para establecer conexión entre un dispositivo móvil y un web service mediante el protocolo HTTP y la interface HttpConnection. Por otra parte, en la figura 8 se aprecia la conexión entre un dispositivo móvil y un web service mediante el protocolo HTTP y la interface SocketConnection, esta última necesaria cuando las conexiones son por medio de servidores proxys que no soportan HTTP. Obviamente en este último caso, se requiere conocer de manera básica el protocolo HTTP.

1. public class ConexionHTTP {2. private HttpConnection httpC;3. private String URL;4. public ConexionHTTP(String URL)5. {6. this.URL = URL;7. }8. public void enviarSolicitud() throws Exception 9. {10. //1. Establecienco la conexion.11. httpC = (HttpConnection)Connector.open(URL);12. //2. Enviando la solicitud.13. httpC.setRequestMethod(httpC.GET);14. httpC.setRequestProperty(“User-Agent”, “Profile/MIDP-1.0 Configuration/CLDC-1.0”);15. //3. Recibiendo la respuesta.16. DataInputStream dis = httpC.openDataInputStream();17. int r = -1;18. StringBuffer respuesta = new StringBuffer();19. while((r=dis.read())!=-1)20. {21. respuesta.append((char)r);22. }23. 24. //4. Cerrando la conexion 25. 26. httpC.close();27. }28. }

Figura 7. Conexiones mediante HttpConnection

1. public class ConexionSocket {

2. private String proxyHOST;

3. private int proxyPORT;

4. private String URL;

5. private SocketConnection socketC;

6. public ConexionSocket(String proxyHOST,int proxyPORT, String URL)

7. {

8. this.proxyHOST = proxyHOST;

9. this.proxyPORT = proxyPORT;

10. this.URL = URL;

11. }

12. public void enviarSolicitud() throws Exception

13. {

14. //1. Estableciendo la conexión.

15. socketC = (SocketConnection)Connector.open(“socket://”+proxyHOST+”:”+proxyPORT);

16. //1.1 Obteniendo los canales de entrada/salida

17. DataInputStream dis = socketC.openDataInputStream();

18. DataOutputStream dos = socketC.openDataOutputStream();

19. //1.2 Creando la solicitud

20. String solicitud = “GET “+URL+” HTTP/1.1\n”;

21. solicitud+=”User-Agent: Profile/MIDP-1.0 Configuration/CLDC-1.0\n”;

22. solicitud+=”Proxy-Connection: keep-alive\n\n”;

23. //2. Enviando la solicitud

24. dos.write(solicitud.getBytes());

25. dos.flush();

26. //3. Recibiendo la respuesta

27. int r = -1;

28. StringBuffer respuesta = new StringBuffer();

29. while((r=dis.read())!=-1)

30. {

31. respuesta.append((char)r);

32. }

33. //4. Cerrando la conexion

34. socketC.close();

35. }

36. } Figura 8. Conexiones mediante SocketConnection

4. PAQUETE PROPUESTOEl paquete propuesto consta

de tres clases principales, a continuación se detallan cada una de ellas.

127

4.1 COMPONENTES CLASES E INTERFACES

• Conexion: Clase que permite realizar conexiones mediante el pro-tocolo HTTP con web services.

• Descarga: Lleva la bitácora de todas las descargas realizadas por la clase Conexión. Permite reiniciar co-nexiones en caso de ocurrir errores durante el ciclo de descarga.

• Proxy: Permite a la clase Co-nexión realizar descargas utilizando servidores proxys. Hasta el momento esta clase padre tienes tres clases es-pecialistas, HTTPProxy, SOCKS5Proxy y SOCKS4Proxy. Cada una implemen-ta las conexiones y los mecanismos de autenticación con los servidores mencionados. El esquema propuesto facilita la integración de nuevas clases y/o interfaces que permitan realizar conexiones a otros servidores proxys que aún no han sido implementados. Sin embargo, también se puede inte-grar la herramienta con otros servi-cios como FTP y SMTP.

Para realizar una descarga solo basta inicializar un objeto de tipo de Conexion. La manera de realizar esto es la siguiente:

Conexion conexion = new Conexion(url, tipoProxy, hostProxy, puerto); (3)

Como puede apreciarse en 3, los parámetros necesarios para llevar a cabo una conexión son los siguientes:

• url: Hace referencia a la direc-ción de la cual quiero obtener el ar-chvo.

• tipoProxy: El tipo de proxy que se utiliza para ejecutar la descarga.

• hostProxy: La dirección ip ó nombre del servidor proxy.

• puerto: Puerto del servidor proxy. Si no se utiliza servidor proxy para llevar a cabo la descarga, este parámetro toma el valor de -1.

Figura 9. Componentes del paquete propuesto

128

5. CONCLUSIONES

La arquitectura propuesta encapsula la complejidad de esta-blecer conexiones a web services. El paquete de clases propuesto demanda poco conocimiento del programador hacia el protocolo HTTP. Debido a esto, se facilita al programador la integración de aplicaciones móviles con web services sin necesidad de conocer a fondo el protocolo HTTP. Con-secuentemente, se minimiza el tiempo de implementación de so-luciones JME – HTTP. Finalmente, el paquete permite la escalabilidad hacia nuevos tipos de servidores proxys y la integración con otros servicios móviles.

7. REFERENCIAS

[1]. Raza, M.H.; Shibli, M.A., “Mobile Agent Middleware for Multimedia Services,” advan-ced Communication Tech-nology, The 9th internatio-nal Conference on , vol.2, no., pp.1109-1114, 12-14 Feb. 2007 URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=4195353&isnumber=4195290

[2]. Fulu Li; Reed, D.P.; Lippman, A., “Collaborative storage with mobile devices in wireless net-works for P2P media sharing,” Wi-reless Telecommunications Sym-posium, 2008. WTS 2008 , vol.,

no., pp.69-77, 24-26 April 2008 URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=4547546&isnumber=4547528

[3]. Gansemer, S.; Groner, U.; Maus, M., “Database Classifica-tion of Mobile Devices,” intelligentData acquisition and advancedComputing Systems: Technologyand applications, 2007. iDaaCS2007.4thiEEEWorkshopon , vol., no., pp.699-703, 6-8 Sept. 2007 URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=4488513&isnumber=4488359

[4]. Stormer, H., “Exploring Solu-tions for a MobileWeb,” E-Commer-ceTechnology,2006.The8thiEEEinternational Conference on andEnterpriseComputing,E-Commer-ce,andE-Services,The3rdiEEEinternationalConferenceon , vol., no., pp.75-75, 26-29 June 2006 URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=1640332&isnumber=34369

[5]. Wong, D.S., “Security analy-sis of two anonymous authenti-cation protocols for distributed wireless networks,” PervasiveComputing and CommunicationsWorkshops, 2005. PerCom 2005Workshops. Third iEEE interna-tional Conference on , vol., no., pp. 284-288, 8-12 March 2005 URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=1392849&isnumber=30313

129

HIBÉRNATE: FRAMEWORK

PARA EL MAPEO DE OBJETOS

EN JAVA

CARLOS NELSON HENRÌQUEZ MIRANDA

Resumen

Para la mayoría de las aplicaciones, almacenar

y recuperar información implica alguna forma de interacción con una fuente de datos. Esta fuente de datos normalmente es una Base de datos relacional la cual presenta un problema para la gran mayoría de programadores puesto que el modelo relacional dista mucho del orientado a objetos, y no existe una estandarización para este manejo de datos.

El artículo busca mostrar del uso de Hibérnate como un Framework en Java que permita persistir un objeto de una forma transparente y fácil en una base de datos rela-cional.

130

1. Introducción

En la actualidad el paradigma utilizado por la mayoría de

analistas programadores a la hora de construir software es el orientado a objetos; independientemente de los avances en esta área (nuevos paradigmas), la base fundamental es este estilo de programación. Partiendo de esta afirmación toda aplicación estaría conformada por una gran cantidad de objetos interactuando y compartiendo información, y a la hora, de que estos objetos tengan que trascender, (guardarlos permanentemente) inician una serie de problemas en la escogencia del modelo para persistir.

Este artículo busca mostrar las propiedades y ventajas del uso de hibérnate en una aplicación orientada a objetos y su relación con una base de datos relacional. Primero se aborda los conceptos generales como objetos, persistencia y Framework. Luego se toma el tema de hibérnate y se nombran sus características y ventajas mas importantes, para terminar mostrando los componentes básicos de Hibérnate.

2. Un Framework para persistir objetos en Java

Antes de tocar el tema de Hibérnate, es importante aclarar ciertos conceptos que fluyen através del mismo, que son independientes pero que al final se logran integrar con esta tecnología.

2.1. Un mundo de objetos

La vida real esta llena de objetos. Es fácil mirar a nuestro alrededor y ver un conjunto de objetos que podemos identificar con gran facilidad, por ejemplo si vamos por la calle podemos identificar carros, edificios, personas, animales, aviones, comida entre otras, y nos damos cuentas que existen muchos objetos parecidos, por ejemplo algunas personas que comparten las mismas características como Altura, Edad, color de cabello; Los Carros Marca, modelo, velocidad; Los animales Raza, edad , tipo; Y así podemos ir identificando en el mundo real un mundo de objetos diversos que interactúan y se rela-cionan, y que a la hora de llevarlos a representar al computador para manejar la información derivada de ellos es mucho mas simple y elegante hacerlos bajo el paradigma de orientación a objetos.

Figura 1. Un mundo de Objetos

131

Un objeto es un ente lógico que trata los datos y acciones in-

dependientemente y que expresa las cosas de la vida real con gran certeza. Este estilo es el más utilizado y base de nuevos estilo de programación.

2.2 La persistencia

La palabra Persistencia viene del latin “persistere” que significa durar por largo tiempo. En el mundo de los objetos todo se maneja en memoria volátil, esto quiere decir que los objetos creados en un programa siempre son temporales, porque son almacenados en la memoria RAM. Lo que busca la persistencia es guardar un objeto permanente-mente en un recurso de almace-namiento, base de datos o archivo, para recuperarlo mas adelante. El almacenamiento mas utilizado, son las bases de datos relacionales, el cual consiste en un sistema formado por un conjunto de datos almace-nados en discos que permiten el acceso directo a ellos y un conjunto de programas que manipulen ese conjunto de datos. Las bases de datos pueden ser vistas como un “almacén” que permite guardar grandes cantidades de información de forma organizada para luego en-contrarla y utilizarla fácilmente.

La persistencia puede ser trabajada desde dos puntos de vista diferen-tes; en el primero, el programa-dor debe conseguir que sus datos (objetos) sobrevivan a la ejecución del proceso que los creo, de modo que puedan ser utilizados en otro proceso. Esto quiere decir que la persistencia es responsabilidad del propio programador. El segundo

punto depende de un lenguaje de programación o de entorno de de-sarrollo para almacenar y recuperar el estado de los datos de modo que sobrevivan a los procesos que los manipulan. Actualmente existen muchos de estos entornos y es en donde se ubica Hibérnate.

Figura 2. Hibérnate

2.3 Framework

Los Framework están de moda en la actualidad en el mundo de la In-geniería de Software, son entornos de desarrollo que hacen más fácil alguna tarea y que tienen interna-mente mucha programación y una estructura sólida bien definida. Para trabajar con Framework es indis-pensable conocer su metodología de trabajo la cual extiende o saber el uso de las librerías o paquetes de la cual se compone.

132

Al momento de crear una nueva aplicación de software, los pro-

gramadores tienen diferentes alter-nativas para escoger, es decir, buscar que Framework les sirve más para desarrollar su trabajo. En el mundo de la Web y específicamente en java se reconocen Framework como: Struts, Spring, Jsf, entre otros, que han nacido como idea de un pequeño grupo de expertos y que han logrado llamar la atención del mundo de la in-formática. Es importante decir que los Framework, que aunque hacen mas fácil la vida del programador, tiene una curva larga de aprendizaje para que los que apenas inician; pero una vez pasada esta barrera, la herra-mienta permitirá que los programa-dores puedan optimizar la lógica de programación si preocuparse de otros detalles mas simples del sistema.

3. Hibérnate

Con la conceptualización anterior, se puede llegar a definir Hibernate como: “un Framework para persistir objetos en una base de datos rela-cional”. La idea de Hibernate la tuvo Gavin King, Ingeniero actual Grupo de JBoss, el cual cansado de la inefi-ciencia y complejidad de los sistemas de persistencia de la época, ideo un

sistema base que fue apoyado por un inmenso grupo de programado-res alrededor del mundo. Esta idea de King se transformo en un proyecto robusto, con licencia libre que actual-mente es el más utilizado, en cuanto a Framework dedicados a persistencia se refiere.

3.1 Características

Hibernate es un potente servicio de persistencia Objeto – Relacional de alto rendimiento que facilita el mapeo de atributos entre una base de datos relacional tradicional y el modelo de objetos de una aplicación. Ofrece per-sistencia automatizada y transparen-te de objetos a tablas en una base de datos relacional, utilizando metadata que describe el mapeo entre objetos y la base de datos en si. Entre las características más importantes de destacan:

Licencia LGPLOfrece su propio lenguaje de

consulta HQLImplementado con XML o Anotacio-

nes (JPA)Excelente DocumentaciónFácil de aprenderComunidad ActivaSoporte para Windows (NHibernate)

Figura 3. Framework

133

3.2 Ventajas

Productividad:

Evita mucho del código confuso de la capa de persistencia, permitiendo centrarse en la lógica de negocio.

Mantenibilidad:

Por tener pocas líneas de código permite que el código sea más claro. Al dividir la capa de persistencia se puede identificar los errores muy fácilmente.

Rendimiento:

Existe la tendencia a pensar que una solución “manual” es más eficiente que una “automática”. Hibérnate tiene un buen desempeño pero todo depende

realmente de como se realicen las consultas y como se configure el Framework.

Indepencia del proveedor:

Una solución ORM te abstrae del SGBD. Permite desarrollar en local con bases de datos ligeras sin implicación en el entorno de producción.

3.3 Componentes básicos

Para utilizar Hibérnate es importante saber que este se compone de un conjunto de librerías reunidas en varios Apis, en donde, dependiendo del problema se debe escoger y configurar, las librerías necesarias en el proyecto.

(https://www.hibernate.org/)

Figura 4. API de Hibérnate

134

De todo el conjunto de Apis de Hibérnate, existen varias clases

que permiten el trabajo básico con el Framework. Entre estas se encuen-tran:

Session:

Corresponde con un objeto que re-presenta una unidad de trabajo con la base de datos (transacción). Además representa el gestor de persistencia, ya que dispone de la API básica para poder cargar y guardar objetos.

Transaction:

La API de Hibérnate contiene utili-dades para demarcar la transaccio-nalidad de operaciones de manera programática.

Query:

Este interfaz permite crear consultas y enlazar argumentos a parámetros de la consulta (binding). Permite definir consultas en HQL (Hibernate Query Language) o en SQL.

SessionFactory:

Es una factoría de sesiones. Pro-porciona objetos Session. Es thread-safe. Permite concurrencia.

Conclusiones

En el mundo de software, el uso de Framework es una buena alternativa para los programadores de la actuali-dad, ya que mejoran sustancialmen-te su trabajo, dedicándose a otras tareas más significativas de la lógica del negocio.

El uso de aplicaciones de persisten-cia de objetos en bases de datos re-lacionales es cada vez común. En el mercado existen muchos Framework dedicados a esta tarea que hacen el trabajo de almacenamiento de

objetos de una forma transparente para el programador.

Hibérnate es uno de los mejores Framework de persistencia de la ac-tualidad ya que posee características in mejoradas como : buen soporte, facilidad de adaptación, categoría libre, soporte de java y .net , buena documentación y un grupo de pro-gramadores mundiales que soportan su crecimiento.

Bibliografía

Núñez Ismael. Tutorial de Hibérnate. 2007

Inoto Rubén. Framework de per-sistencia en java. Universidad de Alicante. 12 de mayo de 2006

Pizarro Pablo. Mapeo del modelo de Objetos al modelo relacional. Univer-sidad de Mendoza 2005

Paradigma Tecnológico. Seminario de Hibérnate. 10 de Marzo de 2008.

Ansari Majrul. Hibérnate Framework. 2008

Referencias Electrónicas

ht tp://es.wik ipedia.org/wik i /Hibernate

h t t p : / / m u n d o g e e k . n e t /archivos/2007/01/27/hibernate/

http://www.programacion.com/java/tutorial/hibernate/

http://www.programacion.com/java/articulo/jap_persis_hib/

http://www.tiobe.com/index.php/content/paperinfo/tpci/index.html

ht tp://www.bumeran.com.ar/articulos_aplicantes/200/83610/ja-vaprogrammerlosmasbuscados.html

135

ONTOLOGÍAS PARA LA WEB

SEMÁNTICA: CASO DE ESTUDIO

“SSWWS”

Ing. Wilson Nieto BernalPh.D. Universidad del Norte,

Colombiawnieto@uninorte.edu.co

Ing. Marlon Alberto Piñeres Melo Ms(C)

Universidad del Norte, Colombiampineres@uninorte.edu.co

ABSTRACT

The Web Ontologies allow a representation of a

domain of knowledge. This facilitates the conversion of an explicit and tacit knowledge to the possibility of adding knowledge to the Web for automatic processing by the computer. For this reason, it has designed a model to present an architecture known as SSwWS (Search Semantic with Web Services) or Search Semantic Web Services, to show how to extend the functionality of the current Web search and semantic raised by Ben-ers-Lee, on the meta-references, defined in a Web ontology, so that a user on the Internet can find the answers to their questions through Web services in a simple and fast.

Keywords

Arquitectura SSwWS, Metadatos, XML, XML Schema, RDF Schema, OWL, Ontologías, Web Semántica, Razonadores.

136

INTRODUCCION

El presente artículo desarro-lla un modelo estructural de

una arquitectura de información conocido como: “SSwWS”, que permita integrar, interoperar y aplicar las tecnologías recomenda-das por la w3c, a fin de tener una ontología Web que permita facilitar la búsqueda de objetos de informa-ción como artículos y los proyectos relacionados con los trabajos de grado de estudiantes universitarios, que mediante una aplicación basada en Web Services facilita una estra-tegia de gestión del conocimien-to, facilitando almacenar, distribuir, compartir e intermediar dicho co-nocimiento explícito presente en los documentos, en este caso producto de la aplicación del conocimiento teórico y la disposición de nuevo co-nocimiento.

Actualmente el contenido que se muestra en Internet es inmensura-ble y el uso de tecnologías como el HTML es totalmente indispensable para la visualización de los conteni-dos en un browser. Pero ante esto cabe anotar que la utilización de este lenguaje trae como desventaja una mala representación semántica de los datos. Esto conduce a que las páginas Web actuales proporcionen sintaxis en vez de serle añadidas la semántica.

La Web actual es, un extraordinario medio económico para el acceso al conocimiento explícito, servicios, en-tretenimiento, comercio y negocios electrónicos, entre otros. Para esto las tecnologías que la hacen posible han tenido una gran evolución para garantizar la facilidad de su uso,

hasta el punto de vincular bases de datos con estas aplicaciones y la creación de algoritmos para la recuperación de contenidos. Sin embargo, la cantidad de información que se pueda encontrar en Internet se ha convertido en algo incalcula-ble, por lo cual hace que los motores de búsquedas se vean obligados a cambiar la forma en la que se recupera dicha información. En este trabajo se pretende llevar a cabo unos procesos de investigación teóri-co-aplicativa de corte cualitativo a fin de modelar y diseñar una arquitectu-ra de información que soportada en la Web Semántica permita arrojar in-formación y que las consultas pueda ser comprensible por las computa-doras y humanos, permitiendo así la extensibilidad de la Web Actual.

Es por esta razón que la w3c ha propuesto nuevas tecnologías que facilitan la incorporación de semántica a las páginas Web como el ResourceDescription Framework (RDF) y su extensión como lo es ResourceDes-criptionFrameworkSchema (RDF-S) y Ontology Web Language (OWL) permitiendo a través de esto modelar el conocimiento presente.

La implementación de la arqui-tectura se consolida en una aplica-ción que utiliza Web Services, para facilitar automatizar procesos en la Web desarrollada en un ambiente Web, utilizando las siguientes herra-mientas de desarrollo: Java, Eclipse versión 3.4.1, Apache Tomcat 6.0 y Protégé-OWL 4 y haciendo uso de las librerías de JENA y PELLET que permiten hacer el razonamiento de la Ontología Web.

137

LA ARQUITECTURA DE INFOR-MACIÓN SSwWS

La arquitectura que se planteará a continuación surge como una solución innovadora para las búsquedas semánticas utilizando Web Services (ver Figura 1).

XML

XML SchemaNamespacesDTD

RDF

RDF Schema

OWL - DL

Web Services

Content Delivery

Reasoner

SPARQL

Figura 1 Arquitectura propuesta SSwWS

XML EN SSwWS PARA LA RE-PRESENTACIÓN DE LA ESTRUC-TURA ONTOLÓGICA

Este lenguaje de etiquetado es básico para el intercambio de una variedad de datos y fue desarrollado por la W3C (WorldWideWebCon-sortium), aglutinando una familia de tecnologías como XLink, XPath, XLST, XPointer, XQuery, entre otras. Se puede decir que es la base sin-táctica de la futura Web conocida como la Web Semántica, porque nos facilita definir un conjunto de marcas extensibles, en donde se puede personalizar en base a un dominio de conocimiento, el cual ayuda a distinguir el contenido de la presen-tación que puede escribirse en XLS (eXtensible Stylesheet Language),

validadas mediante Document Type Definitions (DTD) y/o XML Schema para la definición de tipos de datos de los respectivos metadatos.

Su sintaxis la podemos representar de la siguiente manera: ver figura 2.

<?xml version="1.0" encoding="ISO-8859-1" standalone="no" ?> <!DOCTYPE Mensaje SYSTEM "email.dtd" > <Mensaje> <Remitente> <NombreRemitente>Marlon Piñeres</NombreRemitente> <MailRemitente> mapm@mail2world.com </MailRemitente> </Remitente> <Destinatario> <NombreDestinatario>Paola Ariza</NombreDestinatario> <MailDestinatario>paopatry@yahoo.com.mx</MailDestinatario> </Destinatario> <Texto> <Asunto>Tesis</Asunto> <Parrafo>Hola mi amor, te comento que ya estoy terminando

la Tesis, pronto nos iremos de paseo! </Parrafo>

</Texto> </Mensaje>

Figura 2 Representación de XML

Todo documento XML debe tener la siguiente estructura:

<?xml versión=”1.0” e n c o d i n g = ” I S O - 8 8 5 9 - 1 ” standalone=”yes” ?>

Actualmente existe la versión 1.1, se usa 1.0 porque es muy general. El encabezado puede tener dos atributos opcionales, el primero es encoding, que determina el tipo de codificación va a contener el documento, muy importante para la interpretación de los caracteres. Los más utilizados para el texto en español son UTF-8 e ISO-8859-1. El segundo atributo es standalone (sus valores son yes o no), el cual indica si se necesita un documento externo como por ejemplo DTD o XML Schema [1].

138

NAMESPACES EN SSWWS PARA LA COMBINACIÓN DE DISTINTOS VOCABULARIOS XML

En el mundo de los datos es posible encontrar que el nombre

y apellido de una persona haga re-ferencia a un cliente y simultánea-mente a un vendedor, esto se puede considerar un problema, mucho más riesgoso cuando se presentan en la Web, porque puede ocasionar colisiones de nombre. Esto se puede evitar definiendo un nombre único dentro de un Namespaces, por ejemplo: en el caso del cliente y el vendedor, se puede hacer uso de unos prefijos de la siguiente forma: ver Figura 3.

<cliente:nombre>Pepito</cliente:nombre>

<cliente:apellido>Peréz</cliente:apellido>

<vendedor:nombre>Pepito</vendedor:nombre>

<vendedor:apellido>Peréz</vendedor:apellido>

Figura 3 Agrupación de etiquetas por espacios de nombre

Esto nos permitirá tener varios vo-cabularios en un mismo documento XML, para facilitar el intercambio de información. En XML un Namespaces consiste en un conjunto de nombres que proporciona un mecanismo por el que los nombres de los elementos y atributos pueden designarse para cada uso deseado, basándose en prefijos adecuados [1], para mezclar diferentes vocabularios en un solo documento XML, definir unívoca-mente cada etiqueta XML y final-mente proporcionar nombres uni-versales que vayan más allá de los documentos que los contienen, por ejemplo: los elementos del Names-

paces de XHTML son body, table, center, h3, etc. Y su nombre de URI es: http://www.w3.org/1999/xhtml. para declarar un Namespa-ces se tiene en cuenta un atributo reservado, un prefijo y una URI, por ejemplo: ver la figura 4.

Figura 4 Representación de un Namespaces

En general tendríamos: xmlns:prefijo=<<URI>> soportado en la recomendación de la w3c.

DTD PARA LA DEFINICIÓN DE TIPOS DE DOCUMENTOS EN LA CAPA XML DE SSWWS

Los DTD, restringe a describir la estructura y sintaxis del documento XML o SGML. La finalidad de esto es tener documentos bien formados. Cabe resaltar que un documento XML es válido si su contenido coincide con su definición de elementos y atributos del documento, mediante DTD [2]. Un ejemplo de esto se puede apreciar en la figura 6.

<?xml version="1.0" encoding="ISO-8859-1" ?> <!ELEMENT Mensaje (Remitente, Destinatario, Texto)*> <!ELEMENT Remitente (NombreRemitente, MailRemitente)> <!ELEMENT NombreRemitente (#PCDATA)> <!ELEMENT MailRemitente (#PCDATA)> <!ELEMENT Destinatario (NombreDestinatario, MailDestinatario)> <!ELEMENT NombreDestinatario (#PCDATA)> <!ELEMENT MailDestinatario (#PCDATA)> <!ELEMENT Texto (Asunto, Parrafo)> <!ELEMENT Asunto (#PCDATA)> <!ELEMENT Parrafo (#PCDATA)>

Figura 5 Representación de un DTD

Una DTD se declara en un documento XML a través de DOCTYPE (Ver: figura 2).

xmlns:xhtml=http://www.w3.org/1999/xhtml

139

XML SCHEMA EN SSwWS

XML Schema permite incorporar a los documentos XML, un conjunto de res-tricciones para definir los elementos del documento XML, como estarán or-ganizados, cuáles serán sus atributos y sus respectivos tipos de datos que pueden tener en el documento XML. En la figura 6, se puede ver un ejemplo de XML Schema.

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <xs:schema xmlns:xs="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"> <xs:element name="Mensaje"> <xs:complexType> <xs:sequence> <xs:element ref="Remitente" minOccurs="1" maxOccurs="1"></xs:element> <xs:element ref="Destinatario" minOccurs="1" maxOccurs="1"></xs:element> <xs:element ref="Texto" minOccurs="1" maxOccurs="1"></xs:element> </xs:sequence> </xs:complexType> </xs:element> <xs:element name="Remitente"> <xs:complexType> <xs:sequence> <xs:element ref="NombreRemitente" minOccurs="1" maxOccurs="1"></xs:element> <xs:element ref="MailRemitente" minOccurs="1" maxOccurs="1"></xs:element> </xs:sequence> </xs:complexType> </xs:element> <xs:element name="NombreRemitente" type="xs:string"></xs:element> <xs:element name="MailRemitente" type="xs:string"></xs:element> <xs:element name="Destinatario"> <xs:complexType> <xs:sequence> <xs:element ref="NombreDestinatario" minOccurs="1" maxOccurs="1"></xs:element> <xs:element ref="MailDestinatario" minOccurs="1" maxOccurs="1"></xs:element> </xs:sequence> </xs:complexType> </xs:element> <xs:element name="NombreDestinatario" type="xs:string"></xs:element> <xs:element name="MailDestinatario" type="xs:string"></xs:element> <xs:element name="Texto"> <xs:complexType> <xs:sequence> <xs:element ref="Asunto" minOccurs="1" maxOccurs="1"></xs:element> <xs:element ref="Parrafo" minOccurs="1" maxOccurs="1"></xs:element> </xs:sequence> </xs:complexType> </xs:element> <xs:element name="Asunto" type="xs:string"></xs:element> <xs:element name="Parrafo" type="xs:string"></xs:element> </xs:schema>

Figura 6 Representación de XML Schema

Hay que tener en cuenta que hasta el momento estás tecnolo-gías mencionadas están facilitando la gramática, pero no la semántica, además cabe anotar que XML es in-dependiente de la plataforma, como lo planteado por los modelos direc-cionados por la arquitectura (MDA).

RDF EN SSwWS

Marco de descripción de recursos [3], desarrollado por la w3c, basado en la idea de convertir las declara-ciones de los recursos con la forma de Sujeto - Predicado - Objeto. Su sintaxis es fundamentada en XML.

Sujeto: es lo que se está describien-do, es decir el recurso, por ejemplo la URI http://www.w3.org/Icons/WWW/w3c_main retorna el logo de la W3C en formato PNG o GIF.

Predicado: es la propiedad o la relación que se desea establecer acerca del recurso. Tener en cuenta que las propiedades pueden ser definidas y usarse en forma inde-pendiente a las clases [4].

Objeto: es el valor de la propiedad o el otro recurso con en que se mantiene la relación. Puede ser un literal o un Objeto. El literal incluye un dato en específico y el objeto hace referencia a otro sujeto.

Figura 7 Grafo RDF

La figura 7 se interpreta como: el objeto es el valor del predicado para el sujeto.

También se puede representarmediantelatablasiguiente:

Tabla 1 Matriz de RDF

Recurso (Sujeto) http://www.uac.edu.co/marlon/tesis.pdf

Propiedades (Predicado) Autor

Sentencias (Objeto) “Marlon Piñeres”

140

La interpretación de la tabla 1 es: MarlonPiñereseselcreador

(autor) del recurso http://www.uac.edu.co/marlon/tesis.pdf. Esta de-finición, también se puede visuali-zar en forma de grafo, teniendo en cuenta que los arcos es el predicado, el sujeto se representa por medio de nodos circulares y los nodos rec-tangulares corresponden al valor del objeto.

Figura 8 Grafo RDF de ejemplo

La notación gráfica para los grafos de RDF se puede resumir mediante el siguiente gráfico [5]: Ver figura 9.

Figura 9 Notación para grafos RDF

RDF SCHEMA EN SSwWS

RDF Schema [11] consiste en un lenguaje de descripción de voca-bulario RDF definir clases, objetos, propiedades, relaciones entre clases y propiedades, restricciones de dominio y rango sobre las propieda-des, herencia entre clases y Jerarquía de propiedades. Este vocabulario se utiliza, debido a que RDF no permite

indicar que lo que se va a describir es un tipo o una clase específica de recursos. Es por esta razón que RDF Schema extiende a RDF teniendo en cuenta un amplio vocabulario con una variedad de significado adicional.

Las tecnologías XML y XML Schema proporcionan un control sintáctico, mientras que en RDF y RDFS provee de control semántico, es decir que XML certifica que los metadatos son usados correctamente, mientras que RDF certifica que, por ejemplo, en una afirmación donde el sujeto es ceduladeciudadanía y el predicado es nombre, el objeto es el nombre de una individuo y no el modelo de un automóvil. A continuación se muestra un ejemplo en la figura 10:

Figura 10 Representación de RDF Schema

OWL-DL EN SSwWS

El lenguaje de las Ontologías Web, es usado para capturar conoci-miento de un dominio de interés. OWL-DL permite añadir vocabulario para la descripción de clases y pro-piedades como la cardinalidad entre clases, igualdad entre clases [13], características de las propiedades como la simetría, relaciones entre clases como la disyunción, primi-tivas describe los conceptos de un dominio y la relación existente entre estos conceptos [6], basados en RDF y RDF Schema. En otras palabras es utilizado para proporcionar más vocabulario para describir clases y propiedades teniendo en cuenta re-

<owl:Class rdf:about=”#Empresa”> <rdfs:subClassOf rdf:resource=”&owl;Thing”/> <owl:disjointWith rdf:resource=”#LineaInvest”/> <owl:disjointWith rdf:resource=”#Persona”/> <owl:disjointWith rdf:resource=”#Proyecto”/></owl:Class>

141

laciones entre clases y característi-cas de las propiedades. Este lenguaje de Ontologías Web, es derivado de DAML + OIL (Darpa agent MarkupLanguage + Ontology inferenceLayer) proporcionando máxima ex-presividad, conservando la computa-cionalidad y la resolubilidad. OWL-DL [12] se denomina así debido a la co-rrespondencia que tiene con la Lógica de descripción (Description Logics). A continuación se presenta un ejemplo de OWL (ver figura 11):

<owl:ObjectProperty rdf:about=”#ProyEstudiante”>

<rdfs:range rdf:resource=”#Estudiante”/> <rdfs:domain rdf:resource=”#Proyecto”/> </owl:ObjectProperty>

Figura 11 Representación OWL

RAZONADORES EN SSwWS

Pellet:

Consiste en un razonador open source de Java, creado para hacer in-ferencias sobre una ontología OWL-DL [7]. También proporciona una API para consultar, validar y comprobar la coherencia de las ontologías [8].

Jena 2:

Jena es un FrameWork de Java para construir aplicaciones de la Web Semántica [9], proveyendo un entorno de programación para tec-nologías como RDF, RDFS, OWL, SPARQL, incluyendo reglas de infe-rencia. Actualmente se ha desarro-llado hasta la segunda versión.

Estos razonadores se pueden combinar para hacer inferencias sobre la ontología, la cual permitirá la recu-peración de contenidos utilizando un lenguaje de consulta llamado SPARQL.

SPARQL EN SSwWS

Protocol and RDF Query Language [10],define un lenguaje para la re-cuperación para RDF/RDFS, utilizado por la API del razonador para hacer consultas en la Ontología Web (Ver figura 12).

PREFIX pj:<http://www.semanticweb.org/ontologies/2008/10/tesis-uac-sist.owl#> SELECT ?ta ?est ?sd{ ?s pj:proyFechaEntrega ?sd. ?s pj:ProyEstudiante ?tt. ?s pj:proyTitulo ?ta. ?tt pj:prsNombre ?est. }

Figura 12 Consulta en SPARQL

SERVICES EN SSwWS

En la actualidad, cuando se habla de desarrollar productos Web se refiere a construir aplicaciones que propor-cione la posibilidad de realizar tran-sacciones, sistemas de compras por internet, mostrar información corpo-rativa, entre otros, la cual conduce a tener una Web orientada a la visuali-zación de datos.

En esta capa facilitará automatizar los procesos llevados a cabo por la Web, permitiendo que las aplicacio-nes Web, además de lo menciona-do en el anterior párrafo, puedan realizar transacciones sin la inter-vención humana. Este modelo está basado en las Arquitecturas Orien-tadas a Servicios, también conocida como SOA, la cual encapsulan servicios para ponerlos a disposición de la red y estos (Web Services) a su vez, disponen de un conjunto de métodos utilizados para ser utilizados por otras aplicaciones a través de la Llamada de Procedimiento Remoto (RPC) .

La estructura interna del Web Service depende de: primero de com-

142

ponentes de Software, los cuales en-capsulan la funcionalidad del servicio e incluye el acceso a fuentes de datos (en este caso a la Ontología Web). Segundo de un protocolo llamado SOAP, que en este caso actúa como interfaz entre el cliente y los compo-nentes que implementan el servicio. La comunicación entre el cliente y el Servicio Web se hace por medio del Lenguaje de Marcado Extendido (XML) utilizando SOAP para deco-dificar las peticiones de este tipo que llega desde el cliente e invoca método del componente y luego codifica los resultados del componen-te en formato SOAP para enviarlos al cliente y tercero, del tipo de Web Services que puede ser Orientados a Métodos (basados en RPC) u Orienta-dos a Documentos (soportado en los documentos XML que son enviados al Web Services desde el cliente, para ser procesados).

RESULTADOS DE LA ARQUITEC-TURA PROPUESTA (SSwWS)

El producto desarrollado como prueba piloto, es utilizado para hacer búsquedas semánticas relacionadas con proyectos de grado del programa de ingeniería de sistemas de la Uni-versidad Autónoma del Caribe, en el cual permite poner a disposición y facilitar el compartimiento del co-nocimiento explícito, facilitando una buena gestión del conocimien-to con respecto a los proyectos que realizan los estudiantes candida-tos a ser ingenieros de sistemas. El sitio Web contempla dos sistemas de búsquedas: una general y una avanzada. En la búsqueda general el usuario puede escribir cualquier frase en forma de pregunta, por ejemplo: “Muéstreme los proyectos en los que participó henry burgos” ver figura 13:

Figura 13 Resultados de la Búsqueda con SSwWS

143

Figura 14 Filtro por búsqueda avanzada

Con respecto a la consulta avanzada, esta será utilizada

para hacer una búsqueda más espe-cífica como lo es el número de acta de un proyecto, la empresa bene-ficiaria del proyecto o por persona involucrada en el proyecto como

Permitiendo hacer búsquedas más específicas.

AGRADECIMIENTOS

A la Universidad del Norte y a la Universidad Autónoma del Caribe por el apoyo brindado en el desa-rrollo de este trabajo.

CONCLUSIONES

Con el desarrollo de esta investi-gación se pudo ver la importancia de la Web Semántica y demostrar, como a través de la integración de un conjunto de tecnologías que se conforman de la w3c, se puede diseñar una arquitectura que permiten hacer búsquedas efectivas, basándose en significados y lo más importante para la comunidad de ingenieros, y es la de aplicar este

lo es el asesor técnico, asesor me-todológico, Director, Coordinador, Jurado participante o los desarro-lladores del proyecto. Por ejemplo, si queremos buscar por número de acta se haría lo siguiente (ver figura 14):

conjunto de conocimientos, en este caso para hacer consultas sobre monografías y artículos relaciona-dos con los proyectos de grado de los estudiantes que egresarán de la Universidad Autónoma del Caribe para apoyar así la gestión del cono-cimiento, permitiendo que cualquier persona tenga acceso a los trabajos realizados por estos.

Gracias a la Web Semántica, se pueden realizar búsquedas de una manera sencilla y rápida. Para esto es necesario analizar e integrar cada una de las capas de la llamada Web 3.0 propuesta por su autor, para lograr que se puedan realizar búsquedas por significado, permi-tiendo así que la información pueda ser comprensible por computadoras y humanos.

144

La Web Semántica facilitará a las organizaciones tener la infor-

mación disponible, ordenada, rela-cionada, indexada por medio de la utilización de metadatos, teniendo como fundamento una arquitectu-ra basada en el lenguaje XML (Ex-tensible Markup Language) y XML Shema como la base sintáctica de la futura Web, RDF (Resource Des-cription Framework), RDF Schema para dotar de semántica a la Web y OWL (Ontology Web Language) para representar un área del co-nocimiento, finalmente se hará una demostración donde por medio de un razonador como Pellet o Jena, se podrán hacer inferencias lógicas sobre dicho dominio de conocimien-to representado por medio de una ontología.

REFERENCIAS

Martín Gregorio, M. B. (2005). CursodeXML. Madrid: Pearson.

David Hunter, J. R. (2007). BeginningXML4thEdition. Indianapolis: Wiley Publishing, Inc.

Resource Description Framework(RDF). (s.f.). Recuperado el 1 de Diciembre de 2008, de http://www.w3.org/RDF/

Champin, P.-A. (5 de Abril de 2001). Fundamentalconcepts(RDF). Obtenido de http://www710.univ-lyon1.fr/~champin/rdf-tutorial/node10.html

Daconta Michael, O. L. (2003). a Guide to the Future of XML,Web Services, and KnowledgeManagement. inc. Pág 88. WILEY Publishing.

Matthew Horridge, H. K. (27 de Agosto de 2004). Practical GuideTo Building OWL Ontologies usingThe Protégé-OWL Plugin andCO-ODE Tools. Recuperado el 5 de Noviembre de 2008, de http://www.co-ode.org/resources/tutorials/ProtegeOWLTutorial.pdf

Mindswap -Maryland informationand Network Dynamics LabSemanticWebagentsProject. (s.f.). Recuperado el 4 de Noviembre de 2008, de http://www.mindswap.org/2003/pellet/

Evren Sirin, B. P. (s.f.). Pellet:a Practical OWL-DL Reasoner. Recuperado el 4 de Noviembre de 2008, de http://www.mindswap.org/papers/PelletJWS.pdf

Jena–aSemanticWebFrameworkforJava. (s.f.). Recuperado el 4 de Noviembre de 2008, de http://jena.sourceforge.net/

SPaRQL Query Language for RDF. (2006-2007). Recuperado el Enero de 2009, de http://www.w3.org/TR/rdf-sparql-query/

RDF Vocabulary DescriptionLanguage1.0:RDFSchema. (2004). Recuperado el 4 de Diciembre de 2008, de http://www.w3.org/TR/rdf-schema/

Web Ontology Language (OWL). (2007). Recuperado el 4 de Diciembre de 2008, de http://www.w3.org/2004/OWL/

Peter F. Patel-Schneider, I. H. (2004). OWL Web OntologyLanguage Semantics and abstractSyntax. Recuperado el Enero de 2009, de http://www.w3.org/TR/owl-semantics/syntax.html

145

MASHUP PARA LOCALIZACION GEOGRAFICA DE

REDES SOCIALES1

MASHUP FOR GEOGRAPHICAL LOCATION OF SOCIAL NETWORKS

Jorge Hernández Mercado2

1 Artículo de avance de la investigación como proyección social “Construcción de aplicaciones Mashup para la gestión de redes sociales en la Fundación Consentir”. El ing. Jorge Hernández es el investigador principal y líder del grupo de investigación “Ingeniería de Software y Redes” de la Corporación Universitaria de la Costa CUC registrado en Colciencia en la categoría C.

2 Ingeniero de Sistema de la Universidad del Norte. Especialista en Ingeniería del Software de la Universidad del Norte. Especialista en Alta Gerencia de la Universidad Autónoma del Caribe. Estudiante de la especialización en Estudios pedagógico de la Corporación Universitaria de la Costa. Candidato a Magíster en Informática industrial y Automática de la Universidad de Girona - España. Profesor tiempo completo en el programa de Ingeniería de Sistema de la Corporación universitaria de la Costa. jhernandez@cuc.edu.co

RESUMEN

Las redes sociales están avanzando en Internet

a pasos agigantados. Aunque estas redes generalmente interac-túan virtualmente, eventualmente se reúnen en un lugar geográfico para llevar a cabo alguna actividad de importancia presencial. Este artículo presenta el desarrollo de GCel, Mashup para la localización geográfica de redes sociales por medio de Google Maps. La arqui-tectura utilizada por GCel es una combinación de aplicaciones jMaki y Jersey. La aplicación Jersey usa servicios web RESTful para acceder a una base de datos en MySQL. La aplicación jMaki utiliza los widgets: Google Maps, Dojo Table y Yahoo Button. Éste último widget toma la información dada por el servicio web RESTful y gracias al mecanismo publish/suscribe de jMaki lo publica a los dos widgets suscritos. Mostramos el uso de GCel para la localización geográfica de la sede principal de cada una de las redes sociales, llamadas células, de la Fundación Consentir.

Palabras Claves:

Mashup, jMaki, Jersey, Widgets, RESTful, Red social

146

1. INTRODUCCIÓN

Mashup3 es una aplicación web que usa contenido de

otras aplicaciones web para crear un nuevo contenido completo, consumiendo servicios direc-tamente, siempre a través de protocolo http. Normalmente realizan este proceso por medio de una interfaz pública o usando un API. Mashup4 es uno de los pilares de la famosa web 2.0, la web social y colaborativa donde los usuarios tienen algo que aportar.

jMaki5 es un framework que provee un modelo liviano para crear aplicaciones web habilita-das para AJAX. Provee un wrapper para widgets de múltiples toolkits tales como Yahoo, Dojo, Google y muchos otros. Los widgets asociados a jMaki pueden ser fá-cilmente usados en una aplica-ción JSP, PHP y Phobos.

Jersey6 es un framework que permite crear servicio web RESTful con Java.

Una red social7 es una estruc-tura social que se puede repre-sentar en forma de uno o varios grafos en el cual los nodos repre-sentan individuos y las aristas relaciones entre ellos.

3 Wikipedia. Mashup (aplicación web híbrida). http://es.wikipedia.org/wiki/Mashup_(aplicaci%C3%B3n_web_h%C3%ADbrida). 2009

4 Techtear.com. Los Mashups, uno de los pilares de la web 2.0. http://www.techtear.com/2007/03/26/los-mashups-uno-de-los-pilares-de-la-web-20/. Consul-tado Junio 21 de 2009.

5 Project jMaki. https://ajax.dev.java.net/ . 2007

6 Glassfish – Jersey. https://jersey.dev.java.net/. Consultado Junio 21 de 2009.

7 Wikipedia. Red social. http://es.wikipedia.org/wiki/Red_social. 2009

En este artículo presentamos GCel, Mashup para la localización geográfica de redes sociales por medio de la API de Google Maps utilizando los frameworks jMaki y Jersey.

El artículo está estructura-do de la siguiente manera, la sección 2 describe la arquitectu-ra utilizada por GCel. La sección 3 empieza con una descripción del framework Jersey y luego ilustra los pasos para crear un servicio web RESTful. La sección 4 presenta el framework jMaki, su modelo de comunicación y los pasos para crear una apli-cación web que consume el servicio web creado con Jersey. La sección 5 presenta el caso para las redes sociales de la Fundación Consentir. Finalmente se presentan las conclusiones y trabajos futuros.

2. ARQUITECTURA UTILIZADA POR GCEL

GCel es un sistema Cliente/Servidor que tiene aplicaciones, del lado del servidor y del lado del cliente. La figura 1 muestra esta arquitectura8.

8 Gupta Arun. Travel Map-Another Real-life app using jMaki & Jersey. http://blogs.sun.com/arungupta/entry/screencast_web11_travel_map_another

147

Los datos relacionados a las redes sociales residen en una

base de datos en MySQL. Ésta información es tomada por un servicio web RESTful por medio de JPA-Java Persistence API9. Se utilizó el framework Jersey para crear un servicio web RESTful creando una aplicación web que sube al servidor web, el servicio.

También creamos una aplicación web10, construida con el framework jMaki, para consumir los datos entregados por el servicio web utilizando los widgets: Yahoo Button, Dojo Table y Google Maps.

Las dos aplicaciones web fueron creadas como proyectos en Netbeans 6.5.1 desplegadas en el servidor web Glassfish V3, ejecutando primero la aplicación Jersey para subir el servicio web y luego la aplicación jMaki para consumir y visualizar el servicio.

9 Sun Microsystems. Article The Java Persistence API – A Simpler Programming Model for Entity Persistence. http://java.sun.com/developer/technicalArticles/J2EE/jpa/ Mayo de 2006.

10 Netbeans.org. A mashup using REST jMaki Table Component. http://wiki.netbeans.org/RestJMakiUsecase. 2007

3. APLICACIÓN JERSEY: SERVICIO WEB RESTFUL CONECTADO A UNA BASE DE DATOS

Los servicios RESTful11 son servicios construidos para trabajar mejor en la web. REST (Representational State Transfer) es un estilo arquitectónico que especifica restricciones tales como interface uniforme para trabajar con propiedades deseables en los servicios web tales como rendimiento, escalabilidad y modificabilidad que permiten a los servicios web trabajar mejor en la web.

Los pasos12 utilizados para crear la aplicación Jersey son:

1. Crear un proyecto de aplicación web sin framework

2. Configurar la base de datos. Conectar a la base de datos, crear las tablas e insertar registros en las tablas

3. Generar las clases Entity desde la base de datos

4. Generar los servicios web RESTful desde las clases Entity

5. Probar el servicio web RESTful

11 Sun Microsystems. RESTful Web Services Developer’s Guide. http://docs.sun.com/app/docs/doc/820-4867/ggnyk?l=en&a=view

12 Netbeans.org. Getting Started with RESTful Web Services. http://www.netbeans.org/kb/docs/websvc/rest.html. Consultado el 21 de Junio de 2009.

Figura 1. Arquitectura GCel

148

4. APLICACIÓN JMAKI: CONSUMIENDO SERVICIO WEB

La figura 2 muestra el framework jMaki13, un framework liviano

Cliente/Servidor para crear apli-caciones javascript para la web 2.0 usando CSS, modelo widget widget, servicios clientes tales como los eventos publish/suscribe para widgets, manejadores de acciones Javascript y un proxy genérico para interactuar con servicios web externos RESTful.

El framework jMaki utiliza un modelo para reusar componentes Javascript llamado “jMaki Widget Model”. Su estructura es basada en HTML, Ja-vascript y CSS. Este modelo permite crear nuestros propios widgets.

13 Java.Net. About jMaki. https://ajax.dev.java.net/about.html . 2007

jMaki utiliza el mecanismo Publish/Subscribe14 para la comunicación entre widgets15 16. Los publishers son los productores de eventos y los subscriber son los consumidores de eventos. Los widgets pueden ser ambos: productores y consumido-res. Cuando un evento ocurre para un widget, el widget publica una no-tificación de este evento a un tópico. Un tópico es un string o un nombre que asocia el productor de un evento a los consumidores de este evento, permitiendo a productores y con-sumidores comunicarse asíncrona-mente y en forma desacoplada.

14 Working with jMaki events. Carla Mott. http://blogs.sun.com/enterprisetechtips/entry/working_with_ jmaki_events. Consultado en mayo de 2009.

15 jMaki – widget talking to widgets. Carla Mott. http://weblogs.java.net/blog/carlavmott/archive/2007/07/jmaki_widgets_t.html. Consultado en mayo de 2009.

16 jMaki publish/suscribe and debugging. Arun Gupta. http://blogs.sun.com/arungupta/entry/jmaki_publish_subscribe_and_debugging. consultado en mayo de 2009.

Figura 2. jMaki Framework

149

Los pasos utilizados para crear la aplicación jMaki17 18 son:

1. Crear un proyecto jMaki de dos columnas y un pie de página

2. Adicionar, en la columna derecha, un widget “Google Maps”

3. Adicionar, en la columna izquierda, un widget “Dojo Table”

4. Adicionar al pie un widget “Yahoo Button”.

Yahoo Button toma los datos desde el servicio web RESTful, y publica a Dojo Table y a Google Maps.

17 Gupta Arun. Travel Map-Another Real-life app using jMaki & Jersey. http://blogs.sun.com/arungupta/entry/screencast_web11_travel_map_another

18 Gupta Arun. Delete/Update row from database using jMaki Data Table.2007. http://blogs.sun.com/arungupta/entry/totd_15_delete_update_row

5. PROBANDO GCEL CON LAS REDES SOCIALES DE LA FUNDACIÓN CONSENTIR

La Fundación Consentir ubicada en Barranquilla – Colombia está confor-mada por redes sociales llamadas Células. La figura 3 muestra la locali-zación geográfica de la sede principal de estas células. Al lado izquierdo aparece el nombre, dirección y líder de la célula. Al lado derecho aparece la localización geográfi-ca de cada una de las células de la Fundación. Al hacer clic en el botón inferior, GCel extrae la información de la base de datos por medio de un servicio web y lo publica a los widgets: Dojo Table y Google Maps.

150

Para poder usar Google Maps en nuestra aplicación web, es

necesario tener una clave de API de Google Maps, el cual se obtiene re-gistrando nuestra aplicación en la página de Google19.

Colombia no tiene una distribu-

tienen otros países como Estados unidos. Google Maps acepta, hasta el momento, la ciudad y una carrera o una calle pero no la dirección completa. Para establecer las coorde-nadas exacta en latitud y longitud de una dirección usamos un programa de demostración de la galería de Google20 que genera la latitud y longitud al hacer un click en el mapa.

6. CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO

En este artículo presentamos la construcción de GCel, Mashup para la

principales de las redes sociales usando Google Maps. La aplicación fue construida utilizando los fra-meworks jMaki y Jersey.

Nuestro interés de investigación apunta a extender GCel hacia las si-guientes direcciones: edición de co-ordenadas latitud/longitud21; ruta de desplazamiento de un lugar a otro22; mapa en dispositivo móvil; jerarqui-zación de las redes sociales; locali-

miembros; programación de activida-des de las redes sociales. Para esto, deseamos aprovechar el potencial de la API de Google23: Groups, Gmail, Calendar, Docs entre otros.

19 Registro en el API de Google Maps. http://code.google.com/intl/es/apis/maps/signup.html. 2009

20 Galería de demostraciones del API de Google Maps. LatLong Generator. http://code.google.com/intl/es/apis/maps/documentation/demogallery.html 2009

21 Ejemplos del API de Google Maps. Ejemplos de marcadores. Marker-Drag. http://code.google.com/intl/es-CO/apis/maps/documentation/examples/direc-tions-simple.html. 2009

22 Ejemplos del API de Google Maps. Ejemplos de servicios. Directions-simple. http://code.google.com/intl/es-CO/apis/maps/documentation/examples/direc-tions-simple.html. 2009

23 Google Data APIs Client Libraries. http://code.google.com/intl/es-CO/apis/gdata/clientlibs.html. 2009

151

REFERENCIAS

Wikipedia. Mashup (aplicación web híbrida). http://es.wikipedia.org/wiki/Mashup_(aplicaci%C3%B3n_web_h%C3%ADbrida). 2009

Techtear.com. Los Mashups, uno de los pilares de la web 2.0. http://www.techtear.com/2007/03/26/los-mashups-uno-de-los-pilares-de-la-web-20/. Consultado Junio 21 de 2009.

Project jMaki. https://ajax.dev.java.net/ . 2007

Glassfish – Jersey. https://jersey.dev.java.net/. Consultado Junio 21 de 2009.

Wikipedia. Red social. http://es.wikipedia.org/wiki/Red_social. 2009

Gupta Arun. Travel Map-Another Real-life app using jMaki & Jersey. http://blogs.sun.com/arungupta/entry/screencast_web11_travel_map_another

Sun Microsystems. Article The Java Persistence API – A Simpler Programming Model for Entity Per-sistence. http://java.sun.com/developer/technicalArticles/J2EE/jpa/ Mayo de 2006.

Netbeans.org. A mashup using REST jMaki Table Component. http://wiki.netbeans.org/RestJ-MakiUsecase. 2007

Sun Microsystems. RESTful Web Services Developer’s Guide. http://docs.sun.com/app/docs/doc/820-4867/ggnyk?l=en&a=view

Netbeans.org. Getting Started with RESTful Web Services. http://www.netbeans.org/kb/docs/websvc/rest.html. Consulta-do el 21 de Junio de 2009.

Registro en el API de Google Maps. http://code.google.com/intl/es/apis/maps/signup.html. 2009

Galería de demostraciones del API de Google Maps. LatLong Generator. http://code.google.com/intl/es/apis/maps/documen-tation/demogallery.html 2009

Ejemplos del API de Google Maps. Ejemplos de marcadores. Marker-Drag. http://code.google.com/intl/es-CO/apis/maps/documen-tation/examples/directions-sim-ple.html. 2009

Ejemplos del API de Google Maps. Ejemplos de servicios. Directions-simple. http://code.google.com/intl/es-CO/apis/maps/documen-tation/examples/directions-sim-ple.html. 2009

Google Data APIs Client Libraries. http://code.google.com/intl/es-CO/apis/gdata/clientlibs.html. 2009

152

MASHUP PARA LOCALIZA-CION GEOGRAFICA DE REDES

SOCIALES

Jorge Hernández Mercado. Ingeniero de sistemas y especia-lista en Ingeniería del Software y Alta gerencia. Profesor Tiempo completo del programa de Inge-niería de Sistemas de la Corpora-ción Universitaria de la Costa CUC. jhernandez@cuc.edu.co

Nit eseque voluptaspe pelique con es abo. Tem sequi rae nia dignit laborit, commodi dolest, unt aut dis debis delest, ommos quunt minist iunduntem facea diatem hiciati delestio odicia quis est, volor minveri bereptasi denis comnihilles modit,

153

COMPORTAMIENTO DE VIVIENDAS DE MAMPOSTERIA DE

UNA Y DOS PLANTAS BAJO MOVIMIENTOS

SISMICOSNayib Moreno Rodríguez1.

Director del Programa de Ingeniería Civil. Corporación Universitaria de la Costa.

Calle 58 N° 55 – 66

nmoreno@cuc.edu.co

1 Ingeniero Civil. Especialista en hidráulica de ríos y Costas. Especialista en Estudios Pedagógicos. Candidato a Magister en Ingeniería Civil. Grupo de investigación Suelos Estructuras

RESUMEN

Para un e v e n t o

sísmico ocurrido en un determinado sector, se ha

evidenciado que estructuras con una misma tipología estruc-tural sufren diferentes daños, así, podemos definir la vulnerabilidad sísmica como la susceptibilidad de una estructura a sufrir daños ante un evento sísmico determinado y que esta vulnerabilidad sísmica depende de factores y detalles como la geometría de la estructura, aspectos constructivos, aspectos estructurales, tipo de suelo, entorno, cimentación y estado de conserva-ción. En este artículo se presenta la metodología AIS donde cada factor se califica mediante unos criterios sencillos y mediante visualiza-ción y comparación con patrones generales en tres niveles: vulnera-bilidad baja, vulnerabilidad media y vulnerabilidad alta.

Palabras clave

Evento sísmico, mampostería, vul-nerabilidad sísmica, tipología es-tructural, cimentación.

154

NOMENCLATURA

Ap: área en m2 de la planta (si la cubierta es liviana, lámina, asbesto, cemento, Ap se puede multiplicar por 0.67).

t: espesor de muros.

M0: coeficiente que se obtiene de la siguiente tabla:

Zona sísmica Aa Mo

Alta

0.40 33

0.35 30

0.30 25

0.25 21

Intermedia

0.20 17

0.15 13

Baja

0.10 8

0.05 4

INTRODUCCION

Factores económicos y sociales han ocasionado que con fre-

cuencia las edificaciones bajas de una y dos plantas en concreto sean construidas sin el concurso de pro-fesionales en ingeniería civil o ar-quitectura, con la implementación de normas no vigentes o con ina-decuado cumplimiento de normas vigentes como la NSR - 98, lo que hace que este tipo de estructuras tengan elementos susceptibles a sufrir daño con los consecuentes efectos directos sobre la seguridad de las estructuras y sus habitantes. Adicionalmente, Barranquilla se encuentra localizada en una zona con amenaza sísmica baja, donde la probabilidad de ocurrencia de sismos de alta intensidad es baja, mientras que sismos de baja inten-sidad son relativamente frecuentes e imperceptibles al ser humano, hecho que genera confianza en las personas, quienes desconocen que los terremotos como fenómeno natural son los generadores de la mayor cantidad de pérdidas de bienes materiales y vidas humanas y que sismos poco probables de alta intensidad pueden darse en cualquier momento sin que se esté adecuadamente preparado para esta eventualidad como sucedió en el eje cafetero el 25 de enero de 1999 ocasionando una cifra estimada de mil muertos y colapso en infraestructura básica como estación de bomberos, cuartel de policía, oficina de medicina legal y la Defensa Civil.

La experiencia en los últimos 40 años acerca de los daños produ-cidos por sismos en estructuras,

155

está cambiando el paradigma de anticipar las amenazas en vez de reaccionar ante el desastre, imple-mentado mediante metodologías que permiten evaluar la vulnera-bilidad sísmica de las estructuras, entre estas, la implementada por la Asociación Colombiana de Ing-eniería sísmica AIS divulgada en el documento titulado “Manual de Construcción, Evaluación y Re-habilitación Sismo Resistente de Viviendas de Mampostería” método utilizado en este documento.

METODO DE LA AIS

En este método se establece que la vulnerabilidad sísmica de las viviendas depende de una serie de factores y detalles que deben evaluarse con el mayor cuidado, estos son:

ASPECTOS GEOMÉTRICOS.

Donde se deben revisar:

La irregularidad en planta y • altura de la edificación

La cantidad de muros en dos • direcciones

ASPECTOS CONSTRUCTIVOS

Donde se deben revisar:

Calidad de las juntas de pega • en mortero

Tipo y disposición de ladrillos•

Calidad de los materiales•

156

ASPECTOS ESTRUCTURALES

Donde se deben revisar:

Muros confinados y reforzados•

Detalles de columnas y vigas de • confinamiento

Vigas de amarre o corona•

Características de las aberturas•

Tipos y disposición del • entrepiso

Amarre de cubiertas•

TIPO DE SUELO

Estableciéndose si son:

Blandos•

Intermedios•

Duros•

ENTORNO

Corresponde a:

Topografía•

Otros efectos•

CIMENTACION

Vigas de amarre en concreto • reforzado

Cada aspecto investigado se califica mediante unos criterios muy sencillos y mediante visuali-zación y comparación con patrones generales. La calificación se realiza en tres niveles: vulnerabilidad baja (en verde), vulnerabilidad media (en naranja) y vulnerabilidad alta (rojo).

1. ASPECTOS GEOMÉTRICOS

1.1 IRREGULARIDAD EN PLANTA DE LA EDIFICACIÓN

Vulnerabilidad Baja

Forma geométrica regular y • aproximadamente simétrica.

Largo menor que 3 veces • ancho.

No tiene “entradas y salidas” • como las que se muestran en las otras dos figuras, visto tanto en planta como en altura.

Vulnerabilidad Media

Presenta algunas irregularida-• des en planta o en altura no muy pronunciadas.

157

Vulnerabilidad Alta

El largo es mayor que 3 veces • ancho.

La forma es irregular, con • entradas y salidas abruptas.

1.2 CANTIDAD DE MUROS EN LAS DOS DIRECCIONES

Vulnerabilidad Baja

Existen muros estructurales en • las dos direcciones principales de la vivienda y estos son confi-nados o reforzados.

Hay una longitud totalizada de • muros en cada una de las di-recciones principales al menos igual al valor dado por:

Vulnerabilidad Media

La mayoría de los muros se con-• centran en una sola dirección aunque existen unos o varios en la otra dirección.

La longitud de muros en la • dirección de menor cantidad de muros es ligeramente inferior a la calculada con la fórmula anterior.

Vulnerabilidad Alta

Más del 70% de los muros están • en una sola dirección.

Hay muy pocos muros confina-• dos o reforzados.

La longitud total de muros • estructurales en cualquier dirección es mucho menor que la calculada con la ecuación anterior.

1.3 IRREGULARIDAD EN ALTURA

Vulnerabilidad Baja

La mayoría de los muros estruc-• turales son continuos desde la cimentación hasta la cubierta.

Vulnerabilidad Media

Algunos muros presentan dis-• continuidades desde la cimen-tación hasta la cubierta.

Vulnerabilidad Alta

La mayoría de los muros no son • continuos en altura desde su cimentación hasta la cubierta.

Cambios de alineación en el • sistema de muros en dirección vertical.

Cambio de sistema de muros • en pisos superiores a columnas en el piso inferior.

2. ASPECTOS CONSTRUCTI-VOS

2.1 CALIDAD DE LAS JUNTAS DE PEGA EN MORTERO

Vulnerabilidad Baja

El espesor de la mayoría de las • pegas está entre 0.7 y 1.3 cm.

Las juntas son uniformes y • continuas.

Hay juntas de buena calidad • vertical y horizontal rodeando cada unidad de mampostería.

El mortero es de buena calidad • y presentan buena adherencia con la pieza de mampostería.

158

Vulnerabilidad Media

El espesor de la mayoría de • las pegas es mayor a 1.3 cm o menor de 0.7 cm.

Las juntas no son uniformes.•

No existen juntas verticales o • son de mala calidad.

Vulnerabilidad Alta

La pega es muy pobre entre los • bloques, casi inexistente.

Poca regularidad en la alinea-• ción de las piezas.

El mortero es de muy mala • calidad o evidencia separación con las piezas de mampostería.

No existen juntas verticales y/o • horizontales en zonas del muro.

2.2. TIPO Y DISPOSICIÓN DE LAS UNIDADES DE MAMPOSTE-RíA

Vulnerabilidad Baja

Las unidades de mampostería • están trabadas.

Las unidades de mamposte-• ría son de buena calidad. No presentan agrietamientos im-portantes, no hay piezas dete-rioradas o rotas.

Las piezas están colocadas de • manera uniforme y continua hilada tras hilada.

Vulnerabilidad Media

Algunas piezas están trabadas, • mientras otras no lo están. Siendo la mayoría de la primera clase.

Algunas piezas presentan agrie-• tamiento o deterioro.

Algunas piezas están colocadas • de manera uniforme y continua hilada tras hilada.

Vulnerabilidad Alta

Las unidades de mampostería • no están trabadas (petaca).

Las unidades de mampostería • son de muy mala calidad. Se presentan agrietamientos im-portantes con piezas deteriora-das o rotas.

Las piezas no están colocadas • de manera uniforme y continua hiladas tras hiladas.

2.3 CALIDAD DE LOS MATERIA-

LES

Vulnerabilidad Baja

El mortero no se deja rayar o • desmoronar con un clavo o he-rramienta metálica.

El concreto tiene buen aspecto, • sin hormigueros y el acero no está expuesto.

En los elementos de confina-• miento en concreto reforzado, hay estribos abundantes y por lo menos 3 a 4 barras No. 3 en sentido longitudinal.

El ladrillo es de buena calidad, • no está muy fisurado, quebrado, ni despegado y resiste caídas de por lo menos 2 metros de alto sin desintegrarse ni deteriorar-se en forma apreciable.

159

Vulnerabilidad Media

Se cumplen varios de los requi-• sitos mencionados anteriormen-te.

Vulnerabilidad Alta

No se cumplen más de dos re-• quisitos de los mencionados an-teriormente.

EVALUACION DE LA VULNERA-BILIDAD

Se efectúa mediante la aplicación de un modelo de encuesta a viviendas construidas en mampostería, donde deben conocerse aspectos de índole general y particular, entre los que se destacan los presentados en el formato mostrado a continuación:

MODELO DE ENCUESTA PARA ESTUDIO DE VULNERABILIDAD SISMICA

Barrio: Grupo:

Identificación

Numero de la manzana

Dirección o numeración del lote

Información detallada

Número de pisos sobre el terreno

Número de pisos subterráneos

Altura edificación sobre rasante

Pendiente de la cimentación aproxima-damente y presencia de terraplenes

Cornisas, balcones, parapetos o chimeneas o elementos externos

Estado de conservación (agrietamiento, deterioro)

Área del lote

Área construida

Fecha de construcción

Tipo de cubierta

Tipo de estructura predominante

Material predominante

160

Muros o paredes

Losa (si la hay)

Material predominante en fachada

Material predominante como piso

Tipos de cubierta

Láminas onduladas de fibrocemento (Eternit) Lamina Galvanizada (Zinc)

Canaleta 43 Lamina de Aluminio

Canaleta 90 Lamina Traslucida

Textiles Losa de concreto

Tipos de estructuras

Concreto Acero

Mampostería reforzada Madera

Mampostería no reforzada Otros (especifique)

Tipos de muros o paredes

Bloques de cemento Ladrillo Tolete

Fibrocemento Madera

Lamina galvanizada (Zinc) Otros (especifique)

Tipo losa

Losa maciza en concreto Metaldeck

Losa en concreto aligerada con bloques Madera

Losa en concreto aligerada con icopor o casetones Otros (especifique)

Fachada

Obra a la vista Granito

Pañete en mortero Piedra arenisca

Enchape cerámico Piedra coralina

Otros (especifique)

Piso

Sin piso Cerámica

Concreto Granito fundido

Mosaico Tablón vitrificado

Madera Otros (especifique)

161

APLICACIÓN DEL MODELO

El modelo fue elaborado para ser aplicado a gran escala; por ello,

se utilizó en el barrio La Paz localiza-do en el sur-occidente de Barranqui-lla. Después de almacenar y procesar la información, se construyó el mapa de vulnerabilidad sísmica de la zona de estudio.

Para evaluar la vulnerabilidad de la zona fue necesario hacer un inven-

tario de todos los predios, mediante un trabajo de campo que incluyó el diligenciamiento del formulario predio por predio y la toma de un registro fotográfico de la zona.

Se levantaron aproximadamente trescientas unidades, y con ellas se definieron los valores por manzana y barrio como se presenta en el mapa, el cual se encuentra en su estado de diseño preliminar.

CONCLUSIONES

La actual necesidad de efectuar estudios de vulnerabilidad sísmica obliga a desarrollar modelos y técnicas de modelación acordes al entorno, soportándose en pará-metros de evaluación ajustados a la realidad del entorno y siguiendo normativas nacionales. La dificultad de materializar rápidamente esta propuesta radica en la poca infor-mación disponible sobre eventos telúricos pasado asociados a los daños que estos han causado per-mitiendo calibrar el modelo AIS en la ciudad de Barranquilla y la región Caribe.

La metodología utilizada corres-ponde a la implementada por la Asociación colombiana de Ingenie-ría sísmica AIS para viviendas de 1 y dos pisos donde se evaluaron los parámetros que más influyen en la vulnerabilidad sísmica como son: la calidad del sistema resisten-te, la posición de la cimentación, al tipo de suelo y pendiente del terreno, al tipo de diafragma hori-zontal, a la configuración en planta y elevación, a la distancia máxima entre los muros, al tipo de cubierta y al estado de conservación de la edificación.

162

El diseño preliminar del mapa de amenaza sísmica efectuado en el barrio La Paz de la ciudad de Ba-rranquilla, arroja como resultado que ninguna de las viviendas cons-truidas en mampostería no estruc-tural, presenta vulnerabilidad baja; categorizadas con vulnerabilidad alta aproximadamente al 60% de éstas y vulnerabilidad media el por-centaje restante.

BIBLIOGRAFIA

SARRIA MOLINA, Alberto. Inge-niería Sísmica. Universidad de los Andes. Bogotá 1990. 590 p.

ASOCIACIÓN COLOMBIANA DE IN-GENIERÍA SÍSMICA. NSR-98 Normas Colombianas de Diseño y Cons-trucción Sismo Resistente. Bogotá 1998.

Cardona, Omar Darío Metodolo-gías para la Evaluación de la Vulne-rabilidad Sísmica de Edificaciones y Centros Urbano. 1994.

AIS y FOREC. Manual de cons-trucción, evaluación y rehabilitación sismo resistente de viviendas de mampostería. Bogotá, 2001.