Artículo Unicauca

COMITÉ EDITORIALNACIONAL

Lilian Posada. Ph.D. Profesora Escuela de Geotecnia y Medio

Ambiente. Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín. [email protected]

Germán Urdaneta Hernández. Ingeniero Civil, Especialista en

Estructuras Metálicas, Construcción y Licitación.

[email protected]

COMITÉ EDITORIAL

Comité de InvestigacionesFacultad de Ingeniería Civil

PresidenteAry Fernando Bustamante Muñoz

M.Sc., Cornell UniversityDirector Instituto de Posgrados

en Ingeniería Civil, IPICDirector “Revista Ingeniería Hoy”

José Fernando Sánchez OrdoñezCandidato a Ph.D., Universidad

Politécnica de MadridProfesor Departamento

de Vías y Transporte

Julio César Diago FrancoM.Sc. en Estructuras, Luois State University

Decano Facultad de Ingeniería Civil

Carlos César Cabezas CórdobaM.Sc. en Ingeniería Química, Univ. Valle

Profesor Departamento de Ingeniería Ambiental y Sanitaria

Carlos Armando Gallardo BarreraM.Sc. en Ingeniería Civil,

New Mexico State UniversityProfesor Departamento de HidráulicaCoordinador Revista “Ingeniería Hoy”

COMITÉ EDITORIAL INTERNACIONAL

Arnaldo Carrasco GraciaIng. Civil, M.Sc., Ingeniería de Costas,

[email protected], Ecuador, Consultor Portuario y Profesor de la Universidad Naval

Douglas Saragno JuliaIng. Mecánico de Fluidos, M.Sc., en Ingeniería de Recursos

Hídricos, [email protected], Perú, Universidad mayor de San Marcos

Juan José SandovalIng. Civil, M.Sc., Recursos Hidráulicos, [email protected]

y [email protected], Guatemala. Profesor de la Escuela Regional de Ingeniería Sanitaria y Recursos

Hidráulicos, de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de San Carlos de Guatemala y Subjefe de la División de

obras y Contratos en la Gerencia de Electrificación Rural y Obras del Instituto Nacional de Electrificación -INDE-

Juan Manuel DiezIng. Forestal, [email protected], España, Universidad Politécnica de Madrid. Ph. D

Marta Lidia Samayoa Gutiérrez de HernándezIng. Civil, M.Sc. en Recursos Hidráulicos

[email protected], Guatemala, Coordinadora de Educación Contínua Escuela

Regional de Ingeniería Sanitaria y Recursos Hidráulicos- ERIS-María Castro Malpica. Ph.D.

[email protected], España, Universidad Politécnica de MadridPaul Garnica Anguas. Ph.D

[email protected], México, Instituto Mexicano de TransporteTeresa Velásquez Bejarano

M.Sc. Ing. Agrícola, [email protected], Perú,

Universidad Nacional Agraria La Molina

Dirección Revista Facultad de Ingeniería Civil - Universidad del Cauca

Calle 5 No. 4 -70 Instituto de Posgrado IPIC Popayán, Colombia

Dirección Electró[email protected]

REVISTA INGENIERíA HOy No. 32 / DICIEMBRE 2010 PUBLICACIóN SEMESTRALFacultad de Ingeniería Civil - Universidad del Cauca - Popayán, Colombia

ISSN 0121 - 392 XLicencia del Ministerio de Gobierno

Resolución No. 4257 de 1991

DIAGRAMACIÓN E IMPRESIÓN

Taller EditorialUniversidad del Cauca

PORTADAMapa de influencia del relleno sanitario de Popayán

Ing. Nixon Alexander Correa MuñozM.Sc., en Vías Terrestres. Estudiante M.Sc.,

en Geomática

COLAbORADORA

Diana Carolina Guzmán OrtizEstudiante Ingeniería Ambiental

UNIVERSIDAD DEL CAUCA Rector

DANILO REINALDO VIVAS RAMOS

Vicerrector AcadémicoALVARO HURTADO TEJADA

Vicerrector AdministrativoJUAN MANUEL QUIÑONEZ PINZÓN

Vicerrector de InvestigacionesEDUARDO ROJAS PINEDA

Vicerrector de Cultura y Bienestar CRISTINA MARÍA SIMMONDS MUÑOZ

Secretaria GeneralLAURA ISMENIA CASTELLANOS VIVAS

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVILDecano

JULIO CÉSAR DIAGO FRANCO

Secretario GeneralMILTON FABIÁN DÍAZ MOSQUERA

Director Instituto de Estudios de PosgradoARY FERNANDO BUSTAMANTE MUÑOZ

JEFES DE DEPARTAMENTO

Construcción: GUSTAVO ANGEL DE VERA Estructuras: HOMERO ERAZO FRANCO

Geotecnia: EUGENIO CHAVARRO BARRETOHidráulica: CARLOS ARMANDO GALLARDO BARRERA

Ingeniería Ambiental y Sanitaria: PAULO MAURICIO ESPINOSA ECHEVERRYVías y Transporte: EFRAIN DE JESUS SOLANO FAJARDO

COMITÉ EVALUADOR

Alexandra Rosas Palomino, Especialista en Vías Terrestres – Univ. Cauca, Especialista en Ingeniería de Construcción – Univ. Cauca, Profesora Departamento de Vías y Transporte, Univ. Cauca

Guillermo Chaux Figueroa, Especialista en Ingeniería Ambiental y Sanitaria – Univ. Valle, Profesor Departamento de Ingeniería Ambiental y Sanitaria, Univ. Cauca

John Calderón Ramírez, Especialista en Política y Desarrollo Ambiental – Univ. Cauca, M.Sc. Ingeniería Sanitaria – Univ. Nacional de ColombiaProfesor Departamento de Ingeniería Ambiental y Sanitaria, Univ. Cauca

Julia Eugenia Ruíz de Murgueitio, M.Sc. en Ingeniería de Vías - Univ. Cauca, Profesora Departamento de Geotecnia, Univ. CaucaMargarita Polanco de Hurtado, M.Sc. en Geotecnia – New Mexico University

Profesora Departamento de Geotecnia, Univ. CaucaLuis Jorge González Muñoz, Especialista Ambiental – Univ. Iberoamericana, Bogotá, Profesor Departamento de Hidráulica, Univ. Cauca

Alberto José Caldas Constaín, Especialista en Ingeniería de Regadíos – Univ. Cauca, Profesor Departamento de Hidráulica, Univ. CaucaJavier Ernesto Fernández Mera, Candidato Ph.D. Ingeniería Ambiental y Sanitaria – Univ. Valle, Profesor

Departamento de Ingeniería Ambiental y Sanitaria, Univ. CaucaJohn Jainer Galarza Zambrano,Geógrafo M.Sc. en Desarrollo Sustentable – Univ. Valle,

Profesor Facultad de Ciencias Humanas y Sociales, Univ. Cauca

UNIVERSIDAD DEL CAUCAFACULTAD DE INGENIERíA CIVIL

INSTRUCCIONES PARA LA PRESENTACIóN DE ARTíCULOS DESTINADOS A SER PUBLICADOS EN LA REVISTA INGENIERíA HOy

1. Originalidad, el aporte debe ser totalmente inédito, no publicado todo o en parte en ninguna otra publicación, excepto casos muy justificados.

2. Consistencia metodológica, en donde se haga evidente el uso de métodos y técnicas de investigación válidos.

3. Significación del asunto tal que informe o ilumine cuestiones relevantes en el sector ingenieril

4. Impacto que se pueda predecir para un amplio sector de la academia, la investigación y estudiantes.

5. Avance del campo, en el cual sea claro y evidente el aporte a consi-deraciones y prácticas de mejora en el campo de investigación de la ingeniería

6. Consideraciones éticas.7. La extensión de los artículos debe ser de mínimo cuatro (4) páginas

y máximo de veinte (20) páginas tamaño carta (21,59 cm. de ancho y 27,94 cm. de alto), escritas con un interlineado sencillo y su contenido en doble columna (medida de la columna 7,5 cm), letra Arial de 12 puntos, márgenes de 3 cm. en los bordes superior, 3 cm.en la inferior y 2 cm. en las márgenes laterales derecha e izquierda. Las notas de pie de páginas deben estar escritas con letra Times New Roman de 8 puntos y se deben ubicar justificadas al margen izquierdo, en la parte inferior.

8. Estilo de redacción claro, conciso y ordenado; se evitarán jergas personales y expresiones locales.

9. El documento debe cumplir con la siguiente estructura: Introducción, metodología, Análisis de resultados, conclusiones y bibliografía. - La introducción debe resaltar la importancia de la investigación,

presentar la literatura relacionada y entregar antecedentes nece-sarios para comprender la hipótesis de los autores; terminar con un párrafo que indica claramente los objetivos de la investigación.

- la metodología debe tener suficiente información que permita a otro investigador repetir el ensayo y lograr los mismos resultados; el diseño experimental y el análisis estadístico deben quedar claramente establecidos.

- En el análisis de resultados se recomienda apoyarlo con cuadros y figuras, y con el correspondiente análisis estadístico, y los antecedentes de otros investigadores.

- Las conclusiones deben redactarse de acuerdo con los objetivos de la investigación, igualmente debe explicar en términos claros los principales resultados de la investigación. Se recomienda aclarar si los resultados no tienen implicaciones.

10. El título del artículo debe hacer referencia al contenido de una forma clara y concisa, no debe exceder las 15 palabras; si ello no es posible deberá incluir un subtítulo. Debe escribirse en minuscula e incluir una traducción en inglés. El nombre del autor o autores debe ir debajo del título en minúscula, negrita e incluir primer y segundo nombre si lo tiene y primer apellido además del correo electrónico. En nota de pie de página se indicarán respectivamente los títulos académicos y la Institución a la cual pertenece,

11. El resumen escrito en inglés (abstract) y español debe ser conciso, escrito en un solo párrafo sin exceder las 500 palabras. Incluirá la justificación, objetivos, metodología, resultados precisos y conclusiones de la investigación haciendo énfasis en los logros alcanzados, además indicará los límites de la validez y las implicaciones de los resultados. El contenido del resumen debe estar justificado a ambos lados, debajo del título. Abajo del mismo a espacio y medio debe ir acompañado de mínimo dos (2) palabras clave y máximo de ocho (8) palabras clave, el título Palabras Clave debe ir en altibajas con dos puntos todo en negrilla justificado.

Las palabras deben ubicarse al lado del titulo a un espacio; la primera

letra de la primera palabra debe ir en mayúscula, el resto de las palabras en minúscula todas justificada.

12. La Bibliografía debe ubicarse al final del artículo en las respectivas columnas. Entre una y otra referencia debe existir un espacio e ir enumeradas en orden alfabético. Para libros, folletos e informes deben estar escritas así:a) Autor(es): Se escribe(n) en mayúscula sostenida. Después de

escribir el autor se debe colocar punto. En el autor se presentan cuatro casos: un autor, dos autores, tres autores, o más de tres autores, se deben escribir así:

VIDAL, Fabián. (un autor) VIDAL, Fabián y yAyA, Alirio. (dos autores) VIDAL, Fabián; yAyA, Alirio y SOTO, Edwin. (tres autores). VIDAL, Fabián et al. (Más de tres autores).b) Título: Se escribe después del punto que sigue del año, se separa

de este por dos espacios y entre comillas. La primera letra del título se escribe con mayúscula, así como la de nombres propios, instituciones o en los casos que el idioma lo establezca.

c) Subtítulo: Se coloca después del título, separado de éste por un espacio, dos puntos, un espacio, y se finaliza con punto.

d) Número de la edición: Se coloca a continuación del punto del título o del subtítulo si lo hay, separado por dos espacios, y se escribe con números arábigos y seguidos de la abreviatura ed.

e) Pie de imprenta: Consta de los siguientes elementos que se escriben en el mismo orden, después de punto y dos espacios que siguen a la abreviatura de la edición: Lugar de la publicación (seguido de dos puntos); Nombre del editor o de la imprenta sino existe el editor y punto. Seguido de coma; Año de publicación (seguido de punto).

f) Paginación: La paginación se escribe en números arábigos y se separa del nombre de Editor o imprenta por punto y dos espa-cios. Comprende el número total de páginas, el número total de volúmenes o solamente las páginas o volúmenes consultados.

g) Serie o colección: Cuando el documento forma parte de una serie o colección la mención se coloca entre paréntesis, separada del título por un punto y dos espacios así: número del libro, folleto o informe dentro de la serie, en números arábigos precedido por la abreviatura no, escrita con minúsculas y separada del título por un espacio, punto y coma (;) y un espacio.

h) ISBN (opcional): Si el libro tiene ISBN opcionalmente puede colocarse. Si se hace, debe ser la siguiente manera: Ejemplo:

GARCíA MÁRQUEZ, Gabriel. 1984. “Cien años de soledad”. Bo-gotá: La Oveja Negra. 347 p. (Biblioteca de Literatura Colombiana; no.1). ISBN 84-8280-401-4.

13. La Bibliografía para TESIS y otros TRABAJOS DE GRADO deben escribirse así: Ejemplo:

CARDONA VILLADIEGO, Carlos José y RAMOS RUíZ, Efraín Andrés. Efecto de cuatro distancias de siembra sobre la morfología y los ren-dimientos en la habichuela (Vigna sesquipedalis L. Fruwh). Montería, 1985. 141 p. Trabajo de grado (Ingeniero Agrónomo). Universidad de Córdoba. Facultad de Ingeniería Agronómica.

14. Las referencias bibliográficas para PONENCIAS EN CONGRESOS, CONFERENCIAS, REUNIONES se deben escribir así:

Ejemplos:CHARUM, Alfonso. La educación como una de las bases para sociedad informatizada del año 2000. En: CONGRESO DEL SISTEMA DOCUMENTACIóN PARA LA EDUCACIóN SUPERIOR. (6º.: 1982 : Bogotá). Ponencias del VI Congreso del Sistema de Información y Documentación para la Educación Superior. Bogotá: Conciencias, 1987. 302 p.

SIERRA BARRENECHE, Enrique. El control total de la calidad. En: SEMINARIO INTERNACIONAL SOBRE GESTIóN DE CALIDAD y PRODUCTIVIDAD COMO ESTRATEGIA DE DESARROLLO. Memorias del 1 Seminario Internacional sobre Gestión de Calidad y Productividad. Bogotá: DNP, 1990. p. 65-87.

15. Las referencias bibliográficas de CONGRESOS, SEMINARIOS O SIMILARES se debe escribir así:

Ejemplo: SEMINARIO DE PUBLICACIONES SERIADAS. (2º: 1983 : Bogotá).

Memorias del II Seminario de Publicaciones Seriadas: Icfes, 1983. 2 v.16. En caso de publicaciones obtenidas en la WEB: Apellidos y nombres del

autor y sus colaboradores (si son mas de tres puede escribirse, después de los tres primeros, et al); titulo completo del artículo, nombre de la revista electrónica abreviado, año de publicación, volumen, páginas inicial y final, dirección de la página web.

17. Las tablas y los cuadros deben llevar numeración arábiga de acuerdo con el orden de aparición de los textos. El titulo debe ir en la parte superior y las notas en la parte inferior, todo con letra Arial de 12 puntos.

18. Las fotografías, gráficas, dibujos y esquemas se denominan figuras y deben llevar numeración arábiga de acuerdo con el orden de apari-ción en el texto. Las fotografías se publicarán en blanco y negro en la revista impresa, las originales deben ser nítidas para una buena

impresión y pueden ser a color para que se destaquen en la revista electrónica. Si una figura o tabla ha sido previamente publicada, debe estar acompañada por un permiso del editor para su reproducción y se debe dar crédito a su publicación original. El comité editorial se reserva el derecho de limitar el número de figuras y tablas.

19. La Revista Ingeniería Hoy no asume ninguna responsabilidad por las ideas expuestas por los autores.

20. El autor se compromete a aceptar la revisión del documento por parte del comité editorial o comité asesor y a realizar las correcciones que se sugieran.

21. La Revista Ingeniería Hoy se reserva el derecho de realizar algunas modificaciones en el texto, siempre y cuando no alteren el sentido y contenido del mismo, con el fin de mejorar la redacción y edición del trabajo.

22. El artículo se debe entregar en la OFICINA DE POSGRADOS de la Facultad De Ingeniería Civil, grabado en CD en FORMATO WORD, así mismo se deben entregar DOS (2) COPIAS IMPRESAS. Para inves-tigadores fuera de la ciudad o el país se envía por correo electrónico a [email protected] y las copias impresas se pueden enviar por correo postal: a la siguiente dirección: Revista Ingeniería Hoy. Instituto de Posgrados- Facultad de Ingeniería Civil. Universidad del Cauca. Calle 5 No. 4 -70. Popayán (Colombia).

7 Editorial LaImportanciadelaGeodesia Julio César Diago Franco

9 Unaintroducciónalalógicadifusa Nixon Alexander Correa Muñoz

23 VariabilidadespacialdelaprecisiónhorizontalGPS.Casodeestudio:DepartamentodeNariño

Nixon Alexander Correa Muñoz

39 FactoresdeéxitoofracasodelosSIG Leidy Patricia Moreno C.

48 ElÁrbol:Elementoestructuranteenlaplaneaciónurbana Diana Velasco Galvis y Gustavo Adolfo Ángel V.

61 Losmorterosasfálticosnaturales,unaalternativaecológicaparaelmejoramientodelaredvial,deloempíricoalotécnico

Jorge Javier Peña Caicedo

78 MétodoparaestablecerlímitesdevelocidadencarreterasColombianas Ary Fernando Bustamante Muñoz, Carlos Alberto Arboleda Vélez, José Fernando Sánchez Ordóñez, Efraín de Jesús Solano Fajardo, Nelson Rivas Muño y Jorge Hernán Florez Gálvez.

85 ProgramaseñalesparaestablecerlímitesdevelocidadencarreterasColombianas

Ary Fernando Bustamante Muñoz, Carlos Alberto Arboleda Vélez, José Fernando Sánchez Ordóñez, Efraín de Jesús Solano Fajardo , Nelson Rivas Muñoz y Jorge Hernán Florez Gálvez

96 Estudiodepatronesdeconsumodeaguaparalosusuariosdelsectorresiden cialdelaciudaddePopayán

Deya Maritza Cortés E., María Alexandra Miranda R. Carlos A. Gallardo B.

106 GEOnotas Luis Eduardo Moreno

108 HIDRONOtaS María Elvira Guevara Álvarez

Contenido

Nota: Los conceptos expresados en cada artículo son de responsabilidad del Autor (es). Se autoriza la reproducción de los artículos siempre que se indique que han sido tomados de esta Revista.

7 Editorial The importance of Geodesy Julio Cesar Diago Franco

9 anintroductiontothefuzzylogic Nixon Alexander Correa Muñoz

23 SpatialvariabilityofGPShorizontalaccuracy.Event:Nariño Department Nixon Alexander Correa Muñoz

39 SuccessorfailurefactorsintheGIS

Leidy Patricia Moreno C.

48 thetree:Elementstructurantinurbanplanning Diana Velasco Galvis y Gustavo Adolfo Ángel V.

61 theasphaltmortarsnaturalorganicalternativetoimproveroad networkfromtheempiricaltothetechnical Jorge Javier Peña Caicedo

78 MethodforestablishingspeedlimitsonColombianroads Ary Fernando Bustamante Muñoz, Carlos Alberto Arboleda Vélez, José Fernando Sánchez Ordóñez, Efraín de Jesús Solano Fajardo, Nelson Rivas Muño y Jorge Hernán Florez Gálvez.

85 “Señales”softwaretoestablishspeedlimitsonColombianroads Ary Fernando Bustamante Muñoz, Carlos Alberto Arboleda Vélez, José Fernando Sánchez Ordóñez, Efraín de Jesús Solano Fajardo , Nelson Rivas Muñoz y Jorge Hernán Florez Gálvez

96 Studyofwaterconsumptionpatternsfortheresidentialsectorusers ofthePopayancity Deya Maritza Cortés E., María Alexandra Miranda R. Carlos A. Gallardo B.

106 GEOnotas Luís Eduardo Moreno

108 HIDRONOtaS María Elvira Guevara

Content

editorial

LA IMPORTANCIA DE LA GEODESIA

Julio César Diago Franco*

En los planes de estudio de Ingeniería Civil de mitad del Siglo XX se enseñaban asignaturas como la Trigonome-tría Esférica, la Astronomía y la Geodesia, hoy materias no consideradas en programas de ese pregrado. Eran otros tiempos, los programas duraban seis años y los períodos académicos anualizados. El universitario de esas épocas, una vez graduado resolvía, con el mero ejercicio de su profesión, el problema existencial de la supervivencia en la sociedad que lo acogía.

No se requería que hiciera estudios posgrados por cuanto la rica formación recibida en su universidad lo equipaba para solucionar los problemas, por cierto no muy complejos, que encaraba la región. Sin embargo el desarrollo de este artículo no hablará de un modelo educativo ni determinará sus ventajas sino como lo indico al comienzo del párrafo, que en el pasado hubo unas cátedras hoy extintas en casi todos los planes de estudio de los programas de Ingeniería Civil del mundo, y me refiero muy particularmente a la Geodesia, campo del conocimiento que apoya a la Ingeniería Civil, prin-cipalmente en mediciones topográficas.

Una breve historia de la educación que ofrece la Univer-sidad del Cauca desde 1828, nos indica que en la clase de filosofía se inició la enseñanza de las matemáticas. En 1854 se ofrecía un grupo de asignaturas que, ade-más de las matemáticas y la física, incluía agrimensura, topografía y arquitectura.

Para 1890 el Congreso de la República reconoce la validez de los grados, títulos y certificados de cursos conferidos por las Universidades oficiales de Antioquia, Bolívar y Cauca y el Colegio de Boyacá y en 1893, la Universidad del Cauca confiere el grado de Agrimensor al Señor Carlos G. Sinisterra, siendo éste el primer título relacionado con la Ingeniería que otorgó la Universidad.

El anterior recorrido histórico relacionado con la Facultad de Ingeniería Civil muestra que la Física, las Matemáticas y la Agrimensura eran los ejes centrales en la formación de los ingenieros del siglo XIX. Posiblemente el desa-rrollo de la Ingeniería en Colombia no había alcanzado adelantos importante para tal época comparado con los avances mostrados en Europa, donde la Ingeniería como profesión se creaba a finales del siglo XVIII.

El fundamento de la Agrimensura o de la Topografía y de la Geodesia misma se puede situar con la geo-metría, cuyas bases se remontan a Egipto, según lo indica el historiador Herodoto, aunque son los griegos los verdaderos cultores de esta ciencia matemática. Tal vez la medida mas apasionante relacionada con la Geodesia es la medición del globo terrestre, cuyo valor tan solo en el siglo XX llego a ser medido con extraordinaria exactitud.

La primera referencia a una medida geográfica se le debe a Eratóstenes quien mide el círculo terrestre con una muy buena aproximación si se tiene en cuenta los precarios instrumentos que contaban en su momento. Este es el comienzo de la Geodesia o mas precisamente de la Geografía, que con el tiempo con figuras como Biruni en la edad media, y modernamente con Snell y Picard, siendo este último quien realiza una medición rigurosa del radio de la Tierra, fueron dado el rigor a la nueva ciencia que surgía a paso lento.

Es claro para nosotros que la tierra no es una esfera perfecta y por ello investigadores como Cassini, Godin y Maupertuis conciben la Tierra como un Elipsoide al considerar el achatamiento de los Polos terráqueos. El extraordinario matemático, astrónomo y físico alemán Carl Friedrich Gauss no fue ajeno a esta discusión y plantea la medición de la superficie terrestre a través

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* Decano Facultad de Ingeniería Civil. Universidad del Cauca.

de métodos físicos, trabajo que es continuado por uno de sus discípulos mas connotados de nombre Listing. El siglo XIX es considerado el “Siglo de las Luces” y científicos como Laplace y Bessel hacen ajustes a las teorías existentes de medición de la curvatura terrestre. La Geodesia y la Astronomía empiezan a unirse y las mediciones geodésicas determinan con gran precisión latitudes y meridianos teniendo un gran desarrollo estas ciencias en Alemania con el ya mencionado científico Bessel y su aventajado discípulo Baeyer.

La antigua ciencia que trata de la medición terrestre empezó aconjugar los métodos físicos propuestos por Gauss y Listing, como la medición de la gravedad, con medidas geodésicas comunes del momento, para com-pletar el mapa de las naciones con la delimitación de sus territorios patrios. Es claro que cada país debe tener un responsable de tales medidas y cuenta la República de Colombia con su Instituto Geográfico Agustín Codazzi, que sobre sus hombros recae tan delicada tarea de la delimitación, entre otras, de nuestra nación.

La Geodesia como ciencia fue creada en el Siglo XIX y a comienzos del Siglo XX el geodesta norteamericano Hayford calcula el diámetro terrestre a partir de los semiejes demostrando que el radio ecuatorial tenía un valor promedio de 6.378.388 metros con variaciones de ± 18 metros, mientras que el radio polar era de 6.356.909 metros, cifras sorprendentes sin la utilización de computadores con los cuales cuanta la tecnología actual. El programa geodésico de la Unión Soviética determinó en 1946 el valor del semieje mayor de la tierra en un valor promedio de 6.378.345 con una variación de ± 60 metros. En el fondo seguían siendo cifras muy similares si los números se redondean a kilómetros.En los años setenta del siglo XX las mediciones geodé-sicas tienen un nuevo instrumento, los satélites siendo el pionero de ello el GEOS3 puesto en órbita por la NASA en el año 1.975 con mediciones cuya precisión respecto a la posición del satélite podía tener errores de hasta 2 metros. Un nuevo satélite lanzado en 1978 de-nominado SEASAT1 entregaba mediciones con errores hasta 0.10 metros. La geodesia dejo de ser “terrenal” para convertirse en “celestial”, dando origen a la Geode-sia Espacial que posteriormente entrega la herramienta de medición que hoy conocemos como GPS (Sistema de Posicionamiento Global) de una gran utilidad en mediciones geográficas. Aplicaciones geológicas como

la medición de derivas continentales, desplazamientos de la corteza terrestre producto de fallas, entre otras han permitido que esta ciencia interactué con la Geología, pasando de ser una Geodesia Estática a una Dinámica a partir de parámetros orbitales.

La tecnología satelital trajo nuevas mediciones respecto a la curvatura terrestre y en 1979 se configura el elip-soide terrestre con valores para el semieje mayor de 6.378.137 m ± 2m y para el semieje polar de 6.356.752 m ± 2m, que modificaban los valores de mediciones que fueron muy aceptadas en la primera mitad del siglo XX. Un redondeo de estas cifras a kilómetros justamente coincide con lo revelado por el Geodesta Hayford con-siderado pionero en estas medidas.

La Geodesia espacial es hoy por hoy la herramienta preferida de los Institutos Geográficos nacionales, de la industria para la construcción de grandes proyectos de infraestructura como los oleoductos, la configuración de mapas terrestres, el diseño de vías de comunicación, la realización de estudios geofísicos, climatológicos, y otros no muy santos relacionados con proyectos militares.

Los ingenieros civiles, y especialmente los de carrete-ras, poco a poco han ido incursionando en esta área, por cuanto la tecnología disponible ha ido facilitando su trabajo. La medición de pequeñas fincas, que en el pasado requería de instrumentos ópticos de precisión como niveles y teodolitos, se hace con GPS, que de-pendiendo de su grado de exactitud soluciona en tiempo muy reducido el levantamiento de un terreno que antes requería de más de una persona para su medición.

Este campo de la Geodesia algo esquivo para los inge-nieros civiles, geógrafos y profesionales que requieran de el, ya no lo es tanto. Las herramientas que contamos al presente nos ahorran trabajo y tiempo pero también se requiere que el profesional se prepare e incursiones con conocimientos suficientes en esta importantísima área que complementa a muchas profesiones. Algún día la Geodesia, como asignatura básica, la tendremos en nuestros programas de ingeniería civil, no sin haber an-tes contado con los principios básicos de la geometría, las matemáticas, la física, la telemática, la astronomía y cuantos otros componentes aparezcan producto de la modernidad. Si se cristalizara tal idea, bienvenida a nuestro pensum académico.

ReSUMen

El presente artículo tiene como alcance realizar una revisión general sobre el tema de la lógica difusa y presentar un caso de aplicación que permita comparar este enfoque con el de la lógica binaria. En el análisis espacial con superposición booleana todos los criterios se reducen a variable lógicas de viabilidad (Si/No), a las que se le aplican operadores lógicos como la intersección y la unión. En contraposición a esto, la teoría de los conjuntos difusos ofrece otra manera para representar y manejar la incertidumbre presente en el mundo real continuo, ya que provee un marco de referencia para procesar el conocimiento lingüístico y sus correspondientes datos numéricos a través de funciones de pertenencia. La clasificación difusa da mejores resultados debido a que todos los pixeles del factor analizado en el mapa, contribuye a la respuesta de la regla con un determinado grado, es decir, la clasificación difusa presenta localizaciones que parcialmente satisfacen una restricción, [6].

Palabras clave: lógica difusa, funciones de pertenencia, desfuzificación, redes neuronales.

UNAINTRODUCCIÓNALALÓGICADIFUSA

ANINTRODUCTIONTOTHeFUZZYLOGICPor. NixonAlexanderCorreaMuñ[email protected]

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Recibido para evaluación: Abril27de2010 Aprobado para publicación: Mayo31de2010

1 Ing.Civil.MagísterenVíasTerrestres.EstudianteMaestríaenGeomática.ProfesorDepartamentodeVíasyTransporte.FacultaddeIngenieríaCivil.UniversidaddelCauca.

10

Ingeniería Hoy / No. 32 / Diciembre 2010

ABStRACt

This article is available to perform a comprehensive review on the subject of fuzzy logic and present an application case for comparing this approach with that of the binary logic. In the Boolean overlay spatial analysis all the criteria are reduced viability logical variable (Yes / No), which are applied to logical operators such as intersection and union. In contrast to this, the fuzzy set theory offers another way to represent and manage uncertainty in the real world continued as it provides a framework to process the linguistic and numerical data through membership functions. The fuzzy classification gives better results because all the pixels of the factor analysis on the map, contributes to the response of the rule with a certain degree, ie fuzzy sets has locations that partially satisfy a constraint, [6].

Key words: fuzzy logic, membership functions, defuzzification, neural networks

1. intRodUCCiÓn

Zadeh en 1995 escribió: “Si me preguntaran cómo des-cribir qué ofrece la lógica difusa en el diseño y análisis de sistemas, yo respondería: una metodología para la computación con palabras”, [1].

Con esta frase, se quiere indicar que una de las poten-cialidades de la lógica difusa es facilitar la habilidad para desarrollar aplicaciones computacionales a partir de modelos especificados y construidos desde sentencias lingüísticas, basadas en el sentido común, en la teoría o en reglas empíricas.

La lógica difusa, más que una simple herramienta de inteligencia artificial, en forma creciente es percibida como un paradigma alternativo para la ciencia, para el modelado de sistemas y para construir sistemas inteligentes. Desde la perspectiva de la inteligencia artificial, la lógica difusa permite la incorporación de conocimiento y otras habilidades humanas intangibles, así como la intuición en sistemas expertos, permitién-doles operar y ejecutar tareas en forma similar a como lo hacen los humanos, [1].

La lógica difusa provee un medio para traducir las expre-siones basadas en el lenguaje natural del conocimiento y el sentido común, en un formalismo matemático pre-ciso. La aproximación a la forma en que los humanos pueden procesar vastas cantidades de información y reforzarlas con conclusiones cualitativas, requiere de la lógica difusa; esto quiere decir que, el elemento clave en el pensamiento humano, no son los números sino etiquetas de conjuntos difusos que permiten el rápido

y eficiente procesamiento de masas de información por asociación a los patrones de las tareas cotidianas similares. Los conjuntos difusos tienen la particularidad de que hacen posible tratar científicamente con la sub-jetividad, un tópico que la ciencia ha tradicionalmente excluido, [1].

La teoría de los conjuntos difusos fue desarrollada para manipular problemas que no tienen límites definidos o situaciones en los que los eventos son difusamente definidos. En los sistemas clásicos de dos valores, se asumen que todas las clases tienen herméticamente límites definidos tanto que un objeto puede ser identi-ficado como un miembro de una clase particular o no. Sin embargo, muchas de las clases encontradas en el mundo real no tienen límites definidos. La simple proba-bilidad no puede modelar todos los posibles problemas de incompletitud. Una solución es generalizar la lógica de dos valores en lógica de multivalor. En la teoría de conjuntos precisos es necesario seleccionar un punto de corte arbitrario. Claramente la representación precisa solo trabaja para fenómenos no continuos que son mezclados en una vía significativa, pero esto es artificial y se aleja del comportamiento del mundo real, [1].

2. ConCePtoS BÁSiCoS de LÓGi-CA diFUSA

2.1 eL PARAdiGMA de LA LÓGiCA de doBLe VALoR

Los computadores están basados en la lógica binaria exacta 0 y 1, donde la respuesta a una pregunta puede

11


ser: verdadero ó falso. Con la lógica difusa se pretende escapar de la artificialidad de la lógica precisa de dos valores y pensar en términos de resultados que pueden variar en el rango entre 0 (definitivamente no) a 1 (de-finitivamente si). Una característica clave es el uso de palabras más que de números para describir estados intermedios. Por lo tanto, una aproximación de lógica difusa permite la cuantificación de conceptos que no tienen límites claramente definidos. Las declaraciones lingüísticas que expresan ideas, intuición, conocimiento, sentimientos, reglas empíricas y teorías imprecisas, son con frecuencia capaces de ser interpretadas en forma distinta por diferentes personas debido a que ellos involucran proposiciones difusas, [1].

2.2 eVoLUCiÓn HiStÓRiCA

El término “difuso” fue propuesto primero por Zadeh (1962) cuando él discutió la necesidad de desarrollar un nuevo paradigma para los matemáticos con el propósito de tratar con sistemas que son generalmente más complejos que los sistemas construidos por el hombre, [1].

No obstante, se debe nombrar a investigadores anterio-res a Zadeh como Lukasiewicz (1920) quien desarrolló la lógica multivalor con una infinidad de valores entre 0 y 1 y Black quien en 1937, desarrolló la teoría general de la imprecisión, [1].

Zadeh (1965) ensambló las partes del rompecabezas y puso todo junto en una base matemática sólida y rigurosa. Zadeh exitosamente combinó los conceptos de lógica difusa y la noción de Lukasiewicz de conjuntos por definición de grados de pertenencia.

2.3 ConJUnto diFUSo

Un conjunto difuso es una clase de objetos con un con-tinuo de grados de pertenencia. Tal conjunto es carac-terizado por una función de pertenencia (característica) la cual asigna a cada objeto un grado de pertenencia que varía entre 0 y 1, [2].

Sea X un espacio de puntos (objetos), con un elemento genérico de X denotado por x. Por lo tanto X = {x}. Un conjunto difuso (clase) A en X es caracterizado por una

función de pertenencia fA(x) (característica) que asocia a cada punto en X un número real en el intervalo [0,1], con el valor de fA(x) en x representando “el grado de pertenencia” de x en A, [2].

Por lo tanto, entre más alto sea el valor de fA(x) a la unidad, el grado de pertenencia es más alta de x en A. Cuando A es un conjunto, en el sentido común del término, su función de pertenencia puede tomar sola-mente dos valores 0 y 1, con fA(x) = 1 ó 0 de acuerdo a qué tanto x pertenece o no a A. Por lo tanto, en este caso fA(x) se reduce a la función característica familiar de un conjunto A. (Cuando hay necesidad de diferenciar entre tales conjuntos y conjuntos difusos, los conjuntos con dos valores de funciones características se referirán como un conjunto ordinario o simplemente conjuntos), [2].

2.4 deFiniCioneS ReLACionAdAS Con ConJUntoS diFUSoS

En la Tabla 1, se presenta un resumen con las defini-ciones que involucran conjuntos difusos y que corres-ponden con los conceptos clásicos de los conjuntos ordinarios, [2].

En la Tabla 2 se presentan algunas propiedades de unión, intersección y complemento para los conjuntos clásicos y su correspondencia en lógica difusa.

En la Tabla 3 se presentan las operaciones más impor-tantes que permiten combinar y relacionar conjuntos difusos.

3. UtiLiZACiÓn de LA LÓGiCA diFUSA

3.1 LÓGiCA diFUSA Y RedeS neURonALeS

Al comparar estas dos herramientas de la inteligencia artificial se encuentra lo siguiente, [1]:• Un sistema difuso es en teoría capaz de aproximar

cualquier nivel de precisión y función continua lineal o no lineal.

• Los sistemas difusos proveen una estructura de

12


TABLA 1. Definiciones de conjuntos difusos

Vacío Un conjunto difuso es vacío si y solo sí su función de pertenencia es idénticamente cero sobre X

Igualdad Dos conjuntos difusos A y B son iguales, A=B, sí y sólo si fA(x) = fB(x) para todo x en X.

Complemento El complemento de un conjunto difuso A es denotado por A’ y es definido por fA’ = 1 - fA

ContenenciaA es contenido en B (o, equivalentemente, A es un subconjunto de B, o A es más pequeño que o igual a B) sí y sólo si fA<=fB.

UniónLa unión de dos conjuntos difusos A y B con funciones de pertenencia respectiva fA(x) y fB(x) es un conjunto difuso C, escrito como C = aquella función de pertenencia relacionadas a A y B por:

fA(x), fB(x)], , o en forma abreviada fc(x) = fA fB

Intersección

La intersección de dos conjuntos difusos A y B con funciones de pertenencia respectivas fA(x) y fB(x) es un conjunto difuso C, escrito como cuya función de pertenencia es relacionada a aquella A y B por:

fA(x), fB(x)], , o en forma abreviada fc(x) = fA fB

TABLA 2. Algunas propiedades de unión, intersección y complemento

TABLA 3. Operaciones para combinar y relacionar conjuntos difusos.

IDENTIDAD BÁSICA CONJUNTO ORDINARIOS CORRESPONDENCIA EN LÓGICA DIFUSA

fA, f

B] = Min[1- f

A , 1- f

B ]

fC, Min[ fA , fB ]} = fC, fA ], fC, fB]}

Producto algebraico fAB = fA. fB

Suma algebraica fA+B = fA

+ fB Solo cuando f

A(x) + f

B(x)

Diferencia absoluta f =

Combinación convexa (A, B; ) =

f(A,B; f + [1 - fB(x)

=

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trabajo para la representación del conocimiento, mientras las redes neuronales proveen capacidades de aprendizaje y disponibilidad excepcional para im-plementaciones de hardware computacionalmente eficientes.

• El modelo de lógica difusa tiene capacidades similares a la red neuronal en términos de ser un aproximador universal que puede modelar formas de funciones y comportarse como una memoria asociativa.

• Ambas tecnologías son estimadores de modelos libres pero ellos difieren principalmente en cómo estiman las funciones modelo; la aproximación de los sistemas difusos es más simple, más fácilmente explicada y comprendida.

• A diferencia de los modelos estadísticos y mate-máticos, un modelo de lógica difusa puede estar dado por una descripción no numérica. En teoría esto podría producir modelos que son fáciles de comprender.

3.2 SiSteMAS donde Se PUede APLiCAR LA LÓGiCA diFUSA

Se han identificado los siguientes sistemas donde la adopción de una aproximación difusa puede ser nece-saria o beneficiosa, [1]:

• Sistemas complejos que son difíciles o imposibles de modelar por cualquier otro medio, especialmente si ellos no tienen bases matemáticas firmes.

• Sistemas controlados por expertos humanos en el que el modelo del computador es supuesto para efectos de simulación.

• Sistemas con entradas complejas y continuas y salidas que se comportan en una forma no lineal la cual no está bien comprendida.

• Sistemas que involucran las habilidades humanas tanto en la entrada como en las bases para la de-finición de reglas, o que buscan el uso del sentido común y la intuición como la base para un modelo.

• Sistemas que son naturalmente imprecisos, como en las ciencias sociales y del comportamiento, para las que el mecanismo de subordinación no son conocidos ni estáticos.

• Los sistemas para los que hay abundancia de co-nocimiento descriptivo y teórico expresado en una

forma lingüística, desde la cual se desea construir modelos de computador pero sin estar restringido por la necesidad de proveer especificaciones de modelos precisos estadísticos o matemáticos.

• Sistemas para los que hay pocos datos para esti-mar algo, pero sí hay suficiente conocimiento para especificar una modelo lingüístico que será usado para hacer predicciones.

4. etAPAS PARA LA ConStRUCCiÓn de Un ModeLo

de SiSteMAS diFUSoS

Construir un modelo de sistemas difusos es en principio sencillo y puede ser dividido en un número de etapas simples, [1] y [4]:

Etapa 1. Especificar la naturaleza del sistema a ser modelado:

Es la parte más difícil. Se necesita expresar en términos lingüísticos, una especificación del modelo. Esta des-cripción lingüística del sistema de interés expresa su conocimiento, intuición, carácter, teoría y comprensión cualitativa acerca de cómo el sistema de interés opera. Etapa 2. Identificar y etiquetar la función del conjunto de pertenencia para cada variable de entrada:

La entrada se debe expresar por una representación difusa con los datos numéricos observados mediante funciones de pertenencia. Las funciones de perte-nencia para la misma variable pueden superponerse. Se pueden tener aplicaciones con 3, 5 ó 7 conjuntos difusos para cada variable. Con base en el conoci-miento, la experiencia y la intuición se puede obtener una primera aproximación la cual se puede ajustar posteriormente.

En las Figuras 1a, 1b y 1c se muestra las formas de las funciones de pertenencia que son usadas frecuen-temente, [3].

Las funciones presentadas son construidas usando la función coseno. Se requiere la posición a lo largo del eje X de cuatro puntos de inflexión que gobiernan

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la forma de la curva. En la Figura 1a, se muestran de izquierda a derecha: La función de forma incremento monótona sube de 0 a 1 y nunca cae, la función monó-tonamente decreciente comienza en 1 y cae hacia 0, las dos últimas formas son simétricas las cuales tienen un comportamiento de subida y caída inmediata desde un punto donde alcanza su valor máximo.

La Figura 1b muestra diferentes posibilidades de fun-ciones en forma de J y las posiciones de sus puntos de inflexión. Con estas formas, las funciones se aproximan a cero pero solamente lo alcanzan en el infinito. Por lo tanto los puntos de inflexión a y d indican los puntos en que la función alcanza el valor de 0.5.

La Figura 1c, muestras las funciones lineales y sus variantes con la posición de los puntos de inflexión. Estas funciones se utilizan ampliamente en disposi-tivos electrónicos para el monitoreo de salidas desde sensores lineales.

Etapa 3. Identificar y etiquetar las funciones de perte-nencia para las salidas difusas:

La salida de un modelo difuso está en la forma del conjunto difuso, el cual también requiere de funciones de pertenencia. Estas necesitan se escaladas en forma real. Aquí se pueden tener mayor o menor cantidad de funciones de pertenencia, dependiendo del nivel de exactitud requerida. Esta tarea no es fácil debido a que el número de rangos asociados con las funciones de pertenencia de los conjuntos de salida, determinan las salidas numéricas generadas por el modelo. La experiencia parece sugerir que en los conjuntos de forma triangular, el traslapo puede estar entre 25 y 50% dependiendo del grado intrínseco de imprecisión asociado con los dos estados vecinos.

Etapa 4. Creación de las reglas:

El corazón del modelo difuso es una serie de reglas IF-THEN que conectan uno o más conjuntos de perte-nencia difusa de entrada a un conjunto de pertenencia difusa de salida. Esto puede ser expresado como una tabla de reglas del modelo difuso. o utilizando algo similar a una memoria asociativa difusa (FAM). Una FAM es una transformación que mapea conjuntos

FIGURA 1a. Funciones de pertenencia sigmoidal.

FIGURA 1b. Funciones de pertenencia en forma de J.

FIGURA 1c. Funciones de pertenencia lineal.

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de entrada difusa sobre conjuntos de salida difusa. El término FAM proviene de las redes neuronales donde una memoria asociativa mapea conjuntos de entrada o de salida. Esto es recomendable porque no se tiene suficiente conocimiento para saber con precisión qué números usar y adicionalmente, la teoría indicada es lingüística e imprecisa, por lo tanto las definiciones nu-méricas exactas para los términos no existen sin ellos.

Etapa 5. Aplicación del modelo:

Las reglas difusas o FAM definen cómo las entradas son convertidas en probabilidades de conjuntos de pertenencia de salida difusos. Esto es logrado aplicando un proceso de lógica difusa a las reglas difusas. La salida difusa del conjunto de pertenencia podría ser desfuzificada en el paso 6 dando un valor preciso al modelo difuso. La parte AND de las reglas infieren la salida contribuida por cada regla. La parte AND es manipulada por un operador de conjunción el que en la práctica es un método MIN-MAX o inferencia difusa.

Etapa 6. Desfuzificación de la salida para obtener un número preciso:

El resultado de aplicar inferencias difusas es un con-junto de salida difusa. Este es una agrupación de una o más salidas de conjuntos de pertenencia que fueron seleccionados por las reglas FAM, pero entonces trun-cadas a valores determinados por el procedimiento de inferencia difusa que fue usada. Para que sea útil este conjunto de salida difusa tiene que ser convertido en una vía numérica precisa en un proceso de desfuzi-ficación, para que el modelo de salida sea un valor numérico simple que mejor representa la información contenida en el conjunto de salida difusa.

Hay varios métodos de desfuzificación, uno de ellos es el centroide o técnica del centro de gravedad. Esto es ampliamente usado y opera de una manera semejante a la estimación Bayesiana en que se define un valor que es soportado por la evidencia que ha sido acumulada a través de todas las reglas.

Etapa 7. Evaluación del modelo:

Los modelos difusos, como muchos modelos conven-

cionales, necesitan ser validados y su comportamiento probado contra el conjunto de datos validados. Es una buena idea copiar la práctica de la red neuronal, en el sentido de mantener algún dato puro para propósitos de validación. Además, si se requiere, un procedimiento estadístico intensivo de computador podría también ser usado para estimar los límites de confianza del modelo. Si un modelo difuso trabaja bien, se espera que también pueda ser obtenido con alternativas convencionales.

ETAPA 8. Afinación manual de las funciones del modelo de pertenencia y FAM:

En algunos problemas, la definición de las funciones de pertenencia podría no ser una tarea difícil. En otras, como en muchas áreas de la geografía, es inevitable un problema de una mejor suposición de la información, en el peor de los casos se requiere de un proceso de prueba y error. Los datos de entrada de las funciones de pertenencia, afectan la representación de los datos en el modelo, mientras la naturaleza del conjunto de salida de pertenencia determina los valores numéricos gene-rados por el modelo. Por consiguiente, se requiere de un programa de afinamiento detallado de las funciones de pertenencia y FAM. El número y el dominio numérico de las funciones de pertenencia son frecuentemente, más críticas que su forma.

Etapa 9. Optimización del comportamiento del modelo (sistemas adaptativos difusos):

Se puede lograr un alto grado de inteligencia si el sistema tiene algún significado de reorganización per-manente, logrando que responda a un nuevo estímulo o a datos diferentes. Esto se puede conseguir, mediante un modelo adaptativo difuso que permita modificar las funciones de pertenencia, la naturaleza del FAM, y los pesos asociados con varias reglas.

El modelador adaptativo difuso más simple consiste en asociar pesos con cada entrada en el FAM. Los pesos determinan qué tanto afecta cada regla la salida final del modelo. Estos pesos pueden ser estimados usando un método de aprendizaje de red neuronal. Otra aproxima-ción a un sistema adaptativo difuso, consiste en realizar cambios de funciones de pertenencia como un medio de mejorar el comportamiento o responder a cambios

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en los datos; para esto, el método más simple es ex-tender o estrechar el conjunto difuso de acuerdo a la retroalimentación sobre el comportamiento del modelo.

5. VentAJAS Y deSVentAJAS de LA LÓGiCA diFUSA

El modelado basado en la lógica difusa ofrece un nú-mero de beneficios potenciales, [1]:

• Provee una aproximación no basada en la mate-mática ni en la estadística para modelar sistemas complejos.

• Aproximación simple con pocos valores o reglas. • Es esencialmente un análisis no lineal e incluye

herramienta de modelación.• Ofrece una caja de aproximación transparente

para el modelado, más comprensible que una red neuronal.

• Fácil de diseñar y fácil de explicar a otros.• Robustez debido a su habilidad para manejar la

imprecisión.• Hace buen uso de la intuición y el conocimiento

existente.• La tecnología puede estar embebida en otros

métodos para crear varios sistemas de modelos híbridos; por ejemplo, sistemas de modelamiento neuro-difusos.

La lógica difusa no es una panacea mágica y no siem-pre trabaja bien, a continuación se exponen algunas razones, [1]:

• El prejuicio hacia los sistemas precisos puede precon-dicionar al usuario a esperar fallas o mirar problemas insuperables incluso si no hay ninguno.

• El modelamiento basado en reglas, es esencialmente simple pero su utilidad está limitada a aquellas situa-ciones donde esa aproximación es posible.

• El número de reglas es una función poderosa del nú-mero de variables de entrada, la cual inevitablemente restringe los modelos difusos a sistemas que pueden ser caracterizados por pocas variables, de lo contrario requieren el uso de redes neuronales para crear fun-ciones de pertenencia.

• Se requiere de refinamiento y optimización del com-

portamiento, lo que no siempre es fácil, aunque una aproximación de Algoritmos Genéticos puede ser de ayuda.

• La optimización con algoritmos genéticos, puede reque-rir alto desempeño de cómputo si existe un gran número de variables de entrada o un gran número de casos en el entrenamiento del conjunto de datos.

• La queja usual acerca de la carencia de una justificación teórica, aunque el uso del conocimiento para especificar la regla base usualmente invalidará esta crítica.

6. CASo de eStUdio: CoMPARA-CiÓn de LA LÓGiCA diFUSA Y LA BooLeAnA PARA eL AnÁLiSiS de LA APtitUd de LAS tieRRAS: eJeMPLo, CULtiVo de PAPA en CUndinAMARCA, [5]

6.1 FUenteS de inFoRMACiÓn

Se tienen como base algunas capas de la investigación “Modelo para evaluar la calidad de las tierras: caso cultivo de papa” (Martínez, 2006), donde se desarrolló un modelo, en una zona montañosa dedicada al cultivo de la papa en Cundinamarca (Colombia), que permite evaluar la calidad de las tierras con base en análisis espacial, integrando los indicadores de calidad de las tierras con los S.I.G, las imágenes de satélite, las bases de datos y el conocimiento experto. De este estudio se adoptan algunas capas ráster y los criterios de evalua-ción de la aptitud para el cultivo mencionado.

Los datos de entrada son: Un DEM con las alturas, mapa de pendientes en porcentaje, mapa de riesgo a la erosión y mapa de uso y cobertura obtenido a partir de una imagen SPOT. En la Tabla 4, se presentan los requerimientos y las funciones de pertenencia con sus puntos de inflexión que las caracterizan.

6.2. MetodoLoGíA eMPLeAdA

El procedimiento general aplicado para la aplicación de la lógica difusa y booleana, se muestra por medio de un esquema donde se relacionan los mapas fuentes, las operaciones con sus productos derivados y el mapa final con la solución (Tabla 5).

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TABLA 4. Requerimiento de clima y suelo para el cultivo de papa.

Requerimiento Rango ó criterio Optimo Valores adoptados Figura

Altitud (msnm)[DEM] 2000 – 3500 2500 – 3000 a=2000; b =2500

a=3000; b =3500

Pendiente(%)[SLOPE] < 55 < 25 c=25; d=55

Riesgo a la erosión[RLKS44] < 50 < 20 c=20; d=50

Cobertura[COBERTURA 11]

Ni bosques nivegetación

nativa

Fuente: Elaboración propia de acuerdo a los criterios de Martínez, 2006.

En la Tabla 6, se presenta el análisis del mismo problema pero utilizando el enfoque de la lógica booleana, utilizando los valores óptimos indicados de la Tabla 4.

6.3. ReSULtAdoS Y AnÁLiSiS

En los cuadros que se muestran a continuación, se presenta la comparación de resultados de cada uno de los factores analizados, con el enfoque de la lógica difusa y la lógica booleana. Con el objeto de que la

comparación sea realizada en forma cuantitativa, se presenta el cálculo de las áreas obtenidas para cuatro rangos iguales de grados de pertenencia de los resultados difusos y para los valores de 0 y 1 de la lógica booleana. La superficie fue obtenida mediante el número de pixeles de cada clase y el área unitaria de un pixel en la imagen. El factor ALTITUD muestra visualmente un compor-tamiento similar en los dos enfoques de análisis, no obstante, cuantitativamente el enfoque difuso muestra

Clase cobertura Valores actuales Valores nuevosBosques 2 0.1Áreas construidas 3 0.1Otros pastos 4 0.8Papa 5 1Pastos 6 0.8Sombras 7 0.1Suelo desnudo 8 0.1Urbano 9 0.1Otra vegetación nativa 10 0.1Nubes 11 0.1

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TABLA 5. Modelo cartográfico de la solución del problema utilizando lógica difusa.

Fuente: Elaboración propia.

TABLA 6. Modelo cartográfico de la solución del problema utilizando lógica booleana.


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F_APALTURA B_APALTURA

Cód Count Area (Ha) % Cód Count Area (Ha) %

0 – 25 No apto 225 1 0 0 0.0 0 189648 4267.1 20.3

25 – 50 Ligeramente apto 225 2 0 0 0.0

50 – 75 Apto 225 3 15698 353.2 1.7

75 - 100 Muy apto 225 4 917302 20639.3 98.3 1 743352 16725.4 79.7

20992.5 100 20992.5 100.0

AND BoolClase Grado de Aptitud Pixel(m2)

ANDness

TOTAL

que el 98.3% de las zona de estudio es apta para el cultivo de papa, en razón a tener grados de pertenencia superiores a 0.75. El 1.7% de la zona analizada, pre-senta grado de pertenencia entre el 0.5 y 0.75. En el caso del enfoque booleano el grado de cumplimiento de este criterio corresponde al 79.7% del área estudiada, quedando el 20.3% del territorio sin poderse utilizar para este tipo de cultivos (Tabla 7).

El factor PENDIENTE, muestra visualmente menor número de franjas con grado de pertenencia bajos (no aptos) para el enfoque de la lógica difusa. Cuantitati-vamente, el enfoque difuso muestra zonas con grados de pertenencia superiores a 0.75 para 84.2% del área de estudio, mostrando zonas de baja superficie con grados de pertenencia pequeños distribuidos en los demás rangos en que fue reclasificado el resultado de este factor. El resultado de la lógica boolena indica que el 67.7% de la zona de estudio es apta para el cultivo de papa, quedando el 32.3% del territorio sin aptitud para este tipo de cultivos distribuidos en franjas con dirección SW-NE (Tabla 8).

Respecto a la SUSCEPTIBILIDAD A LA EROSIóN, visualmente se encuentra un mayor número de zonas aptas para el cultivo de papa en el enfoque difuso, lo cual se corrobora al comparar las áreas con grados de pertenencia superiores a 0.75 (difuso) y las zonas aptas del enfoque booleano. Estas superficies corresponden

al 21.8% y 13%, respectivamente. En este caso, se observa que a diferencia de los otros factores, donde se encuentran mayor porcentaje de zonas aptas en el enfoque difuso comparado con el booleano; cuando predominan los grados de pertenencia bajos en la distribución difusa, el área no apta es menor que el enfoque booleano (Tabla 9).

En relación al USO y COBERTURA DEL SUELO, se en-cuentra resultados muy similares en ambos enfoques, donde las zonas con grados de pertenencia inferiores a 0.25 y las zonas clasificadas con 0 en el enfoque booleano corresponde al 25% y 20.3% de la zona de estudio respectivamente. De igual manera zonas con grados de pertenencia superiores a 0.75 y zonas aptas (1) del enfoque booleano, muestra un porcentaje de la superficie total de 75% y 79.7% respectivamente (Tabla 10).

La superposición difusa y booleana con el operador AND de los cuatro factores analizados, resulta en que el 16.1% de la zona de estudio, tiene la mayor aptitud para el cultivo de papa en razón a tener grados de pertenencia superiores a 0.75. En este caso, un 6.5% del área, tendría aptitudes moderadas para el cultivo indicado. En el caso del enfoque booleano, solamente el 9.8% del área analizada, es apta para el cultivo de papa y se descartaría completamente 90.2% del terri-torio estudiado (Tabla 11).

TABLA 7. Áreas aptas de acuerdo con la ALTITUD.

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TABLA 8. Áreas aptas de acuerdo con la PENDIENTE.

F_APSLOPE B_APSLOPE


0 – 25 No apto 225 1 68680 1545.3 7.4 0 300960 6771.6 32.3

25 – 50 Ligeramente apto 225 2 34121 767.723 3.7

50 – 75 Apto 225 3 44882 1009.8 4.8

75 - 100 Muy apto 225 4 785317 17669.6 84.2 1 632040 14220.9 67.7

20992.5 100 20992.5 100.0

Clase Grado de Aptitud Pixel(m2)ANDness AND Bool

TOTAL

F_APEROS B_APEROS


0 – 25 No apto 225 1 650280 14631.3 69.7 0 812154 18273.5 87.0


50 – 75 Apto 225 3 39792 895.3 4.3

75 - 100 Muy apto 225 4 203118 4570.16 21.8 1 120846 2719.0 13.0

20992.5 100 20992.5 100.0TOTAL

Clase Grado de Aptitud Pixel(m2)ANDness AND Bool

TABLA 9. Áreas aptas de acuerdo con la SUSCEPTIBILIDAD A LA EROSIóN.

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TABLA 10. Áreas aptas de acuerdo con el USO y COBERTURA DEL SUELO.

F_ACOBER B_APCOBER1

Pixel(m2)Cód Count Area (Ha) % Cód Count Area (Ha) %

0 – 25 No apto 225 1 231258 5203.31 25 0 189648 4267.1 20.3

25 – 50 Ligeramente apto 225 2 0 0 0

50 – 75 Apto 225 3 0 0 0

75 - 100 Muy apto 225 4 701742 15789.2 75 1 743352 16725.4 79.7

TOTAL 20992.5 100 20992.5 100.0

Clase Grado de AptitudANDness AND Bool

AND B_AND


0 – 25 No apto 225 1 722375 16253.4 77 0 841140 18925.7 90.2


50 – 75 Apto 225 3 31368 706 3.4

75 - 100 Muy apto 225 4 149906 3372.89 16.1 1 91860 2066.9 9.8

TOTAL 20992.5 100 20992.5 100.0

ANDness AND BoolClase Grado de Aptitud Pixel(m2)

TABLA 11. Áreas aptas de acuerdo con la TOTALIDAD DE FACTORES.

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7. ConCLUSioneS

El proceso de implementación del modelo difuso aplicando las actividades: definición de funciones de pertenencia, aplicación de reglas difusas y defuzifica-ción, es sencillo e intuitivo mediante la aplicación de las funcionalidades del software tal como IDRISI.

Con la aplicación de esta teoría, se pueden encontrar zonas de aptitud clasificadas en rangos según los gra-dos de pertenencia, disponiendo de una amplio margen de elección, sin la rigidez del modelo booleano donde se clasifican los objetos en aptos o no aptos sin permitir una variación gradual entre los límites.

La etapa de defuzificación empleada en el proceso de aplicación del modelo difuso, permite encontrar valores de salida que representan la información contenida en el conjunto difuso, de una manera que se puede clasificar los resultados difusos en categorías más simples que la escala continua entre (0 y 1).

En el análisis del caso de estudio se encontró que el factor más crítico corresponde al de la Susceptibilidad a la Erosión, en donde en ambos análisis se descarta la mayor porción del territorio (69.7% del área en el enfoque difuso y 87.0% en el enfoque booleano). Lo anterior debido a que el rango óptimo de este factor, es muy estrecho comparado con el rango de la distribución donde se encuentran valores extremos.

Al obtener un histograma que represente la distribución de los grados de pertenencia, mediante la reclasifica-ción por intervalos iguales, se encuentra una tendencia cuando el sesgo del histograma es negativo (mayor número de pixeles en los grados de pertenencia altos, > 0.75). Esta indica, que para estos casos, el porcentaje del total, de las áreas aptas es mayor que las encontra-das en el enfoque booleano (clasificados como 1). En el caso contrario, mayor concentración hacia los grados de pertenencia bajos (caso erosión), las áreas no aptas son mayores para el caso del enfoque booleano.

El enfoque de la lógica difusa permite un mejor apro-vechamiento del territorio, en este caso, zonas para el cultivo de papa, en razón a que permite aprovechar áreas que son descartadas de plano con el enfoque

booleano. Sin embargo, la ganancia en área es sólo del 6.3%, pero teniendo en cuenta de que se dispone de una zonificación en diferentes grados de aptitud, este porcentaje puede subir al 13%, si se dispone de variedades de papa más resistentes a los factores topográficos y ambientales.

8. BiBLioGRAFíA

[1] OPENSHAW, S. and OPENSHAW, C. 1997. Arti-ficial Intelligence in Geography. Jhon Wiley & Sons. New york, p. 329.

[2] ZADEH. 1965. En: http://www-bisc.cs.berkeley.edu/Zadeh-1965.pdf

[3] EASTMAN, J. Ronald. 2006. IDRISI Andes. Guide to GIS and image processing. Clark University.

[4] ORDOÑEZ, C y MARTÍNEZ, R. 2003. Sistemas de información geográfica. Aplicaciones prácticas con Idrisi32 al análisis de riesgos naturales y problemáticas medioambientales. Ed. Alfaome-ga Ra-MA. México D.F. p. 227.

[5] MARTÍNEZ, Luis Joel, 2006. Modelo para evaluar la calidad de las tierras: caso del cultivo de papa. Agronomía Colombiana 24(1): 96 – 110.

[6] YANAR T., y AKYUREK Z. 2005. The enhance-ment of the cell-based GIS analyses with fuzzy processing capabilities. Information Sciences 176(2006) 1067 – 1085. Ankara, Turkey.

ReSUMen

La variabilidad espacial de la precisión horizontal GPS en la red vial secundaria del departamento de Nariño, se estudia mediante la estadística espacial que provee metodologías apropiadas para el análisis de datos de variables aleatorias medidas en diversos sitios, [4]. Los resultados muestran la existencia de autocorrelación espacial hasta distancias entre parejas de valores de precisión horizontal, del orden de 50 km con una fuerte dependencia espacial a una distancia de 25 km, lo cual sugiere que ésta debe ser la distancia máxima para la ubicación de estaciones base en levantamientos GPS diferenciales, lo cual debe ser validado con estudios adicionales de este tipo de variables espaciales en la ingeniería de carreteras.

Palabras clave: estadística espacial, semivariograma, predicción espacial, precisión GPS, kriging ordinario, kriging indicador, inventario vial.

VARIABILIDADeSPACIALDeLAPReCISIÓNHORIZONTALGPS.CASODeeSTUDIO:

DePARTAMeNTODeNARIÑO

SPATIALVARIABILITYOFGPSHORIZONTALACCURACY.eVeNT:NARIÑODePARTMeNT

Por: NixonAlexanderCorreaMuñ[email protected]

______________

Recibido para evaluación: Mayo3de2010 . Aprobado para publicación: Mayo28de2010


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ABStRACt

The spatial variability of GPS horizontal accuracy in the secondary road network of the department of Nariño is studied through spatial statistics that provides appropriate methodologies for data analysis of random variables measured in different sites, [4]. The results show the existence of spatial autocorrelation to distances between pairs of horizontal precision values of the order of 50 km with a strong spatial dependence at a distance of 25 km, suggesting that this should be the maximum distance for the location of stations differential GPS-based surveys, which must be validated by additional studies of this type of spatial variables in highway engineering.

Key words: spatial statistics, semivariogram, spatial prediction, precision GPS, ordinary kriging, indicator kriging, inventory vial.

1. intRodUCCiÓn

En el marco del contrato 108 de 2008 celebrado entre la Universidad del Cauca y el Ministerio del Transporte, cuyo objeto era la “Elaboración y/o actualización de los inventa-rios viales de la red vial secundaria en los Departamentos de Caquetá, Nariño y Valle del Cauca”, se obtuvo información en modo dinámico y estático con el sistema de posiciona-miento global (GPS), de los ejes y elementos viales según metodología descrita en “Metodología para la adquisición de información satelital de entidades viales”, [1].

Dada la gran cantidad de datos con información proveniente de los procesos de corrección diferencial de los archivos vectoriales de tipo línea y punto, se adopta como caso de estudio, la red vial secundaria correspondiente al departamento de Nariño, donde las condiciones topográficas y climáticas son más críticas para la evaluación de la calidad de la información ob-tenida con el sistema GPS diferencial, [2].

En el presente informe se describen las etapas desarro-lladas para el análisis exploratorio de los datos, el mode-lamiento de semivariogramas que definen la dependencia espacial de los datos y la utilización de técnicas de predic-ción de tipo kriging con el fin de efectuar predicciones sobre una grida de interpolación conveniente con su respectivo error de estimación para determinar el cumplimiento de las especificaciones de posicionamiento.

2. oBJetiVo

Analizar la variabilidad espacial de la precisión horizon-

tal de los levantamientos obtenidos con el sistema de posicionamiento global, en la red vial secundaria del departamento de Nariño.

3. deSCRiPCiÓn de LA ZonA de eStUdio

La red vial secundaria levantada con sus entidades espaciales de tipo línea y punto se localiza especial-mente en la zona suroriental del departamento de Nariño.

Los puntos se concentran en una franja del departa-mento definida por un rectángulo cuyas coordenadas de la diagonal son 863800E, 539149N y 1’023.340E, 692212 N. En razón a que se encuentra información que se aleja de la masa de información con mayor densidad, se decide eliminar del análisis espacial, los datos correspondiente a las vías localizadas en la posición más occidental y más al sur del depar-tamento, quedando los datos de la región central como se indica en la Figura 1, en objetos espaciales de tipo punto.

La población total de los datos es de 232778 puntos; pero debido al tratamiento matricial de los arreglos cuadrados de las combinaciones de distancias, se trabaja con una muestra de la información, obtenida al ordenar los valores según las coordenadas planas y aplicando el método de muestreo sistemático con un periodo de 50 para obtener un tamaño de muestra de 4656 registros con información de la calidad GPS de cada objeto vial obtenido.

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4. VARiABLe de AnÁLiSiS

4.1 eStRUCtURA de LA tABLA de AtRiBUtoS de LoS dAtoS

VeCtoRiALeS tiPo PUnto

En la Tabla 1, se muestra la forma como están estruc-turados los datos.

A continuación, se definen cada una de las columnas de la Tabla de atributos.

• Point_X: Es la componente Este de la coordenada plana en el sistema MAGNA Colombia Oeste.

• Point_y: Es la componente Norte de la coordenada plana en el sistema MAGNA Colombia Oeste.

• Point_Z: Representa la altura del punto obtenido con el modelo geoidal EGM96.

• Length: Indica la distancia en metros desde la Estación Base tomada como referencia para la corrección diferencial (archivo RINEX del IGAC) y el objeto de campo obtenido con GPS (con la funcionalidad de datos crudos).

• HRMS: Es el error cuadrático medio horizontal del punto corregido.

• VRMS: Es el error cuadrático medio vertical del punto corregido.

• PDOP: Es el parámetro de dilución de precisión, que depende de la geometría del sistema en el momento de realizar el levantamiento.

4.2 VARiABLe de inteRÉS

La variable de la Tabla de atributos, que se va analizar en el presente informe, es la que encabeza la columna HRMS, “Error Cuadrático Medio Horizontal”, en razón

FIGURA 1. Ubicación de los puntos de análisis en el Departamento de Nariño.

TABLA 1. Estructura de la tabla de vectores GPS.

POINT_X POINT_Y POINT_Z Length HRMS VRMS PDOP913328.783 581040.931 3211.384 78484.474 1.289 3.637 1.900

913329.592 581037.625 3211.214 78485.692 1.361 4.010 1.900

913336.109 581023.975 3209.747 78488.099 3.670 9.582 2.000

913336.115 581009.464 3210.362 78496.379 3.660 9.549 2.000

913336.444 581037.891 3208.714 78479.872 3.792 9.672 2.000

913336.497 580995.248 3211.139 78504.188 3.664 9.528 2.000

913337.599 580981.983 3212.204 78510.868 3.597 9.509 2.000

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pondiente a los centroides de los polígonos que representan a los municipios del departamento con información GPS, mediante el método kriging.

• Aplicación de los procedimientos de validación cruzada con el objeto de conocer la bondad de las predicciones.

• Aplicación del método kriging a la variable categori-zada en números binarios para definir zonas o ran-gos de cumplimiento de la especificación horizontal.

• Análisis espacial de los resultados.

6. AnÁLiSiS eXPLoRAtoRio de LoS dAtoS

6.1 ReSUMen de eStAdíStiCAS

En la Tabla 2 se presenta el resumen estadístico de los datos obtenido para la muestra (4656 datos).

La variable de interés (HRMS), varía entre 0,31m y 27,04 m con un valor promedio de 3,87 m y alta he-terogeneidad dada por su dispersión relativa. El 74% de los puntos georreferenciados tienen una precisión horizontal inferior a 5,0 m, valor límite especificado para efectos contractuales. La varianza es de 7,89 m2, dato importante para efectos de comparación con la silla o varianza máxima del modelo de semivariograma que se ajustará a los datos. La relación precisión vertical versus precisión horizontal varía entre 1,20 y 1,88. El PDOP varía entre 1,5 y 5,2 (P95) con promedio de 3,89, con una dispersión muy alta en razón a valores extremos considerados como ruido en la información recolectada.

6.2 CoeFiCiente CoRReLACiÓn de PeARSon

Los valores de la Tabla 3, muestran el grado de asocia-ción o relación lineal entre dos variables.

a que es la variable más importante desde el punto de vista de la calidad de la información, por especificacio-nes contractuales.

5. MAteRiALeS Y MÉtodoS

El análisis estadístico de la variable de interés se llevó a cabo en R (R Development Core Team 2007), un sistema para computación estadística y gráficos. Hay varias extensiones para R, la cual adiciona al sistema base, métodos alternativos de análisis e interpolación tales como kriging ó splines akima. Los paquetes y extensiones del núcleo central de R así como docu-mentación relacionada pueden obtenerse de CRAN (The Comprehensive R Archive Network), [3].

Las actividades desarrolladas en el presente trabajo se describen a continuación:

• Análisis exploratorio de los datos mediante la ob-tención de histogramas de frecuencias, diagramas de cajas, matrices de varianzas y covarianzas, coeficientes de correlación de Pearson y pruebas formales de normalidad.

• Análisis de la tendencia de los datos, mediante el ajuste de una función lineal o cuadrática para la variable dependiente “precisión horizontal GPS” y como variables independientes las coordenadas.

• Obtención del semivariograma empírico.• Análisis de anisotropía de los datos, mediante la

simulación de semivariogramas empíricos direc-cionales.

• Ajuste a sentimiento del modelo de semivariograma. • Ajuste del modelo de semivariograma modelado a

sentimiento.• Obtención de una grilla de predicción de objetos

puntuales.• Obtención de predicciones en puntos corres-

TABLA 2. Resumen estadístico de los campos de la tabla de atributos para la población y la muestra.

Campo mean sd 0% 25% 50% 75% 90% 95% 100% nPoint_Z(msnm) 2011.2 593.3 359.7 1667.2 1998.5 2435.1 2762.5 2983.7 3660.6 4656Length (m) 38565.2 25045.2 2279.2 25251.1 36161.8 46957.2 57482.2 61386.3 263375.0 4656HRMS (m) 3.867 2.810 0.308 1.683 3.469 5.177 7.075 8.610 27.043 4656VRMS (m) 8.103 5.372 0.396 3.717 7.158 10.964 15.533 17.632 50.777 4656PDOP 3.892 15.685 1.500 1.900 2.200 2.800 3.700 5.200 200.000 4656

27


Existe una asociación lineal entre las componentes Norte y Este de la posición; indicando que los datos se distribuyen en una franja que va desde el suroeste hacia el noreste. Se encuentra una relación inversa entre la componente Norte de la coordenada y la altitud, lo cual indica que las mayores alturas se encuentran hacia el sur de la zona de estudio. La única relación lineal im-portante se encuentra entre la precisión horizontal GPS y la precisión vertical, (r = 0,897), lo cual indica que el porcentaje de la varianza común de las dos variables es del 80,5%. Esta dependencia se debe a que estas componentes se calculan respecto al mismo elipsoide de referencia (WGS84). 6.3 HiStoGRAMAS de FReCUenCiA

En la Figura 2, se muestran los histogramas de fre-cuencias de las variables explicativas Length, HRMS, VRMS y PDOP.

Todos los histogramas muestran un comportamiento sesgado a la derecha, en donde la mayoría de los da-tos se concentran a la izquierda de la distribución. Se observan valores extremos en las variables “Length” y “PDOP” lo que distorsiona la escala en el eje horizontal de las gráficas, esto posiblemente debido a errores ocasionados por la mala recepción de la señal en el momento de la captura de los objetos viales.

6.4 diAGRAMAS de CAJAS

En la Figura 3 se presentan los diagramas de cajas de la distribución de los datos en cinco estadísticos: el mínimo, primer cuartil o percentil 25, mediana, tercer cuartil o percentil 75 y máximo.

Examinando la posición de los estadísticos indicados en los diagramas, se encuentra que las distribuciones tienen sesgo a la derecha, tal como se observó en el

TABLA 3. Coeficiente de correlación de Pearson de la muestra.

Muestra Point_x Point_Y Point_Z Length HRMS VRMS PDOPPoint_x 1 0.56798365 -0.14008201 -0.07360319 0.1854587 0.1975988 0.03109632Point_y 0.56798365 1 -0.68463289 0.18867337 0.2355320 0.2421590 0.06339363Point_z -0.14008201 -0.68463289 1 -0.12931587 -0.1499722 -0.1452017 -0.05251976Length -0.07360319 0.18867337 -0.12931587 1 0.1500518 0.1225160 0.02960485HRMS 0.18545874 0.23553197 -0.14997225 0.15005181 1 0.8978231 0.29352930VRMS 0.19759882 0.24215896 -0.14520170 0.12251600 0.8978231 1 0.19321875PDOP 0.03109632 0.06339363 -0.05251976 0.02960485 0.2935293 0.1932188 1

FIGURA 2. Histogramas de frecuencias de las variables explicativas.

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comportamiento de los histogramas. Se encuentran valores atípicos en las variables Length y PDOP detec-tadas también en el comportamiento de los histogramas respectivos.

6.5 CoeFiCiente de SeSGo

Con las funciones “skewness” y “kurtosis” de la librería “moments” del software R, se obtienen estas estadísti-cas, las cuales arrojan los siguientes resultados: tabla 4

Teniendo en cuenta que una distribución normal tiene un coeficiente de sesgo de cero y una curtosis de 3, la distribución de valores más cercana a un comportamiento normal es la de la variable “Altitud” o Point_Z.

6.6 PRUeBA FoRMAL de noRMALidAd

Mediante la prueba formal de normalidad de Lilliefors (Kolmogorov-Smirnov normality test), de la librería “nortest” del software R, se obtiene el rechazo de la hipótesis nula (distribución normal de la precisión hori-zontal) con una probabilidad de equivocación muy baja,

dada por el parámetro “p-value”. Como conclusión de la aplicación de la prueba de normalidad se encuentra que la variable de análisis “HRMS” no sigue una dis-tribución normal, tal como se observó en los gráficos de histograma de frecuencias, diagrama de cajas y diagrama de cuantiles.

6.7 PRUeBA de HeteRoSedAStiCidAd (tRAnSFoRMACiÓn BoX-CoX)

La prueba de heterosedasticidad, o varianza no cons-tante, busca efectuar transformaciones con el fin de estabilizar la varianza, lo cual se logra mediante el comportamiento normal de la distribución de errores. La aplicación de la transformación Box-Cox en la librería “car” de R, arroja un valor de

, que representa la mejor opción para buscar que los datos sean simétricos y homocedásti-cos. En la Figura 4 se muestran los resultados de la transformación box-cox de los datos. El coeficiente de sesgo de la variable HRMS transfor-mada es de -0.0214 y la curtosis de 2,514, lo cual se acerca a un comportamiento normal de la distribución.

FIGURA 3. Diagramas de cajas de las variables explicativas.

TABLA 4. Coeficiente de sesgo y curtosis de las distribuciones.

Nariño Point_Z Length HRMS VRMS PDOPCoeficiente de sesgo -0.316 5.959 1.973 1.256 12.211Coeficiente de curtosis 3.255 53.880 10.530 5.784 152.387

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Sin embargo, a pesar de encontrarse una mejora en el comportamiento hacia la normalización de la variable, este supuesto no se considera indispensable en el aná-lisis de la variabilidad espacial de la variable de interés.

7. AnÁLiSiS de tendenCiA

Con el objeto de garantizar la condición de varianza constante [4], se introduce en el análisis de tendencia, un modelo lineal con la variable dependiente la preci-sión horizontal y como variables independientes las coordenadas, adicionando como covariable la precisión vertical (VRMS) en razón a que se encuentra una alta asociación con la variable de interés (HRMS). Los resultados se indican en la Tabla 5.

Con este modelo, en el que se relaciona la variable de interés HRMS con las variables independientes

FIGURA 4. Efecto de la transformación BoxCox en los datos originales.

Point_X, Point_y (coordenadas) y la covariable VRMS se encuentra un porcentaje de explicación de la va-riabilidad de la información del 65%, además de no encontrarse tendencia en los residuales del modelo. Esta condición será introducida en la creación de la geodata para el uso del paquete “geoR” del software R utilizada como plataforma computacional para la aplicación de la geoestadística.

8. AnÁLiSiS deL SeMiVARioGRAMA eMPíRiCo

8.1 ReSULtAdoS nUMÉRiCoS deL VARioGRAMA CLÁSiCo Y RoBUSto

En la Figura 5 se muestran los resultados del variogra-ma ominidireccional isotrópico, [4], con tendencia lineal (función “variog” de geoR).

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Los puntos representan las diferencias de medida en los valores observados sobre un conjunto de bandas de distancias o lags, [5].

Se encuentran diferencias entre los valores de la preci-sión horizontal GPS con espaciamientos comprendidos entre 5,25 km y 131,3 km; semivarianza máxima de 10 (clásico) y de 8 para el tipo Cressie. Hasta una distancia aproximada de 50 km se presenta un comportamiento ascendente donde la semivarianza es máxima para descender hasta una distancia de 70 km donde la se-

TABLA 5. Modelo lineal de la variable de interés HRMS como variable dependiente e introduciendo la covariable VRMS como variable independiente además de las componentes de las coordenadas.

lm(formula = HRMS ~ POINT_X + POINT_y + VRMS, data = tabm)Residuals:

Coefficients:

Signif. codes: 0 ‘***’ 0.001 ‘**’ 0.01 ‘*’ 0.05 ‘.’ 0.1 ‘ ‘ 1Residual standard error: 1.237 on 4652 degrees of freedomMúltiple R-squared: 0.8064, Adjusted R-squared: 0.8063F-statistic: 6461 on 3 and 4652 DF, p-value: < 2.2e-16

Min 1Q Median 3Q Max-6.91735 -

0.47486-0.08078

0.33534

13.82778

Estimate Std.Error t Pr(>|t|) Intercept -1.082 7.846e-01 -1.379 0.16798Point_X -3.607e-07 9.743e-07 -0.370 0.71125Point_y 2.353e-06 8.959e-07 2.626 0.00867 **

VRMS 4.674e-01 3.488e-03 133.992 < 2e-16 ***

mivarianza se estabiliza, mostrando un comportamiento decreciente a la distancia máxima.

Cada uno de los valores del semivariograma es cal-culado con un número de parejas de datos el cual disminuye lentamente desde una distancia de 70 km. Este comportamiento se observa visualmente en la Figura 6, en donde en el eje horizontal se representan las distancias entre parejas de valores y en el eje vertical se indica el número de parejas correspondiente a una separación espacial dada.

31


8.2 AnÁLiSiS de LA AniSotRoPíA

Con la función “variog4” del paquete geoR, se desplie-gan variogramas direccionales los cuales se presentan en las Figuras 7 y 8.

El semivariograma a 45° muestra un comportamiento de efecto hueco, siendo más acentuado para el esti-mador robusto de Cressie. El semivariograma direc-cional de 0°,90° y 135° muestran un comportamiento general de U invertida. Como resultado del análisis de sensibilidad del semivariograma empírico a diferentes direcciones, se encuentra los siguientes parámetros de anisotropía [4]: Angulo de mayor anisotropía [ ] = 45°, b) rango más lejano, [ ]= 57,77 km, c) Angulo de

FIGURA 5. Semivariograma empírico obtenido sin transformación con los tipos clásico y el estimador robusto de Cressie.

FIGURA 6. Variación del número de parejas del semivariograma empírico.

menor anisotropía [ ] = 135°, d) alcance de menor anisotropía, [a ] = 27,33 km; razón de anisotropía,

= 0,48. No obstante, teniendo en cuenta que los semivariogramas solo presentan estructura en una porción de la distancia máxima, se supone hasta esta distancia comportamiento isotrópico.

9. AJUSte FoRMAL deL SeMiVARioGRAMA eMPíRiCo Sin tRAnSFoRMACiÓn

Este análisis se realiza con la función “variogram” del paquete “gstat” de R. El análisis se realiza sin trans-

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formación boxcox con el fin de establecer si la semiva-rianza máxima del semivariograma ajustado se parece a la varianza de la variable de interés que en este caso corresponde a la precisión GPS horizontal. Los resultados de la estimación formal fueron obtenidos con los métodos 1 (mínimos cuadrados ponderado con el número de parejas), 2 (mínimos cuadrados ponderados por Cressie) y 7 (mínimos cuadrados ponderados con la relación número de parejas y distancia al cuadrado entre parejas). En la Figura 9 se muestra los modelos comparados.

En la Figura 9, se observa la imposibilidad de lograr que la silla máxima se ajuste a los datos de la semi-varianza empírica, con los modelos Gausiano y Efecto Hueco, por lo que los modelos que mejor se ajustan al semivariograma empírico sin transformar, son el Exponencial y Matern.

Como resultado final, se selecciona el modelo Matern obtenido para el método 7, con los parámetros dados en la Tabla 6.

10. PRediCCioneS de LA VARiABLe de inteRÉS (HRMS) Sin

tRAnSFoRMACiÓn

10.1 GRiLLA de PRediCCiÓn

Como grida de predicción, se utilizan los centroides de los municipios del departamento de Nariño donde se realizaron los levantamientos satelitales. Estos se crean mediante el llenado automático de columnas que representan las coordenadas X y y de los centroides, con la opción Calculate Geometry/ opción Coordinate of Centroid de ArcMAp. En las Figuras 10 y 11 se muestran

FIGURA 7. Variogramas direccionales a 0°, 45°, 90° y 135° grados.

FIGURA 8. Variogramas direccionales a 0°, 45°, 90° y 135° grados con estimador de Cressie.

FIGURA 9. Comparación de los modelos de ajuste al semivariograma empírico.

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TABLA 6. Modelo de semivariograma adoptado para los datos de la variable de interés sin trans-formar.

MÉTODO MODELO NUG PSILL RANGE K7 MATERN 0,7052768 8,4255498 25352,19 0,5

gráficamente los centroides de los municipios de Nariño, con la información GPS diferencial y sin ésta.

10.2 ReSULtAdoS de LA PRediCCiÓn KRiGinG

Los resultados de la función “krige” del paquete “gstat”, obtenido para el modelo Matern sin transformación de la variable de interés, se presentan en la Tabla 7.

La Tabla 7 reporta los valores de predicción (var1.pred) y la varianza de predicción (var1.var) de la precisión GPS horizontal en los puntos de la grilla de predicción. El error cuadrático medio horizontal predicho por el método kriging, varía en los centroides de los municipios en el rango entre 0,76 m y 11,84 m. El 80,56% de los valores de las precisión horizontales estimadas son inferiores a 5 m. La varianza estimada se encuentra en el rango comprendido entre 0,95 y 2,61 m2.

10.2.1 Predicciones y Varianza del método Kriging

La Figura 12 muestra un mapa continuo con los resul-tados de las predicciones con su respectiva varianza.

Las predicciones realizadas en los centroides de los municipios cuya distribución sigue el mismo comportamiento de la distribución de la variable de interés (de suroeste a noreste), muestra que la franja de análisis presenta una mayor distribución de pre-

FIGURA 10. Grida de 36 puntos correspondientes a los centroides de los municipios.

FIGURA 11. Distribución de la grilla de predicción.

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Punto mgrid.x mgrid.y var1.pred var1.var Punto mgrid.x mgrid.y var1.pred var1.var

1 926686.8 588632.6 5.9747237 1.4069441 19 957765.1 634246.9 1.5467562 1.090611

2 949887.3 594917.8 3.8363309 1.138229 20 965440.1 639287.8 3.4064805 1.1533552

3 943782.5 594471.2 2.747868 1.3253887 21 950728.7 646169.1 2.3615417 0.9530384

4 931207.9 592794.8 3.9561988 2.3760581 22 1001086.6 654438.3 6.0122021 1.2616947

5 938081.2 593104.7 2.5098509 1.8220949 23 978624.5 645077.3 2.7667299 1.3271878

6 950841.5 600212.1 4.3203447 1.1497517 24 994221.7 655403.9 5.0031497 1.0428448

7 926546.5 599655.8 4.2156696 1.7600088 25 966047 649907 2.0830599 2.1542947

8 947117.2 605625.1 3.44264 1.9238984 26 1006380.1 661034.4 11.8443435 1.4457535

9 932885.1 606364.7 3.0695719 2.6168748 27 997353.9 661687 2.9293631 1.9265646

10 952874.9 610335.8 1.3118924 1.1527395 28 960773.1 658925.4 2.9621162 1.2257271

11 961386.7 616244.4 3.9045139 2.1716 29 1003871.2 667708.1 3.2656614 1.5876893

12 969598.9 609460 6.1223613 2.1178917 30 1017138.7 666913.2 3.9752506 1.7728721

13 949576.2 618975.1 0.7554469 1.4329025 31 984306.3 662266.4 1.860777 1.097896

14 959565.3 625473.7 1.3215406 0.9611307 32 1003329.6 672728.5 3.573479 1.532718

15 938344.3 617121 3.4532795 2.2708799 33 972479.1 667811.1 3.8068557 1.617816

16 942071.8 628070.3 1.2530405 1.1250934 34 992712 670863.7 3.5456166 1.7357516

17 949513.7 629515.1 1.8832064 1.0358832 35 1011363.7 677719.4 6.5499261 1.6695321

18 970110.7 635939 3.9227388 1.903567 36 955079.9 683660.1 9.4918089 1.7661094

TABLA 7. Resultados de la función krige de gstat para la predicción de la variable HRMS.

Predicciones de la precisión horizontal GPS Varianza de la precisión horizontal GPS

FIGURA 12. Gráficos de la predicción y la varianza obtenidos con la función “filled contour” del paquete gráfico “lattice”.

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cisiones horizontales estimadas inferiores a 5 m. Los valores mayores, que no cumplen con la especificación se encuentran localizados en los bordes norte y no-reste del área de estudio. Sin embargo, se encuentran varianzas altas asociadas a precisiones horizontales inferiores a 5m lo cual afecta la confiabilidad de las precisiones estimadas en algunas zonas localizadas hacia el sur y sureste.

En la siguiente Figura 13 se presenta las predicciones y los límites inferior y superior de un intervalo de confianza aproximado del 95%.

Los límites de un intervalo de confianza del 95%, es-tablece una tolerancia cuya amplitud varía entre 3,83 m y 6,34 m. Exceptuando los centroides identificados con los números 26 y 36, donde la precisión estimada es de 11,2 m y 9,5 m respectivamente, los demás puntos tienden a presentar un comportamiento estable alrededor de un promedio de 3,32 m, con una toleran-cia máxima de 6 m, lo cual es un buen indicador del cumplimiento de la especificación de precisión de los levantamientos GPS.

10.3 VALidACiÓn CRUZAdA deL KRiGinG

La validación cruzada ofrece un parámetro que indica lo bien que el modelo predice los valores desconocidos. Este procedimiento omite secuencialmente un punto y predice su valor usando los demás valores para poste-

riormente comparar el valor observado con el estimado. Los resultados se presentan en la Tabla 8.

Para que las predicciones no sean sesgadas, la media de los errores tiene que ser próxima a cero, [6]. Esta condición se cumple para la variable de interés sin transformar. El Error Cuadrático Medio Estandarizado, permite analizar la variabilidad; si el resultado está próximo a 1, los errores de la predicción son válidos, [6]. En este caso, para la condición “sin transformar” se presenta subestimación de la variabilidad de las predicciones, como se observa visualmente en la figura 9 a distancias superiores a 35 km.

11. KRiGinG indiCAdoR

11.1 CAteGoRiZACiÓn de LoS dAtoS

La Tabla de la muestra de 4656 datos, se categoriza con el valor de 1 para aquellas precisiones horizontales menores a 3 m y con 0 para el resto; de acuerdo con las especificaciones contractuales (Tabla 9).

11.2 AJUSte deL SeMiVARioGRAMA A LA VARiABLe de inteRÉS

CAteGoRiZAdA

En la Tabla 10 se presentan los resultados del modelo de semivariograma adoptado para el ajuste del semiva-riograma empírico de los datos categorizados en 1 y 0.

FIGURA 13. Intervalos de confianza aproximado del 95% para la predicción de la precisión horizontal.

36


11.3 ReSULtAdoS de LA PRediCCiÓn oBtenidA Con KRiGinG

indiCAdoR

La aplicación de la función “krige” de “gstat” a la variable de interés categorizada en forma binaria, da los resulta-dos gráficos de predicciones y varianzas de la Figura 14.

La zona central de la franja de predicción, orientada hacia el occidente, presenta una probabilidad superior a 0,6 de tener precisiones horizontales inferiores o iguales a 3 m. Las zonas localizadas hacia el norte, el oriente y el sur tienen una mayor posibilidad de poseer precisiones horizontales superiores a 3 m. Las mayores varianzas se concentran especialmente hacia el norte, sur y oriente de la franja de predicción.

12. ConCLUSioneS

La distribución espacial de los objetos viales del inven-tario de la red secundaria del departamento de Nariño,

Medidas de diagnóstico Error de PredicciónMean -0.0001555Root-Mean-Square: 1.508Average Standard Error 1.001Mean Standardized -0.0003885Root-Mean-Square Standardized 1.5

ModeLo nUG PSiLL RAnGe KMatern 0.0592786 0.1983545 6039.958 0.5

X Y HRMS VRMS EspHRMS

915533.679 583677.124 4.123 10.660 1

915785.722 583598.384 3.658 10.284 1

916531.403 583994.560 4.012 9.399 1

916658.192 583987.111 5.149 9.184 0

916925.763 583954.286 4.983 9.840 1

916986.063 584425.977 6.070 10.053 0

917055.410 584347.544 5.647 11.927 0

TABLA 8. Resultados de la validación con el mode-lo Matern, sin transformación y con tendencia.

TABLA 9. Categorización de la variable de interés HRMS.

TABLA 10. Parámetros del modelo Matern ajustado al semivariograma empírico de la precisión horizontal GPS categorizada en 1 (HRMS <= 3 m) y 0 (HRMS > 3 m).

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FIGURA 14. Gráficos de la predicción y la varianza obtenidos con la función “filled contour” del paquete gráfico “lattice” a los resultados del kriging indicador.

Predicción Varianza

se concentra en una franja orientada en la dirección suroeste – noreste y sus parámetros de calidad se encuentran en una base de datos espacializada, donde además de las componentes horizontal y vertical de cada objeto vial, se define el error cuadrático medio horizontal y vertical, la longitud a la distancia base y el parámetro de dilución de precisión.

La variable de interés analizada en el presente docu-mento es el HRMS, entendida como precisión hori-zontal GPS que representa la resolución del equipo de medición en el sistema de posicionamiento global; debido a que ésta componente de la posición, es la de mejor calidad obtenida por el método GPS Diferencial en Postproceso. El análisis de la variabilidad espacial de la precisión horizontal GPS, utilizando la teoría de la estadística espacial a través del empleo de los paquetes del soft-ware R a la tabla y geodata de la información, permite llegar a las siguientes conclusiones:

La precisión horizontal GPS presenta un comportamien-to sesgado a la derecha, con presencia de valores extre-mos, la cual es susceptible de normalización mediante la aplicación de transformaciones de tipo box-cox (l = 0.1569), sin llegar a ser una consideración importante en el análisis espacial, toda vez que se encontraron predicciones insesgadas (media del error de predicción cercano a 0), con la variable sin transformar.

La condición de estacionariedad de la media (media constante) se logró mediante el ajuste de una función lineal donde la variable de interés se relaciona con las coordenadas y la covariable “precisión vertical GPS”, lográndose un porcentaje de explicación de la varianza total de 60.5% y sin ninguna tendencia en el comporta-miento de los residuales.

La estructura espacial de la variable de interés, obtenida mediante la obtención del semivariograma empírico de tipo clásico y Cressie, con la variable original (sin transformar), muestra distancias entre parejas de valores comprendidas entre 5,25 km y 131,3 km, en donde hasta una distancia de 47,3 km se encuentra estructura de autocorrelación espacial, presentando un comportamiento de onda o efecto hueco a distancias superiores a 50 km.

El análisis de anisotropía mediante la obtención de se-mivariogramas empíricos direccionales, permite concluir que sí existe un efecto de la dirección en el comporta-miento de la variable de interés, pero el análisis se realizó bajo el supuesto de isotropía, teniendo en cuenta que las diferencias en los semivariogramas direccionales se presentan únicamente en la porción final correspondiente aproximadamente al 20% de la distancia total entre parejas de valores de precisión GPS.

El modelo escogido para el análisis espacial de la variable de interés sin transformar, corresponde al

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Matern con parámetros: silla parcial de 8,426, efecto pepita de 0,705 y rango de 25,35 km. Se encuentra una relación efecto pepita/silla (proporción de la variabilidad a distancias cortas y que se utiliza para determinar la fortaleza de la estructura espacial) de 7,7%, indicando que la precisión horizontal es explicada en la variación estructural de los datos, y que solamente el 7.7% de la variabilidad de la precisión GPS consiste de variaciones aleatorias o inexplicables. Este es un buen indicador de los resultados obtenidos en el proceso de predicción.

La predicción mediante el método de Kriging (basado en una combinación lineal de los datos muestrales) se realizó sobre una grilla conformada por los centroides de los municipios del área de estudio, para un análisis del semivariograma en condiciones de tendencia pero sin transformación, encontrándose que el HRMS predi-cho por el método Kriging varía en el rango entre 0,76 m y 11, 84 m, siendo el 80,56% de los valores de las precisiones horizontales estimadas inferiores a 5 m.

La bondad de ajuste del modelo de semivarianza, obte-nido por medio de validación cruzada, a partir del error cuadrático medio estandarizado, permite detectar una subestimación de la variabilidad de las predicciones, en razón al ruido que se presenta en las parejas de valores a distancias superiores a 35 km.

Los resultados del Kriging Indicador obtenido mediante la aplicación del Kriging para la variable de interés recategorizada en forma binaria, permite concluir que la zona central de la franja de predicción, orientada hacia el occidente, presenta una probabilidad superior a 0,6 de tener precisiones horizontales inferiores o iguales a 3 m. Las zonas localizadas hacia el norte, el oriente y el sur tienen una mayor posibilidad de poseer precisiones horizontales superiores a 3 m. Las mayores varianzas se concentran especialmente hacia el norte, sur y oriente de la franja de predicción.

Con los resultados encontrados del estudio de la variabilidad espacial de la precisión GPS en el depar-tamento de Nariño, en donde se encuentra estructura de autocorrelación hasta 50 km, con fuerte dependencia espacial hasta 25 km, se puede recomendar adoptar esta distancia como longitud máxima para ubicar las estaciones base en levantamientos GPS diferencia-les, ya que distancias superiores no muestran un

comportamiento claro, el cual debe ser comprendido mediante la continuación de este tipo de estudios en varias condiciones topográficas del país.

Es importante aclarar que la información analizada corresponde a datos mezclados de levantamientos diná-micos y estáticos, por lo que debe sensibilizarse el efecto del tiempo de posicionamiento en estudios posteriores.

13. BiBLioGRAFíA

[1] BUSTAMANTE, A. y CORREA, N. 2009. Metodo-logía para la adquisición de información satelital de entidades viales. En: Revista Ingeniería Hoy, Vol. 30. Popayán.

[2] LO, C. P. and A. yEUNG. 2002. Concepts and techniques of geographic information systems. Chapter 9. Digital terrain modeling. p. 304 – 348.

[3] THE COMPREHENSIVE R ARCHIVE NETWORK. 2004. http://cran.r-project.org. En: Morphome-tric analysis in geographic information systems, applications of free software GRASS and R.pdf. Computers and Geosciences 30.

[4] GIRALDO, Ramón. Introducción a la geoestadís-tica. Teoría y aplicación. Facultad de Ciencias. Departamento de Estadística. Universidad Nacional de Colombia. Bogotá. Documento digital en pdf sin fecha.

[5] SMITH, M.; GOODCHILD, M. and LONGLEy, P. 2007. Geospatial analysis. A comprehensive guide to principles, techniques and software tools. British Library Cataloguing.

[6] MORENO, A. 2006. Sistemas y análisis de la información geográfica. Manual de aprendizaje con ArcGIS. Alfaomega. México. 895 p.

Agradecimientos: A la profesora Martha Patricia Bo-hórquez, docente del Departamento de Matemáticas y Estadística de la Universidad Nacional de Colombia, quien aportó sus valiosos conocimientos en la con-ceptualización de la teoría Estadística Espacial y en la programación de los códigos en el software R.

ReSUMen

El éxito de los Sistemas de Información Geográfica (SIG) está dado por su grado de aceptación y el uso que las personas hagan de esta tecnología. Así, se encuentra que la implementación y funcionamiento óptimo de los SIG depende de diferentes factores además de los normalmente considerados a nivel técnico. Este artículo contempla los factores de éxito o fracaso de los SIG revisando, inicialmente, los aspectos técnicos, operacionales y econó-micos inmersos en la planificación de un proyecto SIG aplicada tanto en la fase de estudio del proyecto como en la etapa de implementación del mismo. Posteriormente, se habla de los SIG y la sociedad dentro de una dinámica de coevolución tecnológica, contemplando aspectos culturales y burocráticos. Adicionalmente, se explican algunos modelos de disponibilidad de los SIG para finalmente, incluir el uso de software libre como una alternativa frente a los altos costos del software comercial dando como ejemplo el desarrollo de gvSIG.

Palabras Clave: SIG, Implementación de tecnologías, aspectos técnicos y económicos, factores culturales, buro-cracia, modelos de disponibilidad.

FACTOReSDeÉXITOOFRACASODeLOSSIG

SUCCeSSORFAILUReFACTORSINTHeGISPor:Leidy Patricia MorenoC.1 [email protected]

______________

Recibidoparaevaluación:Abril22de2010.Aprobadoparapublicación:Mayo25de2010

1 EstudiantedeIngenieríaAgronómica.UniversidadNacionaldeColombia.SedeBogotá.

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ABStRACt

Geographical Information System’s (GIS’s) success is given by their acceptance level and the use people make of this technology. So, is found that the optimum implementation and operation of the GIS depend of different factors besides normally considerate in technical level. This article contemplate the success or failure factors in the GIS looking trough, initially, the technical, operational and economics aspects immersed in a GIS project planning puts in practice both in project’s study stage and the implementation of this. Subsequently, is talked about the GIS and the society within a technological co-evolution dynamic, contemplating cultural and bureaucratic aspects. In addi-tion to this, is explained some GIS’s availability models for finally, include the use of Open Source software like an alternative facing the commercial software’s high costs giving like example the gvSIG development.

Key Words: GIS, Technological Implementation, technical and economic aspects, cultural factors, bureaucracy, availability models.

los datos; así, por ejemplo, en ocasiones se pueden encontrar datos que no presentan una correcta georre-ferenciación, dificultando así su manejo, además de incrementar la probabilidad de llegar a generar infor-mación incorrecta, [10]; de este modo, sin una buena calidad de los datos, los SIG están próximos a la inuti-lidad, [11]. Entonces, desde un concepto de calidad, el conjunto de datos a analizar debe ser completo espacial y temporalmente (cubrir el área y periodo de estudio de interés), compatible (que los datos puedan ser usados en forma conjunta), consistente (similares métodos de captura de datos, almacenaje, manipulación y edición) y aplicable (datos apropiados para realizar el análisis), [3]. Una falla en la implementación de los SIG puede darse también por una subestimación del tiempo en la creación de una base de datos sin la cual la aplicación de los SIG no puede darse debido a la necesidad de la existencia previa de esta, [3].

Adicionalmente, una de las razones por las que un proyecto SIG tiene éxito es el manejo a largo plazo que se le da, teniendo en cuenta que la adopción de una nueva tecnología puede ser un proceso lento, [10].

Respecto a los aspectos operacionales, una función crítica es el servicio de soporte al consumidor, el cual debe causar una buena impresión proporcionando una asistencia acorde a sus necesidades. De igual forma, esto puede ayudar en la corrección de errores siste-máticos del SIG, [12], haciendo que la vinculación del usuario en todas las fases del desarrollo de un proyecto SIG sea esencial para su éxito, [3] y [4]; así, se debe

1. intRodUCCiÓn

El éxito de los sistemas de información geográfica está dado por su medida de aceptación y el uso que las per-sonas hagan de esta tecnología, [1]. De esta manera, se tiene que el proceso de adopción y uso de los SIG no puede darse por hecho ya que este puede variar con las condiciones sociales y las circunstancias aunque apa-rentemente la tecnología sea excelente, [1], [2], [3] y [4].

Entonces, se encuentra que la implementación y fun-cionamiento óptimo de los SIG depende de diferentes factores, los cuales no siempre son de tipo técnico sino de ámbito metodológico, organizativo, directivo, finan-ciero, político o derivado del rechazo de la organización o de los individuos a los procesos de cambio generados por la nueva tecnología, [3], [5], [6], [7] y [8].

Por lo anterior, sin una completa y multifacética compren-sión de la consecuencia del uso de los SIG, mucho dinero y esfuerzos pueden ser gastados en tecnología y buenas intenciones que resultan en beneficios limitados, [9].

En las siguientes páginas se explicaran algunos de los factores de mayor influencia en la implementación efectiva de un SIG.

2. ASPeCtoS tÉCniCoS Y oPeRACionALeS de LoS SiG

Uno de los problemas iniciales con los que se puede encontrar los SIG está relacionado con la calidad de

41


tener en cuenta los usuarios finales, sus características, experiencias y percepciones de la tecnología, [13].

Finalmente, es importante que haya un constante desa-rrollo de herramientas a nivel de software que aseguren la continuidad del SIG acorde a las necesidades del usuario, [12].

3. ASPeCtoS eConÓMiCoS de LoS SiG

Uno de los errores dentro de un proyecto SIG está en considerar principal, o únicamente, las cuestiones técnicas dentro de su implementación; entonces, no se realizan estudios de viabilidad económica que contemplen aspectos tales como disponibilidad de recursos (asequibilidad de los datos e infraestructura necesaria, entre otros), dotación de empleados, la re-lación beneficio costo del proyecto; además de la tasa de retorno la cual, al ser gradual en contraste a una inversión inicial grande, puede generar dificultades de solvencia por parte de las entidades que financian el proyecto, [3] y [10].

Otro factor de igual importancia es la situación del mercado la cual puede influir en que las inversiones se den o no hacia el desarrollo de un proyecto SIG, [4].

4. LoS SiG Y LA SoCiedAd, MoLdeAdoReS Y MoLdeAdoS

Los sistemas de información geográfica, como todas las tecnologías, coevolucionan con las sociedades de las cuales hacen parte, [9]. Así, las condiciones sociales determinan la aplicación de una tecnología al mismo tiempo que esta última tendrá impactos sociales. De igual forma, se debe recordar que toda tecnología responde a las necesidades sentidas en un grupo o sociedad, [2].

Por otro lado, se habla de la naturaleza antidemocrática de los SIG dada por el acceso diferencial a los datos y la tecnología además de las capacidades de vigilancia de los SIG que refuerza las configuraciones de cono-cimiento y poder particular al igual que el control de poblaciones, [6], [9] y [14].

Así, el estudio de los SIG y la sociedad es esencial para maximizar los beneficios a través de todos los segmentos de la sociedad, identificar y limitar las consecuencias indeseables, y dirigir el desarrollo de nuevas tecnologías de información geográfica que sean relevantes y útiles para todos los miembros de la sociedad, [9].

4.1 inFLUenCiA de LA CULtURA en LA AdoPCiÓn Y USo de LoS SiG

La cultura no solo constituye la esencia o identidad de un grupo social, sino que también influencia la construc-ción social de tecnología. Entonces, la “conveniencia cultural” constituye una fuerza que atrae el uso de la tecnología dentro de su contexto social receptor, mien-tras que la “viabilidad cultural” influencia la velocidad y extensión de acuerdo a la cual la tecnología puede ser difundida y aplicada efectivamente, [2].

Así, De Man y van den Toorn, [2], se enfocaron en el estudio de cuatro aspectos culturales que generan diferencias dentro de las naciones: Distancia de poder (PD), evasión de la incertidumbre (UA) masculinidad versus feminidad (MAS), e individualismo versus co-lectivismo (IDV).

De esta manera, la distancia de poder (PD) se refiere a las formas como la cultura se acomoda a la inequidad humana. Culturas de gran PD son jerárquicas, autorita-rias y elitistas, mientras que culturas de pequeño PD son organizaciones planas con valor a la participación. Así, culturas de gran PD probablemente prefieren operar bajo una base de “necesidad por conocer” como parte de una visión de poder enfocando los SIG como un refuerzo en el manejo, [2].

Por otro lado, la manera en que las culturas se acomo-dan a la incertidumbre (UA), es fuerte cuando se toman pocos riesgos, la innovación es mínima y hay extensivas instituciones para brindar seguridad y estabilidad. En contraste, culturas débiles en UA son innovadoras, creativas, y tolerantes de las diferencias en puntos de vista y comportamiento. Entonces, culturas con fuerte UA pueden tener una aceptación positiva de las propiedades controladoras y conservativas de los SIG, adoptando tecnologías que contribuyan a la seguridad y

42


estabilidad. Situación contraria sucede con las culturas débiles en UA las cuales aplican las tecnologías en nuevas situaciones y desafíos, [2].

Otro aspecto cultural de importante análisis en la im-plementación de los SIG es la masculinidad versus la feminidad, encontrándose que las culturas masculinas se basan en los logros y éxitos mientras que las cul-turas femeninas son cuidadosas enfatizándose en la calidad de vida y en el establecimiento de contactos y relaciones como valores sociales. Entonces, las culturas masculinas podrían buscar las tecnologías SIG por su capacidad para contribuir al éxito, frente a las culturas femeninas que apreciarían la capacidad de los SIG en el establecimiento de contactos y la construcción de relaciones, [2].

Finalmente, culturas individualistas están compues-tas de ciudadanos calculadores mientras que en las colectivistas los valores grupales son dominantes, [2].

Al hablar de la factibilidad en la introducción e imple-mentación del SIG desde el punto de vista cultural, podemos esperar que si la cultura de la organización corresponde con la más amplia cultura de la sociedad y si las funciones de la organización son culturalmente deseadas por la sociedad, la introducción del SIG en la organización será factible, [2].

Adicionalmente, se debe considerar otro aspecto den-tro de la cultura organizacional que puede influir en la implementación del SIG, el cual se refiere al ambiente operacional de la organización que al ser competitivo obliga a las organizaciones individuales a buscar y adoptar tecnologías innovadoras, [2].

A manera de conclusión en la Tabla 1 se muestra la influencia combinada de la conveniencia y factibilidad en la adopción y uso del SIG.

5. inFLUenCiA de LoS FACtoReS BURoCRÁtiCoS Y oRGAniZACio-nALeS en LA AdoPCiÓn deL SiG

La adopción potencial de una nueva tecnología, tal como un SIG, representa un serio tratamiento al status

quo de muchas organizaciones lo cual puede dar como resultado que esta adopción esté sujeta a una fuerte resistencia por parte de los miembros de la organización haciendo necesaria la existencia de herramientas como la anteriormente mencionada acerca de la congruencia de tareas, [5].

Así, la naturaleza burocrática de muchas agencias públicas y privadas influencia la adopción de algunas innovaciones. En este caso se asume que las organi-zaciones generalmente siguen principios burocráticos, los cuales están enfocados en la mejora de la eficiencia en las operaciones mediante herramientas de rutina y el establecimiento de procedimientos estándar, entre otros. De esta modo, la adopción de los SIG puede tener problemas al tratarse de herramientas que difieren de las manejadas tradicionalmente presentándose una tendencia de los profesionales a preferir métodos de análisis no geográficos basados en el uso de proce-dimientos estándar tradicionales de la organización, los cuales pueden no responder a las problemáticas actuales, [5].

Por otro lado, es importante que exista una compatibili-dad entre los actuales métodos y procedimientos frente a los propuestos (“congruencia de tareas”) ya que esto evita la resistencia que se puede presentar frente a la implementación de nuevas metodología que implicarían un gasto de tiempo además del esfuerzo necesario en la capacitación, [2].

FactibilidadCulturalmente conveniente o inconveniente

Adopción y uso del

SIGCongruen-

cia de tareas

Ambiente competitivo

Alta AltoConveniente +

Inconveniente +/-

Alta BajoConveniente

+/-Inconveniente

Baja AltoConveniente +/-

Inconveniente -

Baja BajoConveniente +/-

Inconveniente -

TABLA 1. Influencia combinada de la conveniencia y factibilidad en la adopción y uso del SIG, [2].

43


Entonces, el proceso de implementación de un SIG dentro de una organización depende de cómo esta ma-neje el cambio, para lo cual es importante comprender la justificación de este al igual que la creación de las condiciones para su implementación, [15].

6. diSPoniBiLidAd de LoS SiG PARA LA CoMUnidAd

La disponibilidad de los SIG está gobernada por consi-deraciones financieras y por la habilidad para adquirir y mantener el hardware y software apropiado, además de la competencia técnica disponible localmente y las destrezas geográficas y técnicas necesarias para hacer uso de los SIG; asimismo, es importante la dis-ponibilidad de datos, regularmente dependiente de la transparencia de las agencias del gobierno y la libertad en las regulaciones de información, [6].

6.1 ModeLoS de diSPoniBiLidAd de LoS SiG

6.1.1 diMenSioneS en LoS ModeLoS de diSPoniBiLidAd de LoS SiG

Se tiene que los modelos para hacer los SIG disponibles en las organizaciones de la comunidad pueden ser diferenciados dentro de cinco dimensiones interrelacio-nadas: las estructuras de la comunicación conectando a las organizaciones comunitarias con las facilidades de los SIG; la naturaleza de la interacción con los SIG; la accesibilidad física de los SIG a la comunidad; los participantes envueltos en hacer la tecnología disponi-ble; y las ramificaciones éticas y legales (Tabla 2), [6].

Las ventajas y desventajas modelos de disponibilidad de los SIG están basadas principalmente en dos aspectos: la flexibilidad y sensibilidad a las necesida-

TABLA 2. Dimensiones de los modelos de disponibilidad de los SIG, [6].

Dimensiones Atributos Características

Estructuras de comunicación

Nodos independientes Cada organización opera su propio SIG en relativo aislamiento.

Conectividad radial Uso de los SIG se centra en el uso separado de facilidades comunes.

Conectividad de red Comunicación directa entre las organizaciones para conocer el diferente uso de los SIG.

Naturaleza de la interacción con los SIG

Uso no directo

Uso pasivo Disponibilidad de mapas y bases de datos por procedimientos estandarizados de SIG

Uso activo Usuarios libres de desarrollar sus propias operaciones

Uso proactivo Usuarios pueden incluir datos propios y beneficiarse de tecno-logías de información más apropiadas

Ubicación geográfica de los SIG

SIG “en casa” Acceso local en la comunidadVirtual (SIG basados en la Web) Acceso virtual sobre las redes de informaciónSIG remoto Acceso remoto donde se hace necesario salir de la comunidad

Participantes de los SIG

Agencias locales y no locales

Estos actores tienen sus propios intereses que pueden afectar la respuesta de los SIG.

ONGsIndustria privadaInstituciones educativasParticipantes dentro de la comunidad

Aspectos éticos y legales

Propiedad/responsabilidad de las bases de datos espaciales ¿Quién tiene esa propiedad/ responsabilidad?

Acceso a la información ¿Las comunidades tienen acceso a la información?Aspectos de privacidad y vigilancia Potencial de abuso de los SIG a la privacidadControl para el apropiado uso de los SIG Protección frente actividades no éticas relacionadas a los SIG

44


des de la comunidad y, segundo, las dificultades de implementación y mantenimiento del SIG (Tabla 3), [6].

Entonces, la flexibilidad y sensibilidad al contexto y necesidades particulares de las diferentes organiza-

TABLA 3. Modelos de disponibilidad de los SIG.Características Ventajas Desventajas

SIG basados en la comuni-

dad

• Nodo independiente• SIG en casa• Organizaciones de

vecinos

• Hechos a medida de las necesidades locales.• Directamente disponibles.• Permite monitoreo directo.• Permite respuesta rápida y flexible • Potencial para el trabajo basado en la

comunidad.

• Dificultades en la consecución de fondos.• Dificultades a largo término en el mantenimien-

to del SIG. • Requiere destreza tecnológica.• Duplicación de esfuerzos innecesarios en

comunidades.

Asociaciones comunidad-Universidad

• Estructura radial de comunicación

• Fácil acceso a los expertos en SIG y datos.• Pueden ser hechos en respuesta a necesida-

des de la comunidad.• Costos menores.• Posibilidad de mejorar la comunicación e

interacción.

• La universidad tiene capacidades limitadas.• Diferencias entre agendas de la universidad y

de la comunidad.• Los estudiantes/facultad pueden no entender

completamente necesidades de la comunidad.• La ayuda de la universidad puede no estar

disponible.• Carencia de responsabilidad a largo plazo de

la universidad.• Duplicación de esfuerzos en la comunidad.• Dificultad para envolver directamente a los

miembros de la comunidad en el análisis

Facilidades de acceso público

a los SIG en universidades y

librerías

• Estructura radial de comunicación.• Uso pasivo a proactivo.• Participantes: Comunidad,

organizaciones y agencia que proporciona fondos.

• Los miembros de la comunidad pueden tener acceso directo a los SIG y bases de datos, y a la asesoría de expertos.

• Menor costo para las organizaciones de la comunidad.

• Reducción de esfuerzos• Recursos a largo término

• Análisis limitado al conjunto de datos disponi-bles públicamente.

• Uso requiere viajar fuera de la zona y es limita-do a los momentos en los que las facilidades están abiertas

Salones de mapas “Map

rooms”

• Conectividad radial.• No hay una interacción

directa con el sistema.• Agencias locales y no

locales principales participantes

• Relativamente fácil disponibilidad de datos.• Se paga por lo que se necesita, no requiere

inversión previa

• Limitada a la base de datos de la agencia de gobierno.

• Uso limitado y requiere viajar a la zona de disponibilidad.

• Los servicios disponibles reflejan las priori-dades de las instituciones que mantienen el salón de mapas.

• Asesoría limitada respecto a la utilidad de los mapas dentro de un contexto específico.

Servidores de mapas en

Internet

• Método equitativo para la distribución de infor-mación.

• Uso pasivo o activo.• Principales participantes:

agencias que diseñan el sitio Web.

• Interacción virtual

• Permite acceso directo a los datos espaciales.• Potencial para las interacciones en 2 vías

• Depende de la capacidad computacional de la organización.

• Capacidad limitada para manipular datos de acuerdo a necesidades específicas.

• No acceso a expertos externos para la interpretación de datos y mapas.

El centro de SIG de la zona

• Estructura de comunica-ción de red.

• Uso proactivo.

• Proporciona economías de escala en términos de expertos y recursos.

• Operación continua no depende de las organizaciones.

• Respuesta a las necesidades de la comunidad.• Promueve la colaboración entre las organiza-

ciones.

• Requiere colaboración en el avance de la implementación de SIG.

• Deben asegurarse fondos externos.• Conflictos entre las organizaciones de la zona

pueden reducir la efectividad.

45


ciones es importante si se tiene en cuenta que estas últimas son altamente heterogéneas; de este modo, la flexibilidad y sensibilidad dependerán de la facilidad de uso, la presencia de barreras geográficas o sociales que reduzcan el acceso a los SIG; y al grado en el cual el usuario puede interactuar directamente con el SIG. Lo anterior influencia la capacidad de un uso del SIG am-pliamente participatorio e inclusivo, [6], contribuyendo así al incremento de los beneficios y a la equidad en el acceso a la información espacial, [9].

Por otro lado, las dificultades en la implementación y mantenimiento se refieren a los costos monetarios y no monetarios del desarrollo y uso de los SIG para las organizaciones comunitarias. La falla en un plan de mantenimiento, resulta en tecnologías que no son usadas después de que estas se han hecho disponibles; esto es un desafío para aquellas organizaciones que cuentan con recursos financieros y humanos limitados al igual que cambiantes, [6].

7. USo de SoFtWARe LiBRe CoMo UnA ALteRnAtiVA

Se tiene como uno de los mayores factores limitantes frente a la implementación de un SIG, la disponibilidad de recursos financieros lo cual puede llegar a limitar en ocasiones la adquisición de licencias de productos comerciales, [16].

Es entonces, donde se considera a los software libres de SIG como una buena alternativa que, además de mi-nimizar los costos, permite al usuario tener fácil acceso a estos programas (dada su distribución vía Internet) evitando la dependencia al software comercial, [17], [18] y [19]. De igual forma, estos programas al presentar código abierto, hacen que el usuario cuente con la po-sibilidad de realizar adaptaciones del programa según sus necesidades lo cual es una clara ventaja frente al software comercial que mantiene oculto el código de las diferentes herramientas implementadas, [20].

Por otro lado, los expertos encargados del desarrollo del software comercial son, generalmente, menos que aquellos que pertenecen al equipo de generación de software libre quienes a su vez tienen unas motiva-

ciones personales puestas en el trabajo generando así posibles mejores resultados, [20]. Además de la inherente inclusión del usuario en todas las etapas de desarrollo e implementación de la tecnología como co-desarrolladores (cuya importancia fue mencionada anteriormente).

Sin embargo, una de las dificultades en la adopción de software libre como GRASS se da por la presencia de un interfaz no muy amigable además de su complejidad de uso, [16], lo cual, como se discutió anteriormente, puede dificultar su implementación de forma generalizada.

De igual forma, la adopción exitosa de un SIG libre requiere del uso de varios modelos de disponibilidad de esta tecnología (expuestos anteriormente), donde haya un complemento entre la administración pública como incentivadora del uso de software libre, las empresas como demandantes de profesionales del perfil del uso de software libre y las universidades como entes en-cargados de la mejora en la investigación, producción de profesionales libres de marcas y adicionalmente la generación de soporte como parte de una metodología que contrarreste una de las mayores limitantes de los SIG, dificultad en la comprensión de su uso (Figura 1), [19].

8. iMPLeMentACiÓn de gvSiG

A finales de 2002 la “Consejería de infraestructura y transporte de la generalidad valenciana” comienza un proceso de migración a sistemas abiertos bajo Linux de

FIGURA 1. Implementación exitosa del software libre, [19].

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todos sus sistemas informáticos incluyendo los SIG. Así, se hizo una investigación inicial que tomó en cuenta el software propietario y sus herramientas y las comparó con las del software libre, encontrando que no existía un software libre lo suficientemente avanzado para la migración de software propietario; entonces, se desarro-lló un proyecto para la generación de un SIG portable, de código abierto, sin licencias e interoperable, [21].

Para el desarrollo de este SIG, gvSIG, se contó con la participación de la “Generalidad valenciana” como impulsora del proyecto, Universidad Jaume como coordinadora y supervisora e IVER Tecnologías de la Información como la empresa encargada del desarrollo del proyecto, [21].

Entonces, el proyecto gvSIG busca realizar investiga-ción, desarrollo e innovación al igual que plantear solu-ciones tecnológicas acorde a las necesidades sociales, garantizando la libertad de elección y la independencia tecnológica propia del software libre, [22].

En línea con su política abierta, gvSIG cuenta con un modulo de traducción que tiene disponible una multitud de idiomas, lo cual se considera clave para afrontar con mayor éxito la expansión internacional de gvSIG, [22].

9. ConCLUSioneS

La implementación efectiva de los SIG, como toda tec-nología, requiere de la correcta integración de diferentes factores a nivel técnico, operacional, económico, socio-cultural y burocrático. De esta forma, no solo se deben considerar factores técnicos y operacionales tales como la presencia de datos con calidad, visión a largo plazo y el servicio de soporte al consumidor; sino que también es importante realizar una evaluación de la viabilidad económica del SIG que justifique su financiación con base a la situación del mercado.

Por otro lado, se tiene que así como una tecnología como los SIG tiene influencia en la sociedad, está última también es una moldeadora de la primera. De este modo, aspectos culturales como la distancia de poder (PD), evasión de la incertidumbre (UA) masculinidad versus feminidad (MAS), e individualismo versus colectivismo

(IDV), definen la conveniencia y viabilidad de una tecno-logía permitiendo el desarrollo de aquellas tecnologías acordes a las expectativas culturales de la sociedad.

A nivel burocrático se debe considerar la dificultad que puede representar la implementación de una tecnología al tratar el status quo de una organización haciendo que no sea tan sencillo realizar cambios drásticos a nivel de metodologías y procedimientos.

Finalmente, la implementación de los SIG requiere del uso de modelos de disponibilidad que integren diferen-tes entidades tanto públicas como privadas con el fin de generar SIG flexibles y sensibles a las necesidades de la comunidad. Un ejemplo de lo anterior es el uso del software libre el cual requiere de la administración pública como incentivadora del uso de software libre, las empresas como demandantes de profesionales del perfil del uso de software libre y las universidades como entes encargados de la mejora en la investigación.

10. BiBLioGRAFíA

[1] LONGLEY, Paul; GOODCHILD Michael; MAGUI-RE, David and RHIND David. 2005. “V Mana-gement and Policy”. p. 383-487. En: LONGLEy, Paul, GOODCHILD Michael, MAGUIRE David y RHIND David. Geographical Information Systems and Science. 2 ed. John Wiley & Sons Inc. p. 537.

[2] DE MAN W., Erik. and VAN DEN TOORN, Willem. 2002. “Culture and the adoption and use of GIS within organizations”. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation (No.4). p. 51–63.

[3] GILFOYLE, Ian and THORPE, Peter. 2004. “Chap-ter 6. Approaches to GIS justification, selection and implementation”. In: GILFOyLE, Ian and THORPE, Peter. “Geographic information ma-nagement in local government”. CRC Press. p. 75-88.

[4] ROVIRA, Jordi. 2004. “El éxito en la gestión de pro-

yectos GIS”. Autocad magazine (93), p. 46-48.

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[5] OBERMEYER, Nancy. 1995. “Chapter 4: bu-reaucratic factors in the adoption of GISs”. En: OBERMEyER, N. Managing geographic information systems. The Guilford Press. First edition. p. 226.

[6] CRAIG, William J.; HARRIS, Trevor and WEI-NER, Daniel. 2002. “Community Participation and Geographic Information System”. Editorial Taylor & Francis. p. 383.

[7] JOSEPH, Edwin. 2004. “Factors affecting GIS adoption by extension officers: A Trinidad case study. Caribbean GIS conference”. In: http://training.esri.com/campus/library/Bibliography/RecordDetail.cfm?ID=58778.

[8] MORANT, Teresa; MARTIN, Moisés; JANSSON, Pino; RUBIO, Enrique y NUÑEZ, Amparo. 2005. “Bases para el éxito del SIG corporativo: aportaciones desde el ámbito de la gestión del conocimiento”. p. 14.

[9] UCGIS. “GIS and Society”. In: http://www.ucgis.org/priorities/research/research_white/1998%20Papers/soc1.html. 1998.

[10]. WYATT, Peter and RALPHS, Martin. 2003. “GIS in Land and Property Management”. Taylor & Francis Routledge. p. 390.

[11] DOUGLAS, Bruce. 2008. “Achieving Business

Success with GIS”. John Wiley & Sons Ltd. p. 168.

[12] LONGLEY, Paul and GOODCHILD, Michael. 2002. “Chapter 18: operational aspects of GIS”. In: LONGLEy, Paul and GOODCHILD, Michael. Geographic information systems and science. p. 397- 412.

[13] COLL, Eloína; MARTÍNEZ, José Carlos and SANZ, Jorge. 2006. Serving cartography raster data in internet, a perfomance study. Procee-dings: 9th AGILE Conference on Geographic Information Science, Visegrad (Hungary).

[14] KWAN, Mei - Po. 2002. “Feminist Visualization: Re - envisioning GIS as a method in feminist geo-graphic research”. Annals of the Association of American Geographers (No. 92- 4), p. 645-661.

[15] VERNON, Richard. 2001. “Knowing Where you’re Going: Information systems for agricul-tural research management”. The international service for national agricultural research, The Netherlands. p. 381.

[16] JIMÉNEZ, José Antonio.; AGUILERA, Mª Jesús y MEROÑO DE LARRIVA, José Emilio. 2005. “Alternativas de software libre a los sistemas de información geográfica comerciales”. Universi-dad de Córdoba. p. 10.

[17] NETELER, Markus and MITASOVA, Helena. 2005. Open source GIS: A GRASS GIS appro-ach. Second edition p. 417.

[18] CHEN, Daoyi; SHAMS, Shahriar; CARMONA - MORENO, C. and LEONE, Andrea. 2010. “Assessment of open source GIS software for water resources management in developing countries”, Journal of hydro - environment research. p. 30.

[19] MOGOLLÓN, Alexander. 2010. Comunicación personal. Experto en la conceptualización, diseño e implementación de sistemas de infor-mación geográfica, SIG, siguiendo estándares tecnológicos Open Geospatial Consorcium e ISO 19100.

[20] BARIK, R. K.; SAMADDAR, A. B. and GUPTA, R. D. 2008. “Investigations into the efficacy of open source GIS software”. En: http://www.gisdevelopment.net/technology/emerging/mwf09_Barik.htm.

[21] ANGUIX, Álvaro A. 2005. “gvSIG: Creación de un SIG open source”. En: “Semana de la geomá-tica”, Barcelona, p. 5.

[22] PORTAL gvSIG. 2010. En: http://www.gvsig.org/web/.

ReSUMen

El tema de la arborización en las ciudades, se hace cada vez más frecuente como parte de una estrategia genera-lizada que busca concientizarnos del cuidado del medio ambiente, de la necesidad de contar con pulmones verdes en medio de las cada vez más pobladas áreas urbanas, de rescatar la importancia de su manejo, su trascendencia y poder interactuar con el ecosistema de una manera positiva y constructiva. Pero además del aspecto ambiental, también surgen otros temas de discusión en torno a la arborización, tales como su incidencia en la planificación de las ciudades, en la movilidad urbana, en la seguridad vial y también en los posibles daños que puedan generar los árboles en la infraestructura física debido a una selección incorrecta de las especies arbóreas a la hora de su siembra. Este artículo va dirigido a la comunidad en general y en especial a los profesionales que de una u otra manera intervienen en la planificación del espacio urbano, creando en ellos conciencia sobre la importancia que tiene el árbol, como elemento integrante del paisaje.

Palabras clave: arborización, planificación urbana, espacio público, perfil vial, densidad de copa, ecosistema, infraestructura física, paisaje.

eLÁRBOL:eLeMeNTOeSTRUCTURANTeeNLAPLANeACIÓNURBANA

THeTRee:eLeMeNTSTRUCTURANTINURBANPLANNING

Por:[email protected] GustavoAdolfoÁ[email protected]

______________

Recibido para evaluación: Abril15de2010. Aprobado para publicación: Junio1de2010

1 Arquitectos,EspecialistasenIngenieríadelaConstrucción.ProfesoresDepartamentodeConstrucción.FacultaddeIngenieríaCivil.UniversidaddelCauca.

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ABStRACt

The theme of the arborization cities is becoming increasingly common as part of an overall strategy that seeks to raise awareness of environmental stewardship, the need for green spaces amid the increasingly crowded urban areas, to rescue the importance of its management, its transcendence, and interact with the ecosystem in a positive and constructive. But besides the environmental aspect also raises other issues of discussion about tree planting, such as its impact on city planning, urban mobility, road safety and the possible damage that can generate the trees in physical infrastructure by a incorrect selection of tree species at the time of sowing. This article refers to the community in general and especially to professionals in one way or another involved in the planning of urban space, creating in them awareness of the importance of tree, as a component of the landscape.

Key Words: greening, urban planning, public space, road profile, crown density, ecosystem, physical infrastructure, landscape.

1. intRodUCCiÓn

Desde el punto de vista urbano, los árboles tienen una enorme capacidad configuradora y ordenadora de los espacios en que se encuentran, ya sea ocu-pando su volumen y definiendo vacíos con formas y tamaños diversos, cubriéndolos total o parcialmente con copas altas, fragmentándolos con ramas y co-pas bajas, o demarcándolos cuando se disponen aislados.

En la arquitectura urbana permiten una mejor definición de los espacios, rompen con la monotonía del paisa-je, dan sensación de profundidad, crean ambientes aislados y tranquilos, protegen y constituyen focos de atracción visual gracias a sus múltiples formas, volú-menes, sombras y colores.

En los proyectos de movilidad urbana y seguridad vial, el árbol se considera como elemento paisajístico de gran impacto dentro del espacio público, ya que incide en la delimitación de áreas, la permeabilidad visual, la seguridad de conductores y peatones, entre otras.

Este documento presenta los principales factores de incidencia de la arborización en las ciudades desde el punto de vista arquitectónico y de ingeniería; además da a conocer las consideraciones físicas, ambientales y contextuales necesarias a tener en cuenta en el mo-mento que se decide sembrar un árbol y sus efectos en el entorno inmediato.

2. eVoLUCiÓn en eL MAneJo deL ÁRBoL CoMo CoMPonente in-teGRAL deL PAiSAJe URBAno

La preocupante desaparición y la no propuesta de espacios públicos arborizados como parques, plazas, avenidas, separadores y zonas recreativas, representa una de las situaciones que exige de todas aquellas entidades y personas que conscientemente buscan la conservación y el adecuado manejo de los recursos naturales, la implementación de acciones efectivas encaminadas a detener esa conducta que atenta contra la integridad del medio ambiente.

Del cuidado y uso racional que se haga de la vege-tación dependerá el entorno natural que nos rodee. Los espacios públicos y zonas verdes de la ciudad son ambientes con características particulares, que reflejan en ciertas ocasiones la historia y costumbres de las ciudades, hasta llegar a convertirse en hitos que definen la identidad de sus habitantes.

De la misma manera, el deterioro progresivo de estos espacios arborizados compromete dichos lugares des-truyendo su imagen, su estética y su función, afectando no solo la infraestructura física del entorno, sino también la salud de las demás especies que ahí se encuentran.

Esta serie de hechos conducen a que en las últimas décadas del siglo XX, surgiera en Colombia la preocu-pación por el manejo de la vegetación urbana, la cual hasta ese entonces se venia desarrollando de una

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manera inadecuada y un tanto experimental, debido al desconocimiento de las especies arbóreas y sus características físicas que traían como consecuencia el deterioro rápido de la especie y del lugar en el que se encontraba.

Los claros cuestionamientos que desde los años cincuen-ta se dan al desarrollo urbano, dejan ver la inadecuada utilización que se le ha dado a la vegetación como ele-mento fundamental de la planificación de la ciudad, [1].

En el artículo “Paisajismo y ecología del paisaje en la gestión de la arborización de calles”, [2], se cuestiona el hecho de que aunque la ordenación territorial a tra-vés de sus planes y acciones, afecta el paisaje visual permanentemente, sigue sin incorporarlo de manera efectiva como recurso, como valor paisajístico. Solo recientemente empieza a considerarse la calle y sus árboles con objetivos ambientales. No obstante, las ciudades carecen de una zonificación del territorio en función de sus características paisajísticas, o bien, de una identificación de zonas especialmente sobresalien-tes desde un punto de vista visual, como referente en el desarrollo urbanístico.

Por fortuna para la humanidad, las reflexiones, análisis y propuestas aumentan, con una racionalidad más respetuosa con el medio ambiente integrándolo así a la cotidianidad del hombre. En tal sentido, encontramos por ejemplo, cómo los actuales Planes de Ordenamien-to Territorial (POT) empiezan a incorporar el concepto de Estructura Ecológica Principal (EEP) como elemento fundamental en la planeación de las ciudades, incluyen-do parques, rondas hídricas y ecosistemas.

En consecuencia, los criterios de selección de especies para la arborización urbana, tienden a ser cada vez menos ornamentales y más funcionales en la prestación de algunos servicios ambientales, como la producción de sombra o la reducción de la contaminación, o de tipo técnico, como la utilización de especies según sus características físicas, con el fin de reducir la frag-mentación de los ecosistemas y mitigar los efectos y consecuencias de una desordenada planeación.

Al observar el desarrollo paisajístico de algunas ciuda-des del país como Bogotá, Medellín y Bucaramanga,

sobresale en ellas su especial interés por los temas de espacio público y arborización. La transformación de ciudades como Bogotá, ha dado paso a la recuperación del espacio público y sus zonas verdes, siendo esta una de las banderas que han liderado poco a poco las últimas administraciones locales y la ciudadanía en general. En este sentido, y durante la administración del alcalde Jaime Castro, la Oficina de Planeación crea el documento “Cartilla del Espacio Público”, [3], concebido como una carta de navegación urbana en respuesta al proceso de renovación y ordenamiento de la ciudad de Bogotá, asumiendo de esta manera la conciencia sobre la necesidad imperiosa de contar con un plan maestro a largo plazo, que defina políticas concretas y eficientes en la planeación de la ciudad.

La “Cartilla del Espacio Público” busca formular una política única, global e integral sobre el espacio públi-co en Bogotá, reivindicándolo como un bien común, inalienable y prevalente sobre el interés privado; reúne las normas técnicas, disposiciones normativas, espe-cificaciones de diseño y detalles constructivos, a fin de unificar y regular las múltiples intervenciones que a diario se suceden en las áreas públicas de la ciudad.

Otro ejemplo interesante lo encontramos en la ciudad de Medellín, reconocida por su potencial paisajístico y ecológico representado en el relieve y la arborización de sus calles, avenidas y parques, lo cual permite cualificar a Medellín como una ciudad “verde”.

En Medellín el árbol, desde años atrás, se ha consi-derado como elemento natural integrante de la cultura paisa. En muchos casos, sus pobladores han sembrado árboles en patios interiores y antejardines; disfrutan de su presencia y lo convierten en una pieza estructurante del paisaje urbano, a tal punto que se constituye en uno de los indicadores de los aspectos vitales y sociocultu-rales de la ciudad.

La importancia paisajística, social y ambiental de Me-dellín está dada además por la vegetación arbórea de andenes, avenidas y separadores lo que enfatiza los espacios lineales en el verde urbano, su biodiversidad, densidad, longitud y continuidad como aporte estraté-gico a su valor paisajístico y su cualidad panorámica impactante desde toda visual.

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En el caso de Bucaramanga, esta ciudad es claramente reconocida como la Ciudad de los Parques; cuenta con numerosos parques en su área metropolitana, además de diversas rondas hídricas y ecosistemas naturales. Desde los puntos de vista ornamental y ambiental, Bu-caramanga posee una arborización urbana impactante, puesto que cuenta con una amplia variedad de especies de árboles, y un sin número de parques y avenidas en donde crecen en todo su esplendor.

Los parques hacen parte de la cultura e identidad de los bumangueses quienes han apropiado las zonas verdes como zonas de estar que buscan el mejoramiento de la calidad de vida para el ciudadano. Una ciudad generosa con las áreas verdes que refleja el profundo respeto por el medio ambiente y amor por la naturaleza.

De los tres casos anteriores, podemos deducir la indu-dable relación que existe entre el paisaje natural y la identidad que éste imprime a una determinada ciudad. Los árboles como elementos componentes y estruc-turantes de dicho paisaje, poseen la suficiente fuerza para caracterizar y singularizar una ciudad o región.

3. ConSideRACioneS FíSiCAS deL ÁRBoL

Una vez contextualizado el árbol como elemento inte-grante del espacio público urbano, se estudiarán las características físicas que se deben estimar al momento de su selección; generalmente los espacios arborizados tienden a deteriorarse debido a una selección equivoca-da del árbol y a la falta de precauciones técnicas para evitar los efectos; comprometiendo además la vida o desarrollo de las especies implicadas, al desconocer sus características físicas y biológicas, las cuales son cambiantes hasta alcanzar su madurez. Los daños más frecuentes en este sentido son los causados por ramas y raíces, deterioro y deformación, trasplantes improvisados, etc., [4].

Es importante armonizar los conocimientos arquitectó-nicos y urbanísticos con los técnicos, para determinar la tipología adecuada de especies según el espacio a sembrar. A continuación se tratarán las características físicas del árbol, haciendo énfasis en las partes que

lo componen, según se observa en la Figura 1 y su incidencia directa o indirecta en el entorno inmediato.

3.1 HoJAS

El conocimiento de las hojas y su ubicación dentro de las ramificaciones secundarias, es útil para la identi-ficación de las especies arbóreas y también para su selección con criterios estéticos y de funcionalidad.

Un primer aspecto que se debe conocer, es la forma cómo renueva el árbol su follaje, lo cual determina si es de hoja perenne o caduca. Un árbol de hoja perenne cambia el follaje lentamente siendo este cambio im-perceptible, sin generar mayores afectaciones en su entorno. Un árbol caduco renueva su follaje en menos de un año ó constantemente; por ello se debe evitar su proximidad a edificaciones, porque sus hojas al caer, podrían obstaculizar las canales de evacuación de aguas lluvias o, en el caso de las piscinas, las hojas podrían afectar su limpieza. De otra parte, este tipo de especie se recomienda en zonas de contaminación industrial y urbana ya que por sus condiciones de re-novación, puede resistir tal impacto y de paso contribuir como elemento purificador del ambiente.

Un segundo aspecto a mencionar es la caracterización del árbol según la forma y el ancho de su copa:

FIGURA 1. Partes de un árbol.

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3.1.1 Forma de la copa

Indica la forma general del árbol substrayéndola a for-mas geométricas, aunque de manera subjetiva. Algunas de las formas que podemos encontrar en los árboles se ilustran en la Figura 2.

La Figura 3 indica cómo la forma de la copa nos puede determinar, entre otras cosas, si se permite o no el paso por debajo de ella, teniendo en cuenta las carac-terísticas del tronco con respecto a la proporción de la copa. Esta consideración es importante para que no se presenten obstrucciones visuales y de movilidad en la medida que el árbol alcance su madurez.

3.1.2 Ancho de la copa

Es la proyección sobre el terreno, de la copa del árbol en su parte más ancha, la cual refleja generalmente un círculo que determina su diámetro.

Según el ancho de su copa, los árboles se clasifican así:

• Árboles de diámetro pequeño: Menores de 3.0 metros.

• Árboles de diámetro mediano: Entre los 4.0 y 7.0 metros.

• Árboles de diámetro grande: Mayores de 8.0 metros.

El diámetro del árbol y la densidad de su copa están directamente relacionados con la proyección de sombra que refleja, teniendo en cuenta sus hojas y ramas se-cundarias, [4]. Con respecto a la densidad se presentan tres categorías tal como se muestra en la Tabla 1.

• Ligera: De entrenudos largos que permiten que la luz penetre con facilidad.

• Media: La copa presenta secciones en los que la luz no pasa fácilmente.

• Densa: Copas muy frondosas.

La incidencia de la densidad de un árbol en su entorno está relacionado básicamente con:

• Clima: En espacios arborizados, la densidad del árbol puede modificar la temperatura ambiente bajo la copa, en la medida que permita el paso de la luz solar. En climas cálidos se deben utilizar árboles de copa densa para bajar la temperatura y crear efectos de microclima favorables para el disfrute y aprovechamiento de los espacios. Por el contrario, la agrupación de árboles de copa densa en climas fríos y lluviosos se deben emplear con cuidado debido a que pueden incrementar la humedad de su entorno y afectar las opciones de uso bajo ellos.

• Barrera: La densidad del árbol puede favorecer las condiciones de aislamiento acústico y visual,

FIGURA 2. Formas de la copa.

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mejorando el hábitat y confort en la utilización de los espacios, al proteger la edificación de ruidos fuertes y visuales no deseadas; aspecto que se puede considerar en los casos de cerramiento, empleando arborización densa a manera de grupos ó hileras.

• Viento: En zonas de presencia de vientos fríos y fuertes los árboles de ramaje resistente y de porte alto pueden minimizar y desviar las corrientes de aire, mejorando de esta manera las condiciones del entorno.

3.2 tRonCo

La incidencia del tronco en las características generales de un árbol, está relacionada básicamente con la altura, respecto al terreno, a la cual se bifurca su ramaje; según lo cual podemos obtener la clasificación que se ilustra en la Figura 4.

De acuerdo con esta clasificación, se puede definir la conformación del espacio según el uso requerido

sin que sea necesario modificar la estructura natural de la misma. Por ejemplo, si se requiere arborizar un espacio peatonal, se deben seleccionar espe-cies que se bifurquen a cierta altura, de tal manera que el tronco no interfiera en el normal tránsito por debajo de la especie.

En este mismo sentido, los árboles que se bifurcan a ras del suelo, se pueden aprovechar en zonas verdes como elementos aislados sin que interfieran en áreas de tránsito.

De otra parte, el tamaño de un árbol está relacionado con la altura a la cual puede llegar en su etapa de máximo desarrollo y se identifican de la siguiente forma:

• Árboles pequeños: Menores de 6 metros de altura.• Árboles medianos: Entre los 6 y 15 metros de altura.• Árboles grandes: Mayores de 15 metros de altura.

3.3 RAíCeS

La raíz es generalmente la parte subterránea del árbol que tiene por función proporcionar el anclaje de la especie al suelo, además de absorber y almacenar nutrientes. El aire del suelo está relacionado con la absorción de agua y minerales y contiene el oxigeno necesario para la respiración de las raíces; la poca ai-reación afecta el crecimiento de la raíz y puede causar la muerte del árbol.

En algunos árboles, la profundidad de la raíz es con frecuencia de mayor longitud que la parte aérea del tallo. Las raíces de los árboles penetran a varias pro-fundidades según la estratificación del suelo. Hay que tener en cuenta que si el suelo es muy malo o tiene poca profundidad (frecuente en ciudades), los árboles desarrollan raíces más superficiales.

FIGURA 3. Efectos de la ramificación en la movilidad.

TABLA 1. Relación entre la copa de un árbol y la sombra que proyecta.

Densidad Ligera Media Densa

Copa Ø 2-4 m Ø 4-6 m Ø > 6 m Ø 2- 4 m Ø 4-6 m Ø > 6 m Ø 2- 4 m Ø 4-6 m Ø > 6 m

Sombra

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En la medida que se desconozca su desarrollo radi-cular, la tipología de la raíz puede afectar el entorno inmediato, ocasionando alteraciones significativas como por ejemplo, rompimiento de andenes y pavimentos, apoderamiento de tuberías, obstaculización de circula-ciones, entre otras. La Figura 5 muestra los diferentes tipos de raíces, los cuales son fundamentales conocer previamente a la selección y siembra del árbol.

• Raíz pivotante: Cuando la raíz principal está más desarrollada que las secundarias, lo que permite dar mayor estabilidad y anclaje al árbol. Al inicio de su crecimiento, la mayoría de los árboles tienen la raíz de este tipo.

• Raíz fasciculada: No tienen una raíz principal; todas presentan más o menos el mismo grosor.

• Raíz Horizontal: Posee un sistema radical bien desarrollado, no muy profundo, pero sí extendido. Tiende a hacerse superficial, buscando la parte

del suelo más aireada y donde, en condiciones normales, se encuentran la mayor parte de los nutrientes.

• Raíz aérea: Son aquellas que brotan del tronco en forma de arco y se ramifican solo en el suelo sirviéndole de sostén al árbol, a manera de zancos.

4. MAneJo teCniCo de LA ARBoRi-ZACion en eL eSPACio PÚBLiCo

En este capítulo se harán recomendaciones sobre el manejo técnico de la arborización en los espacios públi-cos más comunes, como parques, separadores viales, andenes y perfiles viales, con el fin de establecer una serie de parámetros o guías para el uso adecuado de las especies arbóreas, previendo el aprovechamiento de las cualidades ornamentales, estructurales y bioló-gicas de los árboles.

FIGURA 4. Clasificación del árbol según su tronco.

FIGURA 5. Tipos de raíces.

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4.1 PARQUeS

El manejo de la arborización en este tipo de espacios, depende de las condiciones estéticas y funcionales del diseño paisajístico que se quiera lograr. De esta manera, las especies se pueden utilizar como grupos y macizos, pantallas, árboles como referencia, entre otros.

Algunas recomendaciones técnicas son las siguientes:

• Para las agrupaciones de árboles, las distancias de siembra están determinadas por el radio de la copa, independiente del porte que tenga el árbol. La distancia de siembra está determinada así: Tres veces el radio de la copa.

• Los macizos de árboles bajan la temperatura y elevan la humedad en su interior; aspecto que se acentúa por la densidad del follaje. En zonas de clima cálido se requieren densidades altas que disminuyan la temperatura ambiente. Por el contrario, no son recomendables en zonas frías, en las cuales es preferible emplear agrupaciones de árboles que sean de densidad media o baja.

• Para las agrupaciones y macizos se deben propo-ner árboles de la misma especie, ó utilizar árboles que puedan crecer y desarrollarse en sociedad con otros.

• Se debe utilizar especies que su ramificación empiece a una altura superior de 3.0 metros para asegurar la libre circulación por debajo de estos, y para evitar la poda permanente de ramas que interfieran el recorrido.

• Si se propone una barrera contra vientos se deben seguir las siguientes pautas: • Tener claro el área que se necesita proteger

del viento, para determinar la altura de los árboles y la longitud de la pantalla que se requiera.

• Las especies escogidas deben ser resistentes al viento y de follaje denso.

• Un macizo también ofrece protección contra el viento, pero en menor grado; Para ganar más área protegida se recomiendan los pla-nos poco profundos, de máximo dos hileras.

• Se debe conocer la dirección constante (pro-medio) del viento para trazar la barrera de forma perpendicular a esta.

• Si se proponen barreras acústicas se deben seguir las siguientes pautas:

• Localizar la fuente de emanación de ruido y ubicar la barrera cerca de esta, para evitar la formación de ondas reflectoras.

• Deben ser de doble fila y en zigzag para lograr mayor protección o reducción del ruido.

• No es necesario que el árbol sea alargado, pero sí de follaje denso y que ramifique a baja altura.

• Se puede jerarquizar un área del parque, al em-plear un árbol como referencia destacándolo como una “especie única” o un elemento escultórico y sembrándolo separado de los demás.

• Varios árboles también pueden ser una referencia si se manejan en agrupaciones como las palmas. Aunque una sola palma ubica y referencia un lugar, un grupo de 3 o 4 refuerzan y enfatizan esa intención.

• Se deben evitar las especies en las cuales la textura de su tronco represente peligro, como por ejemplo, que exuden látex venenoso o alguna otra característica que las haga tóxicas, ó que tengan espinas.

• Si se siembran árboles en la zona blanda y estos van a quedar muy cerca de la zona dura, se debe conocer y analizar el comportamiento de la raíz para determinar la distancia de siembra respecto a dicha zona y tomar las precauciones necesarias, como proponer contenedores de raíz.

• La distancia mínima de un árbol de raíz profunda a una zona dura, debe ser por lo menos 1m desde el borde exterior del alcorque. La distancia mínima para un árbol de raíz agresiva debe ser al menos del radio de la copa de dicho árbol, desde el tronco hasta el borde de la zona dura.

4.2 SePARAdoReS ViALeS

Un separador vial es una franja comprendida entre dos calzadas o vías, por lo general de sentido contrario; su función es la de evitar el cruce los flujos vehiculares en ambos sentidos.

En estos espacios se recomienda tener en cuenta los siguientes aspectos:

• Los árboles que se van a sembrar en los separado-

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res viales deben ser de tronco recto y ramificación alta, para evitar que estos puedan ser dañados por los vehículos y viceversa.

• Si se propone la conducción de redes eléctricas, telefónicas u otras a lo largo del separador, estas deben ser subterráneas, debido a que las redes aéreas pueden verse afectadas por el crecimiento o movimiento de las ramas de los árboles.

• En los separadores viales los efectos o soluciones que se pretendan conseguir deben estar bien definidos, de tal manera que sean contundentes y notorios, pero que al mismo tiempo no representen distracción o peligro para la movilidad peatonal y vehicular.

• Se debe conocer o determinar el ancho de la sec-ción del separador y la sección del perfil completo de la vía incluyendo los volúmenes a lado y lado, para determinar el porte del árbol que convenga usar.

• El ancho mínimo para un separador vial arborizado debe ser 1.60m. La interdistancia recomendada para la siembra será de 16m, siendo 10m el mínimo admisible.

• La distancia mínima entre el tronco del último árbol y el borde final del separador, debe ser entre 10-12m., para no obstaculizar la visibilidad del conductor.

• Hay que tener en cuenta las distancias mínimas de colocación del alumbrado público para vías vehiculares y peatonales y ajustar las distancias de siembra de árboles a estas medidas ya esta-blecidas, de tal manera que la especie escogida no interfiera en la iluminación.

• Se debe arborizar un separador vial con especies arbóreas resistentes a la contaminación vehicular y urbana, con el fin de asegurar su normal crecimiento y desarrollo.

• No se deben sembrar árboles frutales en estos espacios, debido al peligro que puede ocasionar el desprendimiento de sus frutos y sus efectos en vehículos y peatones.

4.3 AndeneS

Un andén es una franja longitudinal de la vía urbana, ubicada a los costados de ésta y destinada exclusiva-mente a la circulación de peatones, permitiendo su libre desplazamiento.

Algunas recomendaciones técnicas son las siguientes:

• No se recomiendan árboles de porte alto ni rami-ficación horizontal ya que pueden afectar redes y edificaciones cercanas.

• Por ser los andenes zonas duras, todos los ár-boles deben llevar: contenedor de raíz, alcorque y protector de árbol. El borde del alcorque debe ir preferiblemente junto al sardinel, para liberar el espacio transitable del andén.

• Para procurar el normal crecimiento del árbol, es necesario el uso de protectores como elementos de aislamiento, que permitan protegerlo de posibles acciones que generen su deterioro.

• La distancia de siembra en el sentido longitudinal del andén, está determinada por las condiciones climáticas, dependiendo si se quiere o no, permitir la entrada de sol ó crear áreas de sombra prolongadas.

• Las especies arbóreas seleccionadas deben rami-ficar a una altura mínima de 3.0m.

• La distancia mínima entre la esquina y el árbol debe ser 10m, tomados desde el borde externo del andén hasta el borde del alcorque.

• En ningún caso las copas de los árboles deben obstruir, ocultar o absorber la iluminación artificial que se realice sobre este espacio.

4.4 PeRFiLeS ViALeS

Un perfil vial es una sección o corte transversal de una vía, en la que se conjugan antejardines, andenes, franjas de protección ambiental, vías, separadores y su posibi-lidad de combinación. En este perfil aparecen todos los elementos artificiales y naturales que lo componen; la arborización como parte integral del perfil debe responder y articularse armónicamente con este entorno.

Un perfil varía de tamaño según el tipo de vía que representa y la cantidad de elementos que contenga. Su clasificación está determinada por varios aspectos como son, [5]:

• Característica del tránsito: Volumen y velocidad de operación

• Características de la vía: Ancho total, número de calzadas, carriles por calzada, aislamientos late-rales, alineamientos, pendientes.

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• Usos del suelo: Aquellos predominantes, existentes o proyectados a lo largo de la vía.

• Funcionalidad: accesibilidad, continuidad, visibili-dad, distribución de tránsito.

• En términos generales, para la arborización en los perfiles viales se deben seguir estas recomenda-ciones: Ver Figura 6.

• La distancia mínima de un árbol con respecto al paramento de las edificaciones, corresponde al radio de la copa del árbol en su etapa máxima de crecimiento, más 50 cms, más la longitud del voladizo.

• Debe preverse la máxima altura que alcance la especie a fin de no interferir con las redes aéreas de servicio público

• La distancia mínima del árbol al borde del andén debe ser 75 cms.

• El follaje debe empezar a una altura mínima de 3 m.• La arborización debe permitir la iluminación artificial

de la vía.• Los árboles se deben plantar a 1.50 m de redes

subterráneas para evitar daños de tuberías u obstrucciones de la raíz.

• Dependiendo del tipo de raíz, es necesario el uso de matera o contenedor de raíz, la cual debe profundizar en el terreno hasta hacer contacto con el suelo natural.

4.4.1 Vía arteria principal (VAP):

Estas vías alojan intensos flujos de tránsito vehicular liviano y son las que soportan la mayor operación de sistemas de transporte público. Están constituidas por dos calzadas y/o cuatro carriles por sentido, como mínimo. Ver Figura 7.

• La arborización en la sección transversal de la vía

va aumentando de tamaño desde el antejardín hasta llegar al separador central.

• Sobre la franja verde del andén (área de protección ambiental), se recomienda la siembra de especies con follaje denso que actúen como filtro de con-taminación ambiental y que además amortigüe el ruido generado por el alto tráfico de esta vía.

• Los árboles deben permitir una permeabilidad visual de costado a costado de la vía.

• El separador central se trata paisajísticamente con árboles de características sobresalientes por su porte alto, florescencia, follaje denso y vistoso. También se pueden plantar palmas como referen-cia urbana, dada su esbeltez.

• Debido a la amplitud del separador central, no es necesario el contenedor de raíz, ya que ésta se puede desarrollar normalmente, sin afectar las redes de conducción o la estructura de la vía.

FIGURA 6. Generalidades sobre la arborización en perfiles viales.

FIGURA 7. Perfil vía arteria principal.

58


4.4.2 Vía arteria Secundaria (VAS):

Generalmente de una calzada por sentido, alimentan las vías arterias principales y reciben el flujo de las vías colectoras. Permiten el uso de un alto porcentaje de vehículos de transporte público, Figura 8.

La arborización en estas vías tiene un manejo similar a las vías arterias principales.

4.4.3 Vía colectora (Vc):

Estas vías permiten la accesibilidad directa a zonas residenciales, industriales, comerciales, institucionales y recreacionales de la ciudad. Ver Figura 9.

• Sobre los antejardines se recomiendan especies de bajo porte que permitan el paso de luz solar al interior de las edificaciones.

• La franja verde del andén se arboriza con espe-

cies de porte medio y follaje poco denso, el cual comienza a ramificar a una altura que no interfiera con la visual del peatón.

• En este perfil, los postes de alumbrado se localizan en uno de los costados de la vía. Con el fin de no interferir con la iluminación artificial, la disposición de la arborización que se hace a lado y lado de la vía, debe realizarse en zig-zag, tal como se aprecia en la Figura 10.

FIGURA 9. Perfil vía colectora.

FIGURA 10. Arborización según la disposición del alumbrado público. (Vista en planta).

FIGURA 8. Perfil vía arteria secundaria.

59


4.4.4 Vía local (VL):

Estas vías permiten el acceso directo a los edificios y propiedades individuales, a partir de las vías colectoras, Figura 11.

En general, se deben seguir las indicaciones dadas para las vías colectoras, haciendo énfasis en que se debe prever que la arborización permita el acceso vehicular a los predios aledaños.

4.4.5 Vía marginal paisajística (VMP):

Estas vías son las que por su localización y caracte-rísticas topográficas de sus zonas colindantes, tienen como función separar áreas urbanizables de áreas no urbanizables, con un propósito básicamente recreativo y de protección ecológica, Figura 12.

• En el área no urbanizable y de protección ecológi-ca, es indispensable conservar toda la vegetación existente nativa. En caso de proponerse una refo-restación, se deben sembrar especies protectoras para cuencas hídricas.

• Si la franja de protección es muy pendiente y se pretende contener el terreno para evitar la erosión, se propondrán especies fijadoras de suelo, es decir, de raíz profunda, en combinación con las protectoras de agua.

4.4.6 Vía peatonal (VP):

Aquellas destinadas exclusivamente al uso del peatón,

con posibilidad de ingreso de vehículos automotores a baja velocidad, Figura 13.

• Si la sección del antejardín y la vía permiten la siembra de árboles, se debe seleccionar una sola franja para la ubicación de las especies, ya sea en el antejardín o en la vía, pero nunca en ambos.

• Para este perfil la siembra del árbol debe hacerse cerca de la vía peatonal, procurando una sombra sobre dicha circulación. El porte del árbol debe ser medio, de silueta ovoidal, esférica, parasol ó palmiforme.

• En general, se deben seguir las recomendaciones de arborización establecidas para los andenes.

4.4.7 Ciclo ruta (C):

Esta vía está destinada para el uso de la bicicleta como medio de transporte alterno y comunica sitios distantes e importantes de la ciudad. La vía puede ser utilizada

FIGURA 11. Perfil vía local.

FIGURA 12. Perfil vía marginal paisajística.

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como sendero recreativo y estar localizada en el sepa-rador central o contiguo al andén.

• La sección mínima de la ciclo-ruta es de 3m en total; 1.50 por carril.

• En caso de que el trazado de la ciclo-ruta sea paralelo a una vía de intenso tráfico vehicular, se debe proponer una franja de protección de míni-mo 1.40m; el tipo de árbol para estas franjas es el mismo que para los separadores viales de las mismas dimensiones.

5. ConCLUSioneS

Debemos entender y asumir el papel protagónico, pero ante todo responsable que tenemos arquitectos, inge-nieros, urbanizadores, constructores y entidades regu-ladoras del medio ambiente en general, en el desarrollo de nuestras ciudades, involucrando en los estudios y diseños las determinantes físicas y espaciales de la arborización, las cuales están ligadas directamente a la planificación urbana.

Con el manejo adecuado de la vegetación se puede conseguir una amplia cantidad de efectos, composicio-nes y diseños. La vegetación ofrece una gran variedad de formas colores tamaños y texturas que de forma individual o combinada incrementan las posibilidades de conseguir efectos espaciales, visuales y funcionales

Para cualquier tipo de proyecto que contenga espacios arborizados es necesario tener el conocimiento sobre el comportamiento y las características físicas de cada

una de las especies arbóreas que se pretendan pro-poner como parte integral de la propuesta de diseño.

Es indispensable que los ciudadanos cultiven el aprecio, respeto y admiración por la flora de sus ciudades, la cual es el reflejo y materialización del lugar geográfico en el que se habita y que a su vez caracteriza y hace distinto un lugar de otro.

6. BiBLioGRAFíA

[1] ÁNGEL V., Gustavo; RAMIREZ M., Isabel. 2007. “Manual para el manejo de la vegetación en el espacio público de Popayán”. Universidad Antonio Nariño. Popayán.

[2] VELEZ R., Aníbal. 2007. “Paisajismo y ecología del paisaje en la gestión de la arborización de calles”. Gestión y Ambiente. Vol. 10. Pág 131 – 140. www.minas.unalmed.edu.co.

[3] ALCALDIA MAYOR DE BOGOTÁ, PLANEACIÓN DISTRITAL, SOCIEDAD COLOMBIANA DE ARQUITECTOS, “Cartilla del Espacio Público”. 2ª. Edición Noviembre 1994. Bogotá.

[4] ÁNGEL V, Gustavo; RODRÍGUEZ I., Juan Car-los. 1994. Tesis “Vegetación y espacio urbano en el eje cafetero del sur occidente colombia-no”. Universidad Nacional de Colombia, Sede Manizales.

[5] ARBOLEDA VÉLEZ, Germán. “Vías urbanas”: 3ª. Edición, diciembre 2009. AC editores.

FIGURA 13. Perfil vía peatonal.

ReSUMen

En Colombia existen formaciones geológicas que incluyen mantos de gravas y arenas que en algún momento de la historia del planeta se impregnaron de crudos de petróleo, los cuales trataron de salir a la superficie por presión, dejando yacimientos de mezclas asfálticas naturales consideradas como Materiales Pétreos Impregnados con Asfalto, nombre que abarca dos grandes grupos como son los Conglomerados Asfálticos Naturales como los encontrados en la Mina San Pedro en el Departamento del Tolima y los Morteros Asfálticos Naturales de las minas que existen en los Departamentos de Caquetá y Caldas entre otros. Estos materiales tienen contenidos variables de asfalto de buena calidad para la pavimentación de calles y carreteras y su proporción al igual que la granulometría es variable pero que permiten su mezcla con otros agregados para lograr una fórmula eficiente de trabajo, aplicando la tecnología de las Mezclas en frío para asfaltos líquidos.

Palabras Clave: formaciones geológicas, mezclas asfálticas, minerales pétreos, asfaltos líquidos, mezclas en frío.

LOSMORTeROSASFÁLTICOSNATURALeS,UNAALTeRNATIVAeCOLÓGICAPARAeLMeJORAMIeNTODeLAReDVIAL:DeLOeMPÍRICOALOTÉCNICO

THeASPHALTMORTARSNATURALORGANICALTeRNATIVeTOIMPROVeROADNeTWORK:FROMTHeeMPIRICALTOTHeTeCHNICAL

Por:JorgeJavierPeñaCaicedo1. [email protected].

_____________

Recibido para evaluación: Abril21de2010. Aprobado para publicación: Mayo31de2010 1 Ing.Civil.EspecialistaenVíasTerrestres.ProfesorDepartamentodeGeotecnia.FacultaddeIngenieríaCivil.UniversidaddelCauca.

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ABStRACt

In Colombia there are geologic formations that include beds of sand and gravel that sometime in the planet’s history is impregnated with crude oil, which tried to escape to the surface by pressure, leaving deposits of natural asphalt impregnated stone materials considered with asphalt, a name that covers two large groups such as Natural Asphalt conglomerates such as those found in the Mina San Pedro in the department of Tolima and Natural Asphalt Mortars mines that exist in the departments of Caquetá, Caldas and others. These materials have variable content quality asphalt for paving roads and streets and their proportion as the particle size is variable but allow blending with other aggregates to achieve efficient work formulated by applying technology mixes cold for liquid asphalt.

Key words: geological formations, asphalt mixtures, mineral stone, liquid asphalt, cold mix.

1. AnteCedenteS

Desde 1974 se conocen estudios sobre los Morteros Asfálticos Naturales, como es el caso del trabajo titulado “Asfaltos Naturales, su ocurrencia, propiedades y usos en construcción de carreteras en Colombia”, de los in-vestigadores Dowling, Franco y Russell, [1], quienes es-tudiaron tres fuentes o minas de las catorce que existen en el departamento de Caquetá, concluyendo que estos Morteros Asfálticos Naturales son mezclas asfálticas que contienen un ligante de buenas características para pavimentación y que se pueden usar mezclándolos en frío o en caliente con otros agregados para ajustar las fórmulas de trabajo o en la estabilización de los mismos para su aplicación en carreteras. Después ocurren otras investigaciones tratando de redescubrir sus bondades al revisar el comportamiento de carreteras y calles urbanas en el área de influencia de las minas de este material asfáltico en los Departamentos de Caquetá, Caldas, Boyacá, Arauca entre otros.

2. deFiniCioneS Y CLASiFiCACiÓn

Normalmente se habla de ASFÁLTICAS para referirse a estos materiales, cometiéndose un error, pues la As-fáltica es un compuesto de hidrocarburos predominan-temente aromáticos de alto peso molecular y estructura compleja, de color negro brillante, que actúa como agente reforzante interno para asfaltos, mejorando la estabilidad y resistencia de las mezclas, reduciendo la susceptibilidad térmica y el descubrimiento por la acción deteriorante del agua, lográndose así pavimentos más duraderos a bajo costo, es decir un aditivo natural para mejorar el comportamiento del asfalto.

Las Asfaltitas se clasifican en Gilsonita, Grahamita o Pez Lustrosa, en donde la Gilsonita, cuya característica más importante es su Punto de Ablandamiento, es usada en lodos base-aceite, como un reductor de filtrado, siendo un hidrocarburo, se humecta naturalmente por el aceite, en lodos base agua se utiliza como un estabilizador de cortes.

Como un hidrocarburo en polvo se puede unir al agua usando un glicol o un humectante similar. La Grahamita a diferencia de la gilsonita y pez lustrosa, tiene un con-tenido más alto de carbono fijo y se hincha pero no se funde cuando se calienta, la coloración es más negra que la gilsonita y la pez lustrosa que es una asfaltita intermedia entre la gilsonita y la grahamita, tiene un peso específico más elevado y un punto de fusión más alto. Se funde con más dificultad, es menos soluble en nafta de petróleo, sin embargo su solubilidad en sulfuro de carbono pasa del 95 %, se usa para la fabricación de barnices y lacas por su lustre y su intenso color negro.

Estos materiales son muy diferentes a las Asfaltitas, por lo que los llamaremos Materiales Asfálticos no Con-vencionales, pues su conformación es diferente a los materiales asfálticos artificiales o convencionales pero su comportamiento es similar, como son tres grandes grupos que trataremos de identificar así:

1. CRUDOS PESADOS, son crudos de petróleo cuya densidad API es superior a 13.5 grados y por lo general contienen más del 80 % de asfalto residual que cumple con las condiciones químicas para ser usado en trabajos de pavimentación. Son líquidos densos, que tienen alto contenido de asfalto y una mezcla natural de solventes volátiles y pesados cuyo comportamiento es el de un asfalto líquido.

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2. CONGLOMERADOS ASFÁLTICOS NATURALES, Son mezclas naturales de gravas arenosas y crudos de petróleo que salió eyectado por presión y contaminó las capas de depósitos de conglome-rados pétreos de la superficie.

3. MORTEROS ASFÁLTICOS NATURALES, Como en el caso anterior, son mezclas naturales de arenas y crudos pesados que impregnaron las partículas de areniscas o mantos de arena superficial, con-virtiéndose en una mezcla asfáltica que se puede usar en procesos de pavimentación.

En el argot popular se encuentra la palabra “MAPIA”, para referirse a los dos últimos materiales, significando Materiales Pétreos Impregnados con Asfalto, simbo-logía que si bien describe la composición general de los materiales, no identifica su verdadera constitución.

Según el Manual de utilización de emulsiones asfálti-cas en carreteras del Ministerio de Obras Publicas y Transporte de Colombia (1986) se define como Mortero Asfáltico “a la mezcla de emulsión asfáltica, agregado fino bien gradado, llenante mineral, agua y aditivo, resultando un producto fluido, homogéneo y cremoso que se extiende como tratamiento superficial que una vez evaporada el agua, se adhiere a la superficie, para impermeabilizar y proveer una superficie antideslizante”

Al realizar un paralelo con el Mortero Asfáltico Natural (MOAN), por sus características y comportamiento podríamos decir que es una mezcla natural de agre-gado fino, asfalto, solventes, agua y azufre entre otros minerales, resultando naturalmente un producto que se extiende como tratamiento superficial, que una vez evaporada el agua y algunos solventes, se adhiere a la superficie, para impermeabilizar y proveer una superficie antideslizante.

3. inVeStiGACioneS

En el año de 1974 durante el Segundo Simposio Colombiano de Geotecnia e Ingeniería Geológica los investigadores: J. W. L. Dowling, Rodolfo Franco L, R. B. C. Russell, [1], en su trabajo “Asfaltos naturales, su ocurrencia, propiedades y usos en construcción de carreteras en Colombia” revisan las propiedades de

los morteros asfálticos naturales de Caquetá, conclu-yendo que son materiales aptos para el mejoramiento y la pavimentación de carreteras, trabajándolos como mezclas en frío o en caliente, con resultados que no contradicen los encontrados en la investigación que se realizó para este documento.

Años más tarde se cuenta con el trabajo denominado “Los asfaltos naturales en Colombia” de Manuel García López y Jaime Bateman, [2], presentado en el Tercer congreso ibero latino americano del asfalto.

En las Primeras Jornadas Internacionales del Asfalto se presenta el trabajo de Mario García, Nelson Lizarazo y Oscar Reyes, [3], un estudio sobre “Asfaltos naturales de Pesca, Beteitiva, Tasco, Tópaga en el Departamento de Boyacá” y el “Estudio sobre los asfaltos naturales Colombianos” que investigaron Rosalba Fernández, Luís Alejandro Betancur y Alfonso Murgueitio Valencia, [4], presentado en el Décimo Simposio Colombiano sobre Ingeniería de Pavimentos.

Para renovar el interés en 2009, en el XVII Simposio Co-lombiano sobre Ingeniería se Pavimentos se presenta el trabajo sobre “Los Morteros Asfálticos Naturales de Caquetá, un recurso Asfáltico Aprovechable”

4. LoS MoRteRoS ASFALtiCoS nAtURALeS (MoAn)

Son materiales naturales compuestos principalmente por arenas, asfalto, solventes, agua y presencia de algunos minerales como el azufre. Las cantidades de los compuestos que intervienen en su conformación son variables, dependiendo de la formación geológica intervenida por el crudo de petróleo y la posición de la capa. Los morteros asfálticos naturales se encuentran en capas relativamente superficiales de diferente pro-fundidad, las cuales son explotadas con el recurso de una retroexcavadora o un buldózer, como se puede apreciar en las Figuras 1 y 2.

Desde hace muchos años estos materiales asfálticos no convencionales se vienen usando para el mejoramiento de carreteras en las zonas aledañas a las fuentes, usando equipos tradicionales y el sentido común,

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con buenos resultados y otros pocos fracasos que enseñan a corregir los errores y a minimizarlos, en-contrando las siguientes aplicaciones que se pueden constatar en los Departamentos de Caquetá, Tolima, Caldas y otros:

a. Construcción de capas de rodadurab. Mantenimiento de pavimentos

• parcheos• sobrecarpetas

c. Estabilización de capas granulares para bases, sub-bases y afirmados.

Al analizar los morteros asfálticos de las fuentes del Departamento de Caquetá, elaborando briquetas mar-

shall y fallándolas a 25 ºC, sin proceso de curado, se encontraron los resultados en la Tabla 1.

TABLA 1. Briquetas compactadas En el laboratorio 75 golpes por cara Temperatura ambiente 23ºc. Sin curado.

FUENTES DEL CAQUETA Nº

Densidad bulk

Gr /cc

ESTABILIDADLBS25ºC

FLUJO0.01 PULG

25ºC

PAVAS - PAUJIL1 1.763 1.001 40

2 1.797 988 36

CUERVOS – PTO. RICO

3 1.849 761 24

4 1.860 776 24

MARACAIBO FLORENCIA

5 1.635 1319 68

6 1.673 1341 72

Si bien es cierto, la deformación es alta (superior a 16/110 de pulgada) las estabilidades son superiores a 750 libras que el Instituto Norteamericano del Asfalto exige para mezclas en frío, valores que aumentan, mejorando el Flujo cuando se presenta un proceso de curado, eliminando agua y solventes, como se puede apreciar en la Tabla 2, en donde se someten las brique-tas a 60ºC, en un horno, durante 72 horas.

Al observar la disminución de la estabilidad cuando el ensayo se realiza a 60 ºC, se puede inferir sobre la susceptibilidad térmica pero no se puede desconocer que el contenido de asfalto es alto para la condición de gradación del material, resaltando que para 25 ºC, se tiene una estabilidad de 2150 libras y un flujo razonable de 15/100 de pulgada.

En otro ejercicio se compacta las briquetas con el equi-po giratorio aplicando 100 giros, tratando de alcanzar el mismo nivel de densidad bulk, con los resultados que se presentan en la Tabla 3.

Se puede observar que las densidades bulk no son tan sensibles a los procesos de curado y que los valores de estabilidad y flujo mejoran por efecto del acomodo de partículas debido al método de compactación usado, teniendo en cuenta que el tiempo en el proceso de curado disminuyó.

Estos resultados alientan el uso técnico de estos ma-

FIGURA 1. Mina de Pavas – Caquetá.

FIGURA 2. MOAN puesto en obra.

65


teriales y son una prueba fehaciente de los buenos re-sultados que se observan en las carreteras de segundo y tercer orden y vías urbanas que ostentan duraciones superiores a 7 años.

4.1 LoS MoRteRoS ASFÁLtiCoS nA-tURALeS de LA MinA de iSAZA.

La mina Isaza está ubicada en el Municipio de Norcasia, Departamento de Caldas, sirvió de sustento para el mantenimiento de la carretera entre La Dorada y Norca-sia mientras la construcción de la represa de Hidromiel.

El mortero asfáltico natural de esta mina, está com-puesto principalmente por un 90% de arena fina, crudo de petróleo, manifestado en un asfalto con solventes livianos y pesados, agua y algunos minerales entre los que se destaca el azufre. Los contenidos de asfalto son variables dependiendo de la profundidad de las capas que se extraen por medio de retroexcavadoras, la gradación de la arena es más o menos constante y los contenidos de agua en la mina son bajos y constantes, alterándose durante la explotación por efecto del clima y la manipulación del MOAN. En las Figuras 3 y 4 se muestra la mina de Isaza y el material extraído.

La mina produce un material de roca metamórfica, impregnado también de crudo de petróleo oxidado, material que es usado para parcheos en reemplazo de materiales blandos en las subrasantes de las carreteras o como material de afirmado (Figura 5).

En el estudio que realizó CORASFALTOS sobre el Mortero asfáltico en mayo y junio de 2004, se encontró que el contenido de asfalto era de 15.36% y que la composición química del asfalto residual en el análisis SARA era la que se presenta en la Tabla 4.

En el mismo estudio, CORASFALTOS determina el grado de desempeño del asfalto residual entre 52 -16, lo cual lo hace apto para un rango de temperaturas desde

Tabla 2. Briquetas Compactadas con 75 Golpes por Cara. Julio 13 de 2009

MUESTRA % ASFALTO

Densidad BulkGr/cc

ANTES DE CURADO

Densidad BulkGr/cc

CURADO 72 HORAS A 60ºC

Estabilidad Lbs. Flujo 1/100 pulgadas

1 9.8 2.126 2.124 250* (60ºC) 9

2 9.8 2.168 2.166 230* (60ºC) 9

3 9.8 2.094 2.092 2150 (25ºC) 15

MUESTRA % ASFALTO

Densidad BulkGr/cc

ANTES DE CURADO

Densidad BulkGr/cc

CURADO 14 HORAS A 60ºC

Estabilidad Lbs. Flujo1/100 pulgadas

1 9.8 2.143 2.141 650* (60ºC) 10

2 9.8 2.143 2.141 3650 (25ºc) 17JULIO 22 DE 2009

TABLA 3. Briquetas compactadas con 100 giros – compactador giratorio. Julio 12 de 2009

Fracción Resultado % pesoSaturados 9.86Aromáticos 29.71

Resinas 51.63Asfáltenos 8.79

IC 0.23

Fuente: Estudio de Corasfaltos

TABLA 4. Composición química del Asfalto Residual.

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-16 a 52 ºC. Estos resultados demuestran el por qué del buen comportamiento de las mezclas colocadas en proyectos de hace más de 7 años.

El mortero asfáltico natural de la mina de Isaza, pre-senta las siguientes condiciones de gradación (Figura 6 y Tabla 5) para un contenido de asfalto de 10.5 % referido a la mezcla, que si se calcula por el método de Duriez, con un k = 3.5, su requerimiento de asfalto tendría un exceso de 4.81 %, aclarando que la prueba de extracción se realizó después de curar la muestra a 60 ºC en horno durante 24 horas, para eliminar los solventes volátiles y el agua.

Es evidente que este mortero necesita mezclarlo con otro agregado para equilibrar su fórmula de recubri-miento asfáltico, para lo cual se sugieren tres mezclas en volumen con arena gruesa de la región, las cuales se presentan en la Figura 7 y Tabla 6.

FIGURA 4. MOAN extraído y homogenizado.

FIGURA 3. Mina de Isaza.

FIGURA 5. Roca metamórfica impregnada con asfalto.

FIGURA 6. Granulometría del Mortero Asfáltico Natural de la mina de Isaza.

FIGURA 7. Granulometrías de las mezclas en volu-men de Moan con arena gruesa.

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Estas mezclas se realizan precalentando el MOAN a 60 y 70 ºC para diseminarlo, mezclándolo con la arena seca, para compactar las briquetas Marshall a temperatura ambiente (cercano a 20 ºC), para luego ensayarlas a Estabilidad y Flujo a una temperatura de 25 º C, usando un horno por 30 minutos, para tratar de predecir su comportamiento en obra. En la Tabla 7 se presentan los resultados de las pruebas descritas.

En la Tabla 7, se puede examinar el comportamiento de las diferentes mezclas, visualizando la mezcla formada

por 2 volúmenes de MOAN y 1 de arena, como la mez-cla de mejor comportamiento y cubrimiento.

Para revisar el comportamiento de esta mezcla con la humedad se recurre al ensayo de Inmersión – Compre-sión para mezclas en frío, obteniéndose los resultados de la Tabla 8, los cuales brindan confianza sobre la efectividad de la mezcla propuesta, pues son mayores a los exigidos por norma, entregando un índice de Resistencia Conservada mayor a 75 %.

De esta forma se establece una fórmula de trabajo para los proyectos de mejoramiento y mantenimiento en el Departamento de Caldas, proyectos que son liderados con mucho acierto por la Secretaría de Infraestructura de la Gobernación. La fórmula de trabajo constaría de los siguientes parámetros:

A. Proporción de mezcla de MOAN con ARENAB. Dosificación de asfalto residual que depende de la

gradación de los agregados mezclados.C. Densidad Bulk, lograda en obra y referenciada con

la densidad bulk de tres briquetas compactadas con la mezcla de obra, teniendo como requisito lograr el 95% de ésta.

D. Estabilidad mínima, dada por las briquetas y que en este caso específico debe ser mayor a 660 libras a 25 ºC.

E. Flujo, establecido en un rango entre 8 a 16 cen-tésimas de pulgada, esperando que en obra este flujo sea mayor y que en la evolución del curado encaje dentro del rango.

F. Vacíos en la mezcla, que deben ser un poco mayo-res a los obtenidos en el laboratorio para permitir la salida de los solventes en el proceso de curado. En

TABLA 5. Granulometría del Mortero Asfáltico Natural de la mina de Isaza.

Tamiz ¾ 1/2 3/8 Nº 4 Nº 10 Nº 40 Nº 80 Nº 200% PASA 100 99.4 99 96.5 92.5 58.7 19.5 10

TABLA 6. Granulometrías de las mezclas en volumen de Moan con arena gruesa.

TAMIZ 3/4 1/2 3/8 Nº 4 Nº 10 Nº 40 Nº 80 Nº 200ARENA % PASA 100 100 96.3 76.9 57 22 11 1.2

MEZCLA 1X2 % PASA 100 100 97.3 84.2 71.2 28.1 6.7 3MEZCLA 1X1 % PASA 100 100 96.3 82.9 69.4 30.2 8.1 3.9MEZCLA 2X1 % PASA 100 100 97.5 87.1 75.8 36.4 10.6 5

MOAN Mezcla 1:2 Mezcla 1:1 Mezcla 2:1GRADACIONES

Tamiz % PASA % PASA % PASA % PASA1/2” 100.0 100 100 1003/8” 98.1 97,3 96,3 97,3Nº 4 93.5 84,2 82,9 84,2Nº 10 89.9 71,2 69,4 71,2Nº 40 60.9 28,1 30,2 28,1Nº 80 32.7 6,7 8,1 6,7Nº 200 13.3 3 3,9 3

CARACTERISTICAS MARSHALL% Asfalto residual 10.5 2.7 4.1 6.3

Estabilidad, Libras 255 625 660

Flujo, 0.01 pulgadas 11 8 14

Densidad Bulk gr/cc 1.917 1.905 1.833

Grado de cubrimiento Excesivo Deficiente Deficiente Bueno

Tabla 7. Análisis de las diferentes mezclas de moan con arena.

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este caso específico si en el laboratorio se logran vacíos del orden de 20 %, se puede contemplar este valor como referencia.

5. PRoCeSo de APLiCACiÓn de LoS MoRteRoS ASFALtiCoS nAtURALeS

Para la manipulación y aplicación de este recurso natural, se sigue el procedimiento que a continuación se resume.

5.1 eXPLotACiÓn deL MAteRiAL en LA MinA

Explotación del material en la mina en forma de capas para conservar homogeneidad de características del MOAN, mediante la acción de retro excavadoras y al-macenamiento en diferentes depósitos los cuales deben ser analizados, mediante ensayos de laboratorio como Extracción y determinación de la humedad (Figura 9).

5.2 AJUSte de FoRMULA de tRABAJo Ajuste de fórmula de trabajo, con base en las gradacio-nes de los materiales a mezclar y usando el método de superficie específica de Duriez, con un coeficiente de cubrimiento K igual a 3.5, se realiza un ajuste de propor-ciones de tal forma que se compense en la mezcla los requerimientos de asfalto de cada agregado. Con esta proporción se elaboran varias mezclas para ensayarlas utilizando el método Marshall para asfaltos líquidos propuesto por el Instituto Norteamericano del Asfalto, teniendo en cuenta que la mezcla se realiza a una tem-peratura tal que se pueda disgregar el MOAN (60 – 100 ºC), con los agregados adicionales secos hasta lograr el cubrimiento de las partículas. Una vez realizadas las mezclas se compactan a esa temperatura y se proceden a preparar para las pruebas de Estabilidad y Flujo a 25 ºC, calentándolas en horno, durante 30 minutos. Es preciso llevar las briquetas a curado, que consiste en someterlas a una temperatura de 60 ºC durante 12 a 72 horas o hasta peso constante, sin embargo la nor-ma establece que se permita curar las mezclas hasta que pierdan el 25 % de solventes, si la mezcla es para

TABLA 8. Resultados del ensayo de Inmersión – Compresión.

Muestra Densidad Bulk, gr/cc Estado

Resistencia a la compresión kg./

cm2

Índice de Resistencia Conserva-

da %

1 2.090 Seco 36.16 > 2592.3 > 75

2 2.113 Húmedo 33.39 > 20

FIGURA 8. Muestras del ensayo de Inmersión – Compresión.

FIGURA 9. Depósito de MOAN extraído.

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mantenimiento y hasta un 50 % si la mezcla se destina para pavimentación. No está por demás verificar con el ensayo de Inmersión – Compresión la fórmula que se acoja, bajo los lineamientos de la Prueba Marshall para mezclas en frío con asfaltos líquidos.

5.3 MeZCLAdo deL MoAn Con otRoS AGReGAdoS

Mezclado del MOAN con otros agregados para ajustar la fórmula de trabajo, usando dos procedimientos clási-cos, bien en patio con Moto niveladora o en planta. En la primera alternativa se tiene la dificultad que el MOAN no se disgrega fácilmente lo que obliga a cambiar de equipo a un cargador, el cual presiona la capa e induce la mezcla, disgregando los terrones de MOAN, tal como se observa en la Figura 10, mientras manualmente se recogen los sobre tamaños.

5.4 tRAnSPoRte de MeZCLA

Transporte de la mezcla, se realiza en volquetas siguien-do los mismos lineamientos del transporte de mezclas

asfálticas, con la ventaja que este material no se enfría, ni se rompe, permitiendo largos tiempos de tránsito.

5.5 eXtendido de LA MeZCLA

Extendido de la mezcla, se puede realizar con moto niveladora o con finisher o terminadora de pavimentos, obteniendo los mejores rendimientos y acabados con el segundo recurso técnico (Figura 11).

5.6 CoMPACtACiÓn de LA MeZCLA

Compactación de la mezcla, una vez extendida la mez-cla y revisados espesores y tersura de la superficie se procede a la compactación con los equipos convencio-nales (rodillos lisos y compactares neumáticos, usando el compactador de llantas al final del proceso. En este proceso se debe lograr el 95% de la densidad bulk de las briquetas Marshall de referencia, sin olvidar que no se debe densificar al máximo pues la mezcla necesita liberar solventes y un máximo de 3 % de agua (Figura 12).

5.7 APeRtURA AL tRÁFiCo

Apertura al tráfico. Una mezcla bien elaborada, con un contenido de agua inferior al 3%, responde casi que inmediatamente, sin embargo por prudencia se recomienda dirigir el tráfico en las siguientes 72 horas y controlar las velocidades a 20 km/hora, claro está que ésta recomendación depende de las pendientes de la carretera, del clima y de la magnitud de cargas del transito, sin olvidar el espesor de la capa. La razón de este control es la de permitir el curado de la mezcla una vez puesta en obra.

De esta manera se conciben dos proyectos en el de-partamento de Caldas, uno el de mejorar la carretera La esperanza – El nevado y el otro el de mejorar la carretera La Dorada - Norcasia, con la particularidad de estar en dos topografías diferentes una a más de 3700 y la otra a 178 msnm y climas extremos.

Una vez extendida la mezcla 2x1 de MOAN en más de 8 kilómetros sobre la capa de material granular en la carretera La Esperanza – El Nevado, se observó un buen comportamiento en los primeros kilómetros y deficiencias en un 20% del tramo lo que obligó a los

FIGURA 10. Patio de mezclas con cargador en la Dorada.

70


contratistas a emplear otras mezclas con contenidos de asfalto mayores (Figura 13).

Los problemas que se presentaron, como grietas piel de cocodrilo, fisuras longitudinales, asentamientos y abul-tamientos, fueron originadas principalmente por falta de un sistema de drenaje superficial y de subdrenaje, falta de soporte de la capa granular, situación que se corrigió, construyendo cunetas y filtros longitudinales y reemplazando el material o estabilizándolo con cal. Pero el efecto del clima, casi imponderable y no manejable, por su alta humedad y bajas temperaturas, humectó la mezcla e imposibilitó la densificación adecuada. En las Tablas 9 y 10, se presentan los resultados de labora-torio que se consiguieron sobre núcleos extraídos de la carpeta a los cuales después de recortarlos se les determinó la densidad bulk, la densidad máxima medida por el método de Rice, la Estabilidad y el Flujo a 25 ºC.Al observar los contenidos de asfalto residual, se

aprecia una variación que va desde 6.31% a 8.82% referido a la mezcla, podría pensarse que las mezclas son ricas en asfalto, sin embargo la gradación usada es más fina y exige mayor contenido de ligante. Si se comparan las densidades bulk logradas con la densidad que dio el Laboratorio en la muestra de diseño igual a 1.883 gr/cc, se establece que el grado de compactación varía entre el 63% y 103%, indicando que los puntos de menor densidad tienen un comportamiento anómalo. Los vacíos se encontraron en un rango entre 21 y 52 %, correspondiendo los más altos a bajas densidades y por ende a un deficiente comportamiento. En la Figura 14, se muestra el trabajo de extracción de núcleos en este tramo.

En la Tabla 10, se amplía la información de los resulta-dos Marshall sobre los núcleos extraídos en el proyecto.A excepción de tres puntos, no se cumple con las condiciones de estabilidad de la mezcla, los demás

FIGURA 11. Extendido con finisher de la mezcla de MOAN.

FIGURA 12. Compactación de capa de mezcla de MOAN con rodillo liso y compactador neumático.

FIGURA 13. Mejoramiento de la carretera La Espe-ranza – El Nevado con MOAN de mina Isaza.

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Nº ABSCISA % ASFALTO DbulkGr/cc Grado de compactación % % VACIOS

MEZCLA2 5+905 6,89 1,767 96,4 26,53 6+000 1,799 98,1 25,24 6+300 7,01 1,902 103,8 20,95 6+600 1,835 100,1 23,76 6+900 6,87 1,867 101,9 22,37 6+885 1,881 102,6 21,88 7+200 6,68 1,852 101,0 23,0

10 7+800 7,08 1,159 63,2 51,811 8+100 1,891 103,2 21,312 8+150 6,88 1,887 102,9 21,513 8+400 1,865 101,7 22,414 8+742 6,31 1,859 101,4 22,615 9+600 1,872 102,1 22,116 10+100 7,09 1,705 93,0 29,017 10+400 6,91 1,726 94,2 28,217ª 10+402 1,726 94,2 28,218 11+000 8,82 1,787 97,5 25,219 11+600 1,638 89,4 31,420 12+320 6,37 1,801 98,3 24,621 12+900 1,633 89,1 31,622 13+500 6,67 1,64 89,5 31,3

TABLA 9. Resultados de densidad bulk y vacíos sobre los núcleos.

NOTA: Estos núcleos se trabajaron en dos laboratorios, obteniendo datos consistentes.

PROYECTO LA ESPERANZA - EL NEVADORESULTADOS DEL CONTROL DE CALIDAD DE CARPETA DE MORTERO ASFALTICO DE ISAZA

Nº ABSCISA % ASFALTO DbulkGr/cc

DmmGr/cc % VACIOS ESTABILIDAD

Libras

FLUJO1/100 Pulg.

E/FLbs/Pulg. Temperatura ºC

2 5+905 6,89 1,767 2,404 26,5 1092,3 16,9 64,63 253 6+000 1,799 2,404 25,2 4 6+300 7,01 1,902 2,404 20,9 1743,72 13,4 130,13 255 6+600 1,835 2,404 23,7 1071 10 107,10 256 6+900 6,87 1,867 2,404 22,3 1730,1 14,2 121,84 257 6+885 1,881 2,404 21,8 1744 17 102,59 258 7+200 6,68 1,852 2,404 23,0 873,6 15 58,24 25

10 7+800 7,08 1,159 2,403 51,8 955,5 17,3 55,23 2511 8+100 1,891 2,403 21,3 1329 16 83,06 2512 8+150 6,88 1,887 2,403 21,5 1900,8 14,6 130,19 2513 8+400 1,865 2,403 22,4 1139 16 71,19 2514 8+742 6,31 1,859 2,403 22,6 1330,3 17,3 76,90 2515 9+600 1,872 2,403 22,1 811 19 42,68 2516 10+100 7,09 1,705 2,403 29,0 566,72 17,3 32,76 2517 10+400 6,91 1,726 2,403 28,2 675,4 14,2 47,56 25

17A 10+402 1,726 2,403 28,2 18 11+000 8,82 1,787 991,5 15,7 63,15 2519 11+600 1,638 2,388 31,4 322 29 11,10 2520 12+320 6,37 1,801 2,388 24,6 830,7 16,5 50,35 2521 12+900 1,633 2,388 31,6 238 29 8,21 2522 13+500 6,67 1,64 2,388 31,3 509,1 14,2 35,85 25

TABLA 10. Resultados de los ensayos de Laboratorio sobre los núcleos.

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presentan valores superiores a los 660 libras y los flujos están cercanos al rango normalmente aceptado (8 a 16/100 pulgada), nuevamente correspondiendo a un buen comportamiento de la mezcla.

La sospecha del efecto del clima en la construcción y comportamiento de las mezclas con MOAN se ratifica, por ello la recomendación de trabajar cuando las con-diciones de temperatura sean superiores a 5 ºC y no haya amenaza o presencia de lluvia, en este como en todos los materiales de construcción que se conocen, es de inevitable aplicación.

Las condiciones de clima y de topografía cambian drásticamente en el proyecto de mejoramiento de

FIGURA 14. Toma de núcleos sobre la carpeta de MOAN.

FIGURA 15. Recubrimiento de 5 centímetros de MOAN, como refuerzo asfáltico.

la carretera La Dorada – Norcasia, se realiza el mismo trabajo, usando la mezcla recomendada y los resultados son alentadores y coherentes con el buen funcionamiento del tratamiento, pues, el proyecto consiste en proveer de una carpeta de la mezcla de MOAN, a manera de refuerzo y parchar algunos baches. En la Figura 15, se presenta la capa de 5 centímetros de la mezcla colocada sobre una estructura granular protegida por una capa de 5 a 7 centímetros de MOAN antigua, cuya existencia se remonta a más de 10 años.

En forma similar se extrajeron núcleos de las capas as-fálticas de la vía para constatar las condiciones técnicas que se lograron en el proceso de construcción, haciendo

73


relevancia en el efecto del clima con temperaturas su-periores a los 30 ºC y una humedad relativa por debajo de 50%, condiciones que permiten un mejor proceso de compactación y una liberación de solventes y agua más rápida. En la Figura 16, se muestran detalles de la extracción de los núcleos.

En la Tabla 11, se muestran los resultados de las prue-bas de laboratorio a que se sometieron las muestras tomadas de la carpeta, observándose que la variación del asfalto residual está dentro de 6.3% más una tole-rancia de +/- 0.5 %, mostrando una mezcla homogénea y sin mayores variaciones de la gradación usada en el proporcionamiento de los materiales.

Las Densidades bulk van desde 1,804 a 2,159 gr/cc, correspondiendo a grados de compactación superiores al 95.8%, referidos a la densidad bulk de Laboratorio igual a 1.883, involucrando una variación de los Vacíos en la mezcla entre 8.6% y el 25%, encontrando valores similares tanto en la capa nueva como en la antigua. Las Estabilidades determinadas a 25 ºC dieron superiores a 3000 libras, con Flujos entre 12.6/100 y 15.7/100 de

PROYECTO LA DORADA - NORCASIARESULTADOS DEL CONTROL DE CALIDAD DE CARPETA DE MORTERO ASFALTICO DE ISAZA

Nº ABSCISA % ASFALTO DbulkGr/cc

DmmGr/cc % VACIOS ESTABILIDAD Lbs FLUJO

1/100 PulgE/F

Lbs/Pulg Temperatura ºC

1 9+995 2,04 2,411 15,4 4000 11 363,6 60

1AN 9+995 2,159 2,362 8,6 3942 16 246,4 60

2 9+750 6,4 2,044 2,411 15,2 5896 15,7 375,5 253 9+480 1,997 2,411 17,2 591 6 98,5 604 8+910 6,63 2,024 2,411 16,1 4743 15,4 308,0 255 8+630 2,06 2,411 14,6 522 10 52,2 60

5AN 8+630 1,966 2,362 16,8 1265 9 140,6 606A 8+380 6,26 1,96 2,362 17,0 3350,1 14,6 229,5 257 8+100 1,993 2,406 17,2 623 6 103,8 60

7AN 8+100 2,06 2,421 14,9 2189 13 168,4 608B 7+742 6,46 1,939 2,406 19,4 5594,4 12,6 444,0 2510 6+410 6,5 2,057 2,406 14,5 3033,1 15 202,2 2511 5+350 1,927 2,406 19,9 486 9 54,0 60

11AN 5+350 1,901 2,421 21,5 5137 7 733,9 6012 4+750 6,44 1,804 2,406 25,0 3068,8 15,4 199,3 2513 4+200 2,004 2,406 16,7 341 9 37,9 6013 4+200 2,038 2,421 15,8 797 9 88,6 60

TABLA 11. Resultados de los ensayos sobre los núcleos extraídos de las capas.

pulgada; dados los resultados tan altos de resistencia, se trabajaron a 60 ºC, obteniendo estabilidades dentro de un rango de 522 a 5137 libras y flujos entre 6/100 a 16/100 de pulgada, resultados que se envidiarían en una mezcla asfáltica en caliente.

Pese a algunos problemas de homogeneidad en el mezclado de los materiales, el tramo tiene un buen comportamiento, presentando solo en algunas curvas desplazamientos de la mezcla por efecto de la apertura al tránsito sin control.

6. PARCHeoS Y CAPAS GRAnULA-ReS eStABiLiZAdAS Con MoAn

En el departamento de Caldas y específicamente en el área de influencia de la mina de Isaza, desde hace más de 10 años se trabaja en el parcheo de los baches de pavimentos con gran éxito, consistiendo la tarea en remover las capas afectadas, reemplazándolas con el material de Roca metamorfizada con vestigios de asfalto o mezclada con MOAN, para luego colocar una

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capa de la mezcla de MOAN con arena según como se muestra en la Figura 17.

El Mortero Asfáltico Natural de la mina de Isaza también se involucra en agregados gruesos de granulometría densa mediante mezclado en frío, para conseguir materiales granulares estabilizados con asfalto de relativamente fácil manejo y buen comportamiento a costos bajos. Las técnicas de aplicación de las mezclas en frío con asfaltos líquidos siguen vigentes para esta modalidad constructiva. En la Figura 18, se puede apreciar este material puesto en obra.

7. MeZCLAS ASFÁLtiCAS tiBiAS

Desde hace varios años, con intuición y gran observa-ción, se monta una planta de mezcla en caliente para

conseguir mezclas similares a las tradicionales pero con MOAN y agregados triturados de gradación densa. El proceso comienza en un premezclado en patio de los materiales, para luego depositarlos en tolvas y pasarlos por un tornillo sin fin, dispositivos de doble pared para la circulación de aceite caliente, con el fin de precalentar los materiales premezclados, tratando de diseminar el MOAN. Así esta mezcla se lleva a un quemador tradicional, en donde se completa la temperatura a más de 120 ºC y si no se ha provocado un incendio, pasa al mezclador para obtener una mezcla de MOAN con mejores características y en caliente. En la Figura 19, se muestran imágenes de este proceso.

Con el objeto de analizar las condiciones mecánicas de la mezcla en volumen de 2x1 de MOAN y arena, con esta modalidad de Mezclas Tibias, en el Laboratorio se investiga la temperatura ideal para lograr el cubrimiento

FIGURA 16. Extracción de núcleos, nótese el espesor compuesto por las dos capas de MOAN.

FIGURA 17. Parcheos de pavimentos con MOAN.

75


de los agregados, encontrando que esta tempe-ratura oscila entre 90 y 100 ºC, procediéndose a elaborar varias briquetas de 4 y 6 pulgadas de diámetro, manteniendo este rango de temperatura en el proceso de compactación giratorio con 200 giros (Figura 20).

A las briquetas una vez elaboradas, se les determina sus dimensiones y su peso para conseguir una densidad bulk igual a 2.014 gr/cc para luego llevarlas a curado durante 72 horas a 60 ºC, encontrando que la densidad bulk bajó a 2.009 gr/cc, condiciones que considerando una densi-dad máxima medida igual a 2.445 de la mezcla, ofrece un % de Vacíos antes de curado igual a 17.6 y después del curado igual a 17.8%. Como se puede apreciar el efecto del curado en el parámetro de los vacíos y densidades no es significativo. En la Tabla 12, se muestran los resultados obtenidos en los ensayos.

Se puede concluir que los valores de Estabilidad se mantienen superiores a 3500 libras, igual que las conseguidas en los proyectos; que el flujo está dentro del rango sugerido por el Instituto Norteamericano del Asfalto; que la relación Estabilidad – Flujo a 25 ºC es superior a 200 y que los vacíos con que puede quedar una mezcla son del orden de 17%; concluyendo que las prácticas de laboratorio empleadas son representativas de los procesos de campo y que se pueden usar para el diseño y control de calidad.

Estos resultados son alentadores y demuestran que el Mortero Asfáltico Natural se puede trabajar con Mezclas Tibias en planta a 100 ºC, obteniendo como ventajas:

• Mejor homogeneidad en la mezcla• Mejores condiciones mecánicas• Un proceso de curado más rápido

FIGURA 18. Capas de base granular estabilizada con MOAN.

FIGURA 19. MOAN premezclado y la Planta para mezcla en caliente.

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8. ConCLUSioneS

Con la información recolectada de los proyectos, la inspección de campo y las pruebas de laboratorio realizadas, se puede concluir que:

Los Morteros Asfálticos Naturales representan a un grupo de materiales asfálticos no convencionales que son viables para el mejoramiento de la red vial.

El Mortero Asfáltico Natural de la mina de Isaza, se puede usar en el mejoramiento y pavimentación de calles y carreteras.

Todos los proyectos deben ser estudiados en forma par-ticular y deben corresponder a diseños de estructuras y procesos específicos.

El parámetro CLIMA, es fundamental en la aplicación de estos materiales asfálticos, recomendando trabajarlos

en temperaturas no inferiores a los 5 ºC y sin amenaza ni presencia de lluvia.

La humedad de las mezclas debe ser inferior a 5%, tanto para mezclarlas como para compactarlas.

La tecnología de las mezclas en frío con asfaltos líqui-dos se puede aplicar para el manejo de los Morteros Asfálticos Naturales.

Las mezclas Tibias son viables y de buen comporta-miento con los Materiales asfálticos no convencionales.

9. BiBLioGRAFíA

[1] J. W. L. DOWLING, Rodolfo Franco L, R. B. C. Russell. Segundo Simposio Colombiano de Geotecnia e Ingeniería Geológica: “ASFALTOS NATURALES, su ocurrencia, propiedades y

FIGURA 20. Mezcla a 95 ºC de MOAN y ARENA en proporción 2:1 en volumen y briqueta compactada en equipo giratorio con 200 giros.

BRIQUETANº

DIAMETRO 4”

Nº GIROS

Dbulk gr/ccANTES

CURADO

Dbulk gr/ccDESPUES CURADO

ESTABILIDADLIBRAS

25 ºC

FLUJO, 25ºC0.01 PULGADAS E / F VACIOS MEZCLA %

Después curado

1 200 2,009 2,004 3550 9 394.4 18

2 200 2,014 2,009 4375 13 336.5 17,6

3 200 2,014 2,009 4400 15 293.3 17,6

4 200 2,035 2,040 3550 14 253.6 16,8

TABLA 12. Resultados de ensayos de briquetas para obtención de densidad bulk.

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usos en construcción de carreteras en Colom-bia” (Caquetá).

[2] GARCÍA L, Manuel y BATEMAN Jaime. Los as-

faltos naturales en Colombia. Tercer congreso ibero Latino Americano del asfalto.

[3] GARCÍA, Mario., LIZARAZO, Nelson y REYES, Oscar. Asfaltos naturales de Pesca, Beteitiva, Tasco, Tópaga en el Departamento de Boyacá. Primeras Jornadas Internacionales del asfalto.

[4] FERNÁNDEZ Rosalba, BETANCURT Luís A,

MURGUEITIO Alfonso. Décimo Simposio Colombiano sobre Ingeniería de Pavimentos: Estudio sobre los asfaltos naturales Colombia-nos. Unicauca.

ReSUMen

La Ley 1239 de 2008 estableció la modificación de los límites máximos de velocidad en carreteras colombianas, los cuales debían ser reglamentados por las autoridades competentes.

Con este fin, el Ministerio de Transporte, por intermedio del Fondo de Prevención Vial, contrató con la Universidad del Cauca la realización de un método de campo para definir los límites máximos de velocidad en cada carretera, teniendo en cuenta las condiciones particulares.

El grupo de investigación en Ingeniería de Tránsito y Transporte de la Universidad del Cauca realizó un estudio investigativo culminado en abril de 2010, cuyos fundamentos, metodología y resultados se resumen en el presenta artículo. El estudio fue acogido de modo oficial por el Ministerio de Transporte para aplicarse en las carreteras na-cionales, departamentales, distritales y municipales de Colombia, mediante Resolución 1384 del 20 de abril de 2010.

MÉTODOPARAeSTABLeCeRLÍMITeSDeVeLOCIDADeNCARReTeRASCOLOMBIANAS

MeTHODFOReSTABLISHINGSPeeDLIMITSONCOLOMBIANROADS

Por: AryFernandoBustamanteMuñoz1abustama@ unicauca.edu.co CarlosAlbertoArboledaVé[email protected] JoséFernandoSánchezOrdóñ[email protected] EfraíndeJesú[email protected] NelsonRivasMuñ[email protected] JorgeHernánFlorezGá[email protected]

______________

Recibido para evaluación: Abril12de2010. Aprobado para publicación: Mayo21de2010

1 ProfesorUniversidaddelCauca,MagísterenTránsitoyTransporte,DirectorInstitutodePosgradoenIngenieríaCivil.-IPIC.Directordelestudio

2 ProfesorUniversidaddelCauca,MagísterenIngenieríadeTránsitoyTransporte.3 ProfesorUniversidaddelCauca,MagísterenIngenieríadeVíasTerrestres.4 ProfesorUniversidaddelCauca,EspecialistaenIngenieríadeVíasTerrestres.

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El método planteado se desarrolla en cinco pasos:

1. Dividir el tramo en sectores. Esta división obedece a la homogeneidad de características geométricas, número de calzadas, ancho de carril y berma, radios de curvatura, tipo de terreno, pendientes longitudinales y otros.

2. Asignar una velocidad genérica a cada sector. Dependiendo de las características geométricas y del entorno imperantes en el sector (establecidas en una tabla) se asigna una velocidad tipo a cada uno de ellos.

3. Ubicar y asignar velocidad a sitios especiales. En cada sector deben identificarse sitios restrictivos: zonas escolares, zonas urbanas, curvas de radio reducido, otros, que limitan la velocidad. A cada uno de estos sitios se asigna su velocidad de paso, según criterios establecidos, o estudios realizados.

4. Ajustar la velocidad genérica en el sector. Debe realizarse un estudio de medición de velocidades en cada sector que determinará la movilidad en la zona. Si las velocidades medidas son inferiores o iguales a la genérica, se adopta ésta para la señalización; si las velocidades medidas superan a la genérica, ésta podrá incrementarse hasta en 10 km/h.

5. Transición de velocidades y señales de confirmación. Entre sitios de cambio de velocidad debe hacerse tran-sición, para evitar los cambios súbitos de velocidad. El método establece las distancias y recomendaciones para hacerla, así como la necesidad de confirmar la velocidad máxima cada dos a cinco kilómetros, y una vez se haya superado el sitio de restricción.

Para aplicar este método se desarrolló el programa informático “SEÑALES”, el cual agiliza el procesamiento de la información recolectada y el diseño de la ubicación de señales de velocidad máxima.

Palabras clave: velocidad; límites de velocidad; ley 1239, Resolución MT 1384.

ABStRACt

Act 1239 of 2008 established the change of speed limits on roads in Colombia, which had to be regulated by the competent authorities.

Therefore, the University of Cauca, at the request of the Road Prevention Fund and the Ministry of Transportation, conducted a research study to establish a field method that allows to place high-speed signals, according to the geometric and particular characteristics of each sector of the track.

The University´s research group in Traffic and Transportation Engineering performed a research study between June 2009 and April 2010, whose details, methodology and results are summarized in this article. With Resolution 1384 of April 20th 2010, the study was officially adopted by the Ministry of Transportation for the application in national, departmental, district and local roads of Colombia.

The proposed method includes five steps:

1. The road division in sectors. This partition depends on the homogeneity of geometric characteristics, the number of lanes, the lane and shoulders width, the curvature radii, the type of terrain, and other longitudinal gradients.

2. The assignment of a generic speed rate for each sector. Depending on the prevailing geometric and environmental elements of the sector (provided in a table) a speed is assigned to each type of them.

3. The allocation and assignment of speed at special sites. In each sector, restrictive sites should be identified: school zones, urban areas, stretched bends, other sites that limit the speed. A flow rate is assigned to each of these sites, according to the established criteria or studies.

80


4. The adjustment of generic speed in the sector. A study measuring the speeds in each sector should be made in order to determine the mobility in the area. If the measured speeds are less or equal than the generic, it is adopted for marking. If the measured speeds exceed the generic, it may be increased up to 10 km / h.

5. The transition and confirmation signals. Changes of the speeds limits require transitions marked by signals, in order to avoid speed´s sudden changes. The method provides distances, recommendations and the need to confirm the maximum speed every two to five kilometres before and after the restriction site.

A computer program, called “Señales”, was developed to apply this method. It speeds up the processing of the collected information and the design of the location of speed limit signs.

Key words: speed, speed limits, Law 1239.

1. intRodUCCiÓn

El Congreso de Colombia expidió la Ley 1239 de 2008, mediante la cual se modifican los artículos 106 y 107 de la Ley 769 de 2002, Código Nacional de Tránsito; el artículo 2 de la Ley 1239 modifica al artículo 107 del Código Nacional de Tránsito así:

“Artículo 107. Límites de Velocidad en carreteras nacio-nales y departamentales. En las carreteras nacionales y departamentales las velocidades autorizadas para los vehículos públicos o privados, serán determinadas por el Ministerio de Transporte o la Gobernación, según sea el caso teniendo en cuenta las especificaciones de la vía. En ningún caso podrá exceder los 120 kilómetros por hora…”

Según la ley, se deben establecer los límites de ve-locidad de forma sectorizada, razonable, coherente y apropiada con el tráfico vehicular y para fijar los límites, las autoridades locales, departamentales y nacionales deben tener en cuenta las condiciones del medio am-biente, la infraestructura vial, el estado de las vías, la visibilidad, el diseño y las características de operación de la vía. Además, se establece que se debe procurar ubicar la señalización respectiva.

En el año 2009 el Ministerio de Transporte, como entidad encargada de reglamentar el sector vial en Colombia, contrató con la Universidad del Cauca, a través del Fondo de Prevención Vial, realizar el estudio para determinar el método a seguir para establecer los límites de velocidad en las carreteras colombianas, según lo establecido en la mencionada Ley.

La Universidad del Cauca organizó un grupo de trabajo conformado por profesores de la misma, con super-visión de un Comité Técnico en el que participaron funcionarios del Ministerio de Transporte, del Instituto Nacional de Vías, del Instituto Nacional de Concesio-nes, del Fondo de Prevención Vial y con la asesoría del experto internacional Gregory Speier, desarrolló el método a seguir, el resumen del cual se presenta en este artículo.

Este método fue adoptado de modo oficial por el Mi-nisterio de Transporte para aplicarse en las carreteras nacionales, departamentales, distritales y municipales de Colombia, mediante Resolución 1384 del 20 de abril de 2010.

Se realizaron jornadas de capacitación en varias ciu-dades del país, en las que participaron funcionarios de las territoriales del Instituto Nacional de Vías, ad-ministradores viales, funcionarios de las Concesiones e ingenieros quienes aplicaron el procedimiento en las vías nacionales.

Corresponde a las autoridades competentes contratar la elaboración e instalación de las señales en los 16.000 km de la red vial nacional.

2. PReMiSAS deL MÉtodo Y ALteRnAtiVAS eStUdiAdAS

La definición del método se fundamentó, entre otras, en las siguientes premisas:

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• La Ley no se debe entender como una autorización expresa de aumentar los límites de velocidad en toda la red.

• La Ley establece la posibilidad de identificar tramos de carretera, que por su adecuada geometría y tipo-logía de infraestructura, puedan operar con límites de velocidad superiores a los establecidos inicialmente en la Ley 769.

• Las vías existentes en Colombia, al momento de elaboración del presente estudio, fueron diseñadas con criterios diferentes a los que se establecen en el Manual de Diseño Geométrico de Colombia versión 2008.

• Los límites de velocidad se deben fijar atendiendo criterios de seguridad vial.

• En lo posible, las variaciones en los límites de velo-cidad entre tramos sucesivos se deberán mantener en un rango restringido. Cuando la presencia de condiciones de operación exija restricciones fuertes en la velocidad, se deberá procurar asignar límites de velocidades en los tramos sucesivos, que permitan lograr cambios en forma gradual, es decir, disponer de longitudes de transición, en las cuales se realicen las variaciones de velocidad.

• Cada carretera se deberá dividir en tramos homogé-neos, de acuerdo con las condiciones geométricas, sección transversal y lateral, patrones de tránsito y otros aspectos de interés.

• Para la selección del método más apropiado se deben valorar principios técnicos y de funcionalidad de aceptación universal por la comunidad científica y que sean de fácil aplicación y supervisión.

Se plantearon y evaluaron las siguientes alternativas:

Método 1. Procedimiento con límite de velocidad por tipo de carretera y ajuste con velocidad por consistencia.

Método 2. Procedimiento basado en capacidad y nivel de servicio.Método 3. Procedimiento basado en modelo de simulación.Método 4. Procedimiento basado en mediciones de campo y ajuste por calificación de riesgo.Método 5. Procedimiento basado en puntaje asignado a la gestión de la seguridad.Método 6. Procedimiento basado en mediciones de

campo y ajuste por accidentalidad.

Luego del análisis correspondiente, basado en una matriz de Saaty con siete criterios de calificación, se seleccionó el Método 1.

3. MÉtodo PARA eStABLeCeR LíMiteS de VeLoCidAd

El método planteado se desarrolla en cinco pasos:

Paso 1. Dividir el tramo en sectores.

El tramo se divide en varios sectores de geometría homogénea identificados por sus PRs de inicio y fin teniendo en cuenta principalmente factores de tipo geométrico, para lo que es fundamental el conocimiento de la vía.

Para esto se requiere de la siguiente información:

• Tipo de carretera: Dos carriles o multicarril.• Geometría de la carretera: curvas horizontales,

pendientes, curvas verticales, ancho de calzada, ancho de separador (si lo hay), bermas, zona des-pejada (si existe).

A cada sector se le asigna una clasificación de acuerdo con los tipos y características geométricas indicadas en la Tabla 1.

Paso 2. Asignar una velocidad genérica a cada sector.

A cada uno de los sectores se le asigna una velocidad genérica teniendo en cuenta la presencia de zonas laterales despejadas, peatones y accesos controlados.

La Tabla 2 indica las velocidades genéricas por sector; para utilizar esta tabla, conviene tener en cuenta las siguientes definiciones:

Zona despejada o zona perdonante:

Área segura disponible para el uso de vehículos erran-tes y/o fuera de control con diseño traspasable. Franja libre de obstáculos a ambos lados de la calzada, tales como postes, árboles, cabezales de alcantarilla, taludes en terraplén con inclinación inferior a 3:1, y en

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TABLA 1. Clasificación de los sectores de carretera según sus características geométricas.

CLASIFICACIÓN CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS

Vía multicarril

Tipo A1

Velocidad de diseño de 100 a 120 km/hRadio mínimo 400 mPendiente máxima 5 %Ancho de calzada 7.30 mAncho de berma izquierda mínimo 1.00 mAncho de berma derecha mínimo 2.00 m

Tipo B1


Tipo C1


Vía de dos carriles

Tipo A2

Velocidad de diseño de 70 a 80 km/hRadio mínimo 170 mPendiente máxima 6 %Ancho de calzada 7.30 mAncho de bermas mínimo 1.80 m

Tipo B2

Velocidad de diseño de 60 a 70 km/hRadio mínimo 120 mPendiente máxima 8 %Ancho de calzada 7.30 mAncho de bermas mínimo 1.00 m

Tipo C2

Velocidad de diseño de 50 km/hRadio mínimo 70 mPendiente máxima 9 %Ancho de calzada 7.00 mAncho de bermas mínimo 0.50 m

Tipo D2

Velocidad de diseño de 40 km/hRadio mínimo inferior a 70 mPendiente máxima superior al 9 %Ancho de calzada inferior a 7.00 mAncho de bermas inferior a 0.50 m

TABLA 2. Velocidad genérica según el tipo de carretera.

TIPO DE CARRETERA

VELOCIDAD GENÉRICA (km/h)

CON SEPARADOR

SIN SEPARADOR

Multicarril, características geométricas de vía tipo A1, zona despejada de 9 m o con elementos de contención vehicular, accesos controlados, sin peatones

120 No aplica

Multicarril, características geométricas de vía tipo B1, control parcial de accesos, sin concentración de peatones

100 90

Multicarril, con características geométricas de vía tipo B1, sin control de accesos, sin concen-tración de peatones

90 80

Multicarril, con características geométricas de vía tipo C1, sin control de accesos, sin concen-tración de peatones

80 70

Multicarril, con características geométricas de vía tipo C1, sin control de accesos, con peatones frecuentes

70 60

Dos carriles, características geométricas de vía tipo A2, sin concentración de peatones

80

Dos carriles, características geométricas de vía tipo A2, con peatones frecuentes

70

Dos carriles, características geométricas de vía tipo B2, sin concentración de peatones

70

Dos carriles, características geométricas de vía tipo B2, con peatones frecuentes

60

Dos carriles, características geométricas de vía tipo C2, con peatones frecuentes

50

Dos carriles, características geométricas de vía tipo D2, con peatones frecuentes

40

general cualquier elemento que represente un peligro en caso que un conductor pierda el control del vehículo y éste se salga de la vía. En caso que no se disponga de espacio suficiente para esta zona, se deben instalar barreras de contención vehicular.

Accesos controlados:

Consiste en regular la entrada directa de vehículos a la vía principal; en algunos casos se recomienda construir una vía paralela que recoja todo el tráfico de las vías

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secundarias y lo conduzca al sistema vial principal, al que se incorpora mediante intersecciones a desnivel.

Control parcial de accesos:

Consiste en regular la entrada directa de vehículos a la vía principal, y permitirla sólo en sitios determinados que cumplen con parámetros de seguridad, incluyendo carriles de aceleración y deceleración.

Sin concentración de peatones:

Sitios en los cuales el flujo peatonal es bajo y no se presentan grupos de personas que cruzan con fre-cuencia la vía.

Paso 3. Ubicar y asignar velocidad a sitios especiales.

En cada sector se deben identificar y ubicar los sitios en los que se producen condiciones especiales de velocidad, y asignarles las velocidades de paso, según lo indicado en la Tabla 3.

Estas velocidades son sugeridas, por lo que se pueden ajustar a criterio de quien hace el estudio, teniendo en cuenta las características propias de la restricción y/o la accidentalidad de cada sitio.

Los cuellos de botella se pueden generar por estre-chamientos de calzada, zonas inestables que generan hundimientos o caídas de piedra y otras situaciones que afecten a la velocidad de modo permanente.

Una curva restrictiva es una curva aislada de radio pequeño y/o deflexión grande, comúnmente identificada por los usuarios de la vía como peligrosa, ubicada des-pués de una recta larga, que obliga a una disminución notable de velocidad.

La velocidad en la curva restrictiva se puede obtener de un estudio de velocidades o de la Tabla 4.

La velocidad seleccionada en cada sitio especial es la que se colocará en la señal reglamentaria correspon-diente (SR-30), siguiendo las indicaciones del Manual de Señalización vigente en Colombia.

Paso 4. Ajustar la velocidad genérica en el sector

TABLA 3. Velocidad en sitios especiales.

IDENTIFICACIÓN DEL SITIO VELOCIDAD (km/h)

Paso por zonas urbanas y semi-urbanas 50

Paso por zonas recreacionales: balnearios, res-taurantes, estaderos, sitios de atracción turística 50

Puentes angostos y cuellos de botella 40

Paso por zonas escolares 30

Curvas restrictivas y otros Ver Tabla 4

Túneles Velocidad de diseño del túnel

La velocidad genérica en el sector se ajusta teniendo en cuenta la velocidad de operación en el mismo, la cual se obtiene mediante la medición de velocidades con radar.

Para hacer un operativo de mediciones de velocidad es indispensable el conocimiento de la vía, ya que se debe hacer en sitios representativos; se establecerá un sitio cerca del inicio del sector, uno cerca del final, y los que a juicio del analista sean necesarios para detectar la variabilidad de la velocidad al interior del mismo. Mientras más sitios de medición de velocidades haya, mayor precisión habrá en el proceso.

Dentro de cada sector se deben especificar varias secciones en las cuales la velocidad es homogénea, identificando el PR inicial y el PR final de cada una de ellas. El sector debe quedar cubierto por las secciones en las que se miden velocidades.

La medición de velocidades se hace a automóviles a flujo libre; se consideran condiciones de flujo libre cuando la brecha entre vehículos es mayor de cinco (5) segundos. La brecha es el tiempo medido entre el parachoques trasero de un vehículo y el parachoques delantero del vehículo que lo sigue.

TABLA 4. Velocidad sugerida en curvas restrictivas.

RADIO(m) VELOCIDAD (km/h)

R ≤ 40 30

40 < R ≤ 70 40

70 < R ≤ 110 50

110 < R ≤ 160 60

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Una vez tomadas y procesadas las velocidades me-didas en campo se obtiene la velocidad de operación (percentil 85 de las velocidades), la cual permite ajustar la velocidad genérica del sector, según lo indicado en la Tabla 6.

La velocidad resultante de este ajuste es la que pre-valecerá como velocidad máxima en cada uno de los sectores estudiados.

Paso 5. Transición de velocidades y señales de con-firmación

En la aproximación a cada sitio especial se deben colocar señales que indiquen la variación progresiva de velocidad, en variación de 20 km/h, espaciadas entre sí 100 m.

Para confirmar el valor de velocidad máxima en secto-res de gran longitud se deben instalar señales con un espaciamiento fijado por el contratante, el cual debe estar entre dos (2) y cinco (5) kilómetros.

Para las curvas restrictivas, después de calcular su Velocidad Específica (VCH), se hará una comparación con la velocidad máxima en el sector. Si la diferencia entre estas dos velocidades es superior a 10 km/h, se deberá adosar una señal informativa a la parte inferior del tablero de la señal de curva, el cual deberá indicar el valor de la VCH como velocidad sugerida para esa curva.

Cuando hay intersecciones a nivel con retornos, sa-lidas, etc., queda a juicio de quien realiza el análisis, diseñar las señales de límite de velocidad adicionando en la parte inferior del tablero señales informativas con flechas o mensajes como SALIDA, RETORNO, etc., según corresponda.

Una vez superado el sitio especial que generó la restric-ción de velocidad, se debe instalar la señal que indica la velocidad máxima que se tenía antes de dicho sitio (velocidad máxima del sector).

4. ConCLUSioneS

• Se desarrolló un método para establecer los límites de velocidad en carreteras colombianas que tiene en cuenta las características geométricas de las mismas, la operación y el entorno.

• El método es fácil de entender y de aplicar, y atiende a premisas técnicas.

• El método desarrollado deberá ser aplicado por profesionales idóneos en los 16.000 km de la red vial nacional; el resultado de la aplicación es el diseño de la ubicación y valor a colocar en cada una de las señales.

• En Colombia no hay a la fecha carreteras acondi-cionadas para circular con seguridad a 120 km/h, valor tope establecido en la Ley.

• Se desarrolló un programa de computador: “SEÑA-LES”, como herramienta de apoyo para aplicar el método; el programa permite guardar la información geométrica de la vía, los parámetros de diseño, los datos de velocidades (las mediciones de campo), procesar y obtener la velocidad de operación y di-señar la señalización según los criterios definidos, generando esquemas y listados con la ubicación de las señales de velocidad y la demarcación de zonas de adelantamiento.

5. BiBLioGRAFíA

[1] MINISTERIO DE TRANSPORTE. (2008). Manual de diseño geométrico de carreteras. Instituto Nacional de Vías, Bogotá.

[2] MINISTERIO DE TRANSPORTE. (2004). Manual de señalización vial - Dispositivos para la regulación del tránsito en calles, carreteras y ciclorrutas de Colombia. Bogotá.

TABLA 6. Ajuste a la velocidad genérica por veloci-dad de operación.

SITUACIÓN VELOCIDAD A SEÑALIZAR (km/h)

Velocidad de operación ≤ Veloci-dad genérica

Velocidad de operación, aproxima-da a múltiplo de 10, por exceso o defecto.

Velocidad de operación > Veloci-dad genérica

Velocidad genérica incrementada hasta en 10 km/h

ReSUMen

El grupo de Investigación en Ingeniería de Tránsito y Transportes de la Universidad del Cauca por solicitud del Ministerio de Transporte y el Fondo de Prevención Vial, realizó un estudio investigativo de carácter técnico para establecer un método que permite definir los límites máximos de velocidad en cada carretera colombiana, teniendo en cuenta las características geométricos y las condiciones particulares de cada sector de vía.

Este artículo presenta el Programa de Computador SEÑALES, el cual apoya la aplicación del método desarrollado por la Universidad del Cauca para fijar los límites de velocidad en las carreteras colombianas.

A través del programa SEÑALES se logra:

1. Editar y gestionar la información geométrica y de operación de cada tramo de carretera en estudio.2. Asignar una velocidad genérica a cada sector seleccionado, procedimiento que se lleva a cabo a través de

una serie de preguntas.

PROGRAMASeÑALeSPARAeSTABLeCeRLÍMITeSDeVeLOCIDADeNCARReTeRASCOLOMBIANAS

“SeÑALeS”SOFTWAReTOeSTABLISHSPeeDLIMITSONCOLOMBIANROADS

Por:AryFernandoBustamanteMuñoz1abustama@ unicauca.edu.coCarlosAlbertoArboledaVélez1 [email protected]éFernandoSánchezOrdóñez1 [email protected]índeJesúsSolanoFajardo1 [email protected]ñoz1 [email protected]ánFlorezGálvez1 [email protected]

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Recibido para evaluación: Abril27de2010. Aprobado para publicación: Junio4de2010


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3. Editar y procesar la información de velocidades de operación medidas en campo.4. Ajustar la velocidad genérica en el sector. 5. Llevar a cabo el diseño de la señalización de confirmación y de transición de cada sector.6. Preparar los planos de Autocad con el diseño de la señalización.7. Estimar, en forma aproximada, las distancias de visibilidad de adelantamiento, teniendo en cuenta las condi-

ciones de operación en planta y perfil.

Palabras clave: Velocidad; límites de velocidad; ley 1239.

ABStRACt

The Research Group in Traffic and Transportation Engineering of the University of Cauca by request of the Ministry of Transport and the Road Prevention Fund, conducted a research study of a technical nature, to establish a method for defining maximum speed on Colombian roads, taking into account the geometric characteristics and the particular conditions of each sector of the way.

This article presents the computer program “SEÑALES”, which supports the implementation of the method developed by the University of Cauca, to set speed limits on roads in Colombia.

The program can:

1. Edit and manage the geometric information and operation of each road section under study. 2. Assign a generic speed for each selected sector, through a series of questions. 3. Edit and process information of field measurements operating speeds. 4. Adjust generic speed in the sector. 5. Carry out the design of signage and transition confirmation of each sector. 6. Prepare AutoCAD drawings with the design of signage. 7. Estimate, approximately, the overtaking sight distances, taking into account the conditions of operation plan and

profile.

Keywords: Speed, speed limits, law 1239.

1. intRodUCCiÓn

La metodología propuesta para llevar a cabo el proceso de fijación de límites de velocidad en las carreteras se ha implementado en el programa de computador, SEÑALES, elaborado por la Universidad del Cauca para este propósito.

En la Figura 1 se presenta el desarrollo conceptual del programa, sus componentes e interrelaciones. Algunas de las características generales son:

• SEÑALES se ha estructurado en un todo de acuerdo

con el método propuesto para la fijación de límites de velocidad, pero con el cuidado que los diferentes criterios señalados en la metodología entren como parámetros del programa, en tablas que pueden ser actualizadas o modificadas cuando se requiera.

• Para un mejor aprovechamiento del software se debe proporcionar la información del diseño en planta y perfil del tramo de carretera en estudio.

• La unidad de análisis en el programa es el proyecto, el cual comprende un tramo de carretera de dos carriles o una calzada si se trata de una carretera con dos o más calzadas.

• El programa interactúa con EXCEL y AUTOCAD,

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Módulo de edición y dibujo de la información geométrica del

tramo y tabla de velocidades

Módulo de Sectorización (Procedimiento dinámico)

Módulo de gestión de información de velocidades, cálculo de estadísticas

Definición de sitios de restricción de

velocidad

Definición de sitios de medición de

velocidad y definición de secciones

Módulo de colocación de señales y zonas de adelantamiento

Parámetros de zonas de velocidad, zonas

de transición y longitud de

confirmación de señales

Módulo Gestión de información de accidentalidad

(opcional)

genéricas

para permitir un manejo más ágil de los datos de entrada, resultados, tablas y planos.

• SEÑALES se ha cifrado en lenguaje Visual Basic 6 e incorpora librerías y rutinas diseñadas específica-mente para el manejo de información de carreteras.

2. deFiniCioneS BÁSiCAS

Con el propósito de disponer de una terminología unificada, se presenta a continuación las definiciones

FIGURA 1. Estructura del Programa de Computador “SEÑALES”.

básicas de los principales conceptos desarrollados en la metodología, [1].

• Tramo. División básica de la red de carreteras.• Sectorización. Dividir un tramo en sectores homo-

géneos.• Sección. Parte de un sector, con tratamiento homo-

géneo desde el punto de vista de señalización. Se le denomina a estas secciones con el nombre de “zonas de velocidad”.

• Velocidad genérica. Velocidad asignada a un sector

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de carretera en función de su tipo y de las caracte-rísticas geométricas.

• Sitio especial. Parte de un sector con características especiales, debido a restricciones en la velocidad de operación.

• Sección de transición. Parte de un sector donde se deben dar indicaciones especiales en materia de regulación de la velocidad.

• Longitud de confirmación. Distancia mínima en una sección en donde debe replicarse la señal de límite de velocidad de la sección.

• Longitud de transición. Distancia en la cual se debe llevar a cabo la colocación de señales de velocidad con límites variables, desde un valor inicial hasta un valor final.

• índice de accidentalidad. Normalmente se refiere al índice de severidad.

FIGURA 2. Opciones principales del Programa.

3. MAneJo BÁSiCo deL PRoGRAMA

3.1 inStALACiÓn deL PRoGRAMA

El programa se suministra en un CD, en una carpeta denominada SEÑALES. El usuario debe copiar la carpeta completa en su disco duro y correr la aplicación copialib.exe. Este programa instala las librerías que requiere el programa, y deja habilitado el programa para su ejecución. El programa se puede descargar de la página www.unicauca.edu.co/~carboled.

3.2 oPCioneS GeneRALeS deL PRoGRAMA

Al entrar en la aplicación se dispone de una pantalla con la apariencia que muestra la Figura 2.

89


Las funciones de las opciones generales se reseñan en la Tabla 1.

3.3 oPCiÓn PRoYeCto

Una aplicación cualquiera requiere la introducción del Nombre del Proyecto, su descripción y la ubicación del proyecto. Además, se debe asignar un nombre al archivo de datos. En la Figura 3 se presenta la pantalla correspondiente al menú Proyecto / Propiedades.

3.4 íConoS PARA eL MAneJo deL PRoGRAMA

Para el manejo del programa se tiene una barra de herramientas con un conjunto de iconos, cuya utilidad se ilustra en la Figura 4.

3.5 oPCiÓn dAtoS

El Programa requiere la definición de unos datos, tablas básicas:

TABLA 1. Descripción de opciones principales del programa SEÑALES.

• Velocidades genéricas.• Tipo de terreno.• Tipo de vehículos.• Tipo de secciones transversales.• Tipo de restricciones.

En la Figura.5 se presenta la apariencia de la pantalla de computador.

Para editar cualquiera de estas tablas básicas, el programa muestra una pantalla con la información solicitada, de manejo similar a una hoja electrónica. En la Figura 6 se presenta la apariencia de la pantalla a la tabla de tipos de secciones transversales. El manejo es similar para cualquiera de los datos de tablas básicas.

En cualquiera de las tablas de información el usuario puede importar o exportar información de EXCEL. Para importar información se copia la información de la hoja electrónica al portapapeles y en la tabla de información se hace clic en el botón derecho del ratón y se selec-ciona la opción copiar del portapapeles.

OPCIONES PRINCIPALES DESCRIPCIÓN

Proyecto:

Esta opción permite gestionar la base de datos con la información del proyecto. El programa genera un solo archivo. Esta opción contiene:

Gráfica: Permite el acercamiento de los planos que se muestran. Funcionan igual que los iconos.

Datos: Permite el manejo de toda la información. Más adelante se hace una descripción de esta opción.

Diseño de la señalización

Lleva a cabo el proceso de determinación de velocidades en cada sector y determina la ubica-ción de señales de velocidad y las distancias de velocidad

Ver Permite al usuario seleccionar la información que se aprecia en la pantalla.

Informes Permite consultar e imprimir los principales resultados de la aplicación: tabla de velocidades y tabla de ubicación de señales.

Utilidades: Permite la configuración básica del programa y exportar los planos a AUTOCAD.

Salir: Opción para terminar el programa.

Nuevo: Generar un nuevo proyecto.Abrir: Utilizar la información de un proyecto ya creado.Guardar: Grabar la información en el disco duro.Guardar como: Guarda el archivo con otro nombre.Propiedades: Permite introducir información de identificación del proyecto Últimos Proyectos: Ofrece un listado de los proyectos disponibles.

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FIGURA 3. Menú Propiedades del Proyecto.

FIGURA 5. Tablas básicas.

FIGURA 4. íconos para el manejo del programa.

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Para exportar la información se procede de la misma forma, pero se selecciona la opción de copiar al porta-papeles. Los detalles de información para cada una de las tablas básicas se relacionan en la Tabla 2.

4. inFoRMACiÓn de tRAMoS

Esta sección del programa constituye el centro de la información de la aplicación. La información requerida se muestra en la Figura 7.

4.1 SeCtoReS (SeCtoRiZACiÓn)

A través de la opción Sectores se llevan a cabo el primero y segundo paso del método desarrollado. Al entrar a Sectores el usuario aprecia una pantalla con la apariencia de la Figura 8.

Se debe diligenciar para cada sector el PR inicial y final, el tipo de terreno, tipo de sección transversal y el TPD.

La información correspondiente a la última columna, Tipo de Velocidad Genérica, se realiza a través de un proceso interactivo, que mediante preguntas sucesivas logra la clasificación de la vía y asigna la velocidad genérica del sector.

Para llevar a cabo el proceso de selección de velocidad genérica de un sector en particular, se debe ubicar en la fila correspondiente al sector y acceder al botón Velocidad Genérica del Sector: xxx a yyy. Se entra a un formulario de preguntas a cerca de la geométrica y características de operación, como la que muestra la Figura 9.

4.2 inFoRMACiÓn GeoMÉtRiCA deL tRAMo

La información detallada requerida para el tramo se relaciona en la Tabla 3.

TABLA 2. Información tablas básicas.

TABLA BÁSICA INFORMACIÓN SOLICITADA

Velocidades genéricas- Id.- Descripción- Velocidad máxima

Tipo de terreno- Id.- Descripción- Subidas + bajadas máxima

Tipos de vehículos - Id.- Descripción

Tipos de secciones trans-versales

- Id.- Descripción- Ancho calzada (m)- Ancho berma (m)- Número de carriles- Ancho separador central (m)- Ancho zona perdonante (m)

Tipos de restricción - Id.- Descripción.

FIGURA 6. Tipo de secciones transversales.

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FIGURA 7. Información del tramo.

FIGURA 8. Información de sectores (Sectorización).

FIGURA 9. Asignación velocidad genérica del sector.

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5. diSeÑo de LA SeÑALiZACiÓn

Esta opción permite calcular la señalización de veloci-dad en el tramo de análisis. Para ello, y con el propósito de contar con un sistema flexible, el usuario debe indicar los parámetros generales para el diseño, que cubren:

Parámetros generales

- Longitud de confirmación (m)- Distancia entre señales de transición

(m)- Paso de velocidad entre señales de

transición (m)- Percentil de velocidad (%)

La apariencia de la pantalla donde se solicita esta información se presenta en la Figura 10.

TABLA 3. Información tramo.

ASPECTO INFORMACIÓN SOLICITADADistancias entre PRs - Distancia entre PRS

Curvas Horizontales

- PR Inicial- PR Final- Delta (g,m,s)- Radio- Peralte

Curvas verticales

- PR Inicial- PR Final- Cota PCV (m)- Cota PIV – E (m)- Cota PTV (m)

Zonas de restricción

- PR Inicial- PR Final- Tipo de restricción- Velocidad de paso (Km/h)

Accidentalidad

- PR Inicial- PR Final- Tipo de registro- índice de accidentalidad- Número de accidentes con muertos- Número de accidentes con heridos- Número de accidentes leves- Accidentes con muertos- Accidentes con heridos- Fecha Inicial- Fecha Final- Fecha del accidente

Velocidades

- Estación- PR Inicial- PR Final- Fecha- Observación- Tipo de vehículo- Velocidad

Una vez establecidos los parámetros generales se proce-de al diseño de las señales y la demarcación horizontal.

6 MenÚ inFoRMeS

El sistema reporta varios informes de interés, pero los más relevantes son:

6.1 inFoRMe oPeRAtiVoS de VeLoCidAd

Este informe proporciona los valores de velocidad, percentil 85, por tipo de vehículo. En la Figura 11 se presenta el modelo del informe.

6.2 inFoRMe de VeLoCidAdeS PoR SeCtoR

Las velocidades asignadas a cada sector del tramo de análisis se constituyen en la base para llevar a cabo el diseño de la señalización. En la Figura 12 se presenta el modelo de este informe.

6.3 inFoRMe SeÑALeS

Este informe proporciona la lista de señales, detallando su ubicación y el límite de velocidad. Es conveniente advertir, que la ubicación final de la señal en el campo, la debe definir el ingeniero encargado, atendiendo criterios con las condiciones locales del sitio. En la Figura 13 se proporciona el modelo del informe de señales.

7. MenÚ UtiLidAdeS

Esta opción presenta dos tareas relacionadas con la configuración de la aplicación y la exportación de los planos a AutoCAD. La configuración está relacionada con la selección de colores y tamaños de las letras para ser utilizadas en las gráficas. La Figura 14 presenta la apariencia de la configuración del sistema. La selección de tamaños de letras y espesor de las líneas las va escogiendo el usuario por ensayo y error.

La exportación del archivo a AutoCAD se lleva a cabo en for-ma automática, generando un archivo con extensión DXF, el cual puede ser leído por cualquier versión de AutoCAD.

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FIGURA 10. Parámetros generales para diseño.

FIGURA 12. Modelo de Informe de velocidades por sector.

FIGURA 11. Modelo Informe de Operativos de velocidad.

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8. BiBLioGRAFíA

[1]. UNIVERSIDAD DEL CAUCA – FONDO DE PRE-VENCION VIAL. 2010. Método para establecer límites de velocidad en carreteras colombianas.

FIGURA 13. Informe de Señales.

FIGURA 14. Configuración del sistema.

ReSUMen

Durante el año 2010 se llevó a cabo una investigación para la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Popayán con el fin de determinar los patrones de consumo de agua de los usuarios del sector residencial. Estos patrones permitieron identificar diferentes aspectos que reflejan los hábitos de uso del agua en la ciudad. Se utilizó un software que permitió registrar los consumos de 24 usuarios pertenecientes a todos los estratos socio-económicos, durante una semana, las 24 horas del día, siguiendo un diseño experimental. Se encontró que el promedio de consumo de agua per cápita fue de 158 L/d. Los resultados del ANOVA mostraron que entre actividades de uso de agua y entre estratos no existen diferencias estadísticas significativas. También, se identificaron las horas pico de consumo y los porcentajes de uso por cada actividad. Adicionalmente, se realizó una breve descripción del consumo en el sector comercial, identificando el sector hotelero como el más representativo.

Palabras clave: consumo de agua, patrón de consumo residencial, uso del agua, consumo per cápita Popayán, sector comercial.

eSTUDIODePATRONeSDeCONSUMODeAGUAPARALOSUSUARIOSDeLSeCTORReSIDeNCIAL

DeLACIUDADDePOPAYÁN

STUDYOFWATeRCONSUMPTIONPATTeRNSFORTHeReSIDeNTIALSeCTORUSeRSOF

THePOPAYANCITYPor:DeyaMaritzaCorté[email protected] MaríaAlexandraMirandaR.1 [email protected] CarlosA.GallardoB.1 [email protected]

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Recibido para evaluación: 15 de mayo de 2010. Aprobado para publicación: 18 de agosto de 2010.


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ABStRACt

During the year 2010 was carried out a research to determine water consumption patterns of residential sector users for the Aqueduct and Sewerage Company of Popayan. By these patterns were identified different aspects of the water use in the city. It was used a software that allowed to record the consumption of 24 users across all socio-economic strata, during a week and 24 hours per day, following a experimental design. It was found that the average per capita water consumption was 158 L/d. The ANOVA results showed that between water use activities were no found statistically significant differences. The study identified the peak hours of consumption and rates of use for each activity. Additionally, there was a brief description of consumption in the commercial sector, identifying the hotel industry as the most representative.

Keywords: water consumption, patten of household consumption, water use, per capita consumption Popayán, commercial sector.

1. intRodUCCiÓn

En Colombia, según datos de la Superintendencia de servicios públicos, en el año 2004 los hogares consu-mieron cerca de 984 millones de metros cúbicos de agua, [1]. Actualmente, se presenta una disminución en la disponibilidad del recurso hídrico, debido en algunos casos al uso inadecuado y a los cambios climáticos que se están presentando.

En Colombia, 12.9 millones de personas (cerca del 25% de la población) no tienen acceso al agua potable, según la Defensoría del Pueblo, [2]. Aunque Colombia es uno de los países latinoamericanos que registra un bajo consumo promedio per cápita (160 L/h/d) en com-paración con otros países latinoamericanos como Brasil (200 L/h/d) y Perú (250 L/h/d), hay muchas poblaciones en las cuales se desperdicia el agua, [3].

Popayán cuenta con una población de 258653 habi-tantes según censo realizado por el DANE en el año 2005 y una proyección para el año 2010 de 265702, [4], de los cuales un alto porcentaje (97%) cuenta con cobertura de agua potable; sin embargo, no se cuenta con estudios para conocer si está o no realizando un uso racional del agua.

La medición del consumo de agua potable es un factor determinante para lograr el uso racional del recurso, por lo cual la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Popayán requiere implementar un sistema de medición más preciso que refleje datos de consumo real, evitando

errores en dicha medición y que a la vez brinde la infor-mación adecuada para realizar la desagregación de los consumos que se tienen actualmente en la ciudad. Es importante resaltar que la ausencia de este tipo de datos estadísticos detallados dificulta el diseño adecuado de los sistemas de abastecimiento. Por lo cual se decidió realizar este estudio de manera exploratoria, por medio de la implementación de un sistema de radio lectura móvil de contadores, el cual cuenta con un índice de precisión más alto que los contadores convencionales, ya que permite obtener lecturas a partir de un mínimo consumo (0.5 L/h), presentando los patrones de con-sumo por cada estrato, y generalizado para el total de la población estudiada.

2. MetodoLoGíA

2.1 MetodoLoGiA SeCtoR ReSidenCiAL

2.1.1 Área de estudio y selección de los sitios de muestreo

El estudio se realizó en la zona urbana de la ciudad de Popayán en diferentes puntos ubicados al azar teniendo en cuenta el estrato socioeconómico (Figura 1) y la facilidad de ubicación del receptor de señal (GPRS), ya que éste cuenta con una cobertura máxima de 500 m a la redonda. La selección de las viviendas de muestreo se realizó en común acuerdo con cada usuario debido a que era necesaria su autorización para realizar la

98


instalación del micromedidor empleado en el estudio.Una vez definidos los objetivos del estudio se procedió a identificar los barrios de la ciudad en los cuales era viable ejecutar el muestreo. Posteriormente, se seleccionaron los usuarios de cada estrato y se socializó el proyecto.Debido a las limitaciones técnicas del equipo, el estudio no se realizó simultáneamente en todos los estratos, sino que se hizo a lo largo de varias semanas, para cubrirlos todos. Finalmente, con el apoyo técnico y operativo de la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Popayán S.A. E.S.P. se instaló un total de 36 micromedidores. La recepción de datos fue nula en seis micromedidores, parcial en seis y total en 24.

2.1.2 Toma de información en el Sector Residencial

Con el fin de hallar una relación coherente entre los datos obtenidos a través de la aplicación del software SAPPEL y los diferentes usos de agua que se presentan en el sector residencial, se diseñó una encuesta que fue aplicada a cada usuario.

2.1.3 Recolección y almacenamiento de datos

Una vez instalados los micromedidores y ubicado el GPRS en el sitio establecido, la información se almacenó a través de radiolectura en un servidor ubicado en Bogotá, el cual cuenta con una recepción permanente de datos. Por medio de internet estos datos pueden ser obtenidos en la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Popayán. La recepción en el GPRS solo es posible si se ingresa al sistema la codificación de cada uno de los micromedidores a instalar. Dicho procedimiento se realizó mediante la co-nexión de la cabeza óptica con el diodo de programación óptica del micromedidor, la terminal portátil o computadora de mano PSION y el IZAR PRT que permite la conexión de señal entre éstos (Figura 2). El Software almacena el código de cada micromedidor y el número de litros con-sumidos por hora (Figura 3). Los datos diarios pueden ser exportados a hojas de Excel o Word.

La recepción de datos para cada usuario se realizó durante una semana, verificando que la cobertura de señal fuera completa las 24 horas del día.

FIGURA 1. Mapa de ubicación de las viviendas de muestreo.

Fuente: elaboración propia

99


2.1.4 Procesamiento de datos obtenidos en el Sector Residencial

Previamente al procesamiento de los datos se realizó una revisión bibliográfica para definir los caudales mínimos (L/s) que arroja cada uno de los aparatos consumidores de agua, teniendo en cuenta el decreto 3102 del Ministerio de Desarrollo, la norma ICONTEC NTC 920-1 y un estudio realizado por las Empresas Públicas de Medellín. Además, se hicieron mediciones directas en diferentes viviendas de muestreo, con lo cual se adoptaron los rangos de caudal para cada aparato, Tabla 1.

A medida que se adquirió la información de los con-sumos de cada usuario, se procedió a desagregar sus usos. Para lo anterior, se confrontaron los datos suministrados por el usuario en la encuesta con los arrojados por el sistema y con los rangos adoptados para cada aparato. Las actividades definidas en el estudio fueron:

• Cocina: lavado de loza y preparación de alimentos.• Lavado de ropa• Ducha • Sanitario• Otros: aseo de la vivienda, lavado de dientes,

manos, riego de plantas y lavado de vehículos.

La desagregación de los usos se realizó a través de la implementación de una macro en Excel que permitió el manejo de los datos de una forma más rápida. 2.2 toMA de dAtoS SeCtoR CoMeRCiAL

Para realizar el estudio de consumo en el sector comercial no se utilizó la misma metodología que en el residencial, ya que los usuarios comerciales no se encuentran ubicados en un mismo sector de la ciudad y el GPRS presentaba limitaciones en cuanto a la

FIGURA 2. Montaje para ingreso del micromedidor al sistema SAPPEL.

FIGURA 3. Reporte de datos.

100


cobertura de la señal. Por otra parte, el tamaño de los establecimientos y su afluencia eran completamente diferentes, por lo que no tenía lógica hacer comparacio-nes entre éstos. Teniendo en cuenta lo anterior, se optó por utilizar datos de información secundaria, otorgados por la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Popa-yán. Estos mostraron que para 436 establecimientos, el consumo promedio estuvo entre 40 y 1108 m3/mes, para el periodo de Enero a Septiembre de 2010.

3. ReSULtAdoS Y AnALiSiS

Al finalizar el estudio se obtuvo una base de datos de 24 usuarios o viviendas de muestreo con recepción de datos completa y un total de 92 habitantes estudiados, Con los resultados de la encuesta, se pudo determinar el patrón de consumo promedio por habitante y por estrato, además, se conocieron las franjas horarias de

mayor consumo y las actividades preponderantes del uso del agua en las viviendas (Tabla 2).

Se encontró que el 30% de las viviendas estudiadas presentaron fugas que alcanzaron de 2 a 7 L/h, lo cual se vio reflejado en el registro de consumo reportado por el software. Además, pudo observarse un incremento en el consumo a partir de las 5 a.m., llegando al pico máximo promedio entre las 8 a.m. y 9 a.m. (95 L). Dicho consumo disminuyó gradualmente a partir de la 1 p.m. (Figura 4).

Como fue planteado inicialmente el estrato socioeco-nómico más alto fue el que presentó mayor consumo diario por habitante (Tabla 2). Aunque no se encontró una reducción gradual del consumo relacionada directa-mente con la disminución del estrato, si se observó que los estratos más bajos (1, 2 y 3) consumen menos que los más altos (4, 5 y 6). Las dispersiones encontradas en las relaciones anteriores pudieron deberse a que la selección de las viviendas fue a conveniencia y a que no se tuvo en cuenta aspectos y factores como los so-cioeconómicos, actividades laborales, nivel educativo, entre otros, que podrían haber influido en los datos finales de consumo.

Finalizado el estudio de consumo de agua en el sector residencial para la ciudad de Popayán, se encontró que el consumo promedio diario por habitante fue de 158 L. Al comparar los datos obtenidos en el estudio

TABLA 1. Rangos de caudal para cada aparato.

Tipo de Aparato Caudal (L/minuto)Ducha 7 -12Lavadora* 120 – 300 (por ciclo)Lavaplatos 12 -14Sanitario 6, 8 y 15Lavamanos 8 – 10

Fuente: Elaboración basada en estudio Empresas Publicas de Medellín.*Volumen consumido en un ciclo completo.

TABLA 2. Consumos promedio por habitante, estrato y actividad.

Estrato socio- económicoConsumopromedio

1 2 3 4 5 6 Promedio Popayán

(L/h/d) 128 113 136 198 172 205 158

Consumo máximo/hora (L/hab)

1068 a.m. a 9

a.m.

9212 m. a 1

p.m.

871 p.m. a 2

p.m.

17711 a.m. a

12 m.

1338 a.m. a 9 a.m.

1389 a.m. a 10

a.m.Ducha (L/h/d) 23 19 27 24 28 31 25

Lavado de ropa (L/h/d) 48 53 38 78 48 75 56

Cocina (L/h/d) 13 11 15 19 36 13 18

Sanitario (L/h/d) 15 10 14 20 20 14 16

Otros (L/h/d) 30 20 42 57 40 72 43

101


en Popayán con los reportados por las Empresas Públicas de Medellín (2010), [5], se observa que éstos son similares para los estratos 2, 3, 5 y 6, mientras que para los Estratos 1 y 4 se presentaron diferencias más apreciables (Tabla 3).

Comparando el consumo de Popayán con el de otras ciudades del país, se aprecia que junto a Pereira y Medellín, presenta los consumos más altos (Tabla 4). Cabe resaltar que los datos para estas comparaciones fueron obtenidos a través de consulta directa con las empresas de acueducto, a excepción de Medellín donde se contó con el estudio realizado por EPM.

En la Figura 5 se observan los diferentes consumos que se encontraron para cada actividad en la ciudad. Las

TABLA 3. Consumo de agua promedio por habitante en ciudades colombianas

Ciudad Consumo Promedio(L/h/d)

Pasto 120Bogotá 126Manizales 124Medellín 153Cali Dato no encontradoPopayán 158Pereira 160


FIGURA 4. Curva horaria de consumo per cápita para la ciudad de Popayán.

FIGURA 5. Distribución porcentual promedio de uso de agua, per cápita por actividad, en la ciudad de Po-payán.

TABLA 4. Convenciones de la Figura

ESTABLECIMIENTO CONVENCION

Hoteles H

Restaurantes R

Lavadero L

Entidades prestadoras de servicios E

Gasolineras G

Entidades prestadoras de salud S

Gimnasio GyM

Moteles M

Fincas productoras F

Comercial y pequeños establecimientos CCEntidades privadas de educación superior U

Fábricas FB

Parqueaderos P

102


actividades de mayor consumo fueron la de “Lavado de ropa” y “Otros” (Tabla 2), los cuales se ven influenciados principalmente por los Estratos 4 y 6. Las actividades de “Ducha”, “Sanitario” y “Cocina” presentaron consumos menores, distribuidos de una manera uniforme en los diferentes estratos.

Por otra parte, observando los consumos per cápita y las tarifas de acueducto, se infiere que las ciudades que presentan un menor consumo, poseen las tarifas más costosas por cargos fijo, básico, suntuario y com-plementario. Bogotá por ejemplo, tiene la mayor tarifa y a su vez presenta uno de los consumos más bajos por habitante, (Figuras 6, 7 y 8).

Se observó que Popayán se encuentra entre las ciuda-des de menor costo por el servicio de acueducto, junto a Medellín e Ibagué. En cuanto al consumo, Medellín y Popayán son las ciudades que presentan los consumos relativamente más altos, ratificando nuevamente que a menor costo los usuarios tienden a incrementar su consumo de agua. Es importante resaltar que estas comparaciones no tienen en cuenta condiciones cultu-rales, climáticas, costo de vida y número de habitantes, entre otras.

9. ReSULtAdoS SeCtoR CoMeRCiAL

Se depuró la base de datos suministrada por la Empresa

FIGURA 6. Cargo fijo de acueducto en las principales ciudades colombianas.

de Acueducto y Alcantarillado de Popayán E.S.P., S.A., encontrando que solo 74 usuarios de 463, contaban con registro y nombre comercial.Se establecieron los siguientes rangos de consumo promedio mensual:

1. Consumo de 40 a 100 m3/mes2. Consumo de 101 a 200 m3/mes3. Consumo mayor a 201 m3/mes

Para los tres rangos se encontró que el mayor porcen-taje de establecimientos pertenece al sector hotelero (Figuras 9, 10 y 11), seguido de restaurantes para los rangos 1 y 2. Dentro del rango de consumo 2, se obser-va la mayor variedad de establecimientos comerciales, (Figura 10).

La tecnología utilizada para esta investigación no fue posible emplearla para estudiar el sector comercial, ya que los establecimientos comerciales no cuentan con características geográficas, de áreas y categorías similares en un mismo sector de la ciudad que per-mitieran la ubicación del GPRS en un determinado punto, lo cual requería de tiempos prolongados para recepcionar datos.

Dado que los datos suministrados por la Empresa de Acueducto no fueron lo suficientemente detallados, no fue posible establecer o asignar un patrón de consumo para este sector, razón por la cual los resultados pre-sentados son generales.

103


FIGURA 7. Cargo básico de acueducto en las principales ciudades colombianas.

FIGURA 8. Cargo complementario y suntuario de acueducto en las principales ciudades colombianas.

FIGURA 9. Porcentajes de establecimientos comer-ciales ubicados en el rango de consumo de 40 a 100 m3/mes.

FIGURA 10. Porcentajes de establecimientos co-merciales ubicados en el rango de consumo de 101 a 200 m3/mes.

104


Es necesario precisar que para el sector hotelero se requiere conocer diferentes aspectos relacionados con capacidad de los establecimientos, tales como número de habitaciones, población permanente y flotante, categoría, servicios adicionales (como restaurante y piscinas), entre otros.

Totalizando los consumos de los nueve meses anali-zados para el sector hotelero, se observa que el mes de mayo presentó el mayor consumo de agua, con un total de 6295 m3.

10. ConCLUSioneS

Se realizó el estudio de consumo cubriendo la totalidad de los estratos socioeconómicos de la ciudad de Popa-yán, identificando el consumo que se tiene para cada una las actividades representativas del uso del agua en el sector residencial. Se definieron así los patrones de consumo que se presentan en este sector. Sin embargo, debe resaltarse que el número de viviendas estudiadas no es suficiente para establecer de manera certera el patrón de consumo que represente a la ciudad.

El equipo empleado permitió recepcionar datos de consumo de agua a lo largo del transcurso del día en cada una de las viviendas de muestreo. Para cada una de éstas se realizó el registro de una semana de

consumo, en la cual era estrictamente necesario tener un cubrimiento total de los siete días de la semana, las 24 horas del día. Debido a esto, fue limitado el número de viviendas por estrato en las que fue posible realizar el estudio.

El Estrato Seis presentó mayor consumo promedio per cápita, con 205 L/d, seguido por el Estrato Cuatro con 198 L/d, Estrato Cinco 172 L/d, Estrato Tres 136 L/d, Estrato Uno 128 L/d y finalmente el Estrato Dos con 113 L/d. Indicando que a pesar que existe cierta tendencia en incrementar el consumo a medida que las condiciones socioeconómicas aumentan, influyen otras características que no fueron tomadas en cuenta.

El consumo promedio per cápita fue de 158 L/h/d, de los cuales el 36% se encontró en “Lavado de ropa”; 27% en “Otros”; 16% en “Ducha”; 11% en “Cocina” y 10% en “Sanitario”.

Al comparar el consumo per cápita de agua en el sector residencial con los reportados en otras ciudades co-lombianas, se observa que el de Popayán, aunque no es alarmante, es uno de los más altos, solo superado por el de Pereira. Teniendo en cuenta que la población proyectada para Popayán por el DANE al año 2010 es de 265.702 habitantes y que el caudal de abastecimiento para las dos plantas que abastecen la ciudad es de 95.040 m3/d, del estudio se puede comprobar que si el consumo per cápita de 158 L/h/d se considera para toda la población (41.981 m3/d), se está consumiendo solo el 44.2%. Lo anterior indica que con una tasa de crecimiento de la población del 1.4%/año, el caudal actual alcanzaría hasta el año 2069, cuando la población sea de 600.000 habitantes.

Con la información brindada por la Empresa de Acue-ducto y Alcantarillado de Popayán, se identificó que el sector hotelero representa la mayor parte de los establecimientos comerciales que demandan agua en la ciudad. Establecidos los rangos de consumo se iden-tificó que este sector ocupa entre el 40% y el 70%. Las entidades prestadoras de servicio cubren entre el 8% y 14%. Los restaurantes entre el 9% y 14%. Los demás establecimientos se distribuyen en porcentajes menores.

FIGURA 11. Porcentajes de establecimientos comer-ciales ubicados en el rango de consumo mayor a 201 m3/mes.

105


Dado que el sector hotelero es el más representativo, se decidió observar el comportamiento de consumo mensual, encontrando que el mes de mayo fue el más alto con un total de 6265 m3, el menor consumo se presentó en el mes de marzo con 4737 m3.

11. BiBLioGRAFiA

[1] EMPRESAS PÚBLICAS DE MEDELLíN. EPM. Portal hablemos del agua. 2007. [Documento electrónico]. Disponible en:

http://www2.epm.com.co/bibliotecaepm/biblio-teca_virtual/PortalHablemosdelAguaelconsu-mo.htm. Visitado 12 de Octubre de 2009.

[2] SECRETARIA TECNICA PROVISIONAL. Colom-bia Sin Pobreza. Campaña del milenio, Colom-bia sin excusas 2015. [Documento electrónico]. Disponible en:

http://www.colombiasinpobreza.org/noticias.shtml?x=20152145. Visitado 20 Octubre de 2009.

[3] GóMEZ, Lucevín. Listas las sanciones para quienes desperdicien el agua; decreto será expedido el martes. En: El Tiempo. Bogotá D.C. 27de Diciembre de 2009. [Documento electrónico]. Disponible en:

http://www.eltiempo.com/archivo/documento/MAM-3776803. Visitado 28 de Enero de 2010.

[4] DEPARTAMENTO ADMINISTRATIVO NACIONAL DE ESTADISTICA. DANE. Boletín censo general 2005, Popayán, Cauca. [Documen-to electrónico]. Disponible en: http://www.dane.gov.co/files/censo2005/PERFIL_PDF_CG2005/1900T7T000. PDF. Visitado 14 de noviembre de 2010.

[5]. MONTGOMERy. Douglas C. Diseño y Análisis de Experimentos. México: Editorial Limusa S.A. 2002. P. 170 – 217.

11.1 otRA BiBLioGRAFíA ConSULtAdA

[1] TABORDA VIVARES, Pablo Andrés. Caracteri-zación de los usos finales del agua potable para usuarios residenciales en la ciudad de Santiago de Cali. Trabajo de grado Ingeniería Civil. Santiago de Cali. Pontificia Universidad Javeriana. 2009.

[2] ARREGUI, Francisco; COBACHO, Ricardo; CA-BRERA JR; GASCON Enrique, Laura. Urban Water Demand In Spanish Cities By Measuring End Uses Consumption Patterns. Instituto Tecnológico del Agua. Universidad Politécnica de Valencia. Spain.

[3] CABRERA MARCET, Enrique; COBACHO JOR-DÁN, Ricardo; ALMANDOZ BERRONDO, Ja-vier; CABRERA ROCHERA, Enrique; ARREGUI DE LA CRUZ, Francisco. Urban Water Demand In Spanish Cities By Measuring End Uses Consumption Patterns. En: Congreso Water Sources Conference, Austin Texas, E.E.U.U. Enero de 2004.

[4] EMPRESA DE ACUEDUCTO y ALACATARILLA-DO DE BOGOTA. Estructura tarifaria para los suscriptores atendidos en Bogotá D.C. por la empresa de acueducto, tarifas acueducto, año 2010. [Documento electrónico]. Disponible en:

http://www.acueducto.com.co/wpsv61/wps/portal. Visitado 25 de octubre de 2010.

[5] SAPPEL, Ficha Técnica Programas IZAR. Prin-cipales características IZAR. P. 1-8.

106


Sabia usted que….cuando hay una erupción volcáni-ca explosiva de grandes proporciones se emiten a la atmósfera millones de metros cúbicos de gases, que originan torrenciales aguaceros y grandes áreas quedan cubiertas de nubes densas que reflejan la luz del sol que impide el albedo o entrada de la luz hacia la superficie de la tierra. Esto hace que la temperatura de la tierra disminuya. El efecto invernadero producido aumenta la temperatura, y el balance final es un enfriamiento global.

...El calentamiento de la tierra es periódico y por causas naturales, y ha ocurrido así durante millones de años. En el último periodo geológico, durante el pleistoceno, han ocurrido 4 glaciaciones de 80000 años cada una, en cada una de las cuales hay aumentos y disminuciones de temperatura con tendencia al aumento en la primera mitad y disminución en la segundad mitad. Cuando el ciclo termina se tiene un avance de los hielos hacia la línea ecuatorial, con disminución del nivel del mar. Cuando se produce el máximo calentamiento se pro-duce un deshielo global, aumentando el nivel del mar, con un periodo de lluvias intensas a causa de la mayor evaporación, que contribuyen al modelaje de las forma de la tierra, a la reubicación de las especies sobrevi-vientes, a los cambios climáticos y por consiguiente a cambios de vegetación.

…La especie Homo sapiens es una de millones de es-pecies y una de las mas recientes, que si desapareciera, el mundo seguiría existiendo como si nada hubiese ocurrido, como sucedió con los dinosaurios hace 65 millones de años.

...La acción del hombre sobre la tierra se ha sobre-dimensionado, otorgándole la supremacía sobre el calentamiento global, lo cual es completamente falso, hasta tal punto que de un 100% de aumento de temperatura global solo contribuye con un 1% lo cual

es demasiado si lo comparamos con los millones de especies sobre la tierra.

…Durante la segunda mitad de la cuarta glaciación los polos de la tierra eran lindas praderas tropicales donde habitaban los mamuts, grandes paquidermos antecesores de los elefantes actuales. En ese tiempo no existía aún la civilización.

…La evolución de las especies nos enseña que la vida se rige por principios fundamentales, que se han desarrollado durante millones de años y que no pueden ser cambiados de la noche a la mañana. Si el promedio de estatura del ser humano es de 1.65 m, para llegar a 1.70 m deberán pasar muchas generaciones. No espere aumentar 12 cm por el método japonés.

…La explosión demográfica no es tal, el crecimiento estimado por Malthus en el siglo XIX ha fallado osten-siblemente hasta tal punto que se estimaban para esta época 10.000 millones de personas y solo estamos 6.000 millones. El planeta puede albergar 36.000 millones. Estamos en retroceso. En Europa ya no hay jóvenes, la edad promedio es de 37 años, cuando aquí en Colombia es de 19 años. En EE.UU., el 60% de las familias no tienen hijos. Para el año 2025 el continente Europeo será un continente de ancianos. ¿Algo no marcha bien con el desarrollo del cerebro del Homo sapiens?, ¿Se extinguirá la raza humana mucho antes de lo previsto?, Se estarán violando las leyes de la naturaleza en detrimento de su evolución?, ¿Será que ganarle 1000 años a la evolución natural llevara a la sepultura de la raza humana junto con algunas especies domésticas que desgraciadamente la acompañan?.

...La corriente del niño se origina por llamaradas solares o vientos periódicos que emite el sol cada 11 años que no son otra cosa que ráfagas de magnetismo y electrici-

GeONOTASPor:LuisEduardoMorenoTorres*

______________

* ProfesorDepartamentodeGeotecnia.FacultaddeIngenieríaCivil.UniversidaddelCauca.

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dad que ingresan a la tierra aumentando la temperatura en el océano en 1 - 2 grados que se traduce en más evaporación originando grandes precipitaciones. Como la humedad es constante en la atmósfera, hay una disminución en otros sectores que producen sequías o déficit de lluvias .El proceso puede durar entre 6 y 12 meses. Tiempo suficiente para ocasionar grandes destrozos por inundaciones y desertificación y erosión en otras áreas por ausencia de lluvias. El fenómeno del niño fue descubierto por los pescadores peruanos, que observaron que cada 11 años aproximadamente, el 24 de diciembre comenzaban grandes migraciones de peces, hacia el norte o línea ecuatorial.

…Un sismo se produce por reacomodo de placas tec-

tónicas que acumula presión a lo largo de una falla geológica. Cuando se supera la resistencia de la roca, ocurre una explosión que crea una onda sísmica que se desplaza en todas direcciones. El sitio donde se produce el sismo se denomina, hipocentro, el reflejo vertical sobre la superficie, epicentro.

…El tiempo en Geología se mide de acuerdo a la evolución de las especies, los cambios tectónicos, por sedimentación, y por métodos radiométricos. Se establece una escala o almanaque con términos de duración variables o eras geológicas que se dividen en períodos y estos en épocas, muy parecido a un calendario moderno. El tiempo a medir es la edad de la tierra que se ha calculado en 4500 millones de años.

108


Un río no solo sirve para propósitos de irri-gación, consumo humano, generación hidro-eléctrica, navegación, etc. sino que también

da esparcimiento y su correr anima nuestro espíritu. Su aprovechamiento implica la construcción de obras hidráulicas lo que ha sido de interés permanente para pueblos y gobernantes a través de los siglos. El desa-rrollo de los países y ciudades está ligado en la mayoría de los casos a la existencia de las fuentes de agua; qué sería de Egipto sin el río Nilo, de la India sin el río Gánges, de Estados Unidos sin el Mississippi, y sin ir tan lejos, de Colombia sin sus ríos Cauca y Magdalena, a lo largo de los cuales se asienta el mayor porcentaje de su población?

El aprovechamiento de los recursos naturales y particularmente de los hídricos, va ligado al desarrollo de los pueblos. Según cifras

Por: María Elvira Guevara * [email protected]

de la Comisión Internacional para Grandes Presas (ICOLD), Europa tiene explotado el 71% del potencial hidroeléctrico, Norte América el 67%, Oceanía el 61%, Sur América el 38%, Asia el 24% y África únicamente el 8%. En este continente el 70 % de la población vive sin electricidad. Colombia siendo uno de los países más ricos en recursos fluviales, solamente ha aprovechado un 15% aproximadamente de su potencial, de un total posible de 90,000 MW, según el inventarios de Recur-sos elaborado en 1979.

La hidroeléctrica resulta la fuente más barata de energía. En promedio, la energía solar cuesta entre 0.40 y 1.00 US$/kWh, la derivada del petróleo entre 0.15 y 0.30 US$/kWh, la eólica

entre 0.10 y 0.15 US$/kWh, la del gas entre 0.04 y 0.07 US$/kWh, la derivada del carbón entre 0.03 y 0.05 US$/kWh, la nuclear entre 0.03 y 0.04 US$/kWh y la hidroeléctrica a gran escala entre 0.02 y 0.05 US$/kW. http://www.icold-cigb.org

Embalsar agua ha sido uno de los retos desde principios de la humanidad. Según la bibliogra-fía especializada, se sabe que los pioneros en la

construcción de presas fueron los pobladores del medio oriente, especialmente de la antigua Mesopotamia o media luna fértil, que incluía lo que actualmente es Siria, Turquía y casi todo Irak. Se tienen evidencias de presas construidas desde los años 5000 a.C., como una de tierra con 12 m de altura construida en China hacia el 4500 a.C. Según lo encontrado en http.wishtrain.com, la presa más antigua construida por el hombre con alguna destreza, es la de Jawa encontrada en la actual Jordania y data de los años 3000 a 4000 a.C.; fue construida en mampostería de piedra y tierra, de unos 3 m de altura según se observa en fotos, sobre un pequeño arroyo para facilitar el riego local. Otra presa muy antigua, la de Sadd el-Kafara o presa de los pa-ganos, fue descubierta a unos 30 km al sur de El Cairo en Egipto y fue construido entre los años 2950-2750 a.C.; esta presa tiene 37 m de alto, 105 m de ancho en la parte inferior y 80 m de ancho en la parte superior.

La presa con núcleo impermeable de arcilla de Nimrod

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* ProfesoraDepartamentodeHidráulica.FacultaddeIngenieríaCivil.UniversidaddelCauca.

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en el río Tigris, fue encontrada al norte de Bagdad en Irak y data del 2000 a.C.; su propósito principal parece haber sido el control de inundaciones, control de erosión e irrigación. Se cree que la presa más antigua todavía en operación se encuentra en Siria, es de enrocado con 8 m de altura y fue construida para propósitos de irrigación en el río Orontes. La construcción de presas en la edad antigua continuó expandiéndose por China, India, Sry Lanka, Japón, Irán y países del Mediterráneo. ya en nuestra era, fue construida por los romanos la presa Proserpina, todavía en uso, de 22.0 m de altura para embalsar agua y atender el acueducto de Mérida en España.

A nivel mundial y ya en épocas modernas, la presa de mayor altura en el mundo es la de Rogún en la República de Tajikistan (ex URSS),

con 335 m de altura, en tierra y enrocado y su propó-sito sería la generación de electricidad y la irrigación; a pesar de que la construcción del proyecto empezó en 1976, no ha podido ser terminado por problemas de índole natural, económicos, políticos, etc. Le sigue la presa de tierra de Nurek, también en Tajikistan (ex URSS) terminada en 1980, tiene 300 m de altura en enrocado y núcleo impermeable de suelos morrénicos, para generar 2700 MW de energía e irrigar 650000 ha.

La presa en concreto gravedad de más altura es la de Grande Dixence en Suiza, con 285 m y fue terminada en 1961. La presa en arco más alta del mundo es la de Inguri en la República de Georgia (ex URSS) con 272 m terminada en 1980 para generar 1300 MW. Esta

presa será superada por la de Xiaowan en China, que una vez terminada en 2010 tendrá 292 m de altura.

En Colombia, la presa de mayor altura es la Alberto Lle-ras, construida sobre el río Guavio, con 243 m de altura de enrocado y núcleo impermeable de arcilla. Colombia también posee una de las mayores presas de concreto gravedad compactado con rodillo y es la de la Miel con 188 m de altura y fue terminada en 2002. Ambas tienen como propósito la generación hidroeléctrica.

A nivel mundial uno de los mayores proyectos en la actualidad, es el de Gran Inga en la República Democrática del Congo que produciría 39000

MW de electricidad y el costo del kW/h seria de tan solo US$ 0.01. Produciría más del doble de las Tres Gargantas en China y más de la tercera parte del total de electricidad de toda África.

ReFeRenCiAS

[1] http://www.icold-cigb.org [2] http://wishtrain.com[3] http://brittanica.com

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