step by step: sendero inteligente
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STEP BY STEP SENDERO INTELIGENTE
MARLON IVAN BARRERA ACEVEDO
FABIO RAUL VIANCHA ESCOBAR
UNIVERSIDAD PILOTO DE COLOMBIA
SECCIONAL DEL ALTO MAGDALENA
FACULTAD DE INGENIERIacuteA
PROGRAMA INGENIERIacuteA CIVIL
GIRARDOT- CUNDINAMARCA
ANtildeO 2020
STEP BY STEP SENDERO INTELIGENTE
MARLON IVAN BARRERA ACEVEDO
FABIO RAUL VIANCHA ESCOBAR
Trabajo de grado realizado para optar al tiacutetulo
de Ingeniero Civil
Tutora
LILIANA CAROLINA HERNAacuteNDEZ GARCIacuteA
Ing Civil Magister en Infraestructura Vial
Esp Disentildeo y Construccioacuten de Viacuteas y Aeropistas
UNIVERSIDAD PILOTO DE COLOMBIA
SECCIONAL DEL ALTO MAGDALENA
FACULTAD DE INGENIERIacuteA
PROGRAMA INGENIERIacuteA CIVIL
GIRARDOT- CUNDINAMARCA
ANtildeO 2020
87
Nota de aceptacioacuten
Presidente del Jurado
Jurado
Jurado
Jurado
Girardot noviembre 2020
88
Tabla de contenido
INTRODUCCIOacuteN 94
1 PROBLEMA DE INVESTIGACIOacuteN 97
11 PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIOacuteN 98
12 PREGUNTA DE INVESTIGACIOacuteN 100
2 JUSTIFICACIOacuteN 101
3 OBJETIVOS 103
31 OBJETIVO GENERAL 103
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 103
4 MARCOS DE REFERENCIA 104
41 MARCO DE ANTECEDENTES 104
42 MARCO TEOacuteRICO 113
Tipos de pavimentos inteligentes 113
Moacutedulo de control de carga para bateriacuteas 117
Regulador de carga de panel solar 118
Bateriacutea Recargable 119
Panel solar 120
Pavimentos articulados 122
Sensores de movimiento 123
Concreto translucido 124
89
43 MARCO CONCEPTUAL 126
Meacutetodos de disentildeo de pavimentos 126
44 MARCO CONTEXTUAL 135
45 MARCO LEGAL 139
451 ABSORCION DE AGUA 144
452 RESISTENCIA A LA FLEXO TRACCION (MODULO DE ROTURA) 145
5 DISENtildeO METODOLOacuteGICO 152
51 INSTRUMENTOS 152
6 PROCEDIMIENTO 154
61 CRONOGRAMA 154
7 CAPITULO 1 PROTOTIPAJE DEL ADOQUIacuteN 156
8 CAPITULO 2 DISENtildeO GEOMEacuteTRICO DEL PAVIMENTO ARTICULADO 163
9 CAPITULO 3 RESISTENCIA MECAacuteNICA 174
10 CAPITULO 4 COSTOS 185
11 VALIDACIOacuteN EN CAMPO TRAMO DE PRUEBA 190
12 CONCLUSIONES 197
13 BIBLIOGRAFIacuteA 198
90
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Distribucioacuten de variables de la Investigacioacuten 98
Figura 2 Sistema de pavimento Solaroad 106
Figura 3 Autopista China de Paneles solares 107
Figura 4 Canal solar en India 108
Figura 5 Baldosa que produce energiacutea eleacutectrica 111
Figura 6 Cruce peatonal inteligente 112
Figura 7 Distribucioacuten de esfuerzos Modelo Boussinesq 127
Figura 8 Esfuerzos que sufren los pavimentos en tres direcciones 128
Figura 9 Huella de la llanta del vehiacuteculo sobre el pavimento 129
Figura 10 Estructura del pavimento AASTHO 1993 132
Figura 11 Evolucioacuten de la resistencia a la flexioacuten en funcioacuten del tiempo 133
Figura 12 Localizacioacuten del Municipio de Agua de Dios Cundinamarca 135
Figura 13 Zona urbana Municipio de Agua de Dios 136
Figura 14 Balneario los Chorros Agua de Dios 137
Figura 15 Prueba de ensayo a Flexo traccioacuten de Adoquines de concreto
(Icontec 2018) 146
Figura 16 Ruta de actividades para el prototipaje de Step by Step 154
Figura 17 Material reciclado (vidrio) 156
91
Figura 18 Trituracioacuten del vidrio con molino de bolas 157
Figura 19 Vidrio pulverizado luego de la trituracioacuten y molienda 157
Figura 20 Tamizado del material 158
Figura 21 Vidrio lavado y secado en horno 158
Figura 22 Diferentes gradaciones de vidrio triturado y molido 159
Figura 23 Agregados para la mezcla de concreto 160
Figura 24 Dosificacioacuten de agregados 161
Figura 25 Desencofrado de prototipos de concreto hidraacuteulico 162
Figura 26 Detalle del adoquiacuten 163
Figura 27 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 164
Figura 28 Detalle del adoquiacuten 3D 164
Figura 29 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 3D 165
Figura 30 Huella de neumaacutetico 167
Figura 31 Vista en planta sendero inteligente 167
Figura 32 Informacioacuten eleacutectrica 169
Figura 33 Formaleta 170
Figura 34 Prototipaje del adoquiacuten 171
Figura 35 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica diacutea 172
Figura 36 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica noche 173
92
Figura 37 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica 173
Figura 38 Curado de muestras de Step by Step 174
Figura 39 Peso de muestras de Step by Step 175
Figura 40 Registro fotograacutefico de las muestras a compresioacuten 178
Figura 41 Resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto 179
Figura 42 Localizacioacuten tramo de prueba 190
Figura 43 Proceso constructivo del Tramo de prueba Step by Step 190
Figura 44 Cableado parte electroacutenica 192
Figura 45 Programacioacuten Arduino uno 193
Figura 46 Introduccioacuten de la programacioacuten al Arduino uno 194
Figura 47 Caja con implementos electroacutenicos sellada 194
Figura 48 Elementos electroacutenicos instalados 195
Figura 49 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar 195
Figura 50 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar en funcionamiento 196
LISTA DE TABLAS
93
Tabla 1 Factor de confiabilidad 130
Tabla 2 Nivel de confiabilidad 131
Tabla 3 Nivel de confiabilidad 133
Tabla 4 Nivel de confiabilidad 134
Tabla 5 Partes de los Adoquines 139
Tabla 6 Geometriacutea del adoquiacuten seguacuten NTC 2017 140
Tabla 7 Requisitos geomeacutetricos de los adoquines 143
Tabla 8 Clasificacioacuten de los adoquines seguacuten su absorcioacuten 148
Tabla 9 Resistencia miacutenima de los adoquines 148
Tabla 10 Resistencia a la abrasioacuten 149
Tabla 11 Franja granulomeacutetrica para arena de prefabricados 150
Tabla 12 Instrumentos empleados para el proyecto 152
Tabla 13 Cronograma de actividades para el prototipaje de Step by Step 155
Tabla 14 Dosificacioacuten para la elaboracioacuten de las muestras 160
Tabla 15 Datos iniciales resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto 176
Tabla 16 Resultados de resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto 177
Tabla 17 Consolidado de la resistencia a la compresioacuten de adoquines de
concreto 179
Tabla 18 Datos iniciales resistencia a la flexo traccioacuten de adoquines de concreto
180
94
Tabla 19 Resultados de resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto
181
Tabla 20 Resultados de moacutedulo de rotura 182
Tabla 21 Resultados Prueba de Absorcioacuten 184
Tabla 22 Costos generales de maquinaria y equipo 185
Tabla 23 Presupuesto general de materiales para el prototipaje 186
Tabla 24 Presupuesto general Tramo de prueba 186
Tabla 25 Cantidades de obra para tramo de prueba 187
INTRODUCCIOacuteN
95
La presente investigacioacuten presenta el disentildeo construccioacuten y validacioacuten en campo de
un adoquiacuten prefabricado bicapa de concreto hidraacuteulico y concreto transluacutecido con un
sistema eleacutectrico en su interior capaz de transformar las energiacuteas renovables (solar
eoacutelica hidraacuteulica etc) en energiacutea eleacutectrica Con el fin de que cuando un peatoacuten transite
con su pisada encienda una luz que estaacute ubicada dentro del prefabricado iluminando
todo el sendero El aprovechamiento de las energiacuteas renovables ha tomado maacutes fuerza
en los uacuteltimos tiempos dado a las consecuencias que el cambio climaacutetico ha traiacutedo para
el planeta es por esto que se debe pensar en la sostenibilidad del mismo
Asiacute por ejemplo en Septiembre de 2019 la Organizacioacuten Meteoroloacutegica Mundial junto
a las principales organizaciones de ciencia climaacutetica adheridas a Naciones Unidas
revelaron en un informe la evidente y creciente brecha que divide los objetivos acordados
para abordar el calentamiento global y la realidad actual del planeta asiacute como de que tan
solo en junio de 2019 se emitieron 50 megatoneladas de carbono a la atmosfera que el
hielo marino del Aacutertico ha disminuido en un 12 por deacutecada desde 1979 hasta 2018
Colombia a traveacutes del Ministerio de Ambiente en 2016 creoacute la Poliacutetica Nacional de
Cambio Climaacutetico que consiste en promover una gestioacuten de cambio climaacutetico que
contribuya a avanzar en una senda de desarrollo resiliente al clima y baja en Carbono
que reduzca los riesgos asociados a las alteraciones por efectos del cambio climaacutetico
Actualmente el Plan Nacional de Desarrollo de nuestro paiacutes propone avanzar hacia la
transicioacuten de actividades productivas comprometidas con la sostenibilidad y la mitigacioacuten
del cambio climaacutetico impulsar las energiacuteas renovables y avanzar en el conocimiento de
escenarios de riesgo actuales y futuros
Colombia cuenta con un parque de generacioacuten de 1677875 MW (a diciembre de
2017) Esta se encuentra dominada por la generacioacuten de energiacutea hidroeleacutectrica que
corresponde al 6988 del total de la capacidad (XM 2017) En segundo lugar se
encuentran las centrales teacutermicas a gas y carboacuten que de manera agregada alcanzan un
porcentaje del 2167 (Teacutermica a gas con una capacidad de 226995 MW equivalente a
un 1353 y a carboacuten con 13653 MW correspondiente a un 814 del total) El
porcentaje restante (845) pertenece a generacioacuten mediante diversas tecnologiacuteas
(Liacutequidos Gas-Liacutequidos Biomasa y Viento la cual cuenta con solo un porcentaje de
011) todos los datos han sido extraiacutedos de la tesis laquoIdentificacioacuten de proyectos con
potencial de generacioacuten de energiacutea eoacutelica como complemento a otras fuentes de
generacioacuten eleacutectrica en el departamento de Boyacaacuteraquo obra de Renata Catalina Siabato
96
Benavides Seguacuten la Unidad de Planeacioacuten Minero Energeacutetica del Ministerio de Minas y
Energiacutea de Colombia actualmente solo hay instalados en el paiacutes 1842 megavatios de
potencia eoacutelica parque Jepiacuterachi (en Uribiacutea Guajira) propiedad de Empresas Puacuteblicas
de Medelliacuten SA Entroacute en operacioacuten en abril de 2004
Para la investigacioacuten de este proyecto se usa la metodologiacutea de tipo cientiacutefico dado a
que para el disentildeo y construccioacuten del prefabricado en concreto de alta resistencia se usan
instrumentos para medir la resistencia del concreto hasta encontrar el disentildeo de mezcla
oacuteptimo para la construccioacuten del prefabricado Es por esto que el inicio del trabajo es
praacutectico porque se debe encontrar la resistencia optima el disentildeo de la forma del
prefabricado y la validacioacuten en laboratorio para finalmente hacer ensayos en campo de
prueba
97
1 PROBLEMA DE INVESTIGACIOacuteN
El Cambio Climaacutetico se ha hecho mucho maacutes notable en los uacuteltimos antildeos quizaacute los
efectos maacutes importantes de esta gran cataacutestrofe natural son la sequiacutea y las altas
temperaturas que afectan principalmente a territorios de clima caacutelido esto se debe a la
accioacuten del ser humano en la tierra donde en eacutepocas anteriores se disponiacutea de los
recursos naturales sin tener alguacuten tipo de restriccioacuten y maacutes aun sin restaurar el dantildeo que
se haciacutea tal vez creyendo que los recursos nunca acabariacutean con el pasar de los antildeos los
gobiernos y diferentes organizaciones mundiales se han planteado objetivos con el fin de
prevenir la accioacuten del cambio climaacutetico entre las que han sido incluidas las energiacuteas
renovables
Tambieacuten se ha visto un decrecimiento de la poblacioacuten en el municipio de Agua de Dios
donde su economiacutea ha caiacutedo y se ha venido apostaacutendole al campo turiacutestico donde se ve
limitado por sus atractivos ya que estos han venido decayendo con el pasar de los antildeos
sin una implementacioacuten de nuevos atractivos
En la zona donde se implementa el proyecto a pesar de ser una de las zonas maacutes
turiacutesticas y reconocidas en Agua de Dios se tiene una gran inseguridad ya que es
concurrida por personas que se dedican a consumir sustancias psicoactivas lo que
conlleva a tener maacutes probabilidades de un ataque por parte de estas personas todo esto
se ve en las horas de la noche donde falta la iluminacioacuten ya que el alumbrado puacuteblico es
escaso casi nulo en esta parte ademaacutes de tener en cuenta los grandes costos por el
alumbrado puacuteblico lo que se vuelve un problema para la comunidad ya que se crea una
dependencia a estos pagos por energiacutea eleacutectrica existiendo energiacuteas alternativas y auto
sostenibles
98
11 PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIOacuteN
Para abordar el disentildeo experimental de esta investigacioacuten es necesario aclarar que
este trabajo pertenece al macro proyecto de investigacioacuten lsquoPrefabricados de Nueva
Generacioacuten para obras de Infraestructura vialrsquo cuyo propoacutesito es disentildear prototipos
prefabricados que incorporen materiales reciclados En el caso de Step by Step se
propone un adoquiacuten peatonal en concreto hidraacuteulica bicapa con un recubrimiento en
concreto transluacutecido compuesto por poliacutemeros y vidrio reciclado
Figura 1 Distribucioacuten de variables de la Investigacioacuten
Fuente los autores
Es asiacute como surge la variable dependiente que es el prototipo para el sendero
inteligente lsquoStep by Steprsquo las variables independientes que seraacuten modificadas en el
Variable Interviniente
Variable Dependiente
Variable Dependiente
Sendero Inteligente
Disentildeo de mezcla
Agregados reciclados
Concreto hidraacuteulico
Geometriacutea
Carga de servicio
Especificiaciones teacutecnicas NTC2017
Resistencia
Compresioacuten
Flexioacuten
Absorcioacuten
99
proceso es el disentildeo de la mezcla la geometriacutea y la resistencia todo esto que se ajuste
a las condiciones del contexto como es el uso de agregados reciclados cementos por
desempentildeo o cementos hidraacuteulicos la carga de servicio y las especificaciones NTC 2017
que regulan tanto la geometriacutea como su resistencia medida a la compresioacuten a flexioacuten y
la absorcioacuten tal como se indica en la Figura 1
Este trabajo de investigacioacuten pertenece al semillero SEUS y forma parte del macro
proyecto lsquoPrefabricados de nueva generacioacuten para obras de Infraestructura Vialrsquo de la
liacutenea de investigacioacuten institucional acuteHaacutebitat Biodiversidad y tecnologiacuteas Sosteniblesrsquo y de
la liacutenea de grupo lsquoInfraestructura y Nuevas Tecnologiacuteasrsquo Enmarcado en la misioacuten de la
Universidad Piloto de Colombia de
ldquoIncorpora a la comunidad acadeacutemica como partiacutecipe en el aacutembito
cientiacutefico inmersa en una cultura de investigacioacuten caracterizada por ser
reflexiva pertinente sistemaacutetica y metoacutedica con el objeto de promover
los desarrollos urbanos y regionales de su aacuterea de influencia en los
aacutembitos nacional e internacional asiacute como los demaacutes prospectados
acorde con los eacutenfasis y campos de accioacuten de la Universidadrdquo (UPC
2018 paacuteg 19)
En consecuencia luego de recibir la carta de aceptacioacuten y agradecimiento de la
Secretariacutea de Planeacioacuten y de instalar el tramo de prueba en el Parque Simoacuten Boliacutevar del
municipio de Agua de Dios se realizaron labores de apropiacioacuten social del conocimiento
como programas de televisioacuten en el canal local H2O Televisioacuten participacioacuten en eventos
cientiacuteficos como el Encuentro de Semilleros TEINCO 2020 entre otras actividades
100
12 PREGUNTA DE INVESTIGACIOacuteN
Alrededor del mundo se estaacuten impulsando proyectos importantes que abarcan el uso
de energiacuteas renovables como una alternativa a la reduccioacuten de contaminacioacuten esto se
ha visto reflejado en la construccioacuten de infraestructura sostenible implementado energiacuteas
renovables como la solar piezoeleacutectrica eoacutelica entre otras tambieacuten en los paiacuteses maacutes
desarrollados se identifica un matrimonio entre las energiacutea renovables y el turismo donde
se combinan con la infraestructura generando impacto positivo en ellos A partir de esto
se formula la siguiente pregunta de investigacioacuten
iquestCoacutemo prototipar un adoquiacuten para pavimento articulado de traacutensito
peatonal que permita iluminar el paso del peatoacuten almacenando la
energiacutea solar que absorbe durante el diacutea para luego convertirla en
iluminacioacuten eleacutectrica en la noche
101
2 JUSTIFICACIOacuteN
Se ha identificado una problemaacutetica ambiental que se incrementa al pasar el tiempo
en el mundo esto por la generacioacuten de contaminantes al utilizar energiacuteas no renovables
ademaacutes en el municipio de Agua de Dios se observa una carencia en infraestructuras que
permitan ser un centro turiacutestico de la regioacuten ya que se ve opacado por los municipios
vecinos resulta de gran importancia generar proyectos los cuales implementen las
energiacuteas renovables y maacutes en el municipio de agua de dios donde es necesario un
desarrollo turiacutestico para el cual se vea sustentado con una infraestructura de intereacutes
generando un desarrollo econoacutemico social cultural y ambiental en el municipio
El proyecto Step by Step sendero inteligente surge de la necesidad de tener
infraestructura innovadora y amigable con el medio ambiente este proyecto trata de un
sendero peatonal el cual se piensa construir por medio de un conjunto de adoquines
disentildeados de forma que permitan obtener una luminiscencia por medio de bombillos led
instalados en el disentildeo y alimentados por medio de energiacutea solar ademaacutes de
implementar en el disentildeo un conjunto de sensores los cuales funcionen armoacutenicamente
con los visitantes prendiendo y apagando al desplazamiento de cada usuario
El proyecto Step by Step es importante para la comunidad del municipio de Agua de
Dios ya que con este proyecto se incentiva el cuidado por el medio ambiente tambieacuten
tiene un impacto positivo directo en la comunidad de la zona ya que se valorizan los
predios y los negocios alrededor de la vereda los chorros al atraer maacutes turistas genera
que tengan un crecimiento econoacutemico ademaacutes de poder utilizar el mismo sendero como
base para diferentes actividades de prestacioacuten de servicios generando nuevos empleos
en el municipio y al mismo tiempo mejorando la calidad de vida de los habitantes
Debido a que en la zona y generalmente en el paiacutes no se implementan los suficientes
proyectos que permitan un desarrollo de la infraestructura de la mano con el medio
ambiente este proyecto aporta en el desarrollo de proyectos futuros en el campo de los
senderos inteligentes primordialmente e infraestructura vial ademaacutes de ser un aporte en
el desarrollo de infraestructura innovadora dirigida al sector turiacutestico todo esto con la
implementacioacuten de energiacutea solar
102
Como consecuencia de la formacioacuten en investigacioacuten de la Universidad Piloto de
Colombia se justifica el proyecto Step by Step que aporta a la comunidad del municipio
de Agua de Dios impactando en su cultura en la parte religiosa con las congregaciones
que se realizan en esta zona y en su historia ya que se revitaliza un lugar emblemaacutetico
para los primeros habitantes del municipio tambieacuten aporta en el aspecto cientiacutefico ya que
la implementacioacuten de las nuevas formas de construccioacuten de concreto incentivan a la
investigacioacuten de las mismas a implementarse en la tecnologiacutea gracias a las energiacutea
renovables utilizadas y el concreto translucido el cual seraacute innovador para el municipio e
impactando beneficiosamente a el desarrollo por medio de la mejora en su turismo y asiacute
mismo en la economiacutea de la poblacioacuten que trabaja en esta zona
El proyecto step by step aporta a la misioacuten institucional por medio de los anaacutelisis a la
poblacioacuten sobre sus necesidades y daacutendole la solucioacuten a estas como lo es la parte
econoacutemica ya que el municipio se encuentra enfocado en la parte turiacutestica como fuente
de dinero generando estabilidad econoacutemica y bienestar en la poblacioacuten que beneficiada
con este proyecto y se puede observar un manejo adecuado del medio ambiento con
energiacuteas renovables
En consecuencia el proyecto Step by Step se articula con la misioacuten de un ingeniero
Unipiloto como una herramienta desarrollada por personas integrales soportado sobre
una soacutelida fundamentacioacuten conceptual que se brindaron en las aacutereas teacutecnicas y
cientiacuteficas a lo largo de la carrera universitaria se ajusta a la realidad del municipio de
Agua de Dios y busca soluciones puntuales en temas sociales ambientales turiacutesticos y
econoacutemicos
103
3 OBJETIVOS
31 OBJETIVO GENERAL
Prototipar y validar en campo un adoquiacuten para pavimento articulado peatonal
prefabricado en concreto hidraacuteulica bicapa y que en su interior tenga una pieza
translucida que sea capaz de transformar la energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica con el
fin de que cuando el peatoacuten transite con su pisada active un sensor y este encienda una
luz led que se encuentra al interior de la pieza de concreto
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Validar en laboratorio un adoquiacuten en concreto hidraacuteulico que se ajuste a las con las
Especificaciones teacutecnicas NTC 2017
Disentildear y validar en laboratorio la geometriacutea del adoquiacuten bicapa usando concreto
transluacutecido (Perdomo C amp Fandintildeo M 2020) y medir su resistencia a la compresioacuten
flexioacuten y la absorcioacuten para luego ser comparado con la NTC 2017
Disentildear y validar en campo el sistema de encendido usando sistemas alternativos
como los paneles solares
104
4 MARCOS DE REFERENCIA
41 MARCO DE ANTECEDENTES
Estudiantes mexicanos del Instituto Tecnoloacutegico de Estudios Superiores Monterrey
(ITESM) campus puebla desarrollaron un proyecto denominado Enegy Floor el cual es
un sistema que aprovecha el flujo de peatones para la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica
es una tecnologiacutea que se instala debajo de los pisos convencionales como las losetas
Seguacuten este proyecto cada vez que una persona pasa sobre el piso soportado por este
desarrollo tecnoloacutegico se activa un dispositivo mecaacutenico que produce cinco watts de
electricidad por cada paso (MAGAZINE 2020)
Los estudiantes artiacutefices de este proyecto expresaron que es una tecnologiacutea amigable
con el medio ambiente puesto que es un dispositivo que se activa con fuerza mecaacutenica
Para su elaboracioacuten los estudiantes usaron aluminio y una loseta que fue elaborada a
basa de poliacutemero ultrarresistente denominado nylamid (MAGAZINE 2020) El factor
diferencial entre el proyecto de los estudiantes mexicanos y Step by Step es que ellos
usan energiacutea mecaacutenica del flujo peatonal Step by Step usa energiacuteas renovables como la
solar
En Rotterdam existe una empresa llamada Energy Floors que antes era conocida
como Club de Baile Sostenible pues dicha empresa estaacute revolucionando el panorama de
la energiacutea sostenible al transformar la energiacutea cineacutetica y mecaacutenica que se produce al
caminar en energiacutea eleacutectrica En 2008 lanzaron su producto Sustainable Dance Floor
(SDF) que utiliza el movimiento de las personas como fuente de energiacutea al convertir la
energiacutea cineacutetica en energiacutea eleacutectrica Con ella se alimentan las luces LED de la pista de
baile creando una atmoacutesfera de discoteca y proporcionando al puacuteblico una experiencia
interactiva Esto es asiacute porque los moacutedulos que integran la pista de baile se flexionan al
ser pisados creando un movimiento que se transforma en energiacutea eleacutectrica por un
pequentildeo generador interno Cada moacutedulo de un tamantildeo de 75x75x20 cm puede producir
hasta 35 vatios de salida sostenida Entre cinco y veinte vatios por persona
(CONSTRUIBLE 2015) Al igual que el proyecto de los estudiantes la diferencia con Step
by Step es que se usa energiacutea mecaacutenica generada por las pisadas de las personas en
este caso en pistas de baile de discotecas
105
El mexicano Joseacute Carlos Rubio Avalos quien es investigador de la Universidad
Michoacana de San Nicolaacutes de Hidalgo buscoacute otra funcioacuten para el cemento el
investigador pensoacute en que el cemento casi siempre estaba expuesto a la radiacioacuten solar
y debiacutea buscar la manera de desarrollar una investigacioacuten innovadora Por esto el material
creado por el investigador consiste en absorber la radiacioacuten ultravioleta durante el diacutea
para luego brilla en la noche (BBC 2016)
El problema que el investigador tuvo es que el cemento es un cuerpo opaco y no
permite el paso de luz por eso estudioacute la composicioacuten del cemento Portland que es el
maacutes usado alrededor del mundo modificoacute la estructura microscoacutepica y con este cambio
logroacute que el material absorbiera los rayos uv El investigador Joseacute Carlos explicoacute en una
entrevista para la BBC Mundo que lo que se busca era permitir el paso y difusioacuten de luz
solar a traveacutes del siacutelice que se encuentra presente en el cemento el siacutelice es el mismo
material con el que se fabrica el vidrio (BBC 2016)
A lo que se refiere en si al proyecto del investigador mexicano es a cambiarle las
propiedades oacutepticas del material para hacerlo fosforescente Es un proceso logrado por
la incorporacioacuten de aditivos los cuales permiten que la luz pase y se pueda observar un
color de la fosforescencia El cemento como es un material orgaacutenico tiene mayor
rendimiento y durabilidad en el proceso (Avalos 2016)
El cemento fosforescente es un material mucho maacutes costoso que un cemento
convencional es por eso que solo se concibe como una capa de recubrimiento para
fachadas de edificios o para la sentildealizacioacuten de viacuteas Este proyecto mexicano es un
proyecto similar a Step by Step pues lo que se busca es hacer uso de las energiacuteas
renovables tambieacuten
En Holanda se construyoacute un proyecto denominada SolaRoad lo que se hizo fue
sustituir el asfalto por un pavimento que integra paneles solares fotovoltaicos ademaacutes de
esto se incluyeron luces led para iluminar el sendero en diacuteas de niebla y un sistema para
calentar la viacutea y evitar la formacioacuten de placas de hielo en invierno en el invierno En el
primer antildeo cumplido de este proyecto se han producido 70 KWh al antildeo por cada metro
cuadrado lo que ha sido suficiente para abastecer a tres viviendas
El primer antildeo de funcionamiento de un tramo de 70 metros ha llevado a los
investigadores a concluir que el proyecto funciona muy bien pero econoacutemicamente aun
no es factible porque en la construccioacuten se invirtieron 3 millones de euros y haciendo la
106
conversioacuten por cada KWh ha hecho un retorno final de tan solo 1862 euros (SOLAROAD
2016)
Figura 2 Sistema de pavimento Solaroad
Fuente (Ramos 2014)
Como se evidencia en la imagen anterior los constructores instalan moacutedulos de
concreto con una capa transparente que permite que la luz se infiltre debajo de dicha
capa se instalas celdas solares que recogen la energiacutea y finalmente son las que sirven
para alimentar el alumbrado puacuteblico la luz del traacutefico y hasta los hogares (SOLAROAD
2016)
El factor diferencial entre Solaroad y Step by Step es que el sendero de Step by Step
hace aprovechamiento de la energiacutea usando un solo panel solar y Solaroad hace uso de
cierta cantidad de moacutedulos solares para ser instalados en todo el tramo
China es uno de los paiacuteses que maacutes estaacute interesado e invierte en el uso de energiacuteas
renovables con el fin de innovar y dominar el mercado de dicha tecnologiacutea es por esto
107
que se disentildeoacute y construyoacute una autopista con paneles solares en la ciudad de Jinan
(Bradsher 2018)
Figura 3 Autopista China de Paneles solares
Fuente (Bradsher K 2018)
Este proyecto es importante nombrarlo en este documento porque destaca el gran
crecimiento que ha tenido el uso de paneles solares en el mundo y de que China uno
de los paiacuteses maacutes desarrollados del mundo esteacute apostando e invirtiendo en el uso de las
energiacuteas renovables
En la India se estaacute revolucionando el mercado de los paneles solares por la
construccioacuten de plantas de energiacutea solar sobre canales de agua esto hace que se
cumplan dos tareas importantes para la preservacioacuten del medio ambiente la primera es
la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica aprovechando la energiacutea solar y la segunda es la
preservacioacuten del liacutequido precioso evitando la evaporacioacuten
108
Figura 4 Canal solar en India
Fuente (ingrenovables 2014)
El Jefe de Gobierno Indio el Sr Narendra Modi inauguraraacute la primera serie de este
proyecto conocido como Canal Proyecto de Energiacutea Solar cuando ponga en marcha un
proyecto piloto de 1 megavatio (MW) que ya se encargoacute en el canal de la rama Narmada
cerca de la aldea Chandrasan de Kadi taluka en el distrito Mesina el martes
(indiasolarpowercanals 2015)
El proyecto de la India es de importancia mencionarlo en este documento dado a su
similar parecido con Step by Step pues los dos hacen uso de la energiacutea solar para
preservas los recursos medio ambientales que cada vez son maacutes escasos es de gran
aporte el conocimiento adquirido en cuanto a la forma en la que se construye el proyecto
para preservar el agua tambieacuten
En 2018 se dijo que La Guajira en Colombia se convertiriacutea en escenario de los grandes
proyectos de generacioacuten de energiacutea eleacutectrica a partir del viento que abasteceraacuten el
Sistema Interconectado Nacional (SIN) en la proacutexima deacutecada (Suaacuterez 2018)
109
A finales de febrero pasado la Autoridad Nacional de Licencias Ambientales (ANLA)
comenzoacute el estudio del que seraacute uno de los parques eoacutelicos representativos que tendraacute
el paiacutes por su tamantildeo y capacidad de produccioacuten y que se sumaraacute a otros que se
montaraacuten en la citada zona (Suaacuterez 2018) Se trata del proyecto de Generacioacuten de
Energiacutea Eoacutelica Alpha que desarrolla la empresa Vientos del Norte que pertenece al
conglomerado portugueacutes Renovatio Group como lo registra el Certificado de Reporte del
Sistema de Informacioacuten sobre Biodiversidad de Colombia (CR-SIB) (Suaacuterez 2018)
Este parque eoacutelico que tendraacute una capacidad de generacioacuten superior a los 200
megavatios (Mw) es la primera iniciativa que evaluacutea la Anla ya que se requiere
autorizacioacuten de la autoridad nacional ambiental despueacutes de los 100 Mw de energiacutea
(Suaacuterez 2018)
Es importante destacar este proyecto de recoleccioacuten de energiacutea eleacutectrica a traveacutes de
la energiacutea eoacutelica en este documento dado a que en este documento y para este proyecto
estamos tratando con todo tipo de energiacuteas renovables aunque es un proyecto que estaacute
en estudios y en traacutemite de licencias con antelacioacuten se sabe que seraacute un boom de
innovacioacuten con respecto a paiacuteses de la regioacuten y que se estaacuten apoyando los proyectos
que abarquen el uso de energiacuteas limpias en el paiacutes Step by Step estaacute pensado para que
funcione con cualquier tipo de energiacutea renovable que se pueda aprovechar
Seguacuten la revista dinero en Barranquilla con el cambio de administracioacuten de alcaldiacutea y
de gobernacioacuten del Atlaacutentico se vienen cambios en temas energeacuteticos para la regioacuten
Caribe pues se sabe desde antildeos atraacutes que Electricaribe tiene millonarias deudas y presta
un servicio deficiente el alcalde Jaime Pumarejo anuncioacute la adjudicacioacuten de los nuevos
operadores para el 20 de Marzo de 2020 tambieacuten dio luces sobre la nueva poliacutetica de
energiacutea en la reciente edicioacuten del Congreso Nacional de Infraestructura en noviembre de
2019 (DINERO 2020)
El alcalde Pumarejo dijo que es un proyecto que estaacute pensado en primera fase para la
autogeneracioacuten de la alcaldiacutea de Barranquilla para luego general y comercializar energiacuteas
renovables (DINERO 2020) El mandatario explicoacute que el desarrollo econoacutemico de la
capital del Atlaacutentico implica contar con energiacuteas de fuentes renovables Estas son
sinoacutenimo ndashseguacuten eacutelndash de maacutes ingresos empleo y resiliencia ante el cambio climaacutetico
(DINERO 2020)
110
Barranquilla es reconocida mundialmente como la capital energeacutetica de Colombia es
por esto que vale la pena mencionar esta clase de proyectos dentro de la redaccioacuten de
este documento porque el uso de energiacuteas renovables va tomando cada vez maacutes fuerza
en nuestro paiacutes y es de gran importancia para nosotros como ingenieros civiles
aprovechar esta oportunidad para crear proyectos innovadores como Step by Step que
hace usos de energiacuteas limpias y se puede implementar en cualquier parte del paiacutes
En Londres existe una empresa llamada Pavegen que es una compantildeiacutea de
tecnologiacutea limpia esta empresa adopta un enfoque innovador hacia la sostenibilidad al
generar energiacutea a partir de algo que la mayoriacutea de la gente hace todos los diacuteas caminar
La compantildeiacutea innovando en la arquitectura inteligente ha presentado la primera lsquovereda
inteligentelsquo del mundo en Londres un camino que transforma el pavimento en un generador
de energiacutea eleacutectrica esto gracias al paso que dan los peatones A diferencia de anteriores
instalaciones en Washington DC y Rio de Janeiro el proyecto en Londres cuenta con su
propia app brindado informacioacuten exacta a los visitantes sobre la energiacutea que estaacuten
generando e incentivando su uso al brindar descuentos en tiendas comerciales por los pasos
que den (ARQUITECTOS 2018)
Seguacuten el CEO de Pavegen Laurance Kemball-Cook quien sentildealoacute que esta es una nueva
aacuterea de produccioacuten de energiacutea una que ofrece muchas posibilidades interesantes laquoCuando
una persona camina genera 5 vatios de energiacutea de forma continua por lo que usted es
como todos somos una fuente de alimentacioacuten de 5 vatios Ahora imagine 10 personas eso
es 50 vatios de energiacutea de forma continua Puede que no parezca una cantidad exorbitante
de energiacutea pero es suficiente para suministrar energiacutea para una serie de necesidades Por
ejemplo la tecnologiacutea se puede utilizar para iluminar caminos a medida que los peatones
caminan sobre ellos lo que podriacutea frenar el crimen (ARQUITECTOS 2018)
111
Figura 5 Baldosa que produce energiacutea eleacutectrica
Fuente Pavegencom
El CEO tambieacuten sentildealoacute que el proyecto es muy importante y puso como ejemplo Grand
Central Station en Londres donde diariamente transitan unas 40000 personas por hora esa
energiacutea que generan esas personas se almacena en bateriacuteas y en la noche se enciende
Asiacute que los municipios las estaciones de tren las oficinas las escuelas en cualquier lugar
con mucha gente caminando son perfectas para el proyecto (ARQUITECTOS 2018)
El proyecto realizado en Londres es muy similar a Step by Step puesto que los dos se
tratan de un sendero inteligente El factor diferencial es que Step by Step convierte la energiacutea
solar en energiacutea eleacutectrica el proyecto de Londres lo que hace es convertir la energiacutea cineacutetica
que generan las personas al caminar en energiacutea eleacutectrica
En Madrid Espantildea se ha unido el Aacuterea de Emprendimiento Empleo e Innovacioacuten quien
ha impulsado el proyecto y el Aacuterea de Medio Ambiente y Movilidad que ha corrido con los
gastos para crear un cruce peatonal inteligente el proyecto se trata de crear un cruce
peatonal inteligente para reducir los accidentes por lo cual se ha escogido una zona poco
luminosa en horas de la noche (PAIS 2020)
112
Figura 6 Cruce peatonal inteligente
Fuente (PAIS 2020)
Seguacuten la portavoz de las concejaliacuteas que llevan a cabo el proyecto que cuenta con un
paso de cebra cuenta con una sentildeal lumiacutenica que funciona con sensores y
tecnologiacutea led y que se activa en modo nocturno cuando cruza un peatoacuten Al detectar a
la persona se encienden de forma continua las sentildeales horizontales y los cajones
lumiacutenicos de las sentildeales verticales Cuando no hay nadie el sistema permanece en
reposo (PAIS 2020)
Sobre la construccioacuten y mejoras en la fabricacioacuten e instalacioacuten de adoquines se
conocioacute que Samuel S Lngalls de Chicago en Illinois en el antildeo 1877 patentoacute un adoquiacuten
en concreto con una forma rectangular (Estados Unidos Patente nordm 952S6 1877) Pero
el inventor se dio cuenta que el adoquiacuten patentado presentaba fallas a la hora de su
instalacioacuten por lo que realizoacute un estudio para verificar las fallas y asiacute poder mejorar esto
Para lo cual patentoacute una mejora para la instalacioacuten de los adoquines en donde Samuel
Lngalls dejoacute un paso a paso para evitar que los adoquines se fracturaran con el tiempo
113
la fractura se da en las esquinas y para esto se debe poner cemento en las juntas y
esquinas
De la misma manera que Samuel Lngalls Charles Pettit tambieacuten realizoacute una patente
de la invencioacuten de un adoquiacuten pero dicha patente fue hecha en Greenford en el condado
de Mahoning y el estado de Ohio en el antildeo 1912 En la misma patente deja una guiacutea
praacutectica de instalacioacuten de dichos adoquines Pettit realiza esta invencioacuten para solucionar
la problemaacutetica de que los adoquines se desencajen y en muchas ocasiones presente
pandeo en una viacutea de adoquines estos pandeos generan en algunos casos accidentes
viales Esto lo soluciona garantizando un enclavamiento seguro entre las filas de
adoquines adyacentes y se puede hacer el enclavamiento dado a la forma del adoquiacuten
patentado el enclavamiento entre filas y columnas de adoquines evita el desplazamiento
y el pandeo del pavimento articulado (Estados Unidos Patente nordm 573212 1912)
42 MARCO TEOacuteRICO
Por medio del marco teoacuterico se pone en contexto las bases teoacutericas de la metodologiacutea
realizada para la construccioacuten del sendero inteligente en el cual se explicaran diferentes
tipos de tecnologiacuteas entre las cuales se encuentra la implementacioacuten de la tecnologiacutea de
generacioacuten de energiacutea por medio de componentes electroacutenicos de piezoelectricidad los
cuales aprovechan la energiacutea cineacutetica al caminar convirtieacutendola en energiacutea eleacutectrica
tambieacuten las tecnologiacuteas que utilizan energiacutea eleacutectrica para la construccioacuten de senderos
inteligentes los pavimentos inteligentes que aprovechan la energiacutea solar por medio de
paneles solares instalados en su estructura que aprovechan la energiacutea para los usos en
su entorno o en su misma estructura
Tipos de pavimentos inteligentes
En el mundo al pasar de los tiempos y con la incorporacioacuten de nuevas tecnologiacuteas al
mercado se han realizado diversos tipos de pavimentos los cuales tienen diferentes
caracteriacutesticas utilizando diferentes tipos de energiacuteas siendo las maacutes utilizadas la
piezoelectricidad la energiacutea eleacutectrica y la energiacutea solar
Piezoeleacutectricos
114
Uno de estos es el sendero inteligente presentado por pavegen en Londres el 29 de
junio del 2017 llamado Bird Street el cual utiliza la energiacutea piezoeleacutectrica
Bird Street se estaacute asociando con una serie de visionarios tecnoloacutegicos que incluyen
Pavegen Que fabrica una galardonada tecnologiacutea de pisos de generacioacuten de datos y
electricidad La compantildeiacutea del Reino unido ha instalado una matriz de 10 metros
cuadrados que inicialmente enciende luces y sonidos de paacutejaros y tambieacuten proporciona
una fuente de datos de energiacutea Incorporaraacute transmisores bluetooth de baja energiacutea que
le permitiraacuten interactuar con aplicaciones de marca por ejemplo recompensar a los
usuarios con descuentos cupones y recursos educativos para sus pasos en el sistema
pavegen (PAVEGEN 2017)
Este pavimento inteligente con la tecnologiacutea pavegen fue el primero en su tipo ya que
utiliza la energiacutea de las pisadas en el cual logra captar la energiacutea cineacutetica que se produce
al caminar sobre la superficie del pavimento por medio de un sistema en el cual se
posicionan 3 dispositivos en cada esquina de adoquiacuten y al pisarlo gracias al peso propio
del usuario se presionan los 3 a la vez esto ocasiona que el dispositivo descienda
generando electricidad gracias a los principios de la piezoelectricidad los cuales son
contemplados de la siguiente manera
Cuando una presioacuten es aplicada a u material piezoeleacutectrico causa una deformacioacuten
mecaacutenica y a su vez un desplazamiento de cargas Estas cargas son directamente
proporcionales a la presioacuten aplicada Si se ejerce una presioacuten a los extremos del eje polar
se produce polarizacioacuten un flujo de electrones de carga negativa mientras que en el
extremo opuesto se induce una carga positiva (Chacon Cesar Alexander 2012)
La tecnologiacutea para los senderos inteligentes se ha visto fortalecida en los uacuteltimos antildeos
ya que se viene implementando en diferentes proyectos en el mundo como antes se
nombroacute la piezoelectricidad es una de ellas siendo practica ya que funciona con la
presioacuten generada por los usuarios algo que es muy concurrido en un pavimento en ese
orden de ideas esta tecnologiacutea permite que el pavimento sea auto sustentable ya que
gracias a estas presiones se genera energiacutea
Energiacutea que se utiliza de la siguiente forma
La energiacutea proveniente de los pasos es captada por el material piezoeleacutectrico como
anteriormente se analizoacute el cual se encuentra situado al adoquiacuten del pavimento de forma
115
que esta genera corriente alterna la cual por medio de un convertidor se transforma a
corriente directa la cual sirve en este caso para el funcionamiento de los diferentes
aparatos electroacutenicos a traveacutes del sendero inteligente antes de ser enviada la energiacutea es
almacenada en una bateriacutea la cual garantiza que el sendero disponga de energiacutea en todo
momento para posteriormente ser enviada a las innovaciones instaladas con el fin de ser
utilizadas cada vez que un usuario pise los piezoeleacutectricos
Eleacutectrico
Otro tipo de sendero inteligente es el denominado como sendero inteligente de Espantildea
castilla y leoacuten alimentado por energiacutea eleacutectrica el cual tiene las siguientes caracteriacutesticas
El sendero homologado es una instalacioacuten deportiva identificada por las marcas
registradas GRreg PRreg oacute SLreg que se desarrolla preferentemente en medio natural y
sobre viales tradicionales puacuteblicos o privados Es un entramado de caminos sentildealizados
bajo una normas estandarizadas y reconocidas a nivel internacional y que han pasado el
sello de calidad de la federacioacuten de deportes de montantildea escalada y senderismo de
castilla y leoacuten (FDMESCYL 2017)
Los senderos de deportes extremos se realizan en partes rurales mayormente esto
dificulta implementar tecnologiacuteas en estos el sendero de castilla y leoacuten se considera
inteligente ya que se han implementado estas tecnologiacuteas eficientemente durante el
recorrido de los senderos en los deportes extremos los que resaltan son los siguientes
El sendero inteligente incluye obras de gran envergadura como el enlosado de la
totalidad del firme instalacioacuten de puntos de recargas de moacuteviles y dispositivos
electroacutenicos que cuentan con tomas USB y la colocacioacuten de maacutequinas expendedoras de
bebidas y aperitivos Las novedades del nuevo tramo se completan con la posibilidad de
que los senderistas se conecten a una red WIFI gratuita que permite a los usuarios estar
geo localizados en todo momento y monitorizados por los equipos de emergencia de
castilla y leoacuten (FDMESCYL 2017)
El sendero inteligente de Castilla y leoacuten es un beneficio para los turistas y
ciudadanos que concurren en esta zona de Espantildea se evidencia en este sendero
inteligente que cubre gran cantidad de recorrido siendo este para deportes extremos
generando seguridad a los usuarios gracias a las tecnologiacuteas implementadas a traveacutes del
mismo como lo es la interconexioacuten entre los usuarios por medio de wifi gratuito
116
permitiendo tambieacuten el reporte de emergencias a la praacutectica de los deportes extremos a
lo largo del sendero y tambieacuten un sistema de ahorro de energiacutea con farolas que regulan
la cantidad de luz emitida gracias a sensores que permiten captar la cantidad de luz en
el entorno y disminuyeacutendola cuando no sea necesaria
Energiacutea solar
Un tipo de pavimento inteligente es el alimentado por energiacutea solar son las placas de
pavimento solar roadways quienes han hecho investigaciones para generar placas con
paneles de energiacutea solar con el fin de crear pavimentos inteligentes que funciones con
base a esta energiacutea renovable
SOLAR ROADWAYS es un sistema modular de paneles solares que se pueden
caminar y conducir Nuestros paneles solares contienen luces LED para crear liacuteneas de
sentildealizacioacuten sin pintura Contienen elementos calefactores para evitar la acumulacioacuten de
nieve y hielo Los paneles contienen microprocesadores los cuales los hace inteligentes
Esto permite que los paneles se comuniquen entre si una estacioacuten de control central y
los vehiacuteculos (SOLAR ROADWAYS 2020)
La energiacutea solar es una de las maacutes famosas y maacutes utilizadas entre las energiacuteas
renovables ya que el sol genera energiacutea permanente que en su mayoriacutea no es utilizada
por el ser humano los pavimentos tienen contacto con el sol a diario ya que se
encuentran a la intemperie generando una oportunidad de aplicacioacuten de teacutecnicas de
recoleccioacuten de energiacutea solar para asiacute mismo utilizarlo en el entorno y para la estructura
misma del pavimento La captacioacuten de energiacutea solar se realiza por medio de un panel
solar que se instala en la parte superior del pavimento teniendo en cuenta que el panel
solar tiene una resistencia mayor al comuacuten ya que tiene que soportar pesos de todo tipo
de vehiacuteculos seguacuten el profesor shyam s nandwani afirma que
la potencia solar que recibe el planeta tierra (fuera de la atmosfera) es cerca de 173 x
10^12 Kw o una energiacutea de 15x^15 kWh por antildeo Al atravesar la atmosfera cerca de 53
de esta radiacioacuten es reflejada y absorbida por el nitroacutegeno oxigeno ozono dioacutexido de
carbono vapor de agua polvo y las nubes Por lo tanto al pasar esta radiacioacuten por una
distancia de 150 millones de km se reduce esta cantidad y el final el planeta recibe
energiacutea promedio de 3x10^17 kWh al antildeo equivalente a 4000 veces el consumo del
mundo entero en un antildeo (7x10^13 kWhantildeo) o cual nos indica el enorme potencial del
sol (nandwani 2005)
117
Con las nuevas tecnologiacuteas la energiacutea solar se ha ido modernizando e incluyeacutendose
en diferentes proyectos entre estos el pavimento inteligente anterior mente nombrado en
cuanto al funcionamiento se puede afirmar que
Para cualquiera de las aplicaciones de la energiacutea solar la parte principal del sistema
es el COLECTOR ndash el artefacto que capta energiacutea solar y convierte en energiacutea uacutetil ndash sea
en forma caloacuterica o eleacutectrica Para la conversioacuten de energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica se
utilizan CELDAS SOLARES proveniente de los materiales semiconductores ndashtipo silicio
principalmente (nandwani 2005)
Despueacutes de convertir la energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica se procede a poner en
funcionamiento el circuito el cual se debe tener en cuenta que
Dependiendo de la capacidad de almacenamiento de la bateriacutea se puede calcular el
tiempo aproximado de funcionamiento de varios dispositivos y el aacuterea necesaria del panel
solar para usos especiacuteficos Una instalacioacuten ademaacutes requiere controlar el voltaje
mediante un regulador dirigir la corriente hacia una bateriacutea para almacenarla Como la
corriente eleacutectrica producida es directa es necesario para algunas aplicaciones un
inversor para convertirla en alterna (nandwani 2005)
Despueacutes de producir la energiacutea eleacutectrica por medio del panel solar instalado en el
pavimento se transfiere a un control de carga el cual regula la energiacutea con el fin de evitar
dantildeos en la bateriacutea la cual se encuentra en el siguiente paso de la energiacutea esta almacena
la corriente para ser utilizada se encuentra el panel produciendo energiacutea o no todo esto
para ser enviada al alumbrado puacuteblico situado en el pavimento volvieacutendolo auto
sostenible
Moacutedulo de control de carga para bateriacuteas
Moacutedulo de control de carga para bateriacuteas de litio Puede ser programado para
comenzar la carga de voltaje y para finalizarla (ELECTRONICA 2020)
Por ejemplo Configurando 12V como voltaje de inicio y 15V como voltaje de parada
cuando el voltaje este por debajo de 12V el releacute se cerraraacute permitiendo la carga de voltaje
a la bateriacutea cuando el voltaje alcance los 15V o sea mayor el releacute se apagaraacute deteniendo
la carga (ELECTRONICA 2020)
118
Caracteriacutesticas
Voltaje de entrada 10-30V
Precisioacuten del display 01V
Precisioacuten del control 01V
Tipo de salida salida directa
Tolerancia plusmn01V
Dimensiones 82x58x18mm
Regulador de carga de panel solar
El regulador solar o regulador de carga es un dispositivo necesario en la instalacioacuten
solar ya que se encarga de controlar la entrada a las bateriacuteas de la energiacutea generada en
los paneles solares El regulador permite por un lado alargar la vida de la bateriacutea y por
el otro obtener informacioacuten y paraacutemetros del funcionamiento de la instalacioacuten Permite
alargar la vida de las bateriacuteas ya que permite el paso de la electricidad seguacuten el estado
en que se encuentre la bateriacutea en cada momento Por ejemplo cuando esta esteacute a un
nivel de carga inferior al 95 permitiraacute el paso libre de toda la electricidad con el objetivo
de cargarla cuanto antes posible Mientras que si se encuentra en un porcentaje de carga
del 95 al 99 permitiraacute el paso de forma muy controlada que es lo que llamamos carga
de flotacioacuten con el fin de llenar al maacuteximo la bateriacutea Por otra parte si la bateriacutea se
encuentra completamente cargada cortaraacute el paso de corriente para evitar sobrecargas
o un sobrecalentamiento del acumulador Gracias a realizar la carga de esta forma se
evitan problemas en las bateriacuteas solares y se alarga al maacuteximo sus antildeos de vida
(DamiaSolar 2016)
Existen 2 tipos de reguladores de carga el PWM o convencional y el MPPT o
maximizador El uso de uno u otro dependeraacute del tipo de placa solar que utilicemos Si
se tratan de placas solares de 36 o 72 ceacutelulas (paneles de hasta 200W) seraacute suficiente
usar un regulador PWM ya que estas placas tienen un voltaje en el punto de maacutexima
potencia alto Mientras que si usamos placas de 60 ceacutelulas (paneles de potencia superior
a 200W) seraacute de uso obligatorio el regulador MPPT ya que estas placas tiene un voltaje
119
menor pues priorizan el amperaje en lugar del voltaje con lo cual seraacute necesario siempre
un regulador MPPT el cual modula el voltaje del panel y lo adapta a las caracteriacutesticas de
las bateriacuteas conectadas (DamiaSolar 2016)
Los paneles solares de 60 ceacutelulas se conocen popularmente como paneles de red ya
que se utilizaban antiguamente en las huertas solares que se conectaban a la red Para
diferenciar los paneles de red de los paneles convencionales se debe mirar su ficha
teacutecnica impresa en la pegatina posterior del panel El panel de red indicaraacute un valor VMP
de solamente 29V o similar mientras que las placas convencionales o de aislada generan
un VMP aproximado de 36 voltios en las placas de 24V y de 18 voltios en las placas de
12V (DamiaSolar 2016)
Para saber si necesito un regulador de 10A 20A 30A 60A o 80A (A= amperios) se
deberaacute mirar el amperaje del panel indicado como corriente nominal o IMP i multiplicarlo
por el nuacutemero de paneles que queramos instalar en la instalacioacuten solar Por ejemplo en
una instalacioacuten solar de 12V donde se instalen 6 placas de 140W 12V el IMP de este
panel seraacute de 797A Por lo tanto si se disponen de 7 placas se obtendraacute una corriente
maacutexima de 5579 y seraacute necesario usar un regulador solar de 60A Tambieacuten es
importante si en un futuro hay previsto instalar maacutes paneles poner ya de inicio un
regulador de mayor capacidad asiacute cuando se instalen seraacute necesario cambiar este
dispositivo (DamiaSolar 2016)
Bateriacutea Recargable
Tanto los paneles solares como las turbinas eoacutelicas son fuente de energiacutea verde y
renovable pero el problema de estos sistemas de autoabastecimiento eleacutectrico reside en
el almacenamiento Las instalaciones tradicionales proporcionan la energiacutea de manera
inmediata de manera que lo que no se consuma en el momento se pierde y ademaacutes si
el diacutea se nubla o el viento se detiene no es posible obtener suministro
(Ambientesoluciones 2020)
Para resolver este inconveniente este grupo de investigadores ha disentildeado
una bateriacutea de flujo segura y rentable que se puede utilizar tanto de manera domeacutestica
como comercial Estaacute elaborada con materiales de bajo coste que se encuentran en la
tierra de forma habitual como carbono oxiacutegeno nitroacutegeno hidroacutegeno hierro y potasio
Los compuestos no son toacutexicos ni tampoco inflamables (Ambientesoluciones 2020)
120
Los materiales no son toacutexicos son baratos y al estar disueltos en una
abundante cantidad de agua son seguros ya que no puede prenderse
fuego un detalle muy importante cuando se estaacuten almacenando grandes
cantidades de energiacutea eleacutectrica cerca de la gente explica Michael J
Aziz uno de los ingenieros que ha desarrollado el invento
(Ambientesoluciones 2020)
A diferencia de las bateriacuteas de electrodos soacutelidos las bateriacuteas de flujo almacenan la
energiacutea en los liacutequidos contenidos en los tanques externos de manera similar a las pilas
de combustible Los tanques establecen la capacidad de almacenamiento y el hardware
de conversioacuten electroquiacutemica a traveacutes del que se bombean los fluidos establece la
potencia (Ambientesoluciones 2020)
Ambos elementos se pueden personalizar para que cada usuario disponga de la
energiacutea atendiendo a sus necesidades Ademaacutes como la cantidad de energiacutea que puede
guardar aumentar con soacutelo aumentar el tamantildeo de los tanques se puede almacenar
mucha maacutes a un menor coste que los sistemas de bateriacuteas tradicionales
(Ambientesoluciones 2020)
Panel solar
El panel solar es el elemento maacutes conocido de los componentes utilizados en la
implementacioacuten de energiacutea solar se trata de un elemento que aprovecha la energiacutea del
sol para transformarlo en energiacutea eleacutectrica o caloacuterica la cual se puede utilizar de
diferentes maneras en esta transformacioacuten de la energiacutea solar se pueden distinguir
diferentes propoacutesitos de la energiacutea la primera por ejemplo es la utilizacioacuten de esta para
producir agua caliente lo cual se ve generalmente en los hogares y la segunda y una de
las maacutes conocidas son la transformacioacuten de energiacutea por medio de paneles fotovoltaicos
los cuales permiten producir electricidad captando la radiacioacuten solar las cuales recaen en
las ceacutelulas fotovoltaicas del panel solar (SLU 2015)
La energiacutea solar se puede captar de diferentes formas las dos mencionadas
anteriormente permiten entender el funcionamiento y la forma en la que se aprovechan
las radiaciones solares tales como se puede identificar en el siguiente paacuterrafo que nos
muestra el funcionamiento por medio de recoleccioacuten y transformacioacuten en energiacutea caloacuterica
121
En cuanto a las dos formas anteriormente nombradas el sistema de recoleccioacuten de
energiacutea solar uno de estos es por medio del colector solar en el cual tiene un liacutequido en
su interior que tiene la funcioacuten de absorber la radiacioacuten generada por el sol y
posteriormente la convierte en calor por medio de este liacutequido el cual se almacena para
ser utilizado por medio de ductos instalados en conjunto con el servicio de agua ya que
este se convierte en un intercambiador de calor por medio de unos ductos lo que permite
que el recurso hiacutedrico al ser usado tenga la temperatura deseada este ciclo se repite ya
que el liacutequido que funciona como intercambiador de calor retorna al colector solar para
realizar el proceso de nuevo (SLU 2015)
La recoleccioacuten de energiacutea eleacutectrica por medio de paneles solares es la maacutes
conocida en el mundo ya que es la base de esta tecnologiacutea para entender su
funcionamiento se debe comprender sus caracteriacutesticas por medio del siguiente paacuterrafo
se pueden identificar
La recoleccioacuten de energiacutea solar por medio de paneles fotovoltaicos se obtiene
gracias a las celdas que se encuentran en la superficie del panel solar las cuales son
denominadas como ceacutelulas fotovoltaicas estas tienen la capacidad de convertir la
energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica esto es llamado efecto fotovoltaico este efecto provoca
la energiacutea solar (fotones) posteriormente se producen unas cargas positivas y negativas
en unos componentes llamados semiconductores que estaacuten directamente relacionados
con las celdas y tienen distinto tipo y por medio de estos se crea un campo eleacutectrico que
posteriormente permite obtener corriente eleacutectrica (SLU 2015)
El panel solar puede funcionar con diferentes tipos de materiales los cuales
funcionan de una manera similar los maacutes utilizados para producirlos son el arseniuro de
galio (Gas) este es maacutes utilizado en diferentes tipos de aparatos electroacutenicos los cuales
son maacutes complejos y el segundo es el silicio (Si) el cual tiene un costo econoacutemico menor
estos son maacutes faacuteciles de encontrar y por lo mismo son los maacutes utilizados en general
ademaacutes de ser utilizados por la industria microelectroacutenica cuando se evaluacutea el
rendimiento de las celular fotovoltaicas se puede concluir que estas estaacuten ligadas con la
estructura tridimensional en el interior de la laacutemina de silicio (SLU 2015)
El panel solar tiene la funcioacuten de recibir la energiacutea lo cual lo convierte en un
elemento clave a la hora de construir dispositivos que necesiten aprovechar la energiacutea
solar ya que tambieacuten se deben tener en cuenta factores importantes en cuanto al manejo
122
de este tales como son la ubicacioacuten ya que es de vital importancia garantizar que se
aprovecha de la mejor manera la energiacutea proporcionada por el sol esto debido a que se
debe tener en cuenta el movimiento de la tierra alrededor del sol para identificar los
aacutengulos y zonas que permitan optimizar esta recoleccioacuten de energiacutea
Pavimentos articulados
Los pavimentos articulados tienen una caracteriacutestica principal y es que estaacuten
disentildeados con adoquines en su capa superior tambieacuten estaacute compuesta por un cuerpo el
cual contiene una capa de base y sub base con unas caracteriacutesticas de compactacioacuten
ademaacutes de opcionalmente realizar una adaptacioacuten a la sub rasante
Los adoquines son la caracteriacutestica maacutes visible de los pavimentos articulados ya que
estaacuten en su capa superior y son los primeros en tener contacto con los usuarios estos
se disentildean generalmente en forma de bloque macizo lo cuales tienen caracteriacutesticas de
dimensionamiento similares ya que es necesario uniformidad para su instalacioacuten ya que
son prefabricados y se traen al terreno para ser instalados uno tras de otro dejando juntas
entre ellos
Las demaacutes partes que componen el pavimento articulado son constituidas por un sello
de arena el cual se instala entre las juntas de los adoquines con el fin de rellenar pero
tambieacuten aportan un buen funcionamiento del pavimento a flexioacuten y la capacidad portante
de la superficie del pavimento posteriormente se encuentra una capa de arena la cual se
coloca con el fin de instalar los adoquines sobre esta esta arena debe tener una
granulometriacutea optima que permita un flujo libre de agua y la infiltracioacuten ademaacutes que sus
partiacuteculas deben ser resistentes a la degradacioacuten (CASTILLO 2003)
Las capas siguientes son denominadas cuerpo la que se encuentra posteriormente a
la capa de arena es llamada base y es la encargada de proporcionar una mejor capacidad
estructurar y tambieacuten permite un apoyo uniforme del pavimento siguieacutendole por una capa
llamada sub base la cual se encuentra debajo de la base y es utilizada para traacuteficos
medios y altos mayormente ya que para traficas bajos basta con la uacuteltima capa llamada
capa de conformacioacuten esta capa se encuentra entre la sub base y la sub rasante es
instalada para mejorar las caracteriacutesticas del suelo y funciona como plataforma para la
construccioacuten de las anteriores capas (CASTILLO 2003)
123
Sensores de movimiento
Los sensores de movimiento son dispositivos electroacutenicos estos generalmente
funcionan de forma inalaacutembrica y su funcionamiento parte de captar el movimiento para
asiacute enviar informacioacuten a una central de control estos sensores son capaces de registrar
movimientos de un aacuterea determinada y son reconocidos en todo el mundo por su
utilizacioacuten en sistemas de seguridad e iluminacioacuten entre otras funciones (Palacios 2020)
Entre los sensores de movimiento varios tipos y variedades dependiendo de la
utilizacioacuten en cada caso entre los cuales se encuentran los siguientes
Los sensores de regulacioacuten luz crepuscular estos sensores basan su funcionamiento
en aumentar o disminuir la luz del dispositivo luminario relacionado con la luz ambiente
lo cual permite que si la luz ambiente es de mayor intensidad se disminuya la generada
por el dispositivo esto genera que se optimice la eficiencia del sistema de iluminacioacuten al
maacuteximo aprovechando la luz al maacuteximo solo cuando se es necesario este sensor es
utilizado generalmente en exteriores ya que en ese entorno se optimiza mejor su ventaja
al tener directamente la luz del ambiente (LEDOVET 2018)
Los sensores de movimiento de infrarrojos estos sensores basan su funcionamiento
en la utilizacioacuten de luces infrarrojas para identificar cambios caloriacuteficos en el aacuterea de
cobertura predeterminada lo que permite detectar si una persona se mueve dentro de
dicha aacuterea y puede utilizarse como receptor de informacioacuten para seguridad donde se
conectariacutea con otro dispositivo de alerta o tambieacuten combinarlo con un sistema de
iluminacioacuten que genere luz a la presencia de personas (LEDOVET 2018)
Los sensores de presencia ultrasoacutenicos estos sensores basan su funcionamiento en
la utilizacioacuten de ondas ultrasoacutenicas las cuales son generadas por el dispositivo en una
determinada aacuterea las cuales regresan por rebote al ya que chochan con cada objeto
encontrado en el entorno cuando estas ondas regresan y detectan un cambio en su
rebote alertan este cambio activando el sistema con el cual este disentildeado (SampP 2018)
Los sensores combinados estos tipos de sensores son disentildeados con las tecnologiacuteas
anteriormente nombradas ya que estas se pueden combinar con el fin de obtener ventajas
en su funcionamiento estos teniendo en cuenta la importancia ya que se pueden instalar
de forma que aumente el nivel de deteccioacuten como puede ser una combinacioacuten entre las
tres tecnologiacuteas o solo dos de las tres con el fin de aumentar la sensibilidad del sistema
124
informacioacuten recibida ya que se genera una activacioacuten de todo el sistema con la deteccioacuten
de solo uno de los dispositivos tambieacuten se puede lograr el efecto inverso al instalarlos
de forma que se tengan que activar los dos o tres lo que baja la intensidad de deteccioacuten
y le da una mejor flexibilidad en espacios donde no es necesaria tanta seguridad y evitar
incomodidades a los usuarios
En cuanto a la forma de regulacioacuten de estos sensores se encuentran la regulacioacuten
dependiendo del alcance en metros con el que sea disentildeado el sistema esto se realiza
con el fin de solo cubrir la zona donde se requiere la funcioacuten del sensor y no interferir en
otros lugares del mismo entorno donde no es necesario o no se desea interferir otra
forma de regulacioacuten de estos sensores se puede realizar por medio del tiempo ya que se
puede disentildear con el fin de que se active desde que detectan un cuerpo hasta que se
desee que dejen de funcionar con el fin de optimizar el uso buscando la maacutexima eficacia
tambieacuten se mitigara el consumo energeacutetico ya que solo permaneceraacute en funcionamiento
los momentos que sea necesario y por ultimo un tipo de regulacioacuten es con la tecnologiacutea
anteriormente nombrada la crepuscular donde se regula dependiendo de la luz
encontrada en el ambiente solo encendiendo cuando es necesario la luz (SampP 2018)
Concreto translucido
El concreto translucido es un material utilizado de diferentes formas ya que sus
propiedades le permiten aprovechar la luz siendo esta un factor maacutes influyente en las
obra de infraestructura a las que se le implementa este tipo de concreto ya sea para el
aprovechamiento de luz del entorno y asiacute mitigar problemas ambientales o crear maacutes
confort en los usuarios como para generar una estructura combinada con luz artificial
que a su vez tambieacuten se puede combinar con energiacuteas renovables para obtener
beneficios ambientales ademaacutes de poder jugar con las diferentes formas y lugares en los
cuales se puedan construir como estructuras deportivas viacuteas zonas comunes entre otras
donde estas tengan un impacto innovador
El concreto translucido fue patentado por aron losonczi el cual tuvo la idea de unir dos
caracteriacutesticas diferentes como lo es la dureza del concreto y la transparencia de un
material translucido su investigacioacuten se dirigioacute a la implementacioacuten de fibras oacutepticas en
el concreto convencional con el fin de crear productos que permitan construir paredes de
interiores o exteriores suelos iluminados o en proyectos de arte y disentildeo (OMPI
ORGANIZACION MUNDIAL DE LA PROPIEDAD INTELECTUAL 2015)
125
En la actualidad existen dos tipos de concreto translucido que destacan en el
mundo los cuales son el concreto translucido construido con fibra oacuteptica y el concreto
translucido polimeacuterico
Concreto translucido con fibra oacuteptica
El concreto translucido con fibra oacuteptica estaacute compuesto por miles de filamentos de fibra
oacuteptica la cual se agrega al concreto y generalmente tienen un diaacutemetro entre los 2mm y
2 micras para que tenga un buen desempentildeo deben estar orientadas en la misma
direccioacuten esto de un lado al otro de la pieza que se construya generalmente la proporcioacuten
de fibra suministrada al conglomerado es del 4 del volumen de la pieza de concreto
construida en total (ARCUS GLOBAL 2020)
La caracteriacutestica que le da lo translucido al concreto es a implementacioacuten de las fibras
oacutepticas ya que la luz que impacta por una cara del concreto en un extremo de las fibras
oacutepticas acomodadas en la misma direccioacuten generan que la luz se perciba aunque con
una menor intensidad al otro extremo de las fibras oacutepticas en este orden de ideas entre
maacutes intensa sea la luz en la cara donde se realiza el contacto maacutes intenso se veraacute en la
otra cara de la pieza construida (ARCUS GLOBAL 2020)
Otra caracteriacutestica de las piezas construidas con fibras oacutepticas son las sombras
generadas en la cara que se tiene luz ya que estas tambieacuten aparecen en la otra cara del
concreto y se destacan por su contorno lo que le da un plus de esteacutetica y esta
caracteriacutestica del concreto translucido con la luminosidad se puede dar hasta 20 metros
todo gracias a las fibras oacutepticas que contienen en su interior y en cuanto a la parte
estructural no se implementan barras de aceros como se acostumbra en el concreto
convencional si no barras de plaacutestico transparentes y tambieacuten se obtiene una resistencia
similar a la de los concretos tradicionales (ARCUS GLOBAL 2020)
Concreto Translucido Polimeacuterico
El concreto translucido polimeacuterico tiene una composicioacuten que se asemeja mas a la
tradicional la caracteriacutestica que le permite ser translucido es el cambio del cemento
convencional parcial o complementariamente por un conglomerante polimeacuterico
transparente llamado el ilum (ARCUS GLOBAL 2020)
La diferencia entre el anterior concreto desarrollado a partir de fibras oacutepticas y este
desarrollado a partir de ilum es que el ilum permite la entrada de luminiscencia por todas
126
las direcciones esto tambieacuten depende de la dosificacioacuten ya que al agregar el componente
aacuterido pierde un poco esta caracteriacutestica para obtener grandes resultados se debe tener
una granulometriacutea bien cuidada tambieacuten se obtiene que la resistencia a la compresioacuten
de este tipo de concreto translucido puede ser similar o en ocasiones superior a la del
concreto convencional (ARCUS GLOBAL 2020)
Este trabajo de investigacioacuten utiliza el concreto transluacutecido SEUS elaborado con
poliacutemeros y materiales reciclados que seguacuten Perdomo amp Fandintildeo (2020) registra una
buena resistencia a la compresioacuten (44 MPa) cuando se usa aglomerante de resina de
polieacutester insaturado (Perdomo C amp Fandintildeo M 2020)
43 MARCO CONCEPTUAL
Meacutetodos de disentildeo de pavimentos
Meacutetodo racional
El meacutetodo racional muestra la estructura de pavimento como un medio elaacutestico sobre
el cual se coloca una carga la cual genera en la estructura un esfuerzo el cual es aplicado
especiacuteficamente en la capa superior para comprender estos esfuerzos se puede
interpretar a traveacutes de un modelo mecaacutenico el esfuerzo ejercido en la capa superior se
propaga a traveacutes de la estructura y cada vez que avanza en la estructura el esfuerzo es
menor esto quiere decir que si el grosor del medio elaacutestico que soporta los esfuerzos es
mayor mejor soporta los esfuerzos por que maacutes distancia recorre maacutes deacutebil se vuelve el
esfuerzo
Para el dimensionamiento del pavimento por el meacutetodo racional por el modelo
Boussinesq se tiene en cuenta que la presioacuten ejercida por el neumaacutetico o un peatoacuten el
cual ejerce una carga (Lizcano 2003) las cuales generalmente son mayores de lo que
puede soportar un terreno natural por esta razoacuten la calzada disentildeada debe repartir esta
presioacuten con el fin de volverla tolerable y estos modelos siguen las hipoacutetesis encontradas
a continuacioacuten
ldquoLa carga aplicada a la calzada se esquematiza por una presioacuten qₒ sobre un circulo de
radio ϕ como se puede observar en la siguiente figurardquo (Lizcano 2003)
127
ldquoEl suelo soporte requiere elaacutestico modo de Young E2 relacioacuten de poisson v2 este
suelo solo puede resistir sin deformarse exageradamente un esfuerzo vertical admisible
(σ2) inferior presioacuten a ntildea presioacuten qₒ coacutemo se puede observar en la siguiente figurardquo
(Lizcano 2003)
Figura 7 Distribucioacuten de esfuerzos Modelo Boussinesq
Fuente (Boussinesq 2020)
Posteriormente se identifica una profundidad la cual se determina como H esto con el
fin de que la presioacuten vertical se encuentre al final difusa ya que no se puede sobrepasar
el esfuerzo vertical admisible (Sz) el meacutetodo Boussinesq encontroacute una solucioacuten al poner
que en una profundidad z el esfuerzo vertical es de la siguiente manera (Lizcano 2003)
1205902 = 1199020
[
1 minus(119911119886)
3
(1 + (1199112
1198862))
32
]
Donde
σ2= esfuerzo vertical
128
α = radio de la carga de la huella circular o semieje en la direccioacuten x de la carga de
huella eliacuteptica
q = presioacuten de la carga
X Y y Z = coordenadas cartesianas de un punto
Esta nomenclatura aplicada al pavimento se puede representar de la siguiente manera
Figura 8 Esfuerzos que sufren los pavimentos en tres direcciones
Fuente (Lizcano 2003)
Donde
σ2= esfuerzo vertical
σr= esfuerzo radial de traccioacuten
Es= moacutedulo de Young de un masivo semifinito
v= coeficiente de poisson
ͳ= cizallamiento
Las fuerzas anteriormente nombradas ejercidas en el pavimento se pueden observar
en la siguiente grafica donde se puede identificar la forma en la que un neumaacutetico ejerce
presioacuten sobre el pavimento teniendo en cuenta que el neumaacutetico tiene una forma en la
cual se distribuyen las presiones en forma de ovalo por lo cual en cuanto maacutes se acerca
a su centro maacutes fuerte se vuelve esta presioacuten se puede observar como en la uacuteltima fase
los colores son cada vez maacutes intensos esto quiere decir que en ese logar el pavimento
estaacute sometido a maacutes esfuerzo
129
Figura 9 Huella de la llanta del vehiacuteculo sobre el pavimento
Esfuerzos graficados Fuente (Xiaodi Hu 2017)
Meacutetodo AASHTO
El meacutetodo AASHTO llamado asiacute por sus siglas (American Association of State Highway
and Transportation Officials) es caracteriacutestico por ser un meacutetodo de disentildeo semiempirico
donde en sus inicios fue evaluado para pavimentos flexibles pero tambieacuten fue adaptado
para pavimentos articulados ya que cogieron este como base esto conlleva a que
compartan muchas similitudes es importante tener en cuenta que este meacutetodo emplea
unidades las cuales se estiman mediante el traacutefico ejes estaacutendar en unidades inglesas
18 Kips (82 toneladas) (CASTILLO 2003)
La foacutermula base de este meacutetodo es la siguiente
log10(119864119860119871119904 lowast 119865119903)
= 939 lowast log10(119878119873 + 1) minus 02 + (log10 (119875119900 minus 119875119905
119875119900 minus 15) (04 + (
1094
(119878119873 + 1)519)
+ (232 lowast log10 119872119903) minus 807
Donde
EALs= numero de eje de 18 Kips acumulado en el periodo de disentildeo
Fr= factor de confiabilidad del disentildeo 10^(Zr+So)
Zr= fractil estaacutendar de la ley (funcioacuten de R)
So= desviacioacuten estaacutendar
R= nivel de confiabilidad
SN= numero estructural de la capa
Po= serviciabilidad inicial del pavimento
Pt= serviciabilidad final del pavimento
130
Mr= moacutedulo resiliente de la subrasante (psi)
Generalmente la desviacioacuten estaacutendar es recomendada como 045 el factor de
confiabilidad usado en la formula anteriormente nombra se encuentra dependiendo de la
importancia de la viacutea con lo que se debe tener en cuenta las siguientes recomendaciones
para encontrar el Fr
Tabla 1 Factor de confiabilidad
Nivel de confiabilidad
() 119917119929
50 1000
60 1300
70 1721
75 2010
80 2390
85 2929
90 3775
95 5499
99 8527
Fuente (CASTILLO 2003)
Para definir el nivel de confiabilidad con el que se debe disentildear la viacutea se debe tener en
cuenta factores que dan un nivel de importancia dependiendo del tipo de viacutea que se va a
construir en el siguiente cuadro se encuentran los criterios que deben tenerse en cuenta
para poder obtener un nivel de confiabilidad recomendado
131
Tabla 2 Nivel de confiabilidad
Clase de viacutea
Trafico
promedio
diario
Factor de
distribucioacuten por
carril()
Nivel de
confiabilidad
recomendado
()
Arterias o viacuteas principales
Urbana 40000 90 90
Rural 15000 90 85
Colectora principal
Urbana 15000 90 85
Rural 6000 90 80
Colectora
secundaria
Urbana 6000 100 80
Rural 2000 100 80
Comercial Multifamiliar
Urbana 2000 100 75
Fuente (CASTILLO 2003)
Para encontrar el numero estructural de la capa se debe utilizar la siguiente formula
119878119873 = Σ(119886119894 lowast 119905119894)
Donde
ai= coeficiente de capa de la i
ti= espesor de la capa i
La estructura del pavimento disentildeada por el meacutetodo Asshto despueacutes de tener en
cuenta los materiales con los que se van a construir cada capa y el aporte estructural que
se encuentra en cada una de estas con los cuales dependiendo de la necesidad se elige
su espesor quedariacutean de la siguiente manera
132
Figura 10 Estructura del pavimento AASTHO 1993
Fuente Guiacutea para el disentildeo de estructuras de pavimentos AASTHO 1993
Meacutetodo PCA
Para el disentildeo por el meacutetodo PCA se rige principalmente por los siguientes factores
-resistencia del concreto a la flexioacuten denominada como MR
El moacutedulo de rotura denominado como Mr es uno de los factores maacutes importantes en
el disentildeo de pavimentos articulados ya que por medio de este se mide la tensioacuten maacutexima
que puede soportar un espeacutecimen el cual debe ser fallado a flexioacuten esto ejerciendo las
cargas en 3 puntos
El moacutedulo de rotura puede ser obtenido mediante cargas cantiliver en un punto central
en los tercios Una diferencia importante en estos meacutetodos de prueba es que la prueba
de la carga en los tercios da la miacutenima resistencia en el tercio central de la viga ensayada
mientras que los otros dos meacutetodos muestran la resistencia en un solo punto (Robert G
Packard 1995)
Las pruebas anteriormente mencionadas se realizan generalmente a los 7 14 y 28 y
90 diacuteas las pruebas realizadas a los 7 y 14 diacuteas son utilizados generalmente para
recopilar informacioacuten sobre el comportamiento del concreto y control en el trabajo y para
determinar en queacute momento se puede dar apertura al pavimento los ensayos a 28 diacuteas
son comuacutenmente utilizados para los espesores de la capa superior del pavimento y el
133
uacuteltimo ensayo el de los 90 diacuteas son utilizados para el disentildeo de pistas de aterrizaje
(Robert G Packard 1995)
El concreto tiene una la habilidad de ganar resistencia al aumentar los antildeos de vida
esto se puede representar en una graacutefica la cual representa diferentes tipos de ensayos
realizados a vigas de pruebas las cuales fueron curadas en el campo y tambieacuten de varias
partes de hormigos las cuales estaban en servicio lo cual se puede observar a
continuacioacuten
Figura 11 Evolucioacuten de la resistencia a la flexioacuten en funcioacuten del tiempo
Grafica resistencia Fuente (Robert G Packard 1995)
-Resistencia encontrada de la subrasante y la subbase combinadas denominada como
K
El soporte de la subrasante y la subbase es definido en teacuterminos del moacutedulo de
reaccioacuten de la subrasnate (k) de westergaard Es igual a la carga en libras por pulgada
cuadrada sobre el aacuterea de la carga dividido por la deflexioacuten en pulgadas para esa carga
Los valores de k son expresados como libras por pulgada cuadrada por pulgada es decir
como libras por pulgada cubica (pci) (Robert G Packard 1995) En la siguientes dos
tablas se puede observar el efecto de la subbase asiacute encontrando el valor de K donde
se evaluacutean de dos formas una con la subbase no tratada y la otra con la subbase tratada
con cemento
Tabla 3 Nivel de confiabilidad
Valor de k de la subrasante pci
Valor k de la subbase pci
4 Pulg 6 Pulg 9 Pulg 12 Pulg
134
50 65 75 85 110
100 130 140 160 190
200 220 230 270 320
300 320 330 370 430
Valor de k subbase no tratada Fuente (Robert G Packard 1995)
Tabla 4 Nivel de confiabilidad
Valor de k de la subrasante pci
Valor k de la sub-base pci
4 Pulg 6 Pulg 9 Pulg 12 Pulg
50 170 230 310 390
100 280 400 520 640
200 470 640 830 -
Valor de k subbase tratada con cemento Fuente (Robert G Packard 1995)
-los tipos de cargas que soportara el pavimento frecuencia y pesos
Este factor estaacute en unos de los maacutes importantes ya que se determinan las cargas a las
cuales se va a estar expuesta la viacutea durante toda su vida uacutetil y estas cargas son
directamente responsables con los otros factores del espesor de la viacutea y se deben tener
en cuenta tres factores los cuales se pueden observar a continuacioacuten
Trafico promedio diario de todos los vehiacuteculos
Trafico promedio diario de camiones
Cargas axiales de los camiones
-El uacuteltimo factor es el periodo de disentildeo de la viacutea
El periodo de disentildeo de la viacutea generalmente estaacute en 20 antildeos algunas veces maacutes y
otras menos pero todo depende del criterio que se tenga en la caracteriacutesticas que
requiera la viacutea algunos ingenieros dicen que el rango de periodo de disentildeo debe estar
entre 30 y 35 antildeos algunas obras donde sus materiales carecen de defectos se pueden
disentildear hasta maacutes de 40 antildeos pero todos estos periodos de disentildeo se pueden justificar
de acuerdo a la importancia o tambieacuten econoacutemicamente ya que este afecta directamente
al grosor del pavimento ya que al aumentar los antildeos de disentildeo se incrementan los
135
nuacutemeros de ejes estaacutendar que pasaran por la viacutea ademaacutes de los servicios adicionales
durante el periodo (Robert G Packard 1995)
44 MARCO CONTEXTUAL
El tramo de prueba donde se realizaraacute la validacioacuten en campo del sendero inteligente
Step by Step estaacute ubicado en el Parque Simoacuten Boliacutevar del municipio de Agua de Dios
sitio muy concurrido por la poblacioacuten lo que aduce que no solo impacta a traacutefico peatonal
si no que genera atractivo turiacutestico
El municipio tradicionalmente celebra actividades religiosas en el cerro de la cruz en
un ambiente de clima huacutemedo oacuteptimo para realizar actividades luacutedicas con la naturaleza
con gran variedad de especies Sin embargo desde los uacuteltimos 15 antildeos la afluencia de
los habitantes a estas fiestas ha registrado un declive dejando de lado los atractivos de
este sitio como las aguas azufradas a las cuales se dice que fueron la razoacuten de la
denominacioacuten del municipio sumado a una historia basada en el abandono de los
enfermos de Lepra por parte de la sociedad en el tradicional Puente de los Suspiros
Figura 12 Localizacioacuten del Municipio de Agua de Dios Cundinamarca
Fuente web httpswwwgooglecommaps 2020
El municipio Agua de Dios se encuentra ubicado en el departamento de Cundinamarca
en la zona del alto magdalena donde sus municipios vecinos son Girardot a 26 km al
noreste Tocaima a 15 km al noroeste y Nilo a 8km al sur del municipio Este municipio
136
con un poco maacutes 10000 habitantes (DANE 2018) y que se encuentra a una distancia
total de 124 kiloacutemetros de la Capital del paiacutes Bogotaacute es un municipio pequentildeo de veranos
largos muy calientes y bochornosos los inviernos son cortos Seguacuten el IDEAM la
temperatura media anual de agua de Dios se encuentra entre 26degC y 28degC (IDEAM
2014)
Figura 13 Zona urbana Municipio de Agua de Dios
Fuente web httpswwwgooglecommaps 2020
Al sur oriente se localiza el parque ecoturiacutestico los chorros (ver Figura 14) lugar que
cuenta con una historia enriquecedora desde la fundacioacuten del municipio y que
actualmente se encuentra en un estado de deterioro Pese a que se encuentran diferentes
tipos de especies de aacuterboles y animales lo convierten en sitio turiacutestico rodeado de
balnearios y zonas de comida con un clima extraordinario y con una riqueza cultural a
nivel nacional siendo un sitio propicio para implementar el Step by Step a futuro
137
Figura 14 Balneario los Chorros Agua de Dios
Fuente (Alcaldia de Agua de Dios 2019)
Seguacuten el IDEAM la radiacioacuten solar que emite el Sol se propaga en todas las direcciones
a traveacutes del espacio esa energiacutea es el motor que determina la dinaacutemica de procesos
atmosfeacutericos y de clima La radiacioacuten solar nos proporciona efectos fisioloacutegicos positivos
tales como estimular la siacutentesis de vitamina D que previene el raquitismos y osteoporosis
favorece la circulacioacuten sanguiacutenea actuando en algunos tratamientos en algunas
dermatosis y estimula en algunos casos la siacutentesis de los neurotransmisores cerebrales
responsables del estado aniacutemico (IDEAM 2014) Por esto estaacute encargado de medir la
radiacioacuten solar a nivel nacional argumentando que es importante principalmente como
una de las fuentes alternativas de energiacutea en la generacioacuten de electricidad ademaacutes de
que ayuda a un sin nuacutemero de aplicaciones para crear modelos de prediccioacuten del tiempo
y el clima (IDEAM 2014)
El portal ACCUWEATHER de internet cuenta con alta tecnologiacutea y esta actualizado
cada diacutea sobre datos de clima viento lluvias en cualquier lugar del mundo El sitio web
dice que en el municipio de Agua de Dios se encuentra un historial de temperaturas que
estaacuten entre los 9degC y los 32degC asiacute como hay raacutefagas de viendo que superan los 10
kiloacutemetros por hora (accuweather 2020)
Asiacute mismo cuenta con la microcuenca de la quebrada la Punaacute y esta a su vez hace
parte de la subcuenca del Rio Bogotaacute Cuenca mayor del Rio Magdalena (SECHAGUA
2016) se cuentan con estudios medio ambientales que referencian al municipio y del cual
se pueden tener en cuenta para los datos de precipitacioacuten de lluvias sobre el municipio
138
Seguacuten la Corporacioacuten Autoacutenoma Regional de Cundinamarca CAR en el municipio se
encuentra la estacioacuten meteoroloacutegica de precipitacioacuten denominada Las Violetas Dicha
estacioacuten recoge informacioacuten importante para dar a conocer un valor puntual climaacutetico de
la zona de estudio y con estos datos se pueden evaluar otros factores que sirven para la
agricultura y demaacutes Dichos valores de precipitacioacuten son para los puntos de control para
altitudes de 0 a 1000 metros sobre el nivel del mar
Agua de Dios dentro de un escenario neutro se encuentra en el intervalo de
precipitacioacuten 186 miliacutemetros a 1656 miliacutemetros Bajo un escenario donde se presenta el
fenoacutemeno de El Nintildeo en un intervalo que va desde 264 miliacutemetros hasta 1933
miliacutemetros Y por uacuteltimo bajo un escenario en el que se presenta el fenoacutemeno de La Nintildea
en un intervalo que va desde 436 miliacutemetros hasta 2192 miliacutemetros (CAR 2015)
Teniendo en cuenta los datos anteriores y otros tomados en periodos maacutes largos de
tiempo la CAR hace un anaacutelisis espacial de la precipitacioacuten sobre los municipios que
hacen parte de la jurisdiccioacuten de la CAR Dicho lo anterior el anaacutelisis muestra un reacutegimen
de lluvias bimodal lo que quiere decir que se presentan dos temporadas de lluvias altas
y dos temporadas de lluvias de baja intensidad durante el antildeo la primera temporada de
lluvias se presenta en los meses de diciembre enero y febrero al mismo tiempo se
presentan diferencias en sus cantidades de lluvias espacialmente los menores
voluacutemenes de lluvia se presentan en la cuenca del Rio Bogotaacute donde oscilan en promedio
de 11 y 40 mm mensuales La segunda temporada de lluvias menos intensa se presenta
en los meses de junio Julio y agosto los valores maacutes bajos de lluvias se presentan en la
Cuenca del Rio Bogotaacute donde oscilan de 19 a 42 mm La primera temporada de
voluacutemenes altos de lluvias se presenta en los meses de marzo abril y mayo donde los
valores se encuentran entre 200 y 400 mm mensuales La segunda temporada de lluvias
altas se dan en los meses de septiembre octubre y noviembre los voluacutemenes de lluvia
se encuentran entre 150 y 340 mm mensuales acumulados (CAR 2015)
En consecuencia la temporada de lluvias bajas se concentra en seis meses del antildeo
meses que son importantes para el turismo en todas las regiones del paiacutes Se evidencia
la temporada de fin de antildeo y de mitad de antildeo que son importantes porque la mayoriacutea de
las personas se encuentra en temporada de vacaciones y el municipio de Agua de Dios
durante esa eacutepoca es visitado por ciudadanos de todas las regiones
139
45 MARCO LEGAL
La norma que establece las especificaciones teacutecnicas para el control de calidad de
adoquines de concreto hidraacuteulico en Colombia es la Norma Teacutecnica Colombiana (NTC)
2017 para construir pavimentos articulados tanto para traacutefico peatonal como traacutefico
vehicular asiacute como tambieacuten la descripcioacuten de los materiales que se usan para su
fabricacioacuten
Si se desean caracteriacutesticas diferentes a las que exige la norma estas deben ser
especificadas antes de iniciar el disentildeo del adoquiacuten
A continuacioacuten se muestran unas tablas donde se refleja lo que exige la norma teacutecnica
colombiana NTC 2017 en cuanto al disentildeo de adoquines Ademaacutes de esto la informacioacuten
se sustenta con informacioacuten tomada del Instituto para el Desarrollo Urbano de Bogotaacute la
norma internacional ASTM la norma del Instituto Nacional de Viacuteas (INVIAS)
Tabla 5 Partes de los Adoquines
PARTE ESPECIFICACION ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Cara de desgaste
NTC 2017 Parte superior del adoquiacuten la cual queda al aire en su instalacioacuten
Soporta directamente el transito
Capa superior capa superficial
NTC 2017 Capa que conforma la cara de desgaste en adoquines bicapa
No todos los adoquines son bicapa
Capa inferior NTC 2017
Capa ubicada debajo de la capa superficial en adoquiacuten bicapa Constituye la mayoriacutea de la masa de los mismos
No todos los adoquines son bicapa
Cara de apoyo
NTC 2017 Cara inferior del adoquiacuten
Cara que queda en contacto con la capa de arena en su instalacioacuten
Superficie de referencia
NTC 2017
En adoquines no biselados es la superficie que corresponde a la cara de desgaste En adoquines biselados corresponde a la
140
cara de desgaste sin tomar en cuenta el volumen del prisma sustraiacutedo por el bisel
Forma
NTC 2017
Poliacutegono que define la cara de desgaste y la cara de apoyo y que a su vez determina el prisma recto que le da volumen al adoquiacuten
Arista NTC 2017 Liacutenea de interseccioacuten entre dos planos o caras
Hace referencia a lo que conforma la cara de desgaste y las paredes
Arista de Laacutepiz
NTC 2017
Arista de forma redondeada con radio de35 mm aproximadamente
Se le da forma redondeada en el proceso de fabricacioacuten
Bisel NTC 2017
Perfil inclinado a 45deg aproximadamente en adoquiacuten biselado o parcialmente biselado
Se considera como parte del bisel la franja generada por las rebabas verticales una vez retiradas
Separador NTC 2017
Salientes verticales (nervaduras placas) generadas en las paredes del adoquiacuten para garantizar la separacioacuten
Se hace con el fin de que las juntas se puedan llenar de arena
FUENTE Informacioacuten propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 de
2004-02-05 y el Instituto de Desarrollo Urbano (IDU)
Tabla 6 Geometriacutea del adoquiacuten seguacuten NTC 2017
DIMENSIONES ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Espesor Dimensioacuten perpendicular a la cara de desgaste
141
Medida desde la cara de desgaste hasta la capa inferior
Espesor estaacutendar (ee)
Espesor tomado de manera anaacuteloga del espesor real
Lo especifica el productor
Espesor real (er) Espesor del adoquiacuten Medido en cada espeacutecimen
Espesor real promedio (er) del espeacutecimen
Promedio de cuatro mediciones del espesor real
Las cuatro mediciones son en el mismo espeacutecimen
Espesor real promedio (er) de la muestra
Promedio de valores del espesor real promedio del espeacutecimen
Se calcula con la cantidad de especiacutemenes de la muestra
Espesor de la capa superficial (ecs) del espeacutecimen
Espesor miacutenimo de la capa superficial en adoquines bicapa
Se mide con relacioacuten a la superficie de referencia
Espesor de la capa superficial (ecs) de la muestra
Promedio de valores del espesor de la capa superficial del espeacutecimen
Se calcula con la cantidad de especiacutemenes para la muestra
Longitud Dimensioacuten del adoquiacuten en direccioacuten del eje mayor del aacutengulo inscrito
No se incluyen separadores
Longitud estaacutendar (le)
Longitud tomada de manera anaacuteloga de la longitud real
Se especifica por el fabricante
Longitud nominal (ln)
Suma de la longitud estaacutendar maacutes el ancho estaacutendar
Longitud real (lr) Es la longitud del adoquiacuten Longitud medida directamente en cada espeacutecimen
Longitud real promedio (lr) del espeacutecimen
Promedio de dos mediciones de la longitud real
Longitudes medidas para cada espeacutecimen
Longitud real promedio (lr) de la muestra
Promedio de los valores de la longitud real promedio del espeacutecimen
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Ancho Medicioacuten del adoquiacuten en direccioacuten del eje menor del rectaacutengulo inscrito
No se incluyen separadores
142
Ancho estaacutendar (ae)
Ancho tomado de manera anaacuteloga del ancho real
Se especifica por el fabricante
Ancho nominal (an)
Suma del ancho estaacutendar maacutes el ancho de la junta estaacutendar
Ancho real (ar) Es el ancho del adoquiacuten Se mide directamente sobre cada espeacutecimen
Ancho real promedio (ar) del espeacutecimen
Promedio de dos mediciones del ancho real
Medidas para cada espeacutecimen
Ancho real promedio (ar) de la muestra
Es el promedio del ancho real promedio del espeacutecimen
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Ancho del rectaacutengulo inscrito (ai)
Dimensioacuten del eje menor del rectaacutengulo inscrito
Proyeccioacuten horizontal del bisel (phb)
Proyeccioacuten del perfil del bisel sobre la superficie de referencia
Incluye la franja por rebaba si existe
Proyeccioacuten vertical del bisel (pvb)
Proyeccioacuten del perfil del bisel sobre la pared del adoquiacuten
Incluye la franja por rebaba si existe
Ancho de los separadores (as)
Dimensioacuten transversal de los separadores en el plano de la pared del adoquiacuten
Espesor de los separadores (as)
Dimensioacuten de los separadores en sentido perpendicular a la pared del adoquiacuten
Espesor de los separadores promedio (es) del espeacutecimen
Promedio de los valores del espesor de los separadores
Medidos para cada espeacutecimen
Espesor de los separadores promedio (es) de la muestra
Promedio de los valores del espesor de los separadores promedio
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Fuente Propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 publicada 2004-02-
05
143
Tabla 7 Requisitos geomeacutetricos de los adoquines
REQUISITOS ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Longitud nominal (ln)
No debe ser mayor a 250 mm ni menor a 50 mm
Por lo general se encuentra entre 100 mm y 250 mm
Ancho nominal (an)
No debe ser menor a 50 mm Por lo general se recomienda 80 mm
Espesor estaacutendar (ee)
No debe ser menor a 60 mm Se recomienda espesores para uso peatonal no menor a 60 mm y a vehicular no menor a 80 mm
Junta estaacutendar Deber ser de 2 mm Si es mayor se considera malformacioacuten
Relacioacuten entre longitud nominal y ancho nominal
Debe ser menor o igual a 4 No se aplica a unidad complementaria o especial
Relacioacuten entre longitud nominal y espesor estaacutendar
Debe ser menor o igual a 4 No se aplica a unidad complementaria o especial
Tolerancias en la longitud real y ancho real
Cada par de mediciones no debe diferir entre si en maacutes de 15 mm
Mediciones tomadas sobre la cara de desgaste y sobre la cara de apoyo
Tolerancias en la longitud real promedia y ancho real promedia
Cada espeacutecimen de la muestra no deben diferir de la longitud estaacutendar y ancho estaacutendar en maacutes de 15mm
Mediciones tomadas en cada espeacutecimen de la muestra
Tolerancias en espesor real y espesor estaacutendar
Las mediciones del espesor real no deben diferir del espesor estaacutendar en maacutes de 2 mm
Adoquines con acabado plano o junta falsa
Aristas
Para las aristas en adoquines no biselados se aceptan desportilladuras con una dimensioacuten no mayor a 3 mm
Desportilladuras mayores a 3 mm se consideran defectos
Bisel
Debe tener igual forma y perfil en toda la longitud Tanto proyeccioacuten horizontal (phb) y proyeccioacuten vertical (pvh) debe ser miacutenimo 3 mm y maacuteximo 7 mm
Rango La diferencia entre la mayor y la menor de las mediciones de phb
Medidas tomas para cada espeacutecimen de la muestra
144
y pvh no debe ser mayor de 15mm
Separadores
En cada pared del adoquiacuten se debe tener un separador por adoquiacuten seguacuten el patroacuten de instalacioacuten Ancho de separador debe estar entre 4 mm y 15 mm Espesor del separador debe ser 2 mm maacutes o menos 05 mm
Solo aplica para adoquines con separadores descritos anteriormente
Capa superficial Espesor de la capa superficial (ecs) debe ser al menos 8 mm
Solo se aplica para adoquines bicapa En ninguacuten momento durante su uso o en el ensayo a flexo traccioacuten se debe presentar desprendimiento total y parcial de las dos capas
Fuente Propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 publicada 2004-02-
05
451 ABSORCION DE AGUA
Seguacuten la Norma Teacutecnica Colombiana ICONTEC 2017 lo adoquines de concreto al
momento de salir de la faacutebrica deben presentar una absorcioacuten de agua (Aa) menor o
igual al 7 como valor promedio de los especiacutemenes de la muestra y menor o igual a 8rdquo
para cada adoquiacuten individual (Icontec 2018)
Equipo
Para realizar las mediciones de las dimensiones del adoquiacuten se debe contar con un
calibrador de aguja con divisiones cada 01mm (Icontec 2018)
Para realizar ensayo de absorcioacuten de agua se usan los cinco especiacutemenes de la
muestra despueacutes de haberles medido las dimensiones exceptuando la del espesor de la
capa superficial y a los que posteriormente se les va a realizar ensayo a flexo traccioacuten
(Icontec 2018) Las masas se deben registrar con una balanza con una sensibilidad de
1 gramo
Y un horno ventilado con una temperatura controlada entre 100 C y 115 C y con un
volumen de al menos 25 veces el de los especiacutemenes que se van a secar al mismo
tiempo (Icontec 2018)
145
Procedimiento
Todos los especiacutemenes de la muestra se deben secar simultaacuteneamente en un horno
ventilado a una temperatura entre 100 C y 115 C Deben quedar separados entre si y de
cualquier superficie caliente como miacutenimo 25 mm Se deben secar hasta obtener una
masa sema (ms) constante despueacutes de un periodo miacutenimo de secado de 24 horas y
hasta que en dos pesajes sucesivos a intervalos de 2 horas la masa presente una
disminucioacuten de menos del 02 con respecto a la masa anterior (Icontec 2018)
Saturacioacuten
Para el ensayo los especiacutemenes deben ser sumergidos en agua durante 24 horas a
una temperatura que debe encontrarse entre 15 C y 27 C Debe haber un volumen de
agua suficiente para que entre la superficie y la cara del adoquiacuten haya una medida entre
25 mm y 50 mm No se deben poner especiacutemenes sobre otros (Icontec 2018)
Caacutelculos
Se debe usar la siguiente ecuacioacuten para hallar el porcentaje de absorcioacuten de agua del
espeacutecimen (Icontec 2018)
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899 (119860119886) =(119872ℎ minus 119872119904)
119872119904lowast 100
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
452 RESISTENCIA A LA FLEXO TRACCION (MODULO DE ROTURA)
ESPECIMENES DE ENSAYO
Los especiacutemenes a usar son unidades a las que ya les fue evaluada la apariencia las
dimensiones y hallado el porcentaje de absorcioacuten de agua Deben ser unidades
completas Las unidades son sometidas al ensayo a flexo traccioacuten con el fin de halla el
146
Modulo de Rotura (MR) Las unidades deben permanecer sumergidas en el agua durante
24 horas antes del ensayo se sacan y se dejan escurrir durante un minuto luego se
secan con un pantildeo seco para someterlas a ensayo (Icontec 2018)
EQUIPO
La maacutequina de ensayo para la determinacioacuten de la resistencia a la flexo traccioacuten debe
ser capaz de aplicar cargas de 20 KN (Icontec 2018)
Figura 15 Prueba de ensayo a Flexo traccioacuten de Adoquines de concreto (Icontec
2018)
147
Fuente Editada por los autores de (Icontec 2018)
Procedimiento
El espeacutecimen saturado y superficialmente seco se coloca sobre la maacutequina de ensayo
con la cara de desgaste hacia arriba de manera que el elemento superior de la maquina
coincida con el eje menor del rectaacutengulo inscrito sobre la cara de desgaste y los apoyos
inferiores coincida con una liacutenea paralela 10 mm adentro de los lados menores del
rectaacutengulo inscrito (Icontec 2018)
La maacutequina de ensayo debe aplicar la carga a una velocidad tal que produzca un
aumento cercano a 05MPas quiere decir que un tiempo de ensayo de 10 segundos
para 5 MPas El valor calculado se debe expresar en la unidad equivalente a MPa con
exactitud de 01 MPa (Icontec 2018)
Aparte de la Norma Teacutecnica Colombiana (NTC) 2017 que es la norma que rige la
fabricacioacuten y el uso de adoquines existe la norma American Society of Testing Materials
(ASTM) es una asociacioacuten que se encarga de medir la resistencia de los materiales para
la construccioacuten dicha norma es la base para crear las normas de nuestro paiacutes por eso
148
es de gran importancia hacer mencioacuten de ella en este documento y a las normas que se
abarcan (Icontec 2018)
A continuacioacuten algunas de las normas ASTM para adoquines en concreto
ASTM C-936 absorcioacuten flexo traccioacuten y abrasioacuten (Icontec 2018)
Absorcioacuten maacutexima a la humedad la cual dice que la absorcioacuten promedio de las
muestras ensayadas no seraacute mayor del 5 con ninguacuten resultado individual mayor del 7
(Torres 2020)
clasifica a los adoquines en tipo A B Y C seguacuten cuadro
Tabla 8 Clasificacioacuten de los adoquines seguacuten su absorcioacuten
Clase
Absorcioacuten ( en de masa)
Promedio de 3
adoquines miacutenimo
Valor maacuteximo
individual
A le7 77
B le9 99
C le9 99
Fuente (Icontec 2018)
Ensayos a la flexo traccioacuten (moacutedulo de rotura) seguacuten norma ASTM C-936 promedio
459 kgcm2 individual 367Kgcm2 no se realiza en nuestro caso al menos que sea una
peticioacuten especial del cliente consiste en someter el adoquiacuten a una carga puntual para
medir su capacidad elaacutestica antes de romperse (Torres 2020)
Clasificacioacuten de los adoquines por su uso 1- Clase A uso industrial y traacutensito pesado
350 kgcm2 2- Clase b uso transito liviano 250 kgcm2 3- Clase c uso peatonales y
espacios puacuteblicos menores de 250 kgcm2
Tabla 9 Resistencia miacutenima de los adoquines
Clase Espesor miacutenimo
del adoquiacuten (mm)
Resistencia miacutenima a flexioacuten del adoquiacuten Mpa
(kgcm2)
Promedio de 3
adoquines
Miacutenimo de adoquiacuten
individual
149
A 54(55) 46(468)
B 41(42) 35(357)
C 41(42) 35(357)
Ensayo a la Abrasioacuten Es una prueba al desgaste que en algunos proyectos exigen
como referente para medir la perdida de volumen del aacuterea sometida (Torres 2020)
Tabla 10 Resistencia a la abrasioacuten
Meacutetodo de Ensayo Valor
Mediante arena y disco
metaacutelico ancho le23 mm
Ensayo de Bohme le20000 mm35000 mm2
Fuente (Icontec 2018)
ASTM C 33 Esta norma indica coacutemo hacer concreto y que elementos deben agregarse
para prepararlo y usarlo Los agregados tratados en la norma son tanto finos como
gruesos En la norma los agregados finos estaacuten definidos como arena natural arena
elaborada o una combinacioacuten de ambas Los agregados gruesos se definen como grava
grava triturada escombros horneados y enfriados por aire concreto triturado de cemento
hidraacuteulico (Velares 2020)
Tambieacuten establece los liacutemites sobre sustancias perjudiciales o nocivas de agregado
de concreto fino Por ejemplo hay liacutemites en la cantidad de terrones de arcilla y partiacuteculas
deleznables (piezas pequentildeas de agregado que se descomponen faacutecilmente) Eacutestas se
limitan a 30 por ciento o menos de la masa total El agregado extremadamente ligero
tambieacuten se limita a 30 por ciento o menos de la masa total y el carboacuten y lignito se limitan
a 50 por ciento o menos Cualquiera de estos elementos puede hacer que el concreto
pierda fuerza y se deteriore de forma maacutes raacutepida (Velares 2020)
ASTM C-140 Dicha norma se refiere al ensayo de absorcioacuten de agua dejando un
valor menor al 5 para la absorcioacuten promedio por muestra y de 7 para valores
individuales
ASTM C-979 Especificaciones sobre el uso de pigmentos
150
ASTM C-144 Requerimientos de granulometriacutea
Tabla 11 Franja granulomeacutetrica para arena de prefabricados
TAMIZ
PORCENTAJE QUE PASA
ARENA NATURAL
ARENA MANUFACTURADA
No 4 (475mm) 100 100
No 8 (236mm) 95-100 95-100
No 16 (118mm) 70-100 70-100
No 30 (0600 mm) 40-55 40-100
No 50 (0300 mm) 13-35 13-58
No 100 (0150mm) 2--15 10--15
No 200 (0075 mm) 0 0-10
Fuente (Icontec 2018)
En Colombia existen algunas leyes que promueven el uso de energiacuteas renovables
pero tambieacuten esas mismas leyes las regulan La ley maacutes importante en el paiacutes
colombiano es la Ley 1775 de mayo de 2014 dicha ley dice que se promueve y regula el
desarrollo y el uso de las fuentes de energiacuteas renovables no convencionales en especial
las que son renovables Promueve su integracioacuten al mercado eleacutectrico la participacioacuten
en zonas vulnerables y en otros usos energeacuteticos que aportan para el desarrollo
sostenible del paiacutes (COLOMBIA 2014)
La ley 1775 de 2014 y que promueve y regula el uso de energiacuteas renovables a su vez
es regulada por la Resolucioacuten 281 del 5 de Junio de 2015 que dictoacute el director general de
la Unidad de Planeacioacuten Minero Energeacutetica (UPME) la resolucioacuten dice que por medio de
la cual se regula la integracioacuten de energiacuteas renovables no convencionales al sistema
energeacutetico del paiacutes estable el marco legal y los instrumentos para la promocioacuten el
desarrollo y la utilizacioacuten de fuentes no convencionales de energiacutea (FNCE) (UPME 2015)
La UPME realizo anaacutelisis teacutecnicos y econoacutemicos consignados en el documento
ldquoANALISIS PARA LA DEFINICION DEL LIMITE MAXIMO DE POTENCIA DE LA
AUTOGENERACION A PEQUENtildeA ESCALA EN EL SISTEMA INTERCONECTADO
151
NACIONAL (SIN)rdquo y que estos sirvieron para la definicioacuten del liacutemite de que trata la
resolucioacuten Que resuelve que
ldquoARTICULO PRIMERO El liacutemite maacuteximo de potencia de la autogeneracioacuten a pequentildea
escala seraacute un (1) MW y corresponderaacute a la capacidad instalada del sistema de
generacioacuten del autogeneradorrdquo (UPME 2015)
152
5 DISENtildeO METODOLOacuteGICO
Este proyecto de investigacioacuten se realizaraacute bajo las condiciones espaciales
medioambientales de Girardot Ciudad y Regioacuten en coordinacioacuten en la sede de la Unidad
de ensayos e investigacioacuten del semillero de investigacioacuten SEUS donde se gestoacute y que
hace parte del macroproyecto ldquoPREFABRICADOS DE NUEVA GENERACIOacuteNrdquo
51 INSTRUMENTOS
La instrumentacioacuten que se emplea en el desarrollo de este proyecto de investigacioacuten
son propiedad del laboratorio PC Disentildeos y Construccioacuten SAS y que se pueden usar
gracias al convenio interinstitucional con la Universidad Piloto de Colombia SAM ldquoUnidad
de ensayos e investigacioacutenrdquo y el laboratorio
De igual forma se usan como patrones de medida lo que especifica la norma
colombiana para construccioacuten de edificaciones Sismo Resistentes NSR-10 Los
procedimientos de cada ensayo se ajustaron de acuerdo a las normas teacutecnicas
colombianas como las ICONTEC y homologada de la norma internacional ASTM
Tabla 12 Instrumentos empleados para el proyecto
INSTRUMENTO MUESTRA PROCEDIMIENTO
Juego de tamices y balanza 01
gr
Granulometriacutea mediante
uso de tamices
ASTM C136-01
NTC 77
Mesa de flujo y moldes para
cubos
Fluidez de morteros de
cemento hidraacuteulico ASTM C-230
Equipo de concretos
Mezcladora (trompo) balanzas
palustres varilla punta roma
cilindros de acero
Toma de muestras de
concreto y fabricacioacuten de
adoquines
ASTM C172-10
NTC 454
Formaleta para adoquiacuten
Fabricacioacuten de
especiacutemenes para
ensayos y tramo de
prueba
NSR-10
Prototipo disentildeado
por los autores
Prensa hidraacuteulica para ensayo a
compresioacuten
ASTM C392005
NTC 673
153
Compresioacuten de cilindros
de concreto y
especiacutemenes de adoquiacuten
Prensa hidraacuteulica para ensayo a
flexo traccioacuten
Ensayo a flexo traccioacuten
de especiacutemenes de
muestra
Horno para ensayo de
absorcioacuten y para secado
Ensayo de absorcioacuten y
secado de las muestras
Entrevista Comunidad Municipio
Agua de Dios
Canal comunitario
H20 TV
FUENTE Los autores 2020
154
6 PROCEDIMIENTO
Aquiacute seriacutea bueno que incluyeran un paacuterrafo contando de que se trata el procedimiento
de la investigacioacuten
Figura 16 Ruta de actividades para el prototipaje de Step by Step
Fuente Los autores octubre 2020
61 CRONOGRAMA
El horario de trabajo en campo es acordado entre los autores dado al nuevo ajuste por
las restricciones por la pandemia haciendo una articulacioacuten con la sede la Unidades de
ensayos e investigaciones del semillero SEUS Fabricando los adoquines en casa y
Caracteriza-cioacuten de
agregados
bull Arena
bullCemento
bullGravilla
Disentildeo de mezclas
bullDosificacioacuten
bullConcreto translucido
Disentildeo de prototipo
bullFormaleta
bullGeometriacutea
bullPeso
ResistenciabullFabricacioacuten de muestra
bullEnsayos a muestras
155
realizando los ensayos bajo las normas teacutecnicas y de bioseguridad en la sede del
laboratorio
Para cumplir cumplir con los objetivos de este proyecto de investigacioacuten se acuerda el
siguiente cronograma
Tabla 13 Cronograma de actividades para el prototipaje de Step by Step
Fases y sus actividades Responsables Fechas de
ejecucioacuten
Recursos a
utilizar
Formulacioacuten Marlon Barrera
Fabio Viancha nov-19 Laboratorio
Caracterizacioacuten de
agregados (ensayos de
laboratorio)
Marlon Barrera
Fabio Viancha feb-20 Laboratorio
Disentildeo de mezcla- adoquiacuten
de prueba 1
Marlon Barrera
Fabio Viancha mar-20 Laboratorio
Compresioacuten de cilindros-
Resistencias
Marlon Barrera
Fabio Viancha
Abril- Mayo
2020 Laboratorio
Mezcla con materiales
reciclados
Marlon Barrera
Fabio Viancha Junio-Julio 2020 Laboratorio
Elaboracioacuten de documento Marlon Barrera
Fabio Viancha
Agosto-Sept-
Oct 2020 Biblioteca
156
7 CAPITULO 1 PROTOTIPAJE DEL ADOQUIacuteN
Como se ha mencionado se va a usar material reciclado para el disentildeo de mezcla
siendo el principal material reciclado el vidrio molido Dicho material se muele dentro del
laboratorio haciendo uso de la maacutequina de los aacutengeles El procedimiento para moler el
vidrio molido comienza pesando 5000 gramos de vidrio partido en una balanza digital
como se muestra en la siguiente imagen
Figura 17 Material reciclado (vidrio)
Fuente Los autores 2020
Luego de pesar el material se debe hacer uso de la maacutequina de los aacutengeles se
introduce el vidrio dentro de la maquina con todas las esferas de acero se pone a
funcionar la maquina durante 17 minutos
157
Figura 18 Trituracioacuten del vidrio con molino de bolas
Fuente Los autores octubre 2020
Cuando pasan los 17 minutos de tiempo de la maquina en funcionamiento esta debe
ser apagada para descargarla el vidrio ya molido se descarga sobre la bandeja de la
maacutequina
Figura 19 Vidrio pulverizado luego de la trituracioacuten y molienda
Fuente Los autores 2020
158
Luego el material se debe tamizar haciendo uso del tamiz frac12 que tiene aberturas en su malla de un diaacutemetro de 125 miliacutemetros y maacutes abajo el tamiz nuacutemero 4 que tiene aberturas en su malla de un diaacutemetro de 475 miliacutemetros
Figura 20 Tamizado del material
Fuente Los autores octubre 2020
El material a usar es el que pasa el tamiz frac12 y el que queda retenido en el tamiz nuacutemero 4 Luego el material se debe lavar usando el tamiz nuacutemero 200 para que no se pierda material
Figura 21 Vidrio lavado y secado en horno
Vidrio lavado Fuente Los autores octubre 2020
159
Luego el vidrio se debe poner a secar durante 24 horas en un horno a una temperatura de 115degC Finalmente el vidrio molido y limpio en su totalidad se almacena en canecas como se muestra en las siguientes imaacutegenes a la espera de tener el adoquiacuten con concreto convencional para luego hacer la mezcla del concreto translucido El vidrio molido queda del mismo tamantildeo de la grava y de una arena entonces en el concreto translucido este material reciclado hace el reemplazo
Figura 22 Diferentes gradaciones de vidrio triturado y molido
Fuente Los autores octubre 2020
Para la mezcla del concreto convencional se usaron agregados como la grava de
planta de diaacutemetro frac12 pulgada y a arena gris de planta asiacute como tambieacuten se usa cemento
de uso general marca Argos
La caracterizacioacuten de los materiales como la grava y la arena tuvo que realizarse de
manera remota por medio de reuniones virtuales entre los autores y la tutora de esta
investigacioacuten que por su experiencia profesional supo de queacute materiales se trataban y
se hizo una caracterizacioacuten basados en su experiencia Esto se realizoacute debido a las
restricciones de movilidad dadas por la pandemia mundial vivida en el antildeo en curso
La caracterizacioacuten del cemento de uso general marca argos se tomoacute con datos y
experimentos que ya se han realizado en el laboratorio de investigacioacuten de ante mano
se sabe que el cemento tiene un buen comportamiento con buenas caracteriacutesticas
mecaacutenicas que ayudan a que la resistencia del concreto buscada de sus resultados
160
Figura 23 Agregados para la mezcla de concreto
Fuente Los autores septiembre 2020
Teniendo la caracterizacioacuten de los materiales agregados se procede a realizar el
disentildeo de mezcla Se busca que los especiacutemenes del adoquiacuten tengan una resistencia
total a los 28 diacuteas de 4000 psi por lo que para el volumen de los adoquines que se van
a fundir se hace el siguiente disentildeo de mezcla
Tabla 14 Dosificacioacuten para la elaboracioacuten de las muestras
Material Unidad Cantidad
Cemento Kg 17
Agua Kg 85
Agregado grueso Kg 30
Agregado fino Kg 26
Aditivo cm3 170
Se aclara que el agregado grueso se refiere a la grava y el agregado fino a la arena
161
El aditivo que se usa para la mezcla es Sika Fluid es un aditivo proporcionado por el
laboratorio de PC Disentildeos y construccioacuten SAS Este aditivo es liacutequido y lo que hace es
permitir que la mezcla de concreto sea maacutes fluida y trabajable sin la necesidad de usar
maacutes agua ademaacutes de esto mejora la resistencia del concreto es todas las edades y
disminuye la permeabilidad del mismo
Este aditivo tiene tres usos plastificante reductor de agua y economizador de
cemento Como plastificante ayuda a obtener mezclas maacutes fluidas se adiciona a una
mezcla de concreto y se consigue que se incremente el asentamiento (SIKA 2018)
Como reductor de agua al adicionarlo a la mezcla sin variar el asentamiento se reduce
el agua y se incrementa la resistencia (SIKA 2018) Como economizador de cemento
ese incremento en resistencia se puede aprovechar reduciendo la cantidad de cemento
y se reducen los gastos (SIKA 2018) Para realizar la mezcla de concreto con el disentildeo
de mezcla obtenido primero se pesan los materiales haciendo uso de una balanza para
personas como la que se muestra en la imagen a continuacioacuten
Figura 24 Dosificacioacuten de agregados
Fuente 2020
Masa de agregados Homogenizacioacuten en seco
Mezclado Elaboracioacuten de muestras
162
Al pesar los agregados estos se vaciacutean sobre una batea y se mezclan en seco de una
manera uniforme para que la mezcla quede homogeacutenea eso se realiza usando uso de
una pala Finalmente se moja la mezcla con la cantidad de agua mezclada con el aditivo
estipulada en el disentildeo de mezcla y se revuelve dentro de la batea de una manera
uniforme buscando que la mezcla de concreto quede homogeacutenea Seguido se procede a
realizar es a untar la formaleta de acpm y vaciar el concreto sobre ella para fundir los
adoquines Se espera un diacutea despueacutes de la fundida para desencofrar y proceder a curar
los adoquines en una caneca de agua como se muestra en las siguientes imaacutegenes
Figura 25 Desencofrado de prototipos de concreto hidraacuteulico
Fuente los autores 2020
En la imagen anterior se logra evidenciar la forma de cada adoquiacuten el orificio del medio
es por donde se instalaraacuten los cables hacia la pieza de forma trapezoidal donde iraacute la luz
led y el concreto translucido
Desencofrado de muestras Curado de muestras
163
8 CAPITULO 2 DISENtildeO GEOMEacuteTRICO DEL PAVIMENTO ARTICULADO
Disentildeo de adoquiacuten
Como primera medida se realizoacute un disentildeo de la forma del adoquiacuten prefabricado el
cual se escogioacute de forma rectangular y con las especificaciones mostradas en las
siguientes imaacutegenes donde se adjunta el modelo haciendo uso de programas de disentildeo
como AutoCAD en las cuales encontramos
Detalle de adoquiacuten
Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida
Detalle del adoquiacuten 3D
Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 3D
Figura 26 Detalle del adoquiacuten
Fuente los autores 2020
164
Figura 27 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida
Fuente los autores septiembre 2020
Figura 28 Detalle del adoquiacuten 3D
Fuente los autores 2020
CINTA DE LUCES LED
PIEZA DE CONCRETO TRANSLUCIDO
CABLEADO
COLORCARACTERISTICO
165
Figura 29 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 3D
Fuente los autores septiembre 2020
En las figuras anteriores se identifica el disentildeo de adoquiacuten individualmente donde
se puede observar un espesor de 8 cm en cuanto a su espesor total en las caras
exteriores un espesor de 2 cm en el concreto translucido el cual se puede observar en
el medio del adoquiacuten tambieacuten unas dimensiones en cuanto a su largo y ancho de 25 cm
y 15 cm respectivamente en el concreto convencional y en su interior la pieza translucida
las dimensiones en cuanto a su largo y ancho son de 16 cm y 8 cm respectivamente por
uacuteltimo en las imaacutegenes se puede observar un agujero en el medio del adoquiacuten que
atraviesa el concreto convencional por el cual pasariacutea el cableado que permitiriacutea conectar
los adoquines al sistema de sensores y de energiacutea solar u adaptable a otras energiacuteas
166
Para definir teoacutericamente las propiedades del adoquiacuten y tener una base que nos
permita tener en cuenta caracteriacutesticas como el espesor teniendo en cuenta la resistencia
a la compresioacuten y flexioacuten esto aplicando el meacutetodo racional despejando la formula
principal anteriormente nombrada
1205902 = 1199020
[
1 minus(119911119886)
3
(1 + (1199112
1198862))
32
]
1205902 = 2942
[
1 minus(
0080025
)3
(1 + (0082
00252))
32
]
1205902 = 87124 119873
Donde
σ2= esfuerzo vertical
en esfuerzo vertical es el resultado de la operacioacuten anterior donde el resultado despueacutes
de despejar fue de 87124 newton
α = radio de la carga de la huella circular o semieje en la direccioacuten x de la carga de
huella eliacuteptica donde se realizoacute un estudio de una llanta promedio donde se pintoacute y se
dibujoacute la huella con el fin de conocer el radio teniendo un resultado de 25 cm de radio la
huella realizada se puede observar en la siguiente imagen
167
Figura 30 Huella de neumaacutetico
Fuente los autores 2020
qo = presioacuten de la carga encontrada en el puente por medio de una estimacioacuten la cual
contiene el peso promedio de una persona el cual es de 63 kg pero tambieacuten se tiene en
cuenta si la persona se desplaza en cicla ya que cabe la posibilidad aunque es peatonal
y tenemos un factor de seguridad estimado de 3 veces el peso promedio lo cual nos dariacutea
un peso maacuteximo de 300 kg lo cual en cuanto a la carga multiplicaacutendolo por la gravedad
tendriacuteamos 2942 N
X Y y Z = coordenadas cartesianas de un punto es encontrada gracias a la estructura
del pavimento ya que ese desplazamiento de la energiacutea en el eje z en el caso de este
sendero es de 8 cm el cual es el espesor del adoquiacuten este solo descansa en una capa
de arena
Disentildeo de Tramo
Despueacutes de disentildear el adoquiacuten como unidad se procedioacute a disentildear un tramo el cual
como antes se nombroacute un sitio ideal para el desarrollo del mismo es la vereda los chorros
por lo cual se decidioacute para obtener una adaptabilidad al terreno y un disentildeo que sea
atractivo y el resultado de este tramo con los adoquines propuestos se puede observar
en la siguiente imagen
Figura 31 Vista en planta sendero inteligente
168
Fuente los autores 2020
Como se puede observar en la Figura 31 se obtiene una vista en planta la cual tiene
un disentildeo intercalado con una armoniacutea en los colores caracteriacutesticos del adoquiacuten que le
permite al sendero inteligente ser tener un impacto el cual genere un acercamiento de los
turistas y comunidad en general tambieacuten el tramo contiene unas dimensiones tentativas
de 17 metros y de 293 metros en cuanto a su ancho y largo respectivamente
169
Posterior mente se realizoacute un plano esquemaacutetico donde se observan las tuberiacuteas y
cableado electro a implementar en el disentildeo del sendero inteligente donde se encuentra
una red eleacutectrica guiada por tuberiacuteas en la parte inferior que conduce el cableado hasta
el sistema que compone la alimentacioacuten con energiacutea solar el cual se puede observar a
continuacioacuten
Figura 32 Informacioacuten eleacutectrica
Fuente los autores 2020
170
Disentildeo de formaleta
Al tener los materiales necesarios con su respectiva caracterizacioacuten el siguiente paso
fue realizar el disentildeo y la construccioacuten de la formaleta en la cual se fundiriacutea la parte
construida con concreto del adoquiacuten esta se puede observar a continuacioacuten
Figura 33 Formaleta
Fuente los autores 2020
En la Figura 33 se puede observar la formaleta construida en madera de un buen
grosor ya que se necesita una buena esta resistencia la cual fue disentildeada con unos
trozos de madera de 2 cm de espesor el cual deja el espacio para la posterior adicioacuten del
concreto translucido tambieacuten se puede observar un cilindro de madera el cual permite
dejar el espacio para la conexioacuten de la luz led
Construccioacuten de adoquines
Despueacutes de tener construida la formaleta y con los materiales listos el siguiente
paso es realizar la mezcla del concreto convencional para vaciarlos en la formaleta ya
preparada tal como se puede observar a continuacioacuten
171
Figura 34 Prototipaje del adoquiacuten
Fuente los autores 2020
Mezcla Concreto hidraacuteulico Vaciado del concreto
Pasantes de cables Desecofrado de pasantes
Adoquiacuten parte inferior Adoquines con pasantes
Concreto transluacutecido Adoquines bicapa
172
Posteriormente se realizoacute el vaciado del concreto convencional en la formaleta
preparada con su respectivo vibrado y las diferentes teacutecnicas que permiten tener un
concreto de buena finalmente cuando el concreto tiene una consistencia considerable y
teniendo en cuenta el entorno se procede a desencofrar los adoquines y retirar los
implementos instalados en el medio para permitir el paso del cableado (ver Figura 34)
Despueacutes de tener los adoquines desencofrados el siguiente paso es apartas los que
van a ser sometidos a pruebas de compresioacuten y flexioacuten dejaacutendolos sumergidos durante
el tiempo estipulado en el siguiente capiacutetulo donde algunos son fallados con y otros sin
concreto translucido ademaacutes de apartar los 14 adoquines del tramo de prueba los cuales
fueron fundidos con el concreto translucido instalando previamente una cinta de luz led
la cual tiene un cableado interno como anteriormente se nombroacute tambieacuten cabe resaltar
que el conglomerado de la pieza translucida estaacute constituida por agregado preparado con
vidrio el cual se tara de diferentes tamantildeos para realizar la mezcla que le otorga a la pieza
las propiedades translucidas
Por uacuteltimo se realiza la prueba del circuito eleacutectrico el resultado es que todos
funcionaron correctamente tal como se pueden observar en la Figura 35 durante el diacutea y
en la Figura 36 durante la noche
Figura 35 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica diacutea
Fuente los autores octubre 2020
173
Figura 36 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica noche
Fuente los autores 2020
Finalmente se prosiguioacute a aplicar la pintura para darle el color caracteriacutestico a cada
adoquiacuten tal como se puede observar a continuacioacuten
Figura 37 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica
Fuente los autores 2020
174
9 CAPITULO 3 RESISTENCIA MECAacuteNICA
Para realizar los ensayos de resistencia y cumplir con las especificaciones y
caracteriacutesticas que tiene la normar colombiana NTC 2017 en el apartado del marco legal
se fabricaron 40 adoquines estos se fundieron en 4 diacuteas diferentes debido a que la
capacidad de la formaleta solo es para 10 adoquines Se fabricaron con el mismo disentildeo
de mezcla
Al desencofrar 10 adoquines estos entraban en proceso de curado en una caneca de
55 galones de capacidad a la espera de tener toda la cantidad de adoquines fabricada y
esta a su vez poder ser trasladados a las instalaciones del laboratorio PC Disentildeos y
Construccioacuten SAS donde inmediatamente entran a continuar el proceso de curado en
una piscina como se muestra en la imagen a continuacioacuten
Figura 38 Curado de muestras de Step by Step
Fuente Los autores 2020
175
A los especiacutemenes de la muestra se les realizan ensayos de resistencia a la
compresioacuten ensayo de resistencia a flexo traccioacuten esto con el fin de conocer el moacutedulo
de rotura (MR) y garantizar que los especiacutemenes cumplan con el miacutenimo que requiere la
norma aparte se realiza ensayo de absorcioacuten de agua para evitar dantildeos en eacutepocas de
lluvias Se deja claro en este documento que no se realiza ensayo de abrasioacuten dado a
que es un prototipo que seraacute usado en andenes y senderos peatonales en ninguacuten caso
y bajo ninguna circunstancia los especiacutemenes podraacuten ser expuestos por el traacutensito de
automotores
Al completarse los diacuteas de las edades de maduracioacuten del concreto los adoquines se
deben dejar secar luego se procede a tomar medidas tres anchos tres largos y el
espesor asiacute como tambieacuten se deben pesar antes de realizar el ensayo
Figura 39 Peso de muestras de Step by Step
Peso de adoquiacuten Fuente Los autores septiembre 2020
Al haberles tomado el peso y las medidas correspondientes se procede a poner el
espeacutecimen de manera cuidadosa sobre la prensa hidraacuteulica de manera que quede
centrado y bien puesto Se realiza el ensayo y se anotan los resultados para los caacutelculos
176
correspondientes Este proceso debe repetirse para todos los especiacutemenes de la muestra
que se tengan para ensayo el diacutea seguacuten corresponda
Tabla 15 Datos iniciales resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo
Fecha
Toma
Fecha Rotur
a
Edad
Ancho Largo Rectaacutengulo
Inscrito
a1 a2 a3 L1 L2 L3 Anch
o Larg
o
mm
mm
mm
mm mm
mm
mm mm
S-1 C 8-sep 15-sep 7
diacuteas 145 146 146 250 250 249 90 170
S-1 C 8-sep 15-sep 7
diacuteas 154 154 155 250 250 250 90 170
S-1 C 8-sep 22-sep 14
diacuteas 152 152 153 250 250 250 90 170
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 153 153 153 249 249 250 90 170
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 153 153 152 251 251 251 90 170
S-2 C 9-sep 16-sep 7
diacuteas 148 149 148
2515
252 251 90 170
S-2 C 9-sep 16-sep 7
diacuteas 153 153 153 252 252 251 90 170
S-2 C 9-sep 23-sep 14
diacuteas 155 154 154 249 249 250 90 170
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 150 150 150 250 251 250 90 170
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 152 152 151 252 252 253 90 170
S-3 C 10-sep
17-sep 7
diacuteas 152 153 156 256 254 253 90 170
S-3 C 10-sep
17-sep 7
diacuteas 150 150 150 250 250 249 90 170
S-3 C 10-sep
24-sep 14
diacuteas 150 149 149 252 251 251 90 170
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 150 154 255 255 254 90 170
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 151 152 249 251 252 90 170
177
S-4 C 11-sep
18-sep 7
diacuteas 159 149 150 253 253 253 90 170
S-4 C 11-sep
18-sep 7
diacuteas 153 153 152 251 251 252 90 170
S-4 C 11-sep
25-sep 14
diacuteas 150 150 151 253 253 252 90 170
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 152 153 153 253 252 252 90 170
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 155 152 150 251 251 252 90 170
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Tabla 16 Resultados de resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo Aacuterea
rectaacutengulo Inscrito (mmsup2)
W (gr)
Carga maacutexima
(kN) Resistencia
S-1 C 15300 6752 3684 1749 MPa
2536 psi
S-1 C 15300 6885 3991 1714 MPa
2486 psi
S-1 C 15300 6810 4579 2010 MPa
2915 psi
S-1 C 15300 6908 4491 1966 MPa
2851 psi
S-1 C 15300 6641 454 1972 MPa
2861 psi
S-2 C 15300 6831 4624 2101 MPa
3048 psi
S-2 C 15300 6821 4974 2144 MPa
3109 psi
S-2 C 15300 6977 5695 2457 MPa
3563 psi
S-2 C 15300 6874 5213 2343 MPa
3398 psi
S-2 C 15300 7021 5379 2342 MPa
3396 psi
S-3 C 15300 7417 415 1745 MPa
2531 psi
S-3 C 15300 6929 4346 1962 MPa
2846 psi
178
S-3 C 15300 6963 3889 1749 MPa
2537 psi
S-3 C 15300 7022 4301 1844 MPa
2674 psi
S-3 C 15300 6960 4691 2073 MPa
3006 psi
S-4 C 15300 7114 3771 1617 MPa
2345 psi
S-4 C 15300 7255 504 2185 MPa
3169 psi
S-4 C 15300 7385 5357 2362 MPa
3425 psi
S-4 C 15300 6990 4991 2149 MPa
3117 psi
S-4 C 15300 7223 4791 2084 MPa
3023 psi
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Figura 40 Registro fotograacutefico de las muestras a compresioacuten
Fuente Los autores 2020
Para calcular la resistencia de la muestra total se deben calcular promedios primero
un promedio de los resultados de las pruebas a 7 diacuteas luego promedio con los resultados
de las pruebas a 14 diacuteas y por uacuteltimo un promedio con los resultados de las pruebas a 28
diacuteas
Finalmente los resultados son los siguientes
Compresioacuten de muestras Fractura de muestras
179
Tabla 17 Consolidado de la resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Edad Resistencia
7 diacuteas 2759 psi
14 diacuteas 3110 psi
28 diacuteas 3041 psi
Fuente Los autores octubre 2020
Para el ensayo de resistencia a la flexotraccioacuten tambieacuten es necesario tomar tres
medidas de ancho tres medidas de largo el espesor y el peso
El espeacutecimen debe ponerse cuidadosamente sobre la maacutequina de ensayo de rotura al
tercio medio se debe dejar el apoyo superior en la mitad exacta del espeacutecimen y los
apoyos inferiores deben quedar de manera que a los dos costados se tenga la misma
medida desde donde se encuentra el apoyo hasta el final del espeacutecimen se procede a
realizar el ensayo y se anotan los resultados para los caacutelculos correspondientes
Figura 41 Resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto
Fuente Los autores septiembre 2020
180
Tabla 18 Datos iniciales resistencia a la flexo traccioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo Fecha Toma
Fecha Rotura
Edad
Ancho Largo Espesor
a1 a2 a3 L1 L2 L3 er
mm mm mm mm mm mm mm
S-1 C 8-sep 15-sep
7 diacuteas
149 149 150 252 252 252 100
S-1 C 8-sep 15-sep
7 diacuteas
152 152 151 250 250 250 100
S-1 C 8-sep 22-sep
14 diacuteas
152 152 151 250 251 251 100
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 150 150 150 149 250 250 100
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 149 149 150 150 250 250 100
S-2 C 9-sep 16-sep
7 diacuteas
151 151 151 250 250 250 100
S-2 C 9-sep 16-sep
7 diacuteas
150 150 149 249 250 249 100
S-2 C 9-sep 23-sep
14 diacuteas
149 149 149 150 252 252 100
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 151 151 151 150 251 251 100
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 152 153 153 251 251 251 100
S-3 C 10-sep
17-sep
7 diacuteas
152 152 153 246 249 250 100
S-3 C 10-sep
17-sep
7 diacuteas
154 153 151 252 252 253 100
S-3 C 10-sep
24-sep
14 diacuteas
153 153 154 254 254 254 100
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 152 152 153 253 254 253 100
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 152 152 250 250 251 100
S-4 C 11-sep
18-sep
7 diacuteas
150 150 151 252 252 253 100
S-4 C 11-sep
18-sep
7 diacuteas
154 155 153 252 253 252 100
S-4 C 11-sep
25-sep
14 diacuteas
151 151 152 250 251 251 100
181
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 151 152 152 253 253 253 100
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 153 152 151 253 253 255 100
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Tabla 19 Resultados de resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo W (Peso)
Longitud entre
apoyos
Carga maacutexima
Moacutedulo de Rotura
6620 165 176 583 MPa
S-1 C 6467 165 111 362 MPa
S-1 C 6845 165 191 623 MPa
S-1 C 6717 165 2385 787 MPa
S-1 C 6716 165 25 829 MPa
S-1 C 6885 165 2075 680 MPa
S-2 C 6807 165 1835 607 MPa
S-2 C 6792 165 2205 733 MPa
S-2 C 6917 165 2395 785 MPa
S-2 C 6977 165 2255 731 MPa
S-2 C 7145 165 213 692 MPa
S-3 C 6904 165 1885 611 MPa
S-3 C 7120 165 1815 586 MPa
S-3 C 7138 165 1855 603 MPa
S-3 C 6918 165 179 584 MPa
S-3 C 7327 165 162 533 MPa
S-4 C 7181 165 194 624 MPa
S-4 C 7117 165 227 743 MPa
S-4 C 6950 165 1771 578 MPa
S-4 C 6923 165 1725 562 MPa
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
182
La maacutequina de ensayo de resistencia a flexo traccioacuten arroja un dato de carga puntual
en Kilo Newton se deben hacer las conversiones correspondientes para tener el
resultado de moacutedulo de rotura (MR) en MPa
Para calcular el moacutedulo de rotura (MR) de la muestra total se deben calcular
promedios primero un promedio de los resultados de las pruebas a 7 diacuteas luego
promedio con los resultados de las pruebas a 14 diacuteas y por uacuteltimo un promedio con los
resultados de las pruebas a 28 diacuteas
Finalmente los resultados son los siguientes
Tabla 20 Resultados de moacutedulo de rotura
Edad MR
7 diacuteas 59 MPa
14 diacuteas 67 MPa
28 diacuteas 68 MPa
Fuente Los autores 2020
Los resultados del moacutedulo de rotura cumplen y garantizan la norma NTC 2017 dado
a que como se explicoacute en el apartado del marco legal el resultado de moacutedulo de rotura
para cada espeacutecimen debe ser 38 MPa y como se observa en la tabla de resultados los
valores se encuentran claramente por encima de ese valor para toda la muestra y el
promedio el resultado debe ser miacutenimo 42 MPa teniendo un resultado total de moacutedulo
de rotura a los 28 diacuteas de 11 Mpa por lo que claramente se garantiza el cumplimiento
de esta caracteriacutestica
La norma especiacutefica que se pueden dejar moacutedulos de rotura mayores a los que se
especifican
ABSORCION
Para realizar el ensayo de absorcioacuten se toman 8 especiacutemenes a los que ya se les ha
realizado el ensayo de flexo traccioacuten El ensayo de absorcioacuten inicia tomando los
especiacutemenes de la muestra para tomar un peso inicial tal cual estaacuten luego se colocan
183
en el horno durante 24 horas a una temperatura de entre 100 degC y 115degC al pasar las
24 horas deben ser sacados se dejan enfriar y se toma el peso que es el peso seco
(Ms)
Luego de tomar el peso seco se toman los especiacutemenes y se sumergen en agua
durante 24 horas a una temperatura de entre 15degC y 27degC al pasar el tiempo de
saturacioacuten y haciendo uso de un alambre se toma el peso que es el peso sumergido
(Ma) Finalmente se deben sacar del agua los especiacutemenes y se deben dejar escurrir
durante un minuto luego se seca su superficie con un pantildeuelo y se toma el peso del
espeacutecimen lo que es el peso sumergido con superficie seca (Mh)
Al tener los resultados de los pesos se procede a realizar los caacutelculos
correspondientes
Se debe iniciar reemplazando para hallar el valor de la absorcioacuten (Aa) en kgm3 de
la siguiente manera
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899(119860119886)119896119892
1198983=
(119872ℎ minus 119872119904)
119872ℎ minus 119872119886lowast 1000
Luego se calcula el porcentaje de absorcioacuten de la siguiente manera
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899 (119860119886) =(119872ℎ minus 119872119904)
119872119904lowast 100
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
Finalmente se calcula la densidad del espeacutecimen seco lo cual se realiza usando la
siguiente formula
119863119890119899119904119894119889119886119889 (119863)1198921199031198881198983 =(119872119904 minus 119872ℎ)
119872119886
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
184
Ma Masa inmersa en agua y suspendida del espeacutecimen en gramos
Al realizar los caacutelculos correspondientes se obtienen los siguientes resultados
Tabla 21 Resultados Prueba de Absorcioacuten
Coacutedigo Peso Seco
Peso Saturado
SS
Aa ()
Densidad
1C 6417 gr 6506 gr 14 2001grcmsup3
3 8732 gr 8780 gr 05 2086grcmsup3
5 6040 gr 6070 gr 05 2076grcmsup3
7 6449 gr 6466 gr 03 2143grcmsup3
9 3760 gr 3782 gr 06 2062grcmsup3
11 13247
gr 13275 gr
02 2105grcmsup3
13 10067
gr 10166 gr
10 2069grcmsup3
15 9641 gr 9689 gr 05 2145grcmsup3
Fuente Los autores 2020
El valor promedio de Absorcioacuten (Aa) de la muestra es 060 como se evidencioacute
en el apartado del marco legal el valor promedio de la muestra no debe superar el 7
para lo cual la muestra cumple el requisito de absorcioacuten que exige la norma NTC 2017
185
10 CAPITULO 4 COSTOS
Desde que se comienza con la planificacioacuten del proyecto se lleva una bitaacutecora en
donde se van anotando con fechas cada uno de los insumos requeridos para la ejecucioacuten
del proyecto desde la etapa inicial con el disentildeo de formaletas hasta la etapa final con la
construccioacuten del sendero inteligente
Cabe resaltar que como se contaba con recursos limitados a raiacutez de la pandemia
generada por el Covid-19 la mayoriacutea de las herramientas utilizadas en el proyecto fueron
prestadas solo fue de gran importancia construir la formaleta para el prototipo de adoquiacuten
como se muestra en la siguiente tabla
Tabla 22 Costos generales de maquinaria y equipo
Herramientas empleadas Step by Step
Herramientas cantidad valor unitario valor total
Batea 1
pala 1
Palustre 1
Baldes 1
Balanza 1
Llana de madera 1
Caneca de 55Galones
1
Formaleta 1 $ 110000 $ 110000
Fuente los autores 2020
Para las pruebas y ensayos de laboratorio fue necesario la construccioacuten de 40
adoquines para los cuales fueron requeridos los siguientes materiales con sus precios
respectivos
186
Tabla 23 Presupuesto general de materiales para el prototipaje
Materiales empleados step by step Adoquines de prueba
Materiales cantidad valor unitario valor total
Agregado Grueso 2 bogados $ 8000 $ 16000
Agregado Fino 2 bogados $ 7000 $ 14000
Cemento 2 bultos $ 25500 $ 51000
Aditivo 1 $ 5840 $ 5840
Resina Ortoftalica 2 botellas $ 15000 $ 30000
Catalizador 2 $ 2000 $ 4000
Agua $ 5000 $ 5000
Vidrio 2000 gramos $ 8500 $ 17000
Pigmento 2 $ 3000 $ 6000
Acpm $ 2000 $ 2000
TOTAL $ 150840
Fuente los autores 2020
Finalmente y despueacutes de las pruebas garantizando que se cumpliera la normativa se
construyen los adoquines que son requeridos para la construccioacuten del tramo de prueba
para lo cual fue necesario llevar los siguientes costos en bitaacutecora
Tabla 24 Presupuesto general Tramo de prueba
Adoquines para tramo de prueba
Materiales Cantidad Valor unitario Valor total
Arena 25 baldes $ 1100 $ 27500
Grava 25 baldes $ 1100 $ 27500 Aditivo 1 $ 5840 $ 5840
Pigmento 2 $ 3000 $ 6000 Vidrio 2000 gramos $ 8500 $ 17000
Resina ortoftalica 2 botellas $ 15000 $ 30000 Catalizador 2 $ 2000 $ 4000
Aditivo 1 $ 2200 $ 2200 Cemento 2550 Kg $ 13000 $ 13000
Luz led 250 metros $ 13000 $ 32500
187
Cable 2 metros $ 500 $ 1000 TOTAL $ 117040
Cabe la pena aclarar que el costo total es para veinte adoquines por lo que el precio
total por unidad de adoquiacuten es de $5842 pero para el tramo de prueba solo fueron
necesarios catorce adoquines por lo que para el costo total del sendero solo se tiene en
cuenta el costo de los catorce adoquines y no de los veinte ya que los seis restantes se
usaron para ensayos de laboratorio con el concreto translucido
Despueacutes de haber realizado todos los ensayos y de garantizar que el prototipo del
adoquiacuten cumpliera con la normativa se procede a disentildear y construir el tramo de prueba
para lo cual se realizoacute un presupuesto de obra en donde se incluyen todos los insumos
y materiales usados para el tramo con sus respectivos costos
Tabla 25 Cantidades de obra para tramo de prueba
Iacutetem Actividad Und Cant VUnit Vtotal
1 Excavacioacuten Manual zanja en tierra H=04m
m3 04 $ 30000
$ 30000
2 Relleno en recebo para subbase
Bogado 3 $ 4500
$ 13500
3 Capa de arena para sentar adoquines
Bogado 1 $ 8500
$ 8500
4 Concreto para bordes y caja de elementos electroacutenicos
m3 0012 $ 22500
$ 270
5 Adoquines UND 14 $ 5842
$ 81788
6 Arduino uno UND 1 $ 31900
$ 31900
7 Releacute cuatro puertos UND 1 $ 11700
$ 11700
8 Bateriacutea 40 Ah UND 1 $ 322000
$ 322000
9 Panel solar 55W UND 1 $ 280000
$ 280000
10 Regulador de carga UND 1 $ 51500
$ 51500
11 Inversor de Carga UND 1 $ 70000
$ 70000
188
12 Fuente de 110v a 12v UND 2 $ 15000
$ 30000
13 Sensor ultrasonido UND 2 $ 7100
$ 14200
14 Conectores HM UND 20 $ 3000
$ 60000
15 Conectores MM UND 20 $ 3000
$ 60000
TOTAL $ 1065358
Fuente los autores 2020
Como se evidencia en la tabla anterior el costo del sendero de prueba es de $1065358
es de importancia aclarar que como se contaba con la limitacioacuten de recursos solo se
pudo hacer la construccioacuten del sendero inteligente haciendo uso de catorce adoquines
pero que los elementos electroacutenicos que componen el sistema fotovoltaico para la
recoleccioacuten de energiacutea y los sensores que se encuentran en el sendero funcionan para
un sendero maacutes largo y ancho si asiacute se requiere lo que quiere decir que si se desea
construir un sendero inteligente Step by Step de 3 metros de largo por 1 metro de ancho
no es necesario adquirir un sistema fotovoltaico maacutes costoso
Finalmente al costo del tramo de prueba se le debe sumar el costo de los adoquines
que fueron necesarios para los ensayos previos el cual fue de $150840 maacutes el costo de
mano de obra que fue de $200000 para que finalmente el costo a lo que este proyecto
se refiere en su totalidad es de $1416198
189
190
11 VALIDACIOacuteN EN CAMPO TRAMO DE PRUEBA
Con el fin de prototipar el proyecto Step by Step se realizoacute un tramo de prueba en el
municipio de Agua de Dios el cual se acogioacute en conjunto con la alcaldiacutea municipal la cual
nos otorgoacute el permiso y expreso el beneficio del proyecto para la comunidad y su intereacutes
en el por medio de un oficio
El tramo de prueba se construyoacute en el parque Simoacuten Boliacutevar en el municipio de Agua
de Dios el cual es muy concurrido ya que es el segundo parque maacutes importante del
municipio su localizacioacuten se puede observar a continuacioacuten por medio de una imagen
tomada de la plataforma satelital google maps
Figura 42 Localizacioacuten tramo de prueba
Fuente (Google Earth 2020)
Como se puede observar en la imagen anterior el parque boliacutevar se encuentra ente la
carrera 11- 12 y entre la calle 11 ndash 12 al lado de la biblioteca municipal del municipio de
Agua de Dios Despueacutes de escoger el lugar donde se va a instalar se prosiguioacute a escoger
en que parte del parque se instala por lo cual se escogioacute en el centro del parque en
terreno natural enseguida del lugar donde se realizan ejercicios se puede observar en la
siguiente imagen
Se realizoacute una excavacioacuten manual por parte de los autores la cual tuvo unas
dimensiones de 1 metro de ancho por 1 metro de largo por 41 cm de profundidad el cual
se puede observar en la siguiente imagen
Figura 43 Proceso constructivo del Tramo de prueba Step by Step
191
Fuente los autores 2020
Excavacioacuten Profundidad de excavacioacuten
Sub base compactada Arena
Instalacioacuten eleacutectrica Instalacioacuten de adoquines
Confinamiento lateral
192
Despueacutes de realizar la excavacioacuten se prosiguioacute a rellenar y compactar con recebo el
cual tiene un espesor de 30 cm para mejorar las condiciones del terreno Posteriormente
al relleno con recebo se prosigue a poner la capa de arena que sirve como cama para la
instalacioacuten de adoquines la cual tiene un espesor de 3 cm El siguiente paso es realizar
una nivelacioacuten de la arena y con la cama totalmente plana se acomodan los adoquines
como se disentildearon anteriormente con el cableado de los adoquines sacaacutendolos por el
lado escogido por el terreno Posteriormente a tener los adoquines instalados con el
cableado eleacutectrico se prosiguioacute a fundir concreto con el fin de mejorar la esteacutetica del tramo
de prueba ademaacutes de realizar la estructura donde se dejaraacuten fijas las cajas eleacutectricas en
un bordillo de concreto
Posteriormente a la instalacioacuten integral del tramo de prueba el siguiente paso es
realizar la parte electroacutenica del tramo de prueba la cual viene alimentada por energiacutea
solar la cual se activa por medio de sensores instalados en el bordillo anteriormente
mencionado los cuales trabajan en conjunto con Arduino uno y un moacutedulo releacute de cuatro
canales lo cual viene de la siguiente manera en el esquema observado a continuacioacuten
Figura 44 Cableado parte electroacutenica
Fuente los autores 2020
En la imagen anterior se puede observar el cableado electroacutenico el cual consta de 2
sensores ultrasonido los cuales van conectados al Arduino uno el cual estaacute encargado
de enviar la informacioacuten al moacutedulo releacute para posteriormente el alumbrado de los
adoquines instalados anteriormente
Despueacutes de realizar el cableado el siguiente paso es realizar la programacioacuten del
arduino uno la cual consiste en recibir la informacioacuten de los sensores al detectar un
cambio en un campo estimado de 60 cm estos comenzaacutendose a contar despueacutes de 20
193
cm los cuales son los que se estiman desde el bordillo y posteriormente esta informacioacuten
ordena en conjunto con el moacutedulo releacute al encendido de la luz led instalada en los
adoquines los cuales se encenderaacuten en grupos de a 6 cada grupo instalado a un sensor
esta programacioacuten se puede observar en la siguiente imagen
Figura 45 Programacioacuten Arduino uno
Fuente los autores 2020
Despueacutes de tener lista la programacioacuten el siguiente paso es introducir esta
programacioacuten por medio de la aplicacioacuten oficial de Arduino y un cable que es otorgado
en la compra del Arduino esta instruccioacuten se puede observar en la siguiente imagen
194
Figura 46 Introduccioacuten de la programacioacuten al Arduino uno
Fuente los autores 2020
Posteriormente a tener los componentes electroacutenicos funcionando en conjunto con los
sensores el siguiente paso es la instalacioacuten en el tramo de prueba en donde se introducen
en una caja eleacutectrica la cual se impermeabiliza completamente y se introduce en una
estructura de concreto construida que funciona como capa protectora para las cajas con
los implementos electroacutenicos esto se puede observar a continuacioacuten
Figura 47 Caja con implementos electroacutenicos sellada
Fuente los autores noviembre 2020
195
Figura 48 Elementos electroacutenicos instalados
Fuente los autores noviembre 2020
El siguiente paso fue conectar los componentes electroacutenicos anteriormente nombrados
con la fuente de energiacutea la cual es proporcionada por un panel solar el cual viene
conectado por medio de un cableado esto se puede observar a continuacioacuten donde se
encuentra el panel solar y el sendero inteligente Step by Step recolectando energiacutea en el
diacutea tomaacutendola del sol para posteriormente ser aprovechada en la noche para hacer
funcionar la iluminacioacuten del sendero
Figura 49 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar
Fuente los autores noviembre 2020
Por uacuteltimo se encuentra el prototipo del sendero inteligente Step by Step en
funcionamiento el cual es encendido a las 6 pm y se pone a disposicioacuten de la comunidad
196
donde se observoacute un gran impacto en todas las personas que transitan este parque del
municipio de Agua de Dios en las siguientes imaacutegenes se puede observar el sendero
inteligente funcionando con la energiacutea solar recolectada durante el diacutea y en disposicioacuten
de los usuarios
Figura 50 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar en funcionamiento
Fuente los autores 2020
1 2
3 4
5 6
197
12 CONCLUSIONES
Al culminar el proceso de disentildeo prototipaje y validacioacuten en campo del sendero
inteligente Step by Step se concluye que la adherencia entre el concreto hidraacuteulico y el
concreto transluacutecido elaborados con materiales reciclados en un adoquiacuten bicapa para
traacutefico peatonal en las dimensiones propuestas de la Figura 28 registra una resistencia
a la compresioacuten de 3000 psi un moacutedulo de rotura de 68 MPa valores que seguacuten las
notas teacutecnicas colombianas son admisibles
La forma innovadora permite usar el concreto translucido como un conductor de luz
que da diferentes tonalidades de acuerdo al pigmento usado lo que no solo mantiene la
resistencia del prototipo sino que mediante una conexioacuten de circuitos entre los adoquines
contiguos asegura la iluminacioacuten del sendero la resistencia y durabilidad ante las cargas
de traacutefico peatonal
El sistema eleacutectrico mediante un sistema fotovoltaico permite el almacenamiento de
energiacutea suficiente para mantener la funcionalidad de los sensores durante toda la noche
de manera que el sendero ubicado en el parque Simoacuten Boliacutevar del Municipio de Agua de
Dios-Cundinamarca genera un impacto en la comunidad favorable certificado por la
Alcaldiacutea municipal y los habitantes del municipio
Luego de la transmisioacuten del programa de televisioacuten local como una actividad de
apropiacioacuten social del conocimiento realizado por los autores y la tutora en el canal de
televisioacuten local H2O Tv la comunidad en general recibioacute con agrado la tecnologiacutea
prestando intereacutes en instalarlo en diferentes lugares turiacutesticos de Agua de Dios
La translucidez de las piezas del pavimento peatonal con el pigmento azul fue
aceptada por la comunidad como un nuevo emblema del municipio ya que su reflejo y
luminosidad es una alegoriacutea al nombre lsquoAgua de Diosrsquo marcando un nuevo hito en el
municipio que deja atraacutes la historia triste de las aguas azufradas y una enfermedad
incurable por un nuevo camino llamado por el Semillero SEUS Step by Step Sendero
Inteligente
198
13 BIBLIOGRAFIacuteA
accuweather (2020) accuweathercom Retrieved from accuweathercom
httpswwwaccuweathercomescoagua-de-dios102159current-
weather102159
Alcaldia de Agua de Dios (2019 08 08) Retrieved from httpwwwaguadedios-
cundinamarcagovcoturismolos-chorros
Ambientesoluciones (2020) Ambientesolucionescom Retrieved from
Ambientesolucionescom
httpswwwambientesolucionescomsitiocontenidos_mophpit=5675
ARCUS GLOBAL (2020 10 21) Retrieved from httpswwwarcus-
globalcomwpconcreto-translucido-existe
ARQUITECTOS S (2018 05 20) Sala de Arquitectos Retrieved from Sala de
Arquitectos La compantildeiacutea innovando en la arquitectura inteligente ha presentado
la primera lsquovereda inteligentelsquo del mundo en Londres un camino que transforma el
pavimento en un generador de energiacutea eleacutectrica esto gracias al paso que dan los
peatones A diferencia de
Avalos J C (2016 07 29) BBC MUNDO Retrieved from BBC MUNDO
httpswwwbbccommundonoticias-36662912
BBC (2016 6 29) BBC MUNDO Retrieved from BBC MUNDO
httpswwwbbccommundonoticias-36662912
Boussinesq (2020 16 10) Google Retrieved from
httpswwwgooglecomsearchq=difusion+del+esfuerzo+pavimentosamptbm=isch
ampved=2ahUKEwij9quT87nsAhWENFkKHXP-DXUQ2-
cCegQIABAAampoq=difusion+del+esfuerzo+pavimentosampgs_lcp=CgNpbWcQA1C_
gwFY1I4BYMiQAWgAcAB4AIABpQKIAf4QkgEFMC40LjaYAQCgAQGqAQtnd3Mt
d2l6LWltZ8ABAQamps
Bradsher (2018 6 13) new York Times Espantildeol Retrieved from new York Times
Espantildeol httpswwwnytimescomes20180613espanolenergia-solar-
autopista-chinahtml
199
Bradsher K (2018 06 13) THE NEW YORK TIMES Retrieved from THE NEW YORK
TIMES httpswwwnytimescomes20180613espanolenergia-solar-autopista-
chinahtml
CAR (2015) ESTUDIO PARA LA DETERMINACIOacuteN DE MOacuteDULOS DE CONSUMO
DEL RECURSO HIDRICO
CASTILLO X A (2003) DISENtildeO DE PAVIMENTOS ARTICULADOS PARA TRAFICO
MEDIO Y ALTO Retrieved from
httpsrepositoriouniandeseducobitstreamhandle199220919u245809pdf
Chacon Cesar Alexander C J (2012 OCTUBRE 16) TECNURA UNIVERSIDAD
DISTRITAL FRANCISCO JOSEacute DE CALDAS COLOMBIA Retrieved from
httpswwwredalycorgpdf2570257025147010pdf
COLOMBIA C D (2014 05 13) fedebiocombustibles Retrieved from
fedebiocombustibles httpwwwfedebiocombustiblescomfiles1715pdf
CONSTRUIBLE (2015 03 11) Construccioacuten Sostenible Retrieved from Construccioacuten
Sostenible httpswwwconstruiblees20150311energy-floors-genera-
electricidad-a-partir-de-la-energia-de-la-pisada
DamiaSolar (2016 03 19) DamiaSolar Retrieved from DamiaSolar
httpswwwdamiasolarcomactualidadblogarticulos-sobre-la-energia-solar-y-
sus-componentesque-regulador-solar-
necesito_1~text=El20regulador20solar20o20reguladorgenerada20e
n20los20paneles20solares
DANE (2018) danegovco Retrieved from danegovco
httpswwwdanegovcoindexphplista-de-resultados-de-
busquedasearchword=poblacion20agua20de20dios20cundinamarcaampse
archphrase=all
DINERO R (2020 03 05) REVISTA DINERO Retrieved from REVISTA DINERO
httpswwwdinerocomempresasarticulocual-capital-de-colombia-tendra-la-
primera-empresa-publica-de-energias-renovables282296
200
ELECTRONICA I (2020) I+D ELECTRONICA Retrieved from I+D ELECTRONICA
httpswwwdidacticaselectronicascomindexphpbaterias-
cargadorescargadores-1mC3B3dulo-de-control-de-carga-para-
baterC3ADas-12-24v-7009-detail
FDMESCYL (2017 Diciembre 28) Federacion de deportes de montantildea Escalada y
senderismo de Castilla y Leon Retrieved from
httpswwwfclmcom20171228nace-primer-sendero-inteligente-espana-
castilla-leon
Google Earth (2020) Retrieved from httpsearthgooglecomweb437516685-
74667982183897115512a53657125248d35y662480933h028419733t0r
Icontec (2018 11 12) NTC 2017 Adoquines de Concreto para Pavimentos Bogotaacute DC
Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) Retrieved
from METROBLOCK httpsmetroblockcomconorma-tecnica-colombiana-ntc-
2017
IDEAM (2014) ideamgovco Retrieved from ideamgovco
httpwwwideamgovcowebtiempo-y-climaradiacion-solar
indiasolarpowercanals (2015 07 02) inbright Retrieved from inbright
httpsinbrightmxblogpostsindiasolarpowercanals
ingrenovables (2014 6 25) ingrenovablesblogspot Retrieved from
ingrenovablesblogspo httpingrenovablesblogspotcom201406el-primer-
canal-solar-del-mundohtml
LEDOVET (2018 02 23) Retrieved from httpswwwledovetcomtipos-de-sensores-de-
movimiento
Lizcano F A (2003) DISENtildeO RACIONAL DE PAVIMENTOS Bogotaacute ESCUELA
COLOMBIANA DE INGENIERIA
Lngalls S (1877) Estados Unidos Patent No 952S6
MAGAZINE T (2020 03 05) TYS MAGAZINE Retrieved from TYS MAGAZINE
httpswwwtysmagazinecomenergy-floor-la-energia-de-tus-pisadas
201
nandwani S s (2005 junio) energia solar conceptos basicos y su utilizacion Retrieved
from httpssistemamidcompaneluploadsbiblioteca2014-06-27_10-14-
37105995pdf
OMPI ORGANIZACION MUNDIAL DE LA PROPIEDAD INTELECTUAL (2015 09 16)
Retrieved from httpswwwwipointipadvantageesdetailsjspid=2590
PAIS E (2020 02 07) EL PAIS Retrieved from EL PAIS
httpselpaiscomccaa20200207madrid1581085171_646387html
Palacios A (2020) Ca COMPARADOR DE ALARMAS Retrieved from
httpswwwcomparadoralarmascomtipos-de-sensores-de-movimiento-cual-
necesitas
PAVEGEN (2017 JUNIO 29) Retrieved from httpspavegencomwp-
contentuploads201905Pavegen-BirdStreetpressreleasepdf
Perdomo C S amp Fandintildeo M E (2020 10 26) Anaacutelisis de las propiedades mecaacutenicas
del concreto transluacutecido elaborado con poliacutemeros y materiales reciclados
Retrieved from Repositorio Universidad Piloto
httprepositoryunipilotoeducohandle20500122779448
Pettit C (1912) Estados Unidos Patent No 573212
Ramos J (2014 11 12) motos pasion Retrieved from motos pasion
httpswwwmotorpasioncomgaleriasolaroad4
Robert G Packard P (1995) Thickness Design for Concrete Pavements on Highways amp
Streets PCA Method Retrieved from
httpsceprofsciviltamuedudzollingerCVEN-637-Fall202004EB109PDF
SampP (2018 10 15) El Blog de la ventilacioacuten eficiente Retrieved from
httpswwwsolerpalaucomes-esblogsensores-movimiento
SLU A E (2015 04 19) Autosolar Retrieved from Autosolar
httpsautosolaresblogaspectos-tecnicosque-es-un-panel-solar
202
SECHAGUA D A (2016) VALORACIOacuteN SOCIOAMBIENTAL DE LA MICROCUENCA
QUEBRADA LA PUNAacute MUNICIPIO AGUA DE DIOS GIRARDOT
SIKA (2018) FLUIDIFICANTE PARA MEZCLAS DE CONCRETO Tocancipa
SOLAR ROADWAYS (2020) Retrieved from httpssolarroadwayscom
SOLAROAD (2016 03 07) NATIONAL GEOGRAPHIC ESPANtildeA Retrieved from
NATIONAL GEOGRAPHIC ESPANtildeA
httpswwwnationalgeographiccomescienciasolaroad-el-carril-bici-hecho-con-
paneles-solares-en-holanda-cumple-su-primer-ano-de-vida_9916
Suaacuterez A L (2018 04 09) PORTAFOLIO Retrieved from PORTAFOLIO
httpswwwportafolioconegociosel-mayor-proyecto-de-energia-eolica-da-sus-
primeros-pasos-516003
Torres O (2020 03 09) Resumen de ASTM Retrieved from
httpbloquesdeconcretocomsvdescargarNormas20ASTMpdf
UPC (2018) Proyecto Educativo Institucional Bogotaacute DC Universidad Piloto de
Colombia
UPME (2015 06 05) Retrieved from
httpwwwnuevalegislacioncomfilessusccdjconcr_upme_281_15pdf
Velares J M (2020 03 09) Academiaedu Retrieved from Academiaedu
httpswwwacademiaedu25432780Especificaciones_de_ASTM_C-33
Xiaodi Hu A N (2017 Abril 21) Effects of tire inclination (turning traffic) and dynamic
loading on Retrieved from
httpswwwsciencedirectcomsciencearticlepiiS199668141630164Xvia3Dih
ub
STEP BY STEP SENDERO INTELIGENTE
MARLON IVAN BARRERA ACEVEDO
FABIO RAUL VIANCHA ESCOBAR
Trabajo de grado realizado para optar al tiacutetulo
de Ingeniero Civil
Tutora
LILIANA CAROLINA HERNAacuteNDEZ GARCIacuteA
Ing Civil Magister en Infraestructura Vial
Esp Disentildeo y Construccioacuten de Viacuteas y Aeropistas
UNIVERSIDAD PILOTO DE COLOMBIA
SECCIONAL DEL ALTO MAGDALENA
FACULTAD DE INGENIERIacuteA
PROGRAMA INGENIERIacuteA CIVIL
GIRARDOT- CUNDINAMARCA
ANtildeO 2020
87
Nota de aceptacioacuten
Presidente del Jurado
Jurado
Jurado
Jurado
Girardot noviembre 2020
88
Tabla de contenido
INTRODUCCIOacuteN 94
1 PROBLEMA DE INVESTIGACIOacuteN 97
11 PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIOacuteN 98
12 PREGUNTA DE INVESTIGACIOacuteN 100
2 JUSTIFICACIOacuteN 101
3 OBJETIVOS 103
31 OBJETIVO GENERAL 103
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 103
4 MARCOS DE REFERENCIA 104
41 MARCO DE ANTECEDENTES 104
42 MARCO TEOacuteRICO 113
Tipos de pavimentos inteligentes 113
Moacutedulo de control de carga para bateriacuteas 117
Regulador de carga de panel solar 118
Bateriacutea Recargable 119
Panel solar 120
Pavimentos articulados 122
Sensores de movimiento 123
Concreto translucido 124
89
43 MARCO CONCEPTUAL 126
Meacutetodos de disentildeo de pavimentos 126
44 MARCO CONTEXTUAL 135
45 MARCO LEGAL 139
451 ABSORCION DE AGUA 144
452 RESISTENCIA A LA FLEXO TRACCION (MODULO DE ROTURA) 145
5 DISENtildeO METODOLOacuteGICO 152
51 INSTRUMENTOS 152
6 PROCEDIMIENTO 154
61 CRONOGRAMA 154
7 CAPITULO 1 PROTOTIPAJE DEL ADOQUIacuteN 156
8 CAPITULO 2 DISENtildeO GEOMEacuteTRICO DEL PAVIMENTO ARTICULADO 163
9 CAPITULO 3 RESISTENCIA MECAacuteNICA 174
10 CAPITULO 4 COSTOS 185
11 VALIDACIOacuteN EN CAMPO TRAMO DE PRUEBA 190
12 CONCLUSIONES 197
13 BIBLIOGRAFIacuteA 198
90
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Distribucioacuten de variables de la Investigacioacuten 98
Figura 2 Sistema de pavimento Solaroad 106
Figura 3 Autopista China de Paneles solares 107
Figura 4 Canal solar en India 108
Figura 5 Baldosa que produce energiacutea eleacutectrica 111
Figura 6 Cruce peatonal inteligente 112
Figura 7 Distribucioacuten de esfuerzos Modelo Boussinesq 127
Figura 8 Esfuerzos que sufren los pavimentos en tres direcciones 128
Figura 9 Huella de la llanta del vehiacuteculo sobre el pavimento 129
Figura 10 Estructura del pavimento AASTHO 1993 132
Figura 11 Evolucioacuten de la resistencia a la flexioacuten en funcioacuten del tiempo 133
Figura 12 Localizacioacuten del Municipio de Agua de Dios Cundinamarca 135
Figura 13 Zona urbana Municipio de Agua de Dios 136
Figura 14 Balneario los Chorros Agua de Dios 137
Figura 15 Prueba de ensayo a Flexo traccioacuten de Adoquines de concreto
(Icontec 2018) 146
Figura 16 Ruta de actividades para el prototipaje de Step by Step 154
Figura 17 Material reciclado (vidrio) 156
91
Figura 18 Trituracioacuten del vidrio con molino de bolas 157
Figura 19 Vidrio pulverizado luego de la trituracioacuten y molienda 157
Figura 20 Tamizado del material 158
Figura 21 Vidrio lavado y secado en horno 158
Figura 22 Diferentes gradaciones de vidrio triturado y molido 159
Figura 23 Agregados para la mezcla de concreto 160
Figura 24 Dosificacioacuten de agregados 161
Figura 25 Desencofrado de prototipos de concreto hidraacuteulico 162
Figura 26 Detalle del adoquiacuten 163
Figura 27 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 164
Figura 28 Detalle del adoquiacuten 3D 164
Figura 29 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 3D 165
Figura 30 Huella de neumaacutetico 167
Figura 31 Vista en planta sendero inteligente 167
Figura 32 Informacioacuten eleacutectrica 169
Figura 33 Formaleta 170
Figura 34 Prototipaje del adoquiacuten 171
Figura 35 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica diacutea 172
Figura 36 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica noche 173
92
Figura 37 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica 173
Figura 38 Curado de muestras de Step by Step 174
Figura 39 Peso de muestras de Step by Step 175
Figura 40 Registro fotograacutefico de las muestras a compresioacuten 178
Figura 41 Resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto 179
Figura 42 Localizacioacuten tramo de prueba 190
Figura 43 Proceso constructivo del Tramo de prueba Step by Step 190
Figura 44 Cableado parte electroacutenica 192
Figura 45 Programacioacuten Arduino uno 193
Figura 46 Introduccioacuten de la programacioacuten al Arduino uno 194
Figura 47 Caja con implementos electroacutenicos sellada 194
Figura 48 Elementos electroacutenicos instalados 195
Figura 49 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar 195
Figura 50 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar en funcionamiento 196
LISTA DE TABLAS
93
Tabla 1 Factor de confiabilidad 130
Tabla 2 Nivel de confiabilidad 131
Tabla 3 Nivel de confiabilidad 133
Tabla 4 Nivel de confiabilidad 134
Tabla 5 Partes de los Adoquines 139
Tabla 6 Geometriacutea del adoquiacuten seguacuten NTC 2017 140
Tabla 7 Requisitos geomeacutetricos de los adoquines 143
Tabla 8 Clasificacioacuten de los adoquines seguacuten su absorcioacuten 148
Tabla 9 Resistencia miacutenima de los adoquines 148
Tabla 10 Resistencia a la abrasioacuten 149
Tabla 11 Franja granulomeacutetrica para arena de prefabricados 150
Tabla 12 Instrumentos empleados para el proyecto 152
Tabla 13 Cronograma de actividades para el prototipaje de Step by Step 155
Tabla 14 Dosificacioacuten para la elaboracioacuten de las muestras 160
Tabla 15 Datos iniciales resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto 176
Tabla 16 Resultados de resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto 177
Tabla 17 Consolidado de la resistencia a la compresioacuten de adoquines de
concreto 179
Tabla 18 Datos iniciales resistencia a la flexo traccioacuten de adoquines de concreto
180
94
Tabla 19 Resultados de resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto
181
Tabla 20 Resultados de moacutedulo de rotura 182
Tabla 21 Resultados Prueba de Absorcioacuten 184
Tabla 22 Costos generales de maquinaria y equipo 185
Tabla 23 Presupuesto general de materiales para el prototipaje 186
Tabla 24 Presupuesto general Tramo de prueba 186
Tabla 25 Cantidades de obra para tramo de prueba 187
INTRODUCCIOacuteN
95
La presente investigacioacuten presenta el disentildeo construccioacuten y validacioacuten en campo de
un adoquiacuten prefabricado bicapa de concreto hidraacuteulico y concreto transluacutecido con un
sistema eleacutectrico en su interior capaz de transformar las energiacuteas renovables (solar
eoacutelica hidraacuteulica etc) en energiacutea eleacutectrica Con el fin de que cuando un peatoacuten transite
con su pisada encienda una luz que estaacute ubicada dentro del prefabricado iluminando
todo el sendero El aprovechamiento de las energiacuteas renovables ha tomado maacutes fuerza
en los uacuteltimos tiempos dado a las consecuencias que el cambio climaacutetico ha traiacutedo para
el planeta es por esto que se debe pensar en la sostenibilidad del mismo
Asiacute por ejemplo en Septiembre de 2019 la Organizacioacuten Meteoroloacutegica Mundial junto
a las principales organizaciones de ciencia climaacutetica adheridas a Naciones Unidas
revelaron en un informe la evidente y creciente brecha que divide los objetivos acordados
para abordar el calentamiento global y la realidad actual del planeta asiacute como de que tan
solo en junio de 2019 se emitieron 50 megatoneladas de carbono a la atmosfera que el
hielo marino del Aacutertico ha disminuido en un 12 por deacutecada desde 1979 hasta 2018
Colombia a traveacutes del Ministerio de Ambiente en 2016 creoacute la Poliacutetica Nacional de
Cambio Climaacutetico que consiste en promover una gestioacuten de cambio climaacutetico que
contribuya a avanzar en una senda de desarrollo resiliente al clima y baja en Carbono
que reduzca los riesgos asociados a las alteraciones por efectos del cambio climaacutetico
Actualmente el Plan Nacional de Desarrollo de nuestro paiacutes propone avanzar hacia la
transicioacuten de actividades productivas comprometidas con la sostenibilidad y la mitigacioacuten
del cambio climaacutetico impulsar las energiacuteas renovables y avanzar en el conocimiento de
escenarios de riesgo actuales y futuros
Colombia cuenta con un parque de generacioacuten de 1677875 MW (a diciembre de
2017) Esta se encuentra dominada por la generacioacuten de energiacutea hidroeleacutectrica que
corresponde al 6988 del total de la capacidad (XM 2017) En segundo lugar se
encuentran las centrales teacutermicas a gas y carboacuten que de manera agregada alcanzan un
porcentaje del 2167 (Teacutermica a gas con una capacidad de 226995 MW equivalente a
un 1353 y a carboacuten con 13653 MW correspondiente a un 814 del total) El
porcentaje restante (845) pertenece a generacioacuten mediante diversas tecnologiacuteas
(Liacutequidos Gas-Liacutequidos Biomasa y Viento la cual cuenta con solo un porcentaje de
011) todos los datos han sido extraiacutedos de la tesis laquoIdentificacioacuten de proyectos con
potencial de generacioacuten de energiacutea eoacutelica como complemento a otras fuentes de
generacioacuten eleacutectrica en el departamento de Boyacaacuteraquo obra de Renata Catalina Siabato
96
Benavides Seguacuten la Unidad de Planeacioacuten Minero Energeacutetica del Ministerio de Minas y
Energiacutea de Colombia actualmente solo hay instalados en el paiacutes 1842 megavatios de
potencia eoacutelica parque Jepiacuterachi (en Uribiacutea Guajira) propiedad de Empresas Puacuteblicas
de Medelliacuten SA Entroacute en operacioacuten en abril de 2004
Para la investigacioacuten de este proyecto se usa la metodologiacutea de tipo cientiacutefico dado a
que para el disentildeo y construccioacuten del prefabricado en concreto de alta resistencia se usan
instrumentos para medir la resistencia del concreto hasta encontrar el disentildeo de mezcla
oacuteptimo para la construccioacuten del prefabricado Es por esto que el inicio del trabajo es
praacutectico porque se debe encontrar la resistencia optima el disentildeo de la forma del
prefabricado y la validacioacuten en laboratorio para finalmente hacer ensayos en campo de
prueba
97
1 PROBLEMA DE INVESTIGACIOacuteN
El Cambio Climaacutetico se ha hecho mucho maacutes notable en los uacuteltimos antildeos quizaacute los
efectos maacutes importantes de esta gran cataacutestrofe natural son la sequiacutea y las altas
temperaturas que afectan principalmente a territorios de clima caacutelido esto se debe a la
accioacuten del ser humano en la tierra donde en eacutepocas anteriores se disponiacutea de los
recursos naturales sin tener alguacuten tipo de restriccioacuten y maacutes aun sin restaurar el dantildeo que
se haciacutea tal vez creyendo que los recursos nunca acabariacutean con el pasar de los antildeos los
gobiernos y diferentes organizaciones mundiales se han planteado objetivos con el fin de
prevenir la accioacuten del cambio climaacutetico entre las que han sido incluidas las energiacuteas
renovables
Tambieacuten se ha visto un decrecimiento de la poblacioacuten en el municipio de Agua de Dios
donde su economiacutea ha caiacutedo y se ha venido apostaacutendole al campo turiacutestico donde se ve
limitado por sus atractivos ya que estos han venido decayendo con el pasar de los antildeos
sin una implementacioacuten de nuevos atractivos
En la zona donde se implementa el proyecto a pesar de ser una de las zonas maacutes
turiacutesticas y reconocidas en Agua de Dios se tiene una gran inseguridad ya que es
concurrida por personas que se dedican a consumir sustancias psicoactivas lo que
conlleva a tener maacutes probabilidades de un ataque por parte de estas personas todo esto
se ve en las horas de la noche donde falta la iluminacioacuten ya que el alumbrado puacuteblico es
escaso casi nulo en esta parte ademaacutes de tener en cuenta los grandes costos por el
alumbrado puacuteblico lo que se vuelve un problema para la comunidad ya que se crea una
dependencia a estos pagos por energiacutea eleacutectrica existiendo energiacuteas alternativas y auto
sostenibles
98
11 PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIOacuteN
Para abordar el disentildeo experimental de esta investigacioacuten es necesario aclarar que
este trabajo pertenece al macro proyecto de investigacioacuten lsquoPrefabricados de Nueva
Generacioacuten para obras de Infraestructura vialrsquo cuyo propoacutesito es disentildear prototipos
prefabricados que incorporen materiales reciclados En el caso de Step by Step se
propone un adoquiacuten peatonal en concreto hidraacuteulica bicapa con un recubrimiento en
concreto transluacutecido compuesto por poliacutemeros y vidrio reciclado
Figura 1 Distribucioacuten de variables de la Investigacioacuten
Fuente los autores
Es asiacute como surge la variable dependiente que es el prototipo para el sendero
inteligente lsquoStep by Steprsquo las variables independientes que seraacuten modificadas en el
Variable Interviniente
Variable Dependiente
Variable Dependiente
Sendero Inteligente
Disentildeo de mezcla
Agregados reciclados
Concreto hidraacuteulico
Geometriacutea
Carga de servicio
Especificiaciones teacutecnicas NTC2017
Resistencia
Compresioacuten
Flexioacuten
Absorcioacuten
99
proceso es el disentildeo de la mezcla la geometriacutea y la resistencia todo esto que se ajuste
a las condiciones del contexto como es el uso de agregados reciclados cementos por
desempentildeo o cementos hidraacuteulicos la carga de servicio y las especificaciones NTC 2017
que regulan tanto la geometriacutea como su resistencia medida a la compresioacuten a flexioacuten y
la absorcioacuten tal como se indica en la Figura 1
Este trabajo de investigacioacuten pertenece al semillero SEUS y forma parte del macro
proyecto lsquoPrefabricados de nueva generacioacuten para obras de Infraestructura Vialrsquo de la
liacutenea de investigacioacuten institucional acuteHaacutebitat Biodiversidad y tecnologiacuteas Sosteniblesrsquo y de
la liacutenea de grupo lsquoInfraestructura y Nuevas Tecnologiacuteasrsquo Enmarcado en la misioacuten de la
Universidad Piloto de Colombia de
ldquoIncorpora a la comunidad acadeacutemica como partiacutecipe en el aacutembito
cientiacutefico inmersa en una cultura de investigacioacuten caracterizada por ser
reflexiva pertinente sistemaacutetica y metoacutedica con el objeto de promover
los desarrollos urbanos y regionales de su aacuterea de influencia en los
aacutembitos nacional e internacional asiacute como los demaacutes prospectados
acorde con los eacutenfasis y campos de accioacuten de la Universidadrdquo (UPC
2018 paacuteg 19)
En consecuencia luego de recibir la carta de aceptacioacuten y agradecimiento de la
Secretariacutea de Planeacioacuten y de instalar el tramo de prueba en el Parque Simoacuten Boliacutevar del
municipio de Agua de Dios se realizaron labores de apropiacioacuten social del conocimiento
como programas de televisioacuten en el canal local H2O Televisioacuten participacioacuten en eventos
cientiacuteficos como el Encuentro de Semilleros TEINCO 2020 entre otras actividades
100
12 PREGUNTA DE INVESTIGACIOacuteN
Alrededor del mundo se estaacuten impulsando proyectos importantes que abarcan el uso
de energiacuteas renovables como una alternativa a la reduccioacuten de contaminacioacuten esto se
ha visto reflejado en la construccioacuten de infraestructura sostenible implementado energiacuteas
renovables como la solar piezoeleacutectrica eoacutelica entre otras tambieacuten en los paiacuteses maacutes
desarrollados se identifica un matrimonio entre las energiacutea renovables y el turismo donde
se combinan con la infraestructura generando impacto positivo en ellos A partir de esto
se formula la siguiente pregunta de investigacioacuten
iquestCoacutemo prototipar un adoquiacuten para pavimento articulado de traacutensito
peatonal que permita iluminar el paso del peatoacuten almacenando la
energiacutea solar que absorbe durante el diacutea para luego convertirla en
iluminacioacuten eleacutectrica en la noche
101
2 JUSTIFICACIOacuteN
Se ha identificado una problemaacutetica ambiental que se incrementa al pasar el tiempo
en el mundo esto por la generacioacuten de contaminantes al utilizar energiacuteas no renovables
ademaacutes en el municipio de Agua de Dios se observa una carencia en infraestructuras que
permitan ser un centro turiacutestico de la regioacuten ya que se ve opacado por los municipios
vecinos resulta de gran importancia generar proyectos los cuales implementen las
energiacuteas renovables y maacutes en el municipio de agua de dios donde es necesario un
desarrollo turiacutestico para el cual se vea sustentado con una infraestructura de intereacutes
generando un desarrollo econoacutemico social cultural y ambiental en el municipio
El proyecto Step by Step sendero inteligente surge de la necesidad de tener
infraestructura innovadora y amigable con el medio ambiente este proyecto trata de un
sendero peatonal el cual se piensa construir por medio de un conjunto de adoquines
disentildeados de forma que permitan obtener una luminiscencia por medio de bombillos led
instalados en el disentildeo y alimentados por medio de energiacutea solar ademaacutes de
implementar en el disentildeo un conjunto de sensores los cuales funcionen armoacutenicamente
con los visitantes prendiendo y apagando al desplazamiento de cada usuario
El proyecto Step by Step es importante para la comunidad del municipio de Agua de
Dios ya que con este proyecto se incentiva el cuidado por el medio ambiente tambieacuten
tiene un impacto positivo directo en la comunidad de la zona ya que se valorizan los
predios y los negocios alrededor de la vereda los chorros al atraer maacutes turistas genera
que tengan un crecimiento econoacutemico ademaacutes de poder utilizar el mismo sendero como
base para diferentes actividades de prestacioacuten de servicios generando nuevos empleos
en el municipio y al mismo tiempo mejorando la calidad de vida de los habitantes
Debido a que en la zona y generalmente en el paiacutes no se implementan los suficientes
proyectos que permitan un desarrollo de la infraestructura de la mano con el medio
ambiente este proyecto aporta en el desarrollo de proyectos futuros en el campo de los
senderos inteligentes primordialmente e infraestructura vial ademaacutes de ser un aporte en
el desarrollo de infraestructura innovadora dirigida al sector turiacutestico todo esto con la
implementacioacuten de energiacutea solar
102
Como consecuencia de la formacioacuten en investigacioacuten de la Universidad Piloto de
Colombia se justifica el proyecto Step by Step que aporta a la comunidad del municipio
de Agua de Dios impactando en su cultura en la parte religiosa con las congregaciones
que se realizan en esta zona y en su historia ya que se revitaliza un lugar emblemaacutetico
para los primeros habitantes del municipio tambieacuten aporta en el aspecto cientiacutefico ya que
la implementacioacuten de las nuevas formas de construccioacuten de concreto incentivan a la
investigacioacuten de las mismas a implementarse en la tecnologiacutea gracias a las energiacutea
renovables utilizadas y el concreto translucido el cual seraacute innovador para el municipio e
impactando beneficiosamente a el desarrollo por medio de la mejora en su turismo y asiacute
mismo en la economiacutea de la poblacioacuten que trabaja en esta zona
El proyecto step by step aporta a la misioacuten institucional por medio de los anaacutelisis a la
poblacioacuten sobre sus necesidades y daacutendole la solucioacuten a estas como lo es la parte
econoacutemica ya que el municipio se encuentra enfocado en la parte turiacutestica como fuente
de dinero generando estabilidad econoacutemica y bienestar en la poblacioacuten que beneficiada
con este proyecto y se puede observar un manejo adecuado del medio ambiento con
energiacuteas renovables
En consecuencia el proyecto Step by Step se articula con la misioacuten de un ingeniero
Unipiloto como una herramienta desarrollada por personas integrales soportado sobre
una soacutelida fundamentacioacuten conceptual que se brindaron en las aacutereas teacutecnicas y
cientiacuteficas a lo largo de la carrera universitaria se ajusta a la realidad del municipio de
Agua de Dios y busca soluciones puntuales en temas sociales ambientales turiacutesticos y
econoacutemicos
103
3 OBJETIVOS
31 OBJETIVO GENERAL
Prototipar y validar en campo un adoquiacuten para pavimento articulado peatonal
prefabricado en concreto hidraacuteulica bicapa y que en su interior tenga una pieza
translucida que sea capaz de transformar la energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica con el
fin de que cuando el peatoacuten transite con su pisada active un sensor y este encienda una
luz led que se encuentra al interior de la pieza de concreto
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Validar en laboratorio un adoquiacuten en concreto hidraacuteulico que se ajuste a las con las
Especificaciones teacutecnicas NTC 2017
Disentildear y validar en laboratorio la geometriacutea del adoquiacuten bicapa usando concreto
transluacutecido (Perdomo C amp Fandintildeo M 2020) y medir su resistencia a la compresioacuten
flexioacuten y la absorcioacuten para luego ser comparado con la NTC 2017
Disentildear y validar en campo el sistema de encendido usando sistemas alternativos
como los paneles solares
104
4 MARCOS DE REFERENCIA
41 MARCO DE ANTECEDENTES
Estudiantes mexicanos del Instituto Tecnoloacutegico de Estudios Superiores Monterrey
(ITESM) campus puebla desarrollaron un proyecto denominado Enegy Floor el cual es
un sistema que aprovecha el flujo de peatones para la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica
es una tecnologiacutea que se instala debajo de los pisos convencionales como las losetas
Seguacuten este proyecto cada vez que una persona pasa sobre el piso soportado por este
desarrollo tecnoloacutegico se activa un dispositivo mecaacutenico que produce cinco watts de
electricidad por cada paso (MAGAZINE 2020)
Los estudiantes artiacutefices de este proyecto expresaron que es una tecnologiacutea amigable
con el medio ambiente puesto que es un dispositivo que se activa con fuerza mecaacutenica
Para su elaboracioacuten los estudiantes usaron aluminio y una loseta que fue elaborada a
basa de poliacutemero ultrarresistente denominado nylamid (MAGAZINE 2020) El factor
diferencial entre el proyecto de los estudiantes mexicanos y Step by Step es que ellos
usan energiacutea mecaacutenica del flujo peatonal Step by Step usa energiacuteas renovables como la
solar
En Rotterdam existe una empresa llamada Energy Floors que antes era conocida
como Club de Baile Sostenible pues dicha empresa estaacute revolucionando el panorama de
la energiacutea sostenible al transformar la energiacutea cineacutetica y mecaacutenica que se produce al
caminar en energiacutea eleacutectrica En 2008 lanzaron su producto Sustainable Dance Floor
(SDF) que utiliza el movimiento de las personas como fuente de energiacutea al convertir la
energiacutea cineacutetica en energiacutea eleacutectrica Con ella se alimentan las luces LED de la pista de
baile creando una atmoacutesfera de discoteca y proporcionando al puacuteblico una experiencia
interactiva Esto es asiacute porque los moacutedulos que integran la pista de baile se flexionan al
ser pisados creando un movimiento que se transforma en energiacutea eleacutectrica por un
pequentildeo generador interno Cada moacutedulo de un tamantildeo de 75x75x20 cm puede producir
hasta 35 vatios de salida sostenida Entre cinco y veinte vatios por persona
(CONSTRUIBLE 2015) Al igual que el proyecto de los estudiantes la diferencia con Step
by Step es que se usa energiacutea mecaacutenica generada por las pisadas de las personas en
este caso en pistas de baile de discotecas
105
El mexicano Joseacute Carlos Rubio Avalos quien es investigador de la Universidad
Michoacana de San Nicolaacutes de Hidalgo buscoacute otra funcioacuten para el cemento el
investigador pensoacute en que el cemento casi siempre estaba expuesto a la radiacioacuten solar
y debiacutea buscar la manera de desarrollar una investigacioacuten innovadora Por esto el material
creado por el investigador consiste en absorber la radiacioacuten ultravioleta durante el diacutea
para luego brilla en la noche (BBC 2016)
El problema que el investigador tuvo es que el cemento es un cuerpo opaco y no
permite el paso de luz por eso estudioacute la composicioacuten del cemento Portland que es el
maacutes usado alrededor del mundo modificoacute la estructura microscoacutepica y con este cambio
logroacute que el material absorbiera los rayos uv El investigador Joseacute Carlos explicoacute en una
entrevista para la BBC Mundo que lo que se busca era permitir el paso y difusioacuten de luz
solar a traveacutes del siacutelice que se encuentra presente en el cemento el siacutelice es el mismo
material con el que se fabrica el vidrio (BBC 2016)
A lo que se refiere en si al proyecto del investigador mexicano es a cambiarle las
propiedades oacutepticas del material para hacerlo fosforescente Es un proceso logrado por
la incorporacioacuten de aditivos los cuales permiten que la luz pase y se pueda observar un
color de la fosforescencia El cemento como es un material orgaacutenico tiene mayor
rendimiento y durabilidad en el proceso (Avalos 2016)
El cemento fosforescente es un material mucho maacutes costoso que un cemento
convencional es por eso que solo se concibe como una capa de recubrimiento para
fachadas de edificios o para la sentildealizacioacuten de viacuteas Este proyecto mexicano es un
proyecto similar a Step by Step pues lo que se busca es hacer uso de las energiacuteas
renovables tambieacuten
En Holanda se construyoacute un proyecto denominada SolaRoad lo que se hizo fue
sustituir el asfalto por un pavimento que integra paneles solares fotovoltaicos ademaacutes de
esto se incluyeron luces led para iluminar el sendero en diacuteas de niebla y un sistema para
calentar la viacutea y evitar la formacioacuten de placas de hielo en invierno en el invierno En el
primer antildeo cumplido de este proyecto se han producido 70 KWh al antildeo por cada metro
cuadrado lo que ha sido suficiente para abastecer a tres viviendas
El primer antildeo de funcionamiento de un tramo de 70 metros ha llevado a los
investigadores a concluir que el proyecto funciona muy bien pero econoacutemicamente aun
no es factible porque en la construccioacuten se invirtieron 3 millones de euros y haciendo la
106
conversioacuten por cada KWh ha hecho un retorno final de tan solo 1862 euros (SOLAROAD
2016)
Figura 2 Sistema de pavimento Solaroad
Fuente (Ramos 2014)
Como se evidencia en la imagen anterior los constructores instalan moacutedulos de
concreto con una capa transparente que permite que la luz se infiltre debajo de dicha
capa se instalas celdas solares que recogen la energiacutea y finalmente son las que sirven
para alimentar el alumbrado puacuteblico la luz del traacutefico y hasta los hogares (SOLAROAD
2016)
El factor diferencial entre Solaroad y Step by Step es que el sendero de Step by Step
hace aprovechamiento de la energiacutea usando un solo panel solar y Solaroad hace uso de
cierta cantidad de moacutedulos solares para ser instalados en todo el tramo
China es uno de los paiacuteses que maacutes estaacute interesado e invierte en el uso de energiacuteas
renovables con el fin de innovar y dominar el mercado de dicha tecnologiacutea es por esto
107
que se disentildeoacute y construyoacute una autopista con paneles solares en la ciudad de Jinan
(Bradsher 2018)
Figura 3 Autopista China de Paneles solares
Fuente (Bradsher K 2018)
Este proyecto es importante nombrarlo en este documento porque destaca el gran
crecimiento que ha tenido el uso de paneles solares en el mundo y de que China uno
de los paiacuteses maacutes desarrollados del mundo esteacute apostando e invirtiendo en el uso de las
energiacuteas renovables
En la India se estaacute revolucionando el mercado de los paneles solares por la
construccioacuten de plantas de energiacutea solar sobre canales de agua esto hace que se
cumplan dos tareas importantes para la preservacioacuten del medio ambiente la primera es
la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica aprovechando la energiacutea solar y la segunda es la
preservacioacuten del liacutequido precioso evitando la evaporacioacuten
108
Figura 4 Canal solar en India
Fuente (ingrenovables 2014)
El Jefe de Gobierno Indio el Sr Narendra Modi inauguraraacute la primera serie de este
proyecto conocido como Canal Proyecto de Energiacutea Solar cuando ponga en marcha un
proyecto piloto de 1 megavatio (MW) que ya se encargoacute en el canal de la rama Narmada
cerca de la aldea Chandrasan de Kadi taluka en el distrito Mesina el martes
(indiasolarpowercanals 2015)
El proyecto de la India es de importancia mencionarlo en este documento dado a su
similar parecido con Step by Step pues los dos hacen uso de la energiacutea solar para
preservas los recursos medio ambientales que cada vez son maacutes escasos es de gran
aporte el conocimiento adquirido en cuanto a la forma en la que se construye el proyecto
para preservar el agua tambieacuten
En 2018 se dijo que La Guajira en Colombia se convertiriacutea en escenario de los grandes
proyectos de generacioacuten de energiacutea eleacutectrica a partir del viento que abasteceraacuten el
Sistema Interconectado Nacional (SIN) en la proacutexima deacutecada (Suaacuterez 2018)
109
A finales de febrero pasado la Autoridad Nacional de Licencias Ambientales (ANLA)
comenzoacute el estudio del que seraacute uno de los parques eoacutelicos representativos que tendraacute
el paiacutes por su tamantildeo y capacidad de produccioacuten y que se sumaraacute a otros que se
montaraacuten en la citada zona (Suaacuterez 2018) Se trata del proyecto de Generacioacuten de
Energiacutea Eoacutelica Alpha que desarrolla la empresa Vientos del Norte que pertenece al
conglomerado portugueacutes Renovatio Group como lo registra el Certificado de Reporte del
Sistema de Informacioacuten sobre Biodiversidad de Colombia (CR-SIB) (Suaacuterez 2018)
Este parque eoacutelico que tendraacute una capacidad de generacioacuten superior a los 200
megavatios (Mw) es la primera iniciativa que evaluacutea la Anla ya que se requiere
autorizacioacuten de la autoridad nacional ambiental despueacutes de los 100 Mw de energiacutea
(Suaacuterez 2018)
Es importante destacar este proyecto de recoleccioacuten de energiacutea eleacutectrica a traveacutes de
la energiacutea eoacutelica en este documento dado a que en este documento y para este proyecto
estamos tratando con todo tipo de energiacuteas renovables aunque es un proyecto que estaacute
en estudios y en traacutemite de licencias con antelacioacuten se sabe que seraacute un boom de
innovacioacuten con respecto a paiacuteses de la regioacuten y que se estaacuten apoyando los proyectos
que abarquen el uso de energiacuteas limpias en el paiacutes Step by Step estaacute pensado para que
funcione con cualquier tipo de energiacutea renovable que se pueda aprovechar
Seguacuten la revista dinero en Barranquilla con el cambio de administracioacuten de alcaldiacutea y
de gobernacioacuten del Atlaacutentico se vienen cambios en temas energeacuteticos para la regioacuten
Caribe pues se sabe desde antildeos atraacutes que Electricaribe tiene millonarias deudas y presta
un servicio deficiente el alcalde Jaime Pumarejo anuncioacute la adjudicacioacuten de los nuevos
operadores para el 20 de Marzo de 2020 tambieacuten dio luces sobre la nueva poliacutetica de
energiacutea en la reciente edicioacuten del Congreso Nacional de Infraestructura en noviembre de
2019 (DINERO 2020)
El alcalde Pumarejo dijo que es un proyecto que estaacute pensado en primera fase para la
autogeneracioacuten de la alcaldiacutea de Barranquilla para luego general y comercializar energiacuteas
renovables (DINERO 2020) El mandatario explicoacute que el desarrollo econoacutemico de la
capital del Atlaacutentico implica contar con energiacuteas de fuentes renovables Estas son
sinoacutenimo ndashseguacuten eacutelndash de maacutes ingresos empleo y resiliencia ante el cambio climaacutetico
(DINERO 2020)
110
Barranquilla es reconocida mundialmente como la capital energeacutetica de Colombia es
por esto que vale la pena mencionar esta clase de proyectos dentro de la redaccioacuten de
este documento porque el uso de energiacuteas renovables va tomando cada vez maacutes fuerza
en nuestro paiacutes y es de gran importancia para nosotros como ingenieros civiles
aprovechar esta oportunidad para crear proyectos innovadores como Step by Step que
hace usos de energiacuteas limpias y se puede implementar en cualquier parte del paiacutes
En Londres existe una empresa llamada Pavegen que es una compantildeiacutea de
tecnologiacutea limpia esta empresa adopta un enfoque innovador hacia la sostenibilidad al
generar energiacutea a partir de algo que la mayoriacutea de la gente hace todos los diacuteas caminar
La compantildeiacutea innovando en la arquitectura inteligente ha presentado la primera lsquovereda
inteligentelsquo del mundo en Londres un camino que transforma el pavimento en un generador
de energiacutea eleacutectrica esto gracias al paso que dan los peatones A diferencia de anteriores
instalaciones en Washington DC y Rio de Janeiro el proyecto en Londres cuenta con su
propia app brindado informacioacuten exacta a los visitantes sobre la energiacutea que estaacuten
generando e incentivando su uso al brindar descuentos en tiendas comerciales por los pasos
que den (ARQUITECTOS 2018)
Seguacuten el CEO de Pavegen Laurance Kemball-Cook quien sentildealoacute que esta es una nueva
aacuterea de produccioacuten de energiacutea una que ofrece muchas posibilidades interesantes laquoCuando
una persona camina genera 5 vatios de energiacutea de forma continua por lo que usted es
como todos somos una fuente de alimentacioacuten de 5 vatios Ahora imagine 10 personas eso
es 50 vatios de energiacutea de forma continua Puede que no parezca una cantidad exorbitante
de energiacutea pero es suficiente para suministrar energiacutea para una serie de necesidades Por
ejemplo la tecnologiacutea se puede utilizar para iluminar caminos a medida que los peatones
caminan sobre ellos lo que podriacutea frenar el crimen (ARQUITECTOS 2018)
111
Figura 5 Baldosa que produce energiacutea eleacutectrica
Fuente Pavegencom
El CEO tambieacuten sentildealoacute que el proyecto es muy importante y puso como ejemplo Grand
Central Station en Londres donde diariamente transitan unas 40000 personas por hora esa
energiacutea que generan esas personas se almacena en bateriacuteas y en la noche se enciende
Asiacute que los municipios las estaciones de tren las oficinas las escuelas en cualquier lugar
con mucha gente caminando son perfectas para el proyecto (ARQUITECTOS 2018)
El proyecto realizado en Londres es muy similar a Step by Step puesto que los dos se
tratan de un sendero inteligente El factor diferencial es que Step by Step convierte la energiacutea
solar en energiacutea eleacutectrica el proyecto de Londres lo que hace es convertir la energiacutea cineacutetica
que generan las personas al caminar en energiacutea eleacutectrica
En Madrid Espantildea se ha unido el Aacuterea de Emprendimiento Empleo e Innovacioacuten quien
ha impulsado el proyecto y el Aacuterea de Medio Ambiente y Movilidad que ha corrido con los
gastos para crear un cruce peatonal inteligente el proyecto se trata de crear un cruce
peatonal inteligente para reducir los accidentes por lo cual se ha escogido una zona poco
luminosa en horas de la noche (PAIS 2020)
112
Figura 6 Cruce peatonal inteligente
Fuente (PAIS 2020)
Seguacuten la portavoz de las concejaliacuteas que llevan a cabo el proyecto que cuenta con un
paso de cebra cuenta con una sentildeal lumiacutenica que funciona con sensores y
tecnologiacutea led y que se activa en modo nocturno cuando cruza un peatoacuten Al detectar a
la persona se encienden de forma continua las sentildeales horizontales y los cajones
lumiacutenicos de las sentildeales verticales Cuando no hay nadie el sistema permanece en
reposo (PAIS 2020)
Sobre la construccioacuten y mejoras en la fabricacioacuten e instalacioacuten de adoquines se
conocioacute que Samuel S Lngalls de Chicago en Illinois en el antildeo 1877 patentoacute un adoquiacuten
en concreto con una forma rectangular (Estados Unidos Patente nordm 952S6 1877) Pero
el inventor se dio cuenta que el adoquiacuten patentado presentaba fallas a la hora de su
instalacioacuten por lo que realizoacute un estudio para verificar las fallas y asiacute poder mejorar esto
Para lo cual patentoacute una mejora para la instalacioacuten de los adoquines en donde Samuel
Lngalls dejoacute un paso a paso para evitar que los adoquines se fracturaran con el tiempo
113
la fractura se da en las esquinas y para esto se debe poner cemento en las juntas y
esquinas
De la misma manera que Samuel Lngalls Charles Pettit tambieacuten realizoacute una patente
de la invencioacuten de un adoquiacuten pero dicha patente fue hecha en Greenford en el condado
de Mahoning y el estado de Ohio en el antildeo 1912 En la misma patente deja una guiacutea
praacutectica de instalacioacuten de dichos adoquines Pettit realiza esta invencioacuten para solucionar
la problemaacutetica de que los adoquines se desencajen y en muchas ocasiones presente
pandeo en una viacutea de adoquines estos pandeos generan en algunos casos accidentes
viales Esto lo soluciona garantizando un enclavamiento seguro entre las filas de
adoquines adyacentes y se puede hacer el enclavamiento dado a la forma del adoquiacuten
patentado el enclavamiento entre filas y columnas de adoquines evita el desplazamiento
y el pandeo del pavimento articulado (Estados Unidos Patente nordm 573212 1912)
42 MARCO TEOacuteRICO
Por medio del marco teoacuterico se pone en contexto las bases teoacutericas de la metodologiacutea
realizada para la construccioacuten del sendero inteligente en el cual se explicaran diferentes
tipos de tecnologiacuteas entre las cuales se encuentra la implementacioacuten de la tecnologiacutea de
generacioacuten de energiacutea por medio de componentes electroacutenicos de piezoelectricidad los
cuales aprovechan la energiacutea cineacutetica al caminar convirtieacutendola en energiacutea eleacutectrica
tambieacuten las tecnologiacuteas que utilizan energiacutea eleacutectrica para la construccioacuten de senderos
inteligentes los pavimentos inteligentes que aprovechan la energiacutea solar por medio de
paneles solares instalados en su estructura que aprovechan la energiacutea para los usos en
su entorno o en su misma estructura
Tipos de pavimentos inteligentes
En el mundo al pasar de los tiempos y con la incorporacioacuten de nuevas tecnologiacuteas al
mercado se han realizado diversos tipos de pavimentos los cuales tienen diferentes
caracteriacutesticas utilizando diferentes tipos de energiacuteas siendo las maacutes utilizadas la
piezoelectricidad la energiacutea eleacutectrica y la energiacutea solar
Piezoeleacutectricos
114
Uno de estos es el sendero inteligente presentado por pavegen en Londres el 29 de
junio del 2017 llamado Bird Street el cual utiliza la energiacutea piezoeleacutectrica
Bird Street se estaacute asociando con una serie de visionarios tecnoloacutegicos que incluyen
Pavegen Que fabrica una galardonada tecnologiacutea de pisos de generacioacuten de datos y
electricidad La compantildeiacutea del Reino unido ha instalado una matriz de 10 metros
cuadrados que inicialmente enciende luces y sonidos de paacutejaros y tambieacuten proporciona
una fuente de datos de energiacutea Incorporaraacute transmisores bluetooth de baja energiacutea que
le permitiraacuten interactuar con aplicaciones de marca por ejemplo recompensar a los
usuarios con descuentos cupones y recursos educativos para sus pasos en el sistema
pavegen (PAVEGEN 2017)
Este pavimento inteligente con la tecnologiacutea pavegen fue el primero en su tipo ya que
utiliza la energiacutea de las pisadas en el cual logra captar la energiacutea cineacutetica que se produce
al caminar sobre la superficie del pavimento por medio de un sistema en el cual se
posicionan 3 dispositivos en cada esquina de adoquiacuten y al pisarlo gracias al peso propio
del usuario se presionan los 3 a la vez esto ocasiona que el dispositivo descienda
generando electricidad gracias a los principios de la piezoelectricidad los cuales son
contemplados de la siguiente manera
Cuando una presioacuten es aplicada a u material piezoeleacutectrico causa una deformacioacuten
mecaacutenica y a su vez un desplazamiento de cargas Estas cargas son directamente
proporcionales a la presioacuten aplicada Si se ejerce una presioacuten a los extremos del eje polar
se produce polarizacioacuten un flujo de electrones de carga negativa mientras que en el
extremo opuesto se induce una carga positiva (Chacon Cesar Alexander 2012)
La tecnologiacutea para los senderos inteligentes se ha visto fortalecida en los uacuteltimos antildeos
ya que se viene implementando en diferentes proyectos en el mundo como antes se
nombroacute la piezoelectricidad es una de ellas siendo practica ya que funciona con la
presioacuten generada por los usuarios algo que es muy concurrido en un pavimento en ese
orden de ideas esta tecnologiacutea permite que el pavimento sea auto sustentable ya que
gracias a estas presiones se genera energiacutea
Energiacutea que se utiliza de la siguiente forma
La energiacutea proveniente de los pasos es captada por el material piezoeleacutectrico como
anteriormente se analizoacute el cual se encuentra situado al adoquiacuten del pavimento de forma
115
que esta genera corriente alterna la cual por medio de un convertidor se transforma a
corriente directa la cual sirve en este caso para el funcionamiento de los diferentes
aparatos electroacutenicos a traveacutes del sendero inteligente antes de ser enviada la energiacutea es
almacenada en una bateriacutea la cual garantiza que el sendero disponga de energiacutea en todo
momento para posteriormente ser enviada a las innovaciones instaladas con el fin de ser
utilizadas cada vez que un usuario pise los piezoeleacutectricos
Eleacutectrico
Otro tipo de sendero inteligente es el denominado como sendero inteligente de Espantildea
castilla y leoacuten alimentado por energiacutea eleacutectrica el cual tiene las siguientes caracteriacutesticas
El sendero homologado es una instalacioacuten deportiva identificada por las marcas
registradas GRreg PRreg oacute SLreg que se desarrolla preferentemente en medio natural y
sobre viales tradicionales puacuteblicos o privados Es un entramado de caminos sentildealizados
bajo una normas estandarizadas y reconocidas a nivel internacional y que han pasado el
sello de calidad de la federacioacuten de deportes de montantildea escalada y senderismo de
castilla y leoacuten (FDMESCYL 2017)
Los senderos de deportes extremos se realizan en partes rurales mayormente esto
dificulta implementar tecnologiacuteas en estos el sendero de castilla y leoacuten se considera
inteligente ya que se han implementado estas tecnologiacuteas eficientemente durante el
recorrido de los senderos en los deportes extremos los que resaltan son los siguientes
El sendero inteligente incluye obras de gran envergadura como el enlosado de la
totalidad del firme instalacioacuten de puntos de recargas de moacuteviles y dispositivos
electroacutenicos que cuentan con tomas USB y la colocacioacuten de maacutequinas expendedoras de
bebidas y aperitivos Las novedades del nuevo tramo se completan con la posibilidad de
que los senderistas se conecten a una red WIFI gratuita que permite a los usuarios estar
geo localizados en todo momento y monitorizados por los equipos de emergencia de
castilla y leoacuten (FDMESCYL 2017)
El sendero inteligente de Castilla y leoacuten es un beneficio para los turistas y
ciudadanos que concurren en esta zona de Espantildea se evidencia en este sendero
inteligente que cubre gran cantidad de recorrido siendo este para deportes extremos
generando seguridad a los usuarios gracias a las tecnologiacuteas implementadas a traveacutes del
mismo como lo es la interconexioacuten entre los usuarios por medio de wifi gratuito
116
permitiendo tambieacuten el reporte de emergencias a la praacutectica de los deportes extremos a
lo largo del sendero y tambieacuten un sistema de ahorro de energiacutea con farolas que regulan
la cantidad de luz emitida gracias a sensores que permiten captar la cantidad de luz en
el entorno y disminuyeacutendola cuando no sea necesaria
Energiacutea solar
Un tipo de pavimento inteligente es el alimentado por energiacutea solar son las placas de
pavimento solar roadways quienes han hecho investigaciones para generar placas con
paneles de energiacutea solar con el fin de crear pavimentos inteligentes que funciones con
base a esta energiacutea renovable
SOLAR ROADWAYS es un sistema modular de paneles solares que se pueden
caminar y conducir Nuestros paneles solares contienen luces LED para crear liacuteneas de
sentildealizacioacuten sin pintura Contienen elementos calefactores para evitar la acumulacioacuten de
nieve y hielo Los paneles contienen microprocesadores los cuales los hace inteligentes
Esto permite que los paneles se comuniquen entre si una estacioacuten de control central y
los vehiacuteculos (SOLAR ROADWAYS 2020)
La energiacutea solar es una de las maacutes famosas y maacutes utilizadas entre las energiacuteas
renovables ya que el sol genera energiacutea permanente que en su mayoriacutea no es utilizada
por el ser humano los pavimentos tienen contacto con el sol a diario ya que se
encuentran a la intemperie generando una oportunidad de aplicacioacuten de teacutecnicas de
recoleccioacuten de energiacutea solar para asiacute mismo utilizarlo en el entorno y para la estructura
misma del pavimento La captacioacuten de energiacutea solar se realiza por medio de un panel
solar que se instala en la parte superior del pavimento teniendo en cuenta que el panel
solar tiene una resistencia mayor al comuacuten ya que tiene que soportar pesos de todo tipo
de vehiacuteculos seguacuten el profesor shyam s nandwani afirma que
la potencia solar que recibe el planeta tierra (fuera de la atmosfera) es cerca de 173 x
10^12 Kw o una energiacutea de 15x^15 kWh por antildeo Al atravesar la atmosfera cerca de 53
de esta radiacioacuten es reflejada y absorbida por el nitroacutegeno oxigeno ozono dioacutexido de
carbono vapor de agua polvo y las nubes Por lo tanto al pasar esta radiacioacuten por una
distancia de 150 millones de km se reduce esta cantidad y el final el planeta recibe
energiacutea promedio de 3x10^17 kWh al antildeo equivalente a 4000 veces el consumo del
mundo entero en un antildeo (7x10^13 kWhantildeo) o cual nos indica el enorme potencial del
sol (nandwani 2005)
117
Con las nuevas tecnologiacuteas la energiacutea solar se ha ido modernizando e incluyeacutendose
en diferentes proyectos entre estos el pavimento inteligente anterior mente nombrado en
cuanto al funcionamiento se puede afirmar que
Para cualquiera de las aplicaciones de la energiacutea solar la parte principal del sistema
es el COLECTOR ndash el artefacto que capta energiacutea solar y convierte en energiacutea uacutetil ndash sea
en forma caloacuterica o eleacutectrica Para la conversioacuten de energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica se
utilizan CELDAS SOLARES proveniente de los materiales semiconductores ndashtipo silicio
principalmente (nandwani 2005)
Despueacutes de convertir la energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica se procede a poner en
funcionamiento el circuito el cual se debe tener en cuenta que
Dependiendo de la capacidad de almacenamiento de la bateriacutea se puede calcular el
tiempo aproximado de funcionamiento de varios dispositivos y el aacuterea necesaria del panel
solar para usos especiacuteficos Una instalacioacuten ademaacutes requiere controlar el voltaje
mediante un regulador dirigir la corriente hacia una bateriacutea para almacenarla Como la
corriente eleacutectrica producida es directa es necesario para algunas aplicaciones un
inversor para convertirla en alterna (nandwani 2005)
Despueacutes de producir la energiacutea eleacutectrica por medio del panel solar instalado en el
pavimento se transfiere a un control de carga el cual regula la energiacutea con el fin de evitar
dantildeos en la bateriacutea la cual se encuentra en el siguiente paso de la energiacutea esta almacena
la corriente para ser utilizada se encuentra el panel produciendo energiacutea o no todo esto
para ser enviada al alumbrado puacuteblico situado en el pavimento volvieacutendolo auto
sostenible
Moacutedulo de control de carga para bateriacuteas
Moacutedulo de control de carga para bateriacuteas de litio Puede ser programado para
comenzar la carga de voltaje y para finalizarla (ELECTRONICA 2020)
Por ejemplo Configurando 12V como voltaje de inicio y 15V como voltaje de parada
cuando el voltaje este por debajo de 12V el releacute se cerraraacute permitiendo la carga de voltaje
a la bateriacutea cuando el voltaje alcance los 15V o sea mayor el releacute se apagaraacute deteniendo
la carga (ELECTRONICA 2020)
118
Caracteriacutesticas
Voltaje de entrada 10-30V
Precisioacuten del display 01V
Precisioacuten del control 01V
Tipo de salida salida directa
Tolerancia plusmn01V
Dimensiones 82x58x18mm
Regulador de carga de panel solar
El regulador solar o regulador de carga es un dispositivo necesario en la instalacioacuten
solar ya que se encarga de controlar la entrada a las bateriacuteas de la energiacutea generada en
los paneles solares El regulador permite por un lado alargar la vida de la bateriacutea y por
el otro obtener informacioacuten y paraacutemetros del funcionamiento de la instalacioacuten Permite
alargar la vida de las bateriacuteas ya que permite el paso de la electricidad seguacuten el estado
en que se encuentre la bateriacutea en cada momento Por ejemplo cuando esta esteacute a un
nivel de carga inferior al 95 permitiraacute el paso libre de toda la electricidad con el objetivo
de cargarla cuanto antes posible Mientras que si se encuentra en un porcentaje de carga
del 95 al 99 permitiraacute el paso de forma muy controlada que es lo que llamamos carga
de flotacioacuten con el fin de llenar al maacuteximo la bateriacutea Por otra parte si la bateriacutea se
encuentra completamente cargada cortaraacute el paso de corriente para evitar sobrecargas
o un sobrecalentamiento del acumulador Gracias a realizar la carga de esta forma se
evitan problemas en las bateriacuteas solares y se alarga al maacuteximo sus antildeos de vida
(DamiaSolar 2016)
Existen 2 tipos de reguladores de carga el PWM o convencional y el MPPT o
maximizador El uso de uno u otro dependeraacute del tipo de placa solar que utilicemos Si
se tratan de placas solares de 36 o 72 ceacutelulas (paneles de hasta 200W) seraacute suficiente
usar un regulador PWM ya que estas placas tienen un voltaje en el punto de maacutexima
potencia alto Mientras que si usamos placas de 60 ceacutelulas (paneles de potencia superior
a 200W) seraacute de uso obligatorio el regulador MPPT ya que estas placas tiene un voltaje
119
menor pues priorizan el amperaje en lugar del voltaje con lo cual seraacute necesario siempre
un regulador MPPT el cual modula el voltaje del panel y lo adapta a las caracteriacutesticas de
las bateriacuteas conectadas (DamiaSolar 2016)
Los paneles solares de 60 ceacutelulas se conocen popularmente como paneles de red ya
que se utilizaban antiguamente en las huertas solares que se conectaban a la red Para
diferenciar los paneles de red de los paneles convencionales se debe mirar su ficha
teacutecnica impresa en la pegatina posterior del panel El panel de red indicaraacute un valor VMP
de solamente 29V o similar mientras que las placas convencionales o de aislada generan
un VMP aproximado de 36 voltios en las placas de 24V y de 18 voltios en las placas de
12V (DamiaSolar 2016)
Para saber si necesito un regulador de 10A 20A 30A 60A o 80A (A= amperios) se
deberaacute mirar el amperaje del panel indicado como corriente nominal o IMP i multiplicarlo
por el nuacutemero de paneles que queramos instalar en la instalacioacuten solar Por ejemplo en
una instalacioacuten solar de 12V donde se instalen 6 placas de 140W 12V el IMP de este
panel seraacute de 797A Por lo tanto si se disponen de 7 placas se obtendraacute una corriente
maacutexima de 5579 y seraacute necesario usar un regulador solar de 60A Tambieacuten es
importante si en un futuro hay previsto instalar maacutes paneles poner ya de inicio un
regulador de mayor capacidad asiacute cuando se instalen seraacute necesario cambiar este
dispositivo (DamiaSolar 2016)
Bateriacutea Recargable
Tanto los paneles solares como las turbinas eoacutelicas son fuente de energiacutea verde y
renovable pero el problema de estos sistemas de autoabastecimiento eleacutectrico reside en
el almacenamiento Las instalaciones tradicionales proporcionan la energiacutea de manera
inmediata de manera que lo que no se consuma en el momento se pierde y ademaacutes si
el diacutea se nubla o el viento se detiene no es posible obtener suministro
(Ambientesoluciones 2020)
Para resolver este inconveniente este grupo de investigadores ha disentildeado
una bateriacutea de flujo segura y rentable que se puede utilizar tanto de manera domeacutestica
como comercial Estaacute elaborada con materiales de bajo coste que se encuentran en la
tierra de forma habitual como carbono oxiacutegeno nitroacutegeno hidroacutegeno hierro y potasio
Los compuestos no son toacutexicos ni tampoco inflamables (Ambientesoluciones 2020)
120
Los materiales no son toacutexicos son baratos y al estar disueltos en una
abundante cantidad de agua son seguros ya que no puede prenderse
fuego un detalle muy importante cuando se estaacuten almacenando grandes
cantidades de energiacutea eleacutectrica cerca de la gente explica Michael J
Aziz uno de los ingenieros que ha desarrollado el invento
(Ambientesoluciones 2020)
A diferencia de las bateriacuteas de electrodos soacutelidos las bateriacuteas de flujo almacenan la
energiacutea en los liacutequidos contenidos en los tanques externos de manera similar a las pilas
de combustible Los tanques establecen la capacidad de almacenamiento y el hardware
de conversioacuten electroquiacutemica a traveacutes del que se bombean los fluidos establece la
potencia (Ambientesoluciones 2020)
Ambos elementos se pueden personalizar para que cada usuario disponga de la
energiacutea atendiendo a sus necesidades Ademaacutes como la cantidad de energiacutea que puede
guardar aumentar con soacutelo aumentar el tamantildeo de los tanques se puede almacenar
mucha maacutes a un menor coste que los sistemas de bateriacuteas tradicionales
(Ambientesoluciones 2020)
Panel solar
El panel solar es el elemento maacutes conocido de los componentes utilizados en la
implementacioacuten de energiacutea solar se trata de un elemento que aprovecha la energiacutea del
sol para transformarlo en energiacutea eleacutectrica o caloacuterica la cual se puede utilizar de
diferentes maneras en esta transformacioacuten de la energiacutea solar se pueden distinguir
diferentes propoacutesitos de la energiacutea la primera por ejemplo es la utilizacioacuten de esta para
producir agua caliente lo cual se ve generalmente en los hogares y la segunda y una de
las maacutes conocidas son la transformacioacuten de energiacutea por medio de paneles fotovoltaicos
los cuales permiten producir electricidad captando la radiacioacuten solar las cuales recaen en
las ceacutelulas fotovoltaicas del panel solar (SLU 2015)
La energiacutea solar se puede captar de diferentes formas las dos mencionadas
anteriormente permiten entender el funcionamiento y la forma en la que se aprovechan
las radiaciones solares tales como se puede identificar en el siguiente paacuterrafo que nos
muestra el funcionamiento por medio de recoleccioacuten y transformacioacuten en energiacutea caloacuterica
121
En cuanto a las dos formas anteriormente nombradas el sistema de recoleccioacuten de
energiacutea solar uno de estos es por medio del colector solar en el cual tiene un liacutequido en
su interior que tiene la funcioacuten de absorber la radiacioacuten generada por el sol y
posteriormente la convierte en calor por medio de este liacutequido el cual se almacena para
ser utilizado por medio de ductos instalados en conjunto con el servicio de agua ya que
este se convierte en un intercambiador de calor por medio de unos ductos lo que permite
que el recurso hiacutedrico al ser usado tenga la temperatura deseada este ciclo se repite ya
que el liacutequido que funciona como intercambiador de calor retorna al colector solar para
realizar el proceso de nuevo (SLU 2015)
La recoleccioacuten de energiacutea eleacutectrica por medio de paneles solares es la maacutes
conocida en el mundo ya que es la base de esta tecnologiacutea para entender su
funcionamiento se debe comprender sus caracteriacutesticas por medio del siguiente paacuterrafo
se pueden identificar
La recoleccioacuten de energiacutea solar por medio de paneles fotovoltaicos se obtiene
gracias a las celdas que se encuentran en la superficie del panel solar las cuales son
denominadas como ceacutelulas fotovoltaicas estas tienen la capacidad de convertir la
energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica esto es llamado efecto fotovoltaico este efecto provoca
la energiacutea solar (fotones) posteriormente se producen unas cargas positivas y negativas
en unos componentes llamados semiconductores que estaacuten directamente relacionados
con las celdas y tienen distinto tipo y por medio de estos se crea un campo eleacutectrico que
posteriormente permite obtener corriente eleacutectrica (SLU 2015)
El panel solar puede funcionar con diferentes tipos de materiales los cuales
funcionan de una manera similar los maacutes utilizados para producirlos son el arseniuro de
galio (Gas) este es maacutes utilizado en diferentes tipos de aparatos electroacutenicos los cuales
son maacutes complejos y el segundo es el silicio (Si) el cual tiene un costo econoacutemico menor
estos son maacutes faacuteciles de encontrar y por lo mismo son los maacutes utilizados en general
ademaacutes de ser utilizados por la industria microelectroacutenica cuando se evaluacutea el
rendimiento de las celular fotovoltaicas se puede concluir que estas estaacuten ligadas con la
estructura tridimensional en el interior de la laacutemina de silicio (SLU 2015)
El panel solar tiene la funcioacuten de recibir la energiacutea lo cual lo convierte en un
elemento clave a la hora de construir dispositivos que necesiten aprovechar la energiacutea
solar ya que tambieacuten se deben tener en cuenta factores importantes en cuanto al manejo
122
de este tales como son la ubicacioacuten ya que es de vital importancia garantizar que se
aprovecha de la mejor manera la energiacutea proporcionada por el sol esto debido a que se
debe tener en cuenta el movimiento de la tierra alrededor del sol para identificar los
aacutengulos y zonas que permitan optimizar esta recoleccioacuten de energiacutea
Pavimentos articulados
Los pavimentos articulados tienen una caracteriacutestica principal y es que estaacuten
disentildeados con adoquines en su capa superior tambieacuten estaacute compuesta por un cuerpo el
cual contiene una capa de base y sub base con unas caracteriacutesticas de compactacioacuten
ademaacutes de opcionalmente realizar una adaptacioacuten a la sub rasante
Los adoquines son la caracteriacutestica maacutes visible de los pavimentos articulados ya que
estaacuten en su capa superior y son los primeros en tener contacto con los usuarios estos
se disentildean generalmente en forma de bloque macizo lo cuales tienen caracteriacutesticas de
dimensionamiento similares ya que es necesario uniformidad para su instalacioacuten ya que
son prefabricados y se traen al terreno para ser instalados uno tras de otro dejando juntas
entre ellos
Las demaacutes partes que componen el pavimento articulado son constituidas por un sello
de arena el cual se instala entre las juntas de los adoquines con el fin de rellenar pero
tambieacuten aportan un buen funcionamiento del pavimento a flexioacuten y la capacidad portante
de la superficie del pavimento posteriormente se encuentra una capa de arena la cual se
coloca con el fin de instalar los adoquines sobre esta esta arena debe tener una
granulometriacutea optima que permita un flujo libre de agua y la infiltracioacuten ademaacutes que sus
partiacuteculas deben ser resistentes a la degradacioacuten (CASTILLO 2003)
Las capas siguientes son denominadas cuerpo la que se encuentra posteriormente a
la capa de arena es llamada base y es la encargada de proporcionar una mejor capacidad
estructurar y tambieacuten permite un apoyo uniforme del pavimento siguieacutendole por una capa
llamada sub base la cual se encuentra debajo de la base y es utilizada para traacuteficos
medios y altos mayormente ya que para traficas bajos basta con la uacuteltima capa llamada
capa de conformacioacuten esta capa se encuentra entre la sub base y la sub rasante es
instalada para mejorar las caracteriacutesticas del suelo y funciona como plataforma para la
construccioacuten de las anteriores capas (CASTILLO 2003)
123
Sensores de movimiento
Los sensores de movimiento son dispositivos electroacutenicos estos generalmente
funcionan de forma inalaacutembrica y su funcionamiento parte de captar el movimiento para
asiacute enviar informacioacuten a una central de control estos sensores son capaces de registrar
movimientos de un aacuterea determinada y son reconocidos en todo el mundo por su
utilizacioacuten en sistemas de seguridad e iluminacioacuten entre otras funciones (Palacios 2020)
Entre los sensores de movimiento varios tipos y variedades dependiendo de la
utilizacioacuten en cada caso entre los cuales se encuentran los siguientes
Los sensores de regulacioacuten luz crepuscular estos sensores basan su funcionamiento
en aumentar o disminuir la luz del dispositivo luminario relacionado con la luz ambiente
lo cual permite que si la luz ambiente es de mayor intensidad se disminuya la generada
por el dispositivo esto genera que se optimice la eficiencia del sistema de iluminacioacuten al
maacuteximo aprovechando la luz al maacuteximo solo cuando se es necesario este sensor es
utilizado generalmente en exteriores ya que en ese entorno se optimiza mejor su ventaja
al tener directamente la luz del ambiente (LEDOVET 2018)
Los sensores de movimiento de infrarrojos estos sensores basan su funcionamiento
en la utilizacioacuten de luces infrarrojas para identificar cambios caloriacuteficos en el aacuterea de
cobertura predeterminada lo que permite detectar si una persona se mueve dentro de
dicha aacuterea y puede utilizarse como receptor de informacioacuten para seguridad donde se
conectariacutea con otro dispositivo de alerta o tambieacuten combinarlo con un sistema de
iluminacioacuten que genere luz a la presencia de personas (LEDOVET 2018)
Los sensores de presencia ultrasoacutenicos estos sensores basan su funcionamiento en
la utilizacioacuten de ondas ultrasoacutenicas las cuales son generadas por el dispositivo en una
determinada aacuterea las cuales regresan por rebote al ya que chochan con cada objeto
encontrado en el entorno cuando estas ondas regresan y detectan un cambio en su
rebote alertan este cambio activando el sistema con el cual este disentildeado (SampP 2018)
Los sensores combinados estos tipos de sensores son disentildeados con las tecnologiacuteas
anteriormente nombradas ya que estas se pueden combinar con el fin de obtener ventajas
en su funcionamiento estos teniendo en cuenta la importancia ya que se pueden instalar
de forma que aumente el nivel de deteccioacuten como puede ser una combinacioacuten entre las
tres tecnologiacuteas o solo dos de las tres con el fin de aumentar la sensibilidad del sistema
124
informacioacuten recibida ya que se genera una activacioacuten de todo el sistema con la deteccioacuten
de solo uno de los dispositivos tambieacuten se puede lograr el efecto inverso al instalarlos
de forma que se tengan que activar los dos o tres lo que baja la intensidad de deteccioacuten
y le da una mejor flexibilidad en espacios donde no es necesaria tanta seguridad y evitar
incomodidades a los usuarios
En cuanto a la forma de regulacioacuten de estos sensores se encuentran la regulacioacuten
dependiendo del alcance en metros con el que sea disentildeado el sistema esto se realiza
con el fin de solo cubrir la zona donde se requiere la funcioacuten del sensor y no interferir en
otros lugares del mismo entorno donde no es necesario o no se desea interferir otra
forma de regulacioacuten de estos sensores se puede realizar por medio del tiempo ya que se
puede disentildear con el fin de que se active desde que detectan un cuerpo hasta que se
desee que dejen de funcionar con el fin de optimizar el uso buscando la maacutexima eficacia
tambieacuten se mitigara el consumo energeacutetico ya que solo permaneceraacute en funcionamiento
los momentos que sea necesario y por ultimo un tipo de regulacioacuten es con la tecnologiacutea
anteriormente nombrada la crepuscular donde se regula dependiendo de la luz
encontrada en el ambiente solo encendiendo cuando es necesario la luz (SampP 2018)
Concreto translucido
El concreto translucido es un material utilizado de diferentes formas ya que sus
propiedades le permiten aprovechar la luz siendo esta un factor maacutes influyente en las
obra de infraestructura a las que se le implementa este tipo de concreto ya sea para el
aprovechamiento de luz del entorno y asiacute mitigar problemas ambientales o crear maacutes
confort en los usuarios como para generar una estructura combinada con luz artificial
que a su vez tambieacuten se puede combinar con energiacuteas renovables para obtener
beneficios ambientales ademaacutes de poder jugar con las diferentes formas y lugares en los
cuales se puedan construir como estructuras deportivas viacuteas zonas comunes entre otras
donde estas tengan un impacto innovador
El concreto translucido fue patentado por aron losonczi el cual tuvo la idea de unir dos
caracteriacutesticas diferentes como lo es la dureza del concreto y la transparencia de un
material translucido su investigacioacuten se dirigioacute a la implementacioacuten de fibras oacutepticas en
el concreto convencional con el fin de crear productos que permitan construir paredes de
interiores o exteriores suelos iluminados o en proyectos de arte y disentildeo (OMPI
ORGANIZACION MUNDIAL DE LA PROPIEDAD INTELECTUAL 2015)
125
En la actualidad existen dos tipos de concreto translucido que destacan en el
mundo los cuales son el concreto translucido construido con fibra oacuteptica y el concreto
translucido polimeacuterico
Concreto translucido con fibra oacuteptica
El concreto translucido con fibra oacuteptica estaacute compuesto por miles de filamentos de fibra
oacuteptica la cual se agrega al concreto y generalmente tienen un diaacutemetro entre los 2mm y
2 micras para que tenga un buen desempentildeo deben estar orientadas en la misma
direccioacuten esto de un lado al otro de la pieza que se construya generalmente la proporcioacuten
de fibra suministrada al conglomerado es del 4 del volumen de la pieza de concreto
construida en total (ARCUS GLOBAL 2020)
La caracteriacutestica que le da lo translucido al concreto es a implementacioacuten de las fibras
oacutepticas ya que la luz que impacta por una cara del concreto en un extremo de las fibras
oacutepticas acomodadas en la misma direccioacuten generan que la luz se perciba aunque con
una menor intensidad al otro extremo de las fibras oacutepticas en este orden de ideas entre
maacutes intensa sea la luz en la cara donde se realiza el contacto maacutes intenso se veraacute en la
otra cara de la pieza construida (ARCUS GLOBAL 2020)
Otra caracteriacutestica de las piezas construidas con fibras oacutepticas son las sombras
generadas en la cara que se tiene luz ya que estas tambieacuten aparecen en la otra cara del
concreto y se destacan por su contorno lo que le da un plus de esteacutetica y esta
caracteriacutestica del concreto translucido con la luminosidad se puede dar hasta 20 metros
todo gracias a las fibras oacutepticas que contienen en su interior y en cuanto a la parte
estructural no se implementan barras de aceros como se acostumbra en el concreto
convencional si no barras de plaacutestico transparentes y tambieacuten se obtiene una resistencia
similar a la de los concretos tradicionales (ARCUS GLOBAL 2020)
Concreto Translucido Polimeacuterico
El concreto translucido polimeacuterico tiene una composicioacuten que se asemeja mas a la
tradicional la caracteriacutestica que le permite ser translucido es el cambio del cemento
convencional parcial o complementariamente por un conglomerante polimeacuterico
transparente llamado el ilum (ARCUS GLOBAL 2020)
La diferencia entre el anterior concreto desarrollado a partir de fibras oacutepticas y este
desarrollado a partir de ilum es que el ilum permite la entrada de luminiscencia por todas
126
las direcciones esto tambieacuten depende de la dosificacioacuten ya que al agregar el componente
aacuterido pierde un poco esta caracteriacutestica para obtener grandes resultados se debe tener
una granulometriacutea bien cuidada tambieacuten se obtiene que la resistencia a la compresioacuten
de este tipo de concreto translucido puede ser similar o en ocasiones superior a la del
concreto convencional (ARCUS GLOBAL 2020)
Este trabajo de investigacioacuten utiliza el concreto transluacutecido SEUS elaborado con
poliacutemeros y materiales reciclados que seguacuten Perdomo amp Fandintildeo (2020) registra una
buena resistencia a la compresioacuten (44 MPa) cuando se usa aglomerante de resina de
polieacutester insaturado (Perdomo C amp Fandintildeo M 2020)
43 MARCO CONCEPTUAL
Meacutetodos de disentildeo de pavimentos
Meacutetodo racional
El meacutetodo racional muestra la estructura de pavimento como un medio elaacutestico sobre
el cual se coloca una carga la cual genera en la estructura un esfuerzo el cual es aplicado
especiacuteficamente en la capa superior para comprender estos esfuerzos se puede
interpretar a traveacutes de un modelo mecaacutenico el esfuerzo ejercido en la capa superior se
propaga a traveacutes de la estructura y cada vez que avanza en la estructura el esfuerzo es
menor esto quiere decir que si el grosor del medio elaacutestico que soporta los esfuerzos es
mayor mejor soporta los esfuerzos por que maacutes distancia recorre maacutes deacutebil se vuelve el
esfuerzo
Para el dimensionamiento del pavimento por el meacutetodo racional por el modelo
Boussinesq se tiene en cuenta que la presioacuten ejercida por el neumaacutetico o un peatoacuten el
cual ejerce una carga (Lizcano 2003) las cuales generalmente son mayores de lo que
puede soportar un terreno natural por esta razoacuten la calzada disentildeada debe repartir esta
presioacuten con el fin de volverla tolerable y estos modelos siguen las hipoacutetesis encontradas
a continuacioacuten
ldquoLa carga aplicada a la calzada se esquematiza por una presioacuten qₒ sobre un circulo de
radio ϕ como se puede observar en la siguiente figurardquo (Lizcano 2003)
127
ldquoEl suelo soporte requiere elaacutestico modo de Young E2 relacioacuten de poisson v2 este
suelo solo puede resistir sin deformarse exageradamente un esfuerzo vertical admisible
(σ2) inferior presioacuten a ntildea presioacuten qₒ coacutemo se puede observar en la siguiente figurardquo
(Lizcano 2003)
Figura 7 Distribucioacuten de esfuerzos Modelo Boussinesq
Fuente (Boussinesq 2020)
Posteriormente se identifica una profundidad la cual se determina como H esto con el
fin de que la presioacuten vertical se encuentre al final difusa ya que no se puede sobrepasar
el esfuerzo vertical admisible (Sz) el meacutetodo Boussinesq encontroacute una solucioacuten al poner
que en una profundidad z el esfuerzo vertical es de la siguiente manera (Lizcano 2003)
1205902 = 1199020
[
1 minus(119911119886)
3
(1 + (1199112
1198862))
32
]
Donde
σ2= esfuerzo vertical
128
α = radio de la carga de la huella circular o semieje en la direccioacuten x de la carga de
huella eliacuteptica
q = presioacuten de la carga
X Y y Z = coordenadas cartesianas de un punto
Esta nomenclatura aplicada al pavimento se puede representar de la siguiente manera
Figura 8 Esfuerzos que sufren los pavimentos en tres direcciones
Fuente (Lizcano 2003)
Donde
σ2= esfuerzo vertical
σr= esfuerzo radial de traccioacuten
Es= moacutedulo de Young de un masivo semifinito
v= coeficiente de poisson
ͳ= cizallamiento
Las fuerzas anteriormente nombradas ejercidas en el pavimento se pueden observar
en la siguiente grafica donde se puede identificar la forma en la que un neumaacutetico ejerce
presioacuten sobre el pavimento teniendo en cuenta que el neumaacutetico tiene una forma en la
cual se distribuyen las presiones en forma de ovalo por lo cual en cuanto maacutes se acerca
a su centro maacutes fuerte se vuelve esta presioacuten se puede observar como en la uacuteltima fase
los colores son cada vez maacutes intensos esto quiere decir que en ese logar el pavimento
estaacute sometido a maacutes esfuerzo
129
Figura 9 Huella de la llanta del vehiacuteculo sobre el pavimento
Esfuerzos graficados Fuente (Xiaodi Hu 2017)
Meacutetodo AASHTO
El meacutetodo AASHTO llamado asiacute por sus siglas (American Association of State Highway
and Transportation Officials) es caracteriacutestico por ser un meacutetodo de disentildeo semiempirico
donde en sus inicios fue evaluado para pavimentos flexibles pero tambieacuten fue adaptado
para pavimentos articulados ya que cogieron este como base esto conlleva a que
compartan muchas similitudes es importante tener en cuenta que este meacutetodo emplea
unidades las cuales se estiman mediante el traacutefico ejes estaacutendar en unidades inglesas
18 Kips (82 toneladas) (CASTILLO 2003)
La foacutermula base de este meacutetodo es la siguiente
log10(119864119860119871119904 lowast 119865119903)
= 939 lowast log10(119878119873 + 1) minus 02 + (log10 (119875119900 minus 119875119905
119875119900 minus 15) (04 + (
1094
(119878119873 + 1)519)
+ (232 lowast log10 119872119903) minus 807
Donde
EALs= numero de eje de 18 Kips acumulado en el periodo de disentildeo
Fr= factor de confiabilidad del disentildeo 10^(Zr+So)
Zr= fractil estaacutendar de la ley (funcioacuten de R)
So= desviacioacuten estaacutendar
R= nivel de confiabilidad
SN= numero estructural de la capa
Po= serviciabilidad inicial del pavimento
Pt= serviciabilidad final del pavimento
130
Mr= moacutedulo resiliente de la subrasante (psi)
Generalmente la desviacioacuten estaacutendar es recomendada como 045 el factor de
confiabilidad usado en la formula anteriormente nombra se encuentra dependiendo de la
importancia de la viacutea con lo que se debe tener en cuenta las siguientes recomendaciones
para encontrar el Fr
Tabla 1 Factor de confiabilidad
Nivel de confiabilidad
() 119917119929
50 1000
60 1300
70 1721
75 2010
80 2390
85 2929
90 3775
95 5499
99 8527
Fuente (CASTILLO 2003)
Para definir el nivel de confiabilidad con el que se debe disentildear la viacutea se debe tener en
cuenta factores que dan un nivel de importancia dependiendo del tipo de viacutea que se va a
construir en el siguiente cuadro se encuentran los criterios que deben tenerse en cuenta
para poder obtener un nivel de confiabilidad recomendado
131
Tabla 2 Nivel de confiabilidad
Clase de viacutea
Trafico
promedio
diario
Factor de
distribucioacuten por
carril()
Nivel de
confiabilidad
recomendado
()
Arterias o viacuteas principales
Urbana 40000 90 90
Rural 15000 90 85
Colectora principal
Urbana 15000 90 85
Rural 6000 90 80
Colectora
secundaria
Urbana 6000 100 80
Rural 2000 100 80
Comercial Multifamiliar
Urbana 2000 100 75
Fuente (CASTILLO 2003)
Para encontrar el numero estructural de la capa se debe utilizar la siguiente formula
119878119873 = Σ(119886119894 lowast 119905119894)
Donde
ai= coeficiente de capa de la i
ti= espesor de la capa i
La estructura del pavimento disentildeada por el meacutetodo Asshto despueacutes de tener en
cuenta los materiales con los que se van a construir cada capa y el aporte estructural que
se encuentra en cada una de estas con los cuales dependiendo de la necesidad se elige
su espesor quedariacutean de la siguiente manera
132
Figura 10 Estructura del pavimento AASTHO 1993
Fuente Guiacutea para el disentildeo de estructuras de pavimentos AASTHO 1993
Meacutetodo PCA
Para el disentildeo por el meacutetodo PCA se rige principalmente por los siguientes factores
-resistencia del concreto a la flexioacuten denominada como MR
El moacutedulo de rotura denominado como Mr es uno de los factores maacutes importantes en
el disentildeo de pavimentos articulados ya que por medio de este se mide la tensioacuten maacutexima
que puede soportar un espeacutecimen el cual debe ser fallado a flexioacuten esto ejerciendo las
cargas en 3 puntos
El moacutedulo de rotura puede ser obtenido mediante cargas cantiliver en un punto central
en los tercios Una diferencia importante en estos meacutetodos de prueba es que la prueba
de la carga en los tercios da la miacutenima resistencia en el tercio central de la viga ensayada
mientras que los otros dos meacutetodos muestran la resistencia en un solo punto (Robert G
Packard 1995)
Las pruebas anteriormente mencionadas se realizan generalmente a los 7 14 y 28 y
90 diacuteas las pruebas realizadas a los 7 y 14 diacuteas son utilizados generalmente para
recopilar informacioacuten sobre el comportamiento del concreto y control en el trabajo y para
determinar en queacute momento se puede dar apertura al pavimento los ensayos a 28 diacuteas
son comuacutenmente utilizados para los espesores de la capa superior del pavimento y el
133
uacuteltimo ensayo el de los 90 diacuteas son utilizados para el disentildeo de pistas de aterrizaje
(Robert G Packard 1995)
El concreto tiene una la habilidad de ganar resistencia al aumentar los antildeos de vida
esto se puede representar en una graacutefica la cual representa diferentes tipos de ensayos
realizados a vigas de pruebas las cuales fueron curadas en el campo y tambieacuten de varias
partes de hormigos las cuales estaban en servicio lo cual se puede observar a
continuacioacuten
Figura 11 Evolucioacuten de la resistencia a la flexioacuten en funcioacuten del tiempo
Grafica resistencia Fuente (Robert G Packard 1995)
-Resistencia encontrada de la subrasante y la subbase combinadas denominada como
K
El soporte de la subrasante y la subbase es definido en teacuterminos del moacutedulo de
reaccioacuten de la subrasnate (k) de westergaard Es igual a la carga en libras por pulgada
cuadrada sobre el aacuterea de la carga dividido por la deflexioacuten en pulgadas para esa carga
Los valores de k son expresados como libras por pulgada cuadrada por pulgada es decir
como libras por pulgada cubica (pci) (Robert G Packard 1995) En la siguientes dos
tablas se puede observar el efecto de la subbase asiacute encontrando el valor de K donde
se evaluacutean de dos formas una con la subbase no tratada y la otra con la subbase tratada
con cemento
Tabla 3 Nivel de confiabilidad
Valor de k de la subrasante pci
Valor k de la subbase pci
4 Pulg 6 Pulg 9 Pulg 12 Pulg
134
50 65 75 85 110
100 130 140 160 190
200 220 230 270 320
300 320 330 370 430
Valor de k subbase no tratada Fuente (Robert G Packard 1995)
Tabla 4 Nivel de confiabilidad
Valor de k de la subrasante pci
Valor k de la sub-base pci
4 Pulg 6 Pulg 9 Pulg 12 Pulg
50 170 230 310 390
100 280 400 520 640
200 470 640 830 -
Valor de k subbase tratada con cemento Fuente (Robert G Packard 1995)
-los tipos de cargas que soportara el pavimento frecuencia y pesos
Este factor estaacute en unos de los maacutes importantes ya que se determinan las cargas a las
cuales se va a estar expuesta la viacutea durante toda su vida uacutetil y estas cargas son
directamente responsables con los otros factores del espesor de la viacutea y se deben tener
en cuenta tres factores los cuales se pueden observar a continuacioacuten
Trafico promedio diario de todos los vehiacuteculos
Trafico promedio diario de camiones
Cargas axiales de los camiones
-El uacuteltimo factor es el periodo de disentildeo de la viacutea
El periodo de disentildeo de la viacutea generalmente estaacute en 20 antildeos algunas veces maacutes y
otras menos pero todo depende del criterio que se tenga en la caracteriacutesticas que
requiera la viacutea algunos ingenieros dicen que el rango de periodo de disentildeo debe estar
entre 30 y 35 antildeos algunas obras donde sus materiales carecen de defectos se pueden
disentildear hasta maacutes de 40 antildeos pero todos estos periodos de disentildeo se pueden justificar
de acuerdo a la importancia o tambieacuten econoacutemicamente ya que este afecta directamente
al grosor del pavimento ya que al aumentar los antildeos de disentildeo se incrementan los
135
nuacutemeros de ejes estaacutendar que pasaran por la viacutea ademaacutes de los servicios adicionales
durante el periodo (Robert G Packard 1995)
44 MARCO CONTEXTUAL
El tramo de prueba donde se realizaraacute la validacioacuten en campo del sendero inteligente
Step by Step estaacute ubicado en el Parque Simoacuten Boliacutevar del municipio de Agua de Dios
sitio muy concurrido por la poblacioacuten lo que aduce que no solo impacta a traacutefico peatonal
si no que genera atractivo turiacutestico
El municipio tradicionalmente celebra actividades religiosas en el cerro de la cruz en
un ambiente de clima huacutemedo oacuteptimo para realizar actividades luacutedicas con la naturaleza
con gran variedad de especies Sin embargo desde los uacuteltimos 15 antildeos la afluencia de
los habitantes a estas fiestas ha registrado un declive dejando de lado los atractivos de
este sitio como las aguas azufradas a las cuales se dice que fueron la razoacuten de la
denominacioacuten del municipio sumado a una historia basada en el abandono de los
enfermos de Lepra por parte de la sociedad en el tradicional Puente de los Suspiros
Figura 12 Localizacioacuten del Municipio de Agua de Dios Cundinamarca
Fuente web httpswwwgooglecommaps 2020
El municipio Agua de Dios se encuentra ubicado en el departamento de Cundinamarca
en la zona del alto magdalena donde sus municipios vecinos son Girardot a 26 km al
noreste Tocaima a 15 km al noroeste y Nilo a 8km al sur del municipio Este municipio
136
con un poco maacutes 10000 habitantes (DANE 2018) y que se encuentra a una distancia
total de 124 kiloacutemetros de la Capital del paiacutes Bogotaacute es un municipio pequentildeo de veranos
largos muy calientes y bochornosos los inviernos son cortos Seguacuten el IDEAM la
temperatura media anual de agua de Dios se encuentra entre 26degC y 28degC (IDEAM
2014)
Figura 13 Zona urbana Municipio de Agua de Dios
Fuente web httpswwwgooglecommaps 2020
Al sur oriente se localiza el parque ecoturiacutestico los chorros (ver Figura 14) lugar que
cuenta con una historia enriquecedora desde la fundacioacuten del municipio y que
actualmente se encuentra en un estado de deterioro Pese a que se encuentran diferentes
tipos de especies de aacuterboles y animales lo convierten en sitio turiacutestico rodeado de
balnearios y zonas de comida con un clima extraordinario y con una riqueza cultural a
nivel nacional siendo un sitio propicio para implementar el Step by Step a futuro
137
Figura 14 Balneario los Chorros Agua de Dios
Fuente (Alcaldia de Agua de Dios 2019)
Seguacuten el IDEAM la radiacioacuten solar que emite el Sol se propaga en todas las direcciones
a traveacutes del espacio esa energiacutea es el motor que determina la dinaacutemica de procesos
atmosfeacutericos y de clima La radiacioacuten solar nos proporciona efectos fisioloacutegicos positivos
tales como estimular la siacutentesis de vitamina D que previene el raquitismos y osteoporosis
favorece la circulacioacuten sanguiacutenea actuando en algunos tratamientos en algunas
dermatosis y estimula en algunos casos la siacutentesis de los neurotransmisores cerebrales
responsables del estado aniacutemico (IDEAM 2014) Por esto estaacute encargado de medir la
radiacioacuten solar a nivel nacional argumentando que es importante principalmente como
una de las fuentes alternativas de energiacutea en la generacioacuten de electricidad ademaacutes de
que ayuda a un sin nuacutemero de aplicaciones para crear modelos de prediccioacuten del tiempo
y el clima (IDEAM 2014)
El portal ACCUWEATHER de internet cuenta con alta tecnologiacutea y esta actualizado
cada diacutea sobre datos de clima viento lluvias en cualquier lugar del mundo El sitio web
dice que en el municipio de Agua de Dios se encuentra un historial de temperaturas que
estaacuten entre los 9degC y los 32degC asiacute como hay raacutefagas de viendo que superan los 10
kiloacutemetros por hora (accuweather 2020)
Asiacute mismo cuenta con la microcuenca de la quebrada la Punaacute y esta a su vez hace
parte de la subcuenca del Rio Bogotaacute Cuenca mayor del Rio Magdalena (SECHAGUA
2016) se cuentan con estudios medio ambientales que referencian al municipio y del cual
se pueden tener en cuenta para los datos de precipitacioacuten de lluvias sobre el municipio
138
Seguacuten la Corporacioacuten Autoacutenoma Regional de Cundinamarca CAR en el municipio se
encuentra la estacioacuten meteoroloacutegica de precipitacioacuten denominada Las Violetas Dicha
estacioacuten recoge informacioacuten importante para dar a conocer un valor puntual climaacutetico de
la zona de estudio y con estos datos se pueden evaluar otros factores que sirven para la
agricultura y demaacutes Dichos valores de precipitacioacuten son para los puntos de control para
altitudes de 0 a 1000 metros sobre el nivel del mar
Agua de Dios dentro de un escenario neutro se encuentra en el intervalo de
precipitacioacuten 186 miliacutemetros a 1656 miliacutemetros Bajo un escenario donde se presenta el
fenoacutemeno de El Nintildeo en un intervalo que va desde 264 miliacutemetros hasta 1933
miliacutemetros Y por uacuteltimo bajo un escenario en el que se presenta el fenoacutemeno de La Nintildea
en un intervalo que va desde 436 miliacutemetros hasta 2192 miliacutemetros (CAR 2015)
Teniendo en cuenta los datos anteriores y otros tomados en periodos maacutes largos de
tiempo la CAR hace un anaacutelisis espacial de la precipitacioacuten sobre los municipios que
hacen parte de la jurisdiccioacuten de la CAR Dicho lo anterior el anaacutelisis muestra un reacutegimen
de lluvias bimodal lo que quiere decir que se presentan dos temporadas de lluvias altas
y dos temporadas de lluvias de baja intensidad durante el antildeo la primera temporada de
lluvias se presenta en los meses de diciembre enero y febrero al mismo tiempo se
presentan diferencias en sus cantidades de lluvias espacialmente los menores
voluacutemenes de lluvia se presentan en la cuenca del Rio Bogotaacute donde oscilan en promedio
de 11 y 40 mm mensuales La segunda temporada de lluvias menos intensa se presenta
en los meses de junio Julio y agosto los valores maacutes bajos de lluvias se presentan en la
Cuenca del Rio Bogotaacute donde oscilan de 19 a 42 mm La primera temporada de
voluacutemenes altos de lluvias se presenta en los meses de marzo abril y mayo donde los
valores se encuentran entre 200 y 400 mm mensuales La segunda temporada de lluvias
altas se dan en los meses de septiembre octubre y noviembre los voluacutemenes de lluvia
se encuentran entre 150 y 340 mm mensuales acumulados (CAR 2015)
En consecuencia la temporada de lluvias bajas se concentra en seis meses del antildeo
meses que son importantes para el turismo en todas las regiones del paiacutes Se evidencia
la temporada de fin de antildeo y de mitad de antildeo que son importantes porque la mayoriacutea de
las personas se encuentra en temporada de vacaciones y el municipio de Agua de Dios
durante esa eacutepoca es visitado por ciudadanos de todas las regiones
139
45 MARCO LEGAL
La norma que establece las especificaciones teacutecnicas para el control de calidad de
adoquines de concreto hidraacuteulico en Colombia es la Norma Teacutecnica Colombiana (NTC)
2017 para construir pavimentos articulados tanto para traacutefico peatonal como traacutefico
vehicular asiacute como tambieacuten la descripcioacuten de los materiales que se usan para su
fabricacioacuten
Si se desean caracteriacutesticas diferentes a las que exige la norma estas deben ser
especificadas antes de iniciar el disentildeo del adoquiacuten
A continuacioacuten se muestran unas tablas donde se refleja lo que exige la norma teacutecnica
colombiana NTC 2017 en cuanto al disentildeo de adoquines Ademaacutes de esto la informacioacuten
se sustenta con informacioacuten tomada del Instituto para el Desarrollo Urbano de Bogotaacute la
norma internacional ASTM la norma del Instituto Nacional de Viacuteas (INVIAS)
Tabla 5 Partes de los Adoquines
PARTE ESPECIFICACION ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Cara de desgaste
NTC 2017 Parte superior del adoquiacuten la cual queda al aire en su instalacioacuten
Soporta directamente el transito
Capa superior capa superficial
NTC 2017 Capa que conforma la cara de desgaste en adoquines bicapa
No todos los adoquines son bicapa
Capa inferior NTC 2017
Capa ubicada debajo de la capa superficial en adoquiacuten bicapa Constituye la mayoriacutea de la masa de los mismos
No todos los adoquines son bicapa
Cara de apoyo
NTC 2017 Cara inferior del adoquiacuten
Cara que queda en contacto con la capa de arena en su instalacioacuten
Superficie de referencia
NTC 2017
En adoquines no biselados es la superficie que corresponde a la cara de desgaste En adoquines biselados corresponde a la
140
cara de desgaste sin tomar en cuenta el volumen del prisma sustraiacutedo por el bisel
Forma
NTC 2017
Poliacutegono que define la cara de desgaste y la cara de apoyo y que a su vez determina el prisma recto que le da volumen al adoquiacuten
Arista NTC 2017 Liacutenea de interseccioacuten entre dos planos o caras
Hace referencia a lo que conforma la cara de desgaste y las paredes
Arista de Laacutepiz
NTC 2017
Arista de forma redondeada con radio de35 mm aproximadamente
Se le da forma redondeada en el proceso de fabricacioacuten
Bisel NTC 2017
Perfil inclinado a 45deg aproximadamente en adoquiacuten biselado o parcialmente biselado
Se considera como parte del bisel la franja generada por las rebabas verticales una vez retiradas
Separador NTC 2017
Salientes verticales (nervaduras placas) generadas en las paredes del adoquiacuten para garantizar la separacioacuten
Se hace con el fin de que las juntas se puedan llenar de arena
FUENTE Informacioacuten propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 de
2004-02-05 y el Instituto de Desarrollo Urbano (IDU)
Tabla 6 Geometriacutea del adoquiacuten seguacuten NTC 2017
DIMENSIONES ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Espesor Dimensioacuten perpendicular a la cara de desgaste
141
Medida desde la cara de desgaste hasta la capa inferior
Espesor estaacutendar (ee)
Espesor tomado de manera anaacuteloga del espesor real
Lo especifica el productor
Espesor real (er) Espesor del adoquiacuten Medido en cada espeacutecimen
Espesor real promedio (er) del espeacutecimen
Promedio de cuatro mediciones del espesor real
Las cuatro mediciones son en el mismo espeacutecimen
Espesor real promedio (er) de la muestra
Promedio de valores del espesor real promedio del espeacutecimen
Se calcula con la cantidad de especiacutemenes de la muestra
Espesor de la capa superficial (ecs) del espeacutecimen
Espesor miacutenimo de la capa superficial en adoquines bicapa
Se mide con relacioacuten a la superficie de referencia
Espesor de la capa superficial (ecs) de la muestra
Promedio de valores del espesor de la capa superficial del espeacutecimen
Se calcula con la cantidad de especiacutemenes para la muestra
Longitud Dimensioacuten del adoquiacuten en direccioacuten del eje mayor del aacutengulo inscrito
No se incluyen separadores
Longitud estaacutendar (le)
Longitud tomada de manera anaacuteloga de la longitud real
Se especifica por el fabricante
Longitud nominal (ln)
Suma de la longitud estaacutendar maacutes el ancho estaacutendar
Longitud real (lr) Es la longitud del adoquiacuten Longitud medida directamente en cada espeacutecimen
Longitud real promedio (lr) del espeacutecimen
Promedio de dos mediciones de la longitud real
Longitudes medidas para cada espeacutecimen
Longitud real promedio (lr) de la muestra
Promedio de los valores de la longitud real promedio del espeacutecimen
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Ancho Medicioacuten del adoquiacuten en direccioacuten del eje menor del rectaacutengulo inscrito
No se incluyen separadores
142
Ancho estaacutendar (ae)
Ancho tomado de manera anaacuteloga del ancho real
Se especifica por el fabricante
Ancho nominal (an)
Suma del ancho estaacutendar maacutes el ancho de la junta estaacutendar
Ancho real (ar) Es el ancho del adoquiacuten Se mide directamente sobre cada espeacutecimen
Ancho real promedio (ar) del espeacutecimen
Promedio de dos mediciones del ancho real
Medidas para cada espeacutecimen
Ancho real promedio (ar) de la muestra
Es el promedio del ancho real promedio del espeacutecimen
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Ancho del rectaacutengulo inscrito (ai)
Dimensioacuten del eje menor del rectaacutengulo inscrito
Proyeccioacuten horizontal del bisel (phb)
Proyeccioacuten del perfil del bisel sobre la superficie de referencia
Incluye la franja por rebaba si existe
Proyeccioacuten vertical del bisel (pvb)
Proyeccioacuten del perfil del bisel sobre la pared del adoquiacuten
Incluye la franja por rebaba si existe
Ancho de los separadores (as)
Dimensioacuten transversal de los separadores en el plano de la pared del adoquiacuten
Espesor de los separadores (as)
Dimensioacuten de los separadores en sentido perpendicular a la pared del adoquiacuten
Espesor de los separadores promedio (es) del espeacutecimen
Promedio de los valores del espesor de los separadores
Medidos para cada espeacutecimen
Espesor de los separadores promedio (es) de la muestra
Promedio de los valores del espesor de los separadores promedio
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Fuente Propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 publicada 2004-02-
05
143
Tabla 7 Requisitos geomeacutetricos de los adoquines
REQUISITOS ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Longitud nominal (ln)
No debe ser mayor a 250 mm ni menor a 50 mm
Por lo general se encuentra entre 100 mm y 250 mm
Ancho nominal (an)
No debe ser menor a 50 mm Por lo general se recomienda 80 mm
Espesor estaacutendar (ee)
No debe ser menor a 60 mm Se recomienda espesores para uso peatonal no menor a 60 mm y a vehicular no menor a 80 mm
Junta estaacutendar Deber ser de 2 mm Si es mayor se considera malformacioacuten
Relacioacuten entre longitud nominal y ancho nominal
Debe ser menor o igual a 4 No se aplica a unidad complementaria o especial
Relacioacuten entre longitud nominal y espesor estaacutendar
Debe ser menor o igual a 4 No se aplica a unidad complementaria o especial
Tolerancias en la longitud real y ancho real
Cada par de mediciones no debe diferir entre si en maacutes de 15 mm
Mediciones tomadas sobre la cara de desgaste y sobre la cara de apoyo
Tolerancias en la longitud real promedia y ancho real promedia
Cada espeacutecimen de la muestra no deben diferir de la longitud estaacutendar y ancho estaacutendar en maacutes de 15mm
Mediciones tomadas en cada espeacutecimen de la muestra
Tolerancias en espesor real y espesor estaacutendar
Las mediciones del espesor real no deben diferir del espesor estaacutendar en maacutes de 2 mm
Adoquines con acabado plano o junta falsa
Aristas
Para las aristas en adoquines no biselados se aceptan desportilladuras con una dimensioacuten no mayor a 3 mm
Desportilladuras mayores a 3 mm se consideran defectos
Bisel
Debe tener igual forma y perfil en toda la longitud Tanto proyeccioacuten horizontal (phb) y proyeccioacuten vertical (pvh) debe ser miacutenimo 3 mm y maacuteximo 7 mm
Rango La diferencia entre la mayor y la menor de las mediciones de phb
Medidas tomas para cada espeacutecimen de la muestra
144
y pvh no debe ser mayor de 15mm
Separadores
En cada pared del adoquiacuten se debe tener un separador por adoquiacuten seguacuten el patroacuten de instalacioacuten Ancho de separador debe estar entre 4 mm y 15 mm Espesor del separador debe ser 2 mm maacutes o menos 05 mm
Solo aplica para adoquines con separadores descritos anteriormente
Capa superficial Espesor de la capa superficial (ecs) debe ser al menos 8 mm
Solo se aplica para adoquines bicapa En ninguacuten momento durante su uso o en el ensayo a flexo traccioacuten se debe presentar desprendimiento total y parcial de las dos capas
Fuente Propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 publicada 2004-02-
05
451 ABSORCION DE AGUA
Seguacuten la Norma Teacutecnica Colombiana ICONTEC 2017 lo adoquines de concreto al
momento de salir de la faacutebrica deben presentar una absorcioacuten de agua (Aa) menor o
igual al 7 como valor promedio de los especiacutemenes de la muestra y menor o igual a 8rdquo
para cada adoquiacuten individual (Icontec 2018)
Equipo
Para realizar las mediciones de las dimensiones del adoquiacuten se debe contar con un
calibrador de aguja con divisiones cada 01mm (Icontec 2018)
Para realizar ensayo de absorcioacuten de agua se usan los cinco especiacutemenes de la
muestra despueacutes de haberles medido las dimensiones exceptuando la del espesor de la
capa superficial y a los que posteriormente se les va a realizar ensayo a flexo traccioacuten
(Icontec 2018) Las masas se deben registrar con una balanza con una sensibilidad de
1 gramo
Y un horno ventilado con una temperatura controlada entre 100 C y 115 C y con un
volumen de al menos 25 veces el de los especiacutemenes que se van a secar al mismo
tiempo (Icontec 2018)
145
Procedimiento
Todos los especiacutemenes de la muestra se deben secar simultaacuteneamente en un horno
ventilado a una temperatura entre 100 C y 115 C Deben quedar separados entre si y de
cualquier superficie caliente como miacutenimo 25 mm Se deben secar hasta obtener una
masa sema (ms) constante despueacutes de un periodo miacutenimo de secado de 24 horas y
hasta que en dos pesajes sucesivos a intervalos de 2 horas la masa presente una
disminucioacuten de menos del 02 con respecto a la masa anterior (Icontec 2018)
Saturacioacuten
Para el ensayo los especiacutemenes deben ser sumergidos en agua durante 24 horas a
una temperatura que debe encontrarse entre 15 C y 27 C Debe haber un volumen de
agua suficiente para que entre la superficie y la cara del adoquiacuten haya una medida entre
25 mm y 50 mm No se deben poner especiacutemenes sobre otros (Icontec 2018)
Caacutelculos
Se debe usar la siguiente ecuacioacuten para hallar el porcentaje de absorcioacuten de agua del
espeacutecimen (Icontec 2018)
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899 (119860119886) =(119872ℎ minus 119872119904)
119872119904lowast 100
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
452 RESISTENCIA A LA FLEXO TRACCION (MODULO DE ROTURA)
ESPECIMENES DE ENSAYO
Los especiacutemenes a usar son unidades a las que ya les fue evaluada la apariencia las
dimensiones y hallado el porcentaje de absorcioacuten de agua Deben ser unidades
completas Las unidades son sometidas al ensayo a flexo traccioacuten con el fin de halla el
146
Modulo de Rotura (MR) Las unidades deben permanecer sumergidas en el agua durante
24 horas antes del ensayo se sacan y se dejan escurrir durante un minuto luego se
secan con un pantildeo seco para someterlas a ensayo (Icontec 2018)
EQUIPO
La maacutequina de ensayo para la determinacioacuten de la resistencia a la flexo traccioacuten debe
ser capaz de aplicar cargas de 20 KN (Icontec 2018)
Figura 15 Prueba de ensayo a Flexo traccioacuten de Adoquines de concreto (Icontec
2018)
147
Fuente Editada por los autores de (Icontec 2018)
Procedimiento
El espeacutecimen saturado y superficialmente seco se coloca sobre la maacutequina de ensayo
con la cara de desgaste hacia arriba de manera que el elemento superior de la maquina
coincida con el eje menor del rectaacutengulo inscrito sobre la cara de desgaste y los apoyos
inferiores coincida con una liacutenea paralela 10 mm adentro de los lados menores del
rectaacutengulo inscrito (Icontec 2018)
La maacutequina de ensayo debe aplicar la carga a una velocidad tal que produzca un
aumento cercano a 05MPas quiere decir que un tiempo de ensayo de 10 segundos
para 5 MPas El valor calculado se debe expresar en la unidad equivalente a MPa con
exactitud de 01 MPa (Icontec 2018)
Aparte de la Norma Teacutecnica Colombiana (NTC) 2017 que es la norma que rige la
fabricacioacuten y el uso de adoquines existe la norma American Society of Testing Materials
(ASTM) es una asociacioacuten que se encarga de medir la resistencia de los materiales para
la construccioacuten dicha norma es la base para crear las normas de nuestro paiacutes por eso
148
es de gran importancia hacer mencioacuten de ella en este documento y a las normas que se
abarcan (Icontec 2018)
A continuacioacuten algunas de las normas ASTM para adoquines en concreto
ASTM C-936 absorcioacuten flexo traccioacuten y abrasioacuten (Icontec 2018)
Absorcioacuten maacutexima a la humedad la cual dice que la absorcioacuten promedio de las
muestras ensayadas no seraacute mayor del 5 con ninguacuten resultado individual mayor del 7
(Torres 2020)
clasifica a los adoquines en tipo A B Y C seguacuten cuadro
Tabla 8 Clasificacioacuten de los adoquines seguacuten su absorcioacuten
Clase
Absorcioacuten ( en de masa)
Promedio de 3
adoquines miacutenimo
Valor maacuteximo
individual
A le7 77
B le9 99
C le9 99
Fuente (Icontec 2018)
Ensayos a la flexo traccioacuten (moacutedulo de rotura) seguacuten norma ASTM C-936 promedio
459 kgcm2 individual 367Kgcm2 no se realiza en nuestro caso al menos que sea una
peticioacuten especial del cliente consiste en someter el adoquiacuten a una carga puntual para
medir su capacidad elaacutestica antes de romperse (Torres 2020)
Clasificacioacuten de los adoquines por su uso 1- Clase A uso industrial y traacutensito pesado
350 kgcm2 2- Clase b uso transito liviano 250 kgcm2 3- Clase c uso peatonales y
espacios puacuteblicos menores de 250 kgcm2
Tabla 9 Resistencia miacutenima de los adoquines
Clase Espesor miacutenimo
del adoquiacuten (mm)
Resistencia miacutenima a flexioacuten del adoquiacuten Mpa
(kgcm2)
Promedio de 3
adoquines
Miacutenimo de adoquiacuten
individual
149
A 54(55) 46(468)
B 41(42) 35(357)
C 41(42) 35(357)
Ensayo a la Abrasioacuten Es una prueba al desgaste que en algunos proyectos exigen
como referente para medir la perdida de volumen del aacuterea sometida (Torres 2020)
Tabla 10 Resistencia a la abrasioacuten
Meacutetodo de Ensayo Valor
Mediante arena y disco
metaacutelico ancho le23 mm
Ensayo de Bohme le20000 mm35000 mm2
Fuente (Icontec 2018)
ASTM C 33 Esta norma indica coacutemo hacer concreto y que elementos deben agregarse
para prepararlo y usarlo Los agregados tratados en la norma son tanto finos como
gruesos En la norma los agregados finos estaacuten definidos como arena natural arena
elaborada o una combinacioacuten de ambas Los agregados gruesos se definen como grava
grava triturada escombros horneados y enfriados por aire concreto triturado de cemento
hidraacuteulico (Velares 2020)
Tambieacuten establece los liacutemites sobre sustancias perjudiciales o nocivas de agregado
de concreto fino Por ejemplo hay liacutemites en la cantidad de terrones de arcilla y partiacuteculas
deleznables (piezas pequentildeas de agregado que se descomponen faacutecilmente) Eacutestas se
limitan a 30 por ciento o menos de la masa total El agregado extremadamente ligero
tambieacuten se limita a 30 por ciento o menos de la masa total y el carboacuten y lignito se limitan
a 50 por ciento o menos Cualquiera de estos elementos puede hacer que el concreto
pierda fuerza y se deteriore de forma maacutes raacutepida (Velares 2020)
ASTM C-140 Dicha norma se refiere al ensayo de absorcioacuten de agua dejando un
valor menor al 5 para la absorcioacuten promedio por muestra y de 7 para valores
individuales
ASTM C-979 Especificaciones sobre el uso de pigmentos
150
ASTM C-144 Requerimientos de granulometriacutea
Tabla 11 Franja granulomeacutetrica para arena de prefabricados
TAMIZ
PORCENTAJE QUE PASA
ARENA NATURAL
ARENA MANUFACTURADA
No 4 (475mm) 100 100
No 8 (236mm) 95-100 95-100
No 16 (118mm) 70-100 70-100
No 30 (0600 mm) 40-55 40-100
No 50 (0300 mm) 13-35 13-58
No 100 (0150mm) 2--15 10--15
No 200 (0075 mm) 0 0-10
Fuente (Icontec 2018)
En Colombia existen algunas leyes que promueven el uso de energiacuteas renovables
pero tambieacuten esas mismas leyes las regulan La ley maacutes importante en el paiacutes
colombiano es la Ley 1775 de mayo de 2014 dicha ley dice que se promueve y regula el
desarrollo y el uso de las fuentes de energiacuteas renovables no convencionales en especial
las que son renovables Promueve su integracioacuten al mercado eleacutectrico la participacioacuten
en zonas vulnerables y en otros usos energeacuteticos que aportan para el desarrollo
sostenible del paiacutes (COLOMBIA 2014)
La ley 1775 de 2014 y que promueve y regula el uso de energiacuteas renovables a su vez
es regulada por la Resolucioacuten 281 del 5 de Junio de 2015 que dictoacute el director general de
la Unidad de Planeacioacuten Minero Energeacutetica (UPME) la resolucioacuten dice que por medio de
la cual se regula la integracioacuten de energiacuteas renovables no convencionales al sistema
energeacutetico del paiacutes estable el marco legal y los instrumentos para la promocioacuten el
desarrollo y la utilizacioacuten de fuentes no convencionales de energiacutea (FNCE) (UPME 2015)
La UPME realizo anaacutelisis teacutecnicos y econoacutemicos consignados en el documento
ldquoANALISIS PARA LA DEFINICION DEL LIMITE MAXIMO DE POTENCIA DE LA
AUTOGENERACION A PEQUENtildeA ESCALA EN EL SISTEMA INTERCONECTADO
151
NACIONAL (SIN)rdquo y que estos sirvieron para la definicioacuten del liacutemite de que trata la
resolucioacuten Que resuelve que
ldquoARTICULO PRIMERO El liacutemite maacuteximo de potencia de la autogeneracioacuten a pequentildea
escala seraacute un (1) MW y corresponderaacute a la capacidad instalada del sistema de
generacioacuten del autogeneradorrdquo (UPME 2015)
152
5 DISENtildeO METODOLOacuteGICO
Este proyecto de investigacioacuten se realizaraacute bajo las condiciones espaciales
medioambientales de Girardot Ciudad y Regioacuten en coordinacioacuten en la sede de la Unidad
de ensayos e investigacioacuten del semillero de investigacioacuten SEUS donde se gestoacute y que
hace parte del macroproyecto ldquoPREFABRICADOS DE NUEVA GENERACIOacuteNrdquo
51 INSTRUMENTOS
La instrumentacioacuten que se emplea en el desarrollo de este proyecto de investigacioacuten
son propiedad del laboratorio PC Disentildeos y Construccioacuten SAS y que se pueden usar
gracias al convenio interinstitucional con la Universidad Piloto de Colombia SAM ldquoUnidad
de ensayos e investigacioacutenrdquo y el laboratorio
De igual forma se usan como patrones de medida lo que especifica la norma
colombiana para construccioacuten de edificaciones Sismo Resistentes NSR-10 Los
procedimientos de cada ensayo se ajustaron de acuerdo a las normas teacutecnicas
colombianas como las ICONTEC y homologada de la norma internacional ASTM
Tabla 12 Instrumentos empleados para el proyecto
INSTRUMENTO MUESTRA PROCEDIMIENTO
Juego de tamices y balanza 01
gr
Granulometriacutea mediante
uso de tamices
ASTM C136-01
NTC 77
Mesa de flujo y moldes para
cubos
Fluidez de morteros de
cemento hidraacuteulico ASTM C-230
Equipo de concretos
Mezcladora (trompo) balanzas
palustres varilla punta roma
cilindros de acero
Toma de muestras de
concreto y fabricacioacuten de
adoquines
ASTM C172-10
NTC 454
Formaleta para adoquiacuten
Fabricacioacuten de
especiacutemenes para
ensayos y tramo de
prueba
NSR-10
Prototipo disentildeado
por los autores
Prensa hidraacuteulica para ensayo a
compresioacuten
ASTM C392005
NTC 673
153
Compresioacuten de cilindros
de concreto y
especiacutemenes de adoquiacuten
Prensa hidraacuteulica para ensayo a
flexo traccioacuten
Ensayo a flexo traccioacuten
de especiacutemenes de
muestra
Horno para ensayo de
absorcioacuten y para secado
Ensayo de absorcioacuten y
secado de las muestras
Entrevista Comunidad Municipio
Agua de Dios
Canal comunitario
H20 TV
FUENTE Los autores 2020
154
6 PROCEDIMIENTO
Aquiacute seriacutea bueno que incluyeran un paacuterrafo contando de que se trata el procedimiento
de la investigacioacuten
Figura 16 Ruta de actividades para el prototipaje de Step by Step
Fuente Los autores octubre 2020
61 CRONOGRAMA
El horario de trabajo en campo es acordado entre los autores dado al nuevo ajuste por
las restricciones por la pandemia haciendo una articulacioacuten con la sede la Unidades de
ensayos e investigaciones del semillero SEUS Fabricando los adoquines en casa y
Caracteriza-cioacuten de
agregados
bull Arena
bullCemento
bullGravilla
Disentildeo de mezclas
bullDosificacioacuten
bullConcreto translucido
Disentildeo de prototipo
bullFormaleta
bullGeometriacutea
bullPeso
ResistenciabullFabricacioacuten de muestra
bullEnsayos a muestras
155
realizando los ensayos bajo las normas teacutecnicas y de bioseguridad en la sede del
laboratorio
Para cumplir cumplir con los objetivos de este proyecto de investigacioacuten se acuerda el
siguiente cronograma
Tabla 13 Cronograma de actividades para el prototipaje de Step by Step
Fases y sus actividades Responsables Fechas de
ejecucioacuten
Recursos a
utilizar
Formulacioacuten Marlon Barrera
Fabio Viancha nov-19 Laboratorio
Caracterizacioacuten de
agregados (ensayos de
laboratorio)
Marlon Barrera
Fabio Viancha feb-20 Laboratorio
Disentildeo de mezcla- adoquiacuten
de prueba 1
Marlon Barrera
Fabio Viancha mar-20 Laboratorio
Compresioacuten de cilindros-
Resistencias
Marlon Barrera
Fabio Viancha
Abril- Mayo
2020 Laboratorio
Mezcla con materiales
reciclados
Marlon Barrera
Fabio Viancha Junio-Julio 2020 Laboratorio
Elaboracioacuten de documento Marlon Barrera
Fabio Viancha
Agosto-Sept-
Oct 2020 Biblioteca
156
7 CAPITULO 1 PROTOTIPAJE DEL ADOQUIacuteN
Como se ha mencionado se va a usar material reciclado para el disentildeo de mezcla
siendo el principal material reciclado el vidrio molido Dicho material se muele dentro del
laboratorio haciendo uso de la maacutequina de los aacutengeles El procedimiento para moler el
vidrio molido comienza pesando 5000 gramos de vidrio partido en una balanza digital
como se muestra en la siguiente imagen
Figura 17 Material reciclado (vidrio)
Fuente Los autores 2020
Luego de pesar el material se debe hacer uso de la maacutequina de los aacutengeles se
introduce el vidrio dentro de la maquina con todas las esferas de acero se pone a
funcionar la maquina durante 17 minutos
157
Figura 18 Trituracioacuten del vidrio con molino de bolas
Fuente Los autores octubre 2020
Cuando pasan los 17 minutos de tiempo de la maquina en funcionamiento esta debe
ser apagada para descargarla el vidrio ya molido se descarga sobre la bandeja de la
maacutequina
Figura 19 Vidrio pulverizado luego de la trituracioacuten y molienda
Fuente Los autores 2020
158
Luego el material se debe tamizar haciendo uso del tamiz frac12 que tiene aberturas en su malla de un diaacutemetro de 125 miliacutemetros y maacutes abajo el tamiz nuacutemero 4 que tiene aberturas en su malla de un diaacutemetro de 475 miliacutemetros
Figura 20 Tamizado del material
Fuente Los autores octubre 2020
El material a usar es el que pasa el tamiz frac12 y el que queda retenido en el tamiz nuacutemero 4 Luego el material se debe lavar usando el tamiz nuacutemero 200 para que no se pierda material
Figura 21 Vidrio lavado y secado en horno
Vidrio lavado Fuente Los autores octubre 2020
159
Luego el vidrio se debe poner a secar durante 24 horas en un horno a una temperatura de 115degC Finalmente el vidrio molido y limpio en su totalidad se almacena en canecas como se muestra en las siguientes imaacutegenes a la espera de tener el adoquiacuten con concreto convencional para luego hacer la mezcla del concreto translucido El vidrio molido queda del mismo tamantildeo de la grava y de una arena entonces en el concreto translucido este material reciclado hace el reemplazo
Figura 22 Diferentes gradaciones de vidrio triturado y molido
Fuente Los autores octubre 2020
Para la mezcla del concreto convencional se usaron agregados como la grava de
planta de diaacutemetro frac12 pulgada y a arena gris de planta asiacute como tambieacuten se usa cemento
de uso general marca Argos
La caracterizacioacuten de los materiales como la grava y la arena tuvo que realizarse de
manera remota por medio de reuniones virtuales entre los autores y la tutora de esta
investigacioacuten que por su experiencia profesional supo de queacute materiales se trataban y
se hizo una caracterizacioacuten basados en su experiencia Esto se realizoacute debido a las
restricciones de movilidad dadas por la pandemia mundial vivida en el antildeo en curso
La caracterizacioacuten del cemento de uso general marca argos se tomoacute con datos y
experimentos que ya se han realizado en el laboratorio de investigacioacuten de ante mano
se sabe que el cemento tiene un buen comportamiento con buenas caracteriacutesticas
mecaacutenicas que ayudan a que la resistencia del concreto buscada de sus resultados
160
Figura 23 Agregados para la mezcla de concreto
Fuente Los autores septiembre 2020
Teniendo la caracterizacioacuten de los materiales agregados se procede a realizar el
disentildeo de mezcla Se busca que los especiacutemenes del adoquiacuten tengan una resistencia
total a los 28 diacuteas de 4000 psi por lo que para el volumen de los adoquines que se van
a fundir se hace el siguiente disentildeo de mezcla
Tabla 14 Dosificacioacuten para la elaboracioacuten de las muestras
Material Unidad Cantidad
Cemento Kg 17
Agua Kg 85
Agregado grueso Kg 30
Agregado fino Kg 26
Aditivo cm3 170
Se aclara que el agregado grueso se refiere a la grava y el agregado fino a la arena
161
El aditivo que se usa para la mezcla es Sika Fluid es un aditivo proporcionado por el
laboratorio de PC Disentildeos y construccioacuten SAS Este aditivo es liacutequido y lo que hace es
permitir que la mezcla de concreto sea maacutes fluida y trabajable sin la necesidad de usar
maacutes agua ademaacutes de esto mejora la resistencia del concreto es todas las edades y
disminuye la permeabilidad del mismo
Este aditivo tiene tres usos plastificante reductor de agua y economizador de
cemento Como plastificante ayuda a obtener mezclas maacutes fluidas se adiciona a una
mezcla de concreto y se consigue que se incremente el asentamiento (SIKA 2018)
Como reductor de agua al adicionarlo a la mezcla sin variar el asentamiento se reduce
el agua y se incrementa la resistencia (SIKA 2018) Como economizador de cemento
ese incremento en resistencia se puede aprovechar reduciendo la cantidad de cemento
y se reducen los gastos (SIKA 2018) Para realizar la mezcla de concreto con el disentildeo
de mezcla obtenido primero se pesan los materiales haciendo uso de una balanza para
personas como la que se muestra en la imagen a continuacioacuten
Figura 24 Dosificacioacuten de agregados
Fuente 2020
Masa de agregados Homogenizacioacuten en seco
Mezclado Elaboracioacuten de muestras
162
Al pesar los agregados estos se vaciacutean sobre una batea y se mezclan en seco de una
manera uniforme para que la mezcla quede homogeacutenea eso se realiza usando uso de
una pala Finalmente se moja la mezcla con la cantidad de agua mezclada con el aditivo
estipulada en el disentildeo de mezcla y se revuelve dentro de la batea de una manera
uniforme buscando que la mezcla de concreto quede homogeacutenea Seguido se procede a
realizar es a untar la formaleta de acpm y vaciar el concreto sobre ella para fundir los
adoquines Se espera un diacutea despueacutes de la fundida para desencofrar y proceder a curar
los adoquines en una caneca de agua como se muestra en las siguientes imaacutegenes
Figura 25 Desencofrado de prototipos de concreto hidraacuteulico
Fuente los autores 2020
En la imagen anterior se logra evidenciar la forma de cada adoquiacuten el orificio del medio
es por donde se instalaraacuten los cables hacia la pieza de forma trapezoidal donde iraacute la luz
led y el concreto translucido
Desencofrado de muestras Curado de muestras
163
8 CAPITULO 2 DISENtildeO GEOMEacuteTRICO DEL PAVIMENTO ARTICULADO
Disentildeo de adoquiacuten
Como primera medida se realizoacute un disentildeo de la forma del adoquiacuten prefabricado el
cual se escogioacute de forma rectangular y con las especificaciones mostradas en las
siguientes imaacutegenes donde se adjunta el modelo haciendo uso de programas de disentildeo
como AutoCAD en las cuales encontramos
Detalle de adoquiacuten
Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida
Detalle del adoquiacuten 3D
Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 3D
Figura 26 Detalle del adoquiacuten
Fuente los autores 2020
164
Figura 27 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida
Fuente los autores septiembre 2020
Figura 28 Detalle del adoquiacuten 3D
Fuente los autores 2020
CINTA DE LUCES LED
PIEZA DE CONCRETO TRANSLUCIDO
CABLEADO
COLORCARACTERISTICO
165
Figura 29 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 3D
Fuente los autores septiembre 2020
En las figuras anteriores se identifica el disentildeo de adoquiacuten individualmente donde
se puede observar un espesor de 8 cm en cuanto a su espesor total en las caras
exteriores un espesor de 2 cm en el concreto translucido el cual se puede observar en
el medio del adoquiacuten tambieacuten unas dimensiones en cuanto a su largo y ancho de 25 cm
y 15 cm respectivamente en el concreto convencional y en su interior la pieza translucida
las dimensiones en cuanto a su largo y ancho son de 16 cm y 8 cm respectivamente por
uacuteltimo en las imaacutegenes se puede observar un agujero en el medio del adoquiacuten que
atraviesa el concreto convencional por el cual pasariacutea el cableado que permitiriacutea conectar
los adoquines al sistema de sensores y de energiacutea solar u adaptable a otras energiacuteas
166
Para definir teoacutericamente las propiedades del adoquiacuten y tener una base que nos
permita tener en cuenta caracteriacutesticas como el espesor teniendo en cuenta la resistencia
a la compresioacuten y flexioacuten esto aplicando el meacutetodo racional despejando la formula
principal anteriormente nombrada
1205902 = 1199020
[
1 minus(119911119886)
3
(1 + (1199112
1198862))
32
]
1205902 = 2942
[
1 minus(
0080025
)3
(1 + (0082
00252))
32
]
1205902 = 87124 119873
Donde
σ2= esfuerzo vertical
en esfuerzo vertical es el resultado de la operacioacuten anterior donde el resultado despueacutes
de despejar fue de 87124 newton
α = radio de la carga de la huella circular o semieje en la direccioacuten x de la carga de
huella eliacuteptica donde se realizoacute un estudio de una llanta promedio donde se pintoacute y se
dibujoacute la huella con el fin de conocer el radio teniendo un resultado de 25 cm de radio la
huella realizada se puede observar en la siguiente imagen
167
Figura 30 Huella de neumaacutetico
Fuente los autores 2020
qo = presioacuten de la carga encontrada en el puente por medio de una estimacioacuten la cual
contiene el peso promedio de una persona el cual es de 63 kg pero tambieacuten se tiene en
cuenta si la persona se desplaza en cicla ya que cabe la posibilidad aunque es peatonal
y tenemos un factor de seguridad estimado de 3 veces el peso promedio lo cual nos dariacutea
un peso maacuteximo de 300 kg lo cual en cuanto a la carga multiplicaacutendolo por la gravedad
tendriacuteamos 2942 N
X Y y Z = coordenadas cartesianas de un punto es encontrada gracias a la estructura
del pavimento ya que ese desplazamiento de la energiacutea en el eje z en el caso de este
sendero es de 8 cm el cual es el espesor del adoquiacuten este solo descansa en una capa
de arena
Disentildeo de Tramo
Despueacutes de disentildear el adoquiacuten como unidad se procedioacute a disentildear un tramo el cual
como antes se nombroacute un sitio ideal para el desarrollo del mismo es la vereda los chorros
por lo cual se decidioacute para obtener una adaptabilidad al terreno y un disentildeo que sea
atractivo y el resultado de este tramo con los adoquines propuestos se puede observar
en la siguiente imagen
Figura 31 Vista en planta sendero inteligente
168
Fuente los autores 2020
Como se puede observar en la Figura 31 se obtiene una vista en planta la cual tiene
un disentildeo intercalado con una armoniacutea en los colores caracteriacutesticos del adoquiacuten que le
permite al sendero inteligente ser tener un impacto el cual genere un acercamiento de los
turistas y comunidad en general tambieacuten el tramo contiene unas dimensiones tentativas
de 17 metros y de 293 metros en cuanto a su ancho y largo respectivamente
169
Posterior mente se realizoacute un plano esquemaacutetico donde se observan las tuberiacuteas y
cableado electro a implementar en el disentildeo del sendero inteligente donde se encuentra
una red eleacutectrica guiada por tuberiacuteas en la parte inferior que conduce el cableado hasta
el sistema que compone la alimentacioacuten con energiacutea solar el cual se puede observar a
continuacioacuten
Figura 32 Informacioacuten eleacutectrica
Fuente los autores 2020
170
Disentildeo de formaleta
Al tener los materiales necesarios con su respectiva caracterizacioacuten el siguiente paso
fue realizar el disentildeo y la construccioacuten de la formaleta en la cual se fundiriacutea la parte
construida con concreto del adoquiacuten esta se puede observar a continuacioacuten
Figura 33 Formaleta
Fuente los autores 2020
En la Figura 33 se puede observar la formaleta construida en madera de un buen
grosor ya que se necesita una buena esta resistencia la cual fue disentildeada con unos
trozos de madera de 2 cm de espesor el cual deja el espacio para la posterior adicioacuten del
concreto translucido tambieacuten se puede observar un cilindro de madera el cual permite
dejar el espacio para la conexioacuten de la luz led
Construccioacuten de adoquines
Despueacutes de tener construida la formaleta y con los materiales listos el siguiente
paso es realizar la mezcla del concreto convencional para vaciarlos en la formaleta ya
preparada tal como se puede observar a continuacioacuten
171
Figura 34 Prototipaje del adoquiacuten
Fuente los autores 2020
Mezcla Concreto hidraacuteulico Vaciado del concreto
Pasantes de cables Desecofrado de pasantes
Adoquiacuten parte inferior Adoquines con pasantes
Concreto transluacutecido Adoquines bicapa
172
Posteriormente se realizoacute el vaciado del concreto convencional en la formaleta
preparada con su respectivo vibrado y las diferentes teacutecnicas que permiten tener un
concreto de buena finalmente cuando el concreto tiene una consistencia considerable y
teniendo en cuenta el entorno se procede a desencofrar los adoquines y retirar los
implementos instalados en el medio para permitir el paso del cableado (ver Figura 34)
Despueacutes de tener los adoquines desencofrados el siguiente paso es apartas los que
van a ser sometidos a pruebas de compresioacuten y flexioacuten dejaacutendolos sumergidos durante
el tiempo estipulado en el siguiente capiacutetulo donde algunos son fallados con y otros sin
concreto translucido ademaacutes de apartar los 14 adoquines del tramo de prueba los cuales
fueron fundidos con el concreto translucido instalando previamente una cinta de luz led
la cual tiene un cableado interno como anteriormente se nombroacute tambieacuten cabe resaltar
que el conglomerado de la pieza translucida estaacute constituida por agregado preparado con
vidrio el cual se tara de diferentes tamantildeos para realizar la mezcla que le otorga a la pieza
las propiedades translucidas
Por uacuteltimo se realiza la prueba del circuito eleacutectrico el resultado es que todos
funcionaron correctamente tal como se pueden observar en la Figura 35 durante el diacutea y
en la Figura 36 durante la noche
Figura 35 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica diacutea
Fuente los autores octubre 2020
173
Figura 36 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica noche
Fuente los autores 2020
Finalmente se prosiguioacute a aplicar la pintura para darle el color caracteriacutestico a cada
adoquiacuten tal como se puede observar a continuacioacuten
Figura 37 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica
Fuente los autores 2020
174
9 CAPITULO 3 RESISTENCIA MECAacuteNICA
Para realizar los ensayos de resistencia y cumplir con las especificaciones y
caracteriacutesticas que tiene la normar colombiana NTC 2017 en el apartado del marco legal
se fabricaron 40 adoquines estos se fundieron en 4 diacuteas diferentes debido a que la
capacidad de la formaleta solo es para 10 adoquines Se fabricaron con el mismo disentildeo
de mezcla
Al desencofrar 10 adoquines estos entraban en proceso de curado en una caneca de
55 galones de capacidad a la espera de tener toda la cantidad de adoquines fabricada y
esta a su vez poder ser trasladados a las instalaciones del laboratorio PC Disentildeos y
Construccioacuten SAS donde inmediatamente entran a continuar el proceso de curado en
una piscina como se muestra en la imagen a continuacioacuten
Figura 38 Curado de muestras de Step by Step
Fuente Los autores 2020
175
A los especiacutemenes de la muestra se les realizan ensayos de resistencia a la
compresioacuten ensayo de resistencia a flexo traccioacuten esto con el fin de conocer el moacutedulo
de rotura (MR) y garantizar que los especiacutemenes cumplan con el miacutenimo que requiere la
norma aparte se realiza ensayo de absorcioacuten de agua para evitar dantildeos en eacutepocas de
lluvias Se deja claro en este documento que no se realiza ensayo de abrasioacuten dado a
que es un prototipo que seraacute usado en andenes y senderos peatonales en ninguacuten caso
y bajo ninguna circunstancia los especiacutemenes podraacuten ser expuestos por el traacutensito de
automotores
Al completarse los diacuteas de las edades de maduracioacuten del concreto los adoquines se
deben dejar secar luego se procede a tomar medidas tres anchos tres largos y el
espesor asiacute como tambieacuten se deben pesar antes de realizar el ensayo
Figura 39 Peso de muestras de Step by Step
Peso de adoquiacuten Fuente Los autores septiembre 2020
Al haberles tomado el peso y las medidas correspondientes se procede a poner el
espeacutecimen de manera cuidadosa sobre la prensa hidraacuteulica de manera que quede
centrado y bien puesto Se realiza el ensayo y se anotan los resultados para los caacutelculos
176
correspondientes Este proceso debe repetirse para todos los especiacutemenes de la muestra
que se tengan para ensayo el diacutea seguacuten corresponda
Tabla 15 Datos iniciales resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo
Fecha
Toma
Fecha Rotur
a
Edad
Ancho Largo Rectaacutengulo
Inscrito
a1 a2 a3 L1 L2 L3 Anch
o Larg
o
mm
mm
mm
mm mm
mm
mm mm
S-1 C 8-sep 15-sep 7
diacuteas 145 146 146 250 250 249 90 170
S-1 C 8-sep 15-sep 7
diacuteas 154 154 155 250 250 250 90 170
S-1 C 8-sep 22-sep 14
diacuteas 152 152 153 250 250 250 90 170
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 153 153 153 249 249 250 90 170
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 153 153 152 251 251 251 90 170
S-2 C 9-sep 16-sep 7
diacuteas 148 149 148
2515
252 251 90 170
S-2 C 9-sep 16-sep 7
diacuteas 153 153 153 252 252 251 90 170
S-2 C 9-sep 23-sep 14
diacuteas 155 154 154 249 249 250 90 170
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 150 150 150 250 251 250 90 170
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 152 152 151 252 252 253 90 170
S-3 C 10-sep
17-sep 7
diacuteas 152 153 156 256 254 253 90 170
S-3 C 10-sep
17-sep 7
diacuteas 150 150 150 250 250 249 90 170
S-3 C 10-sep
24-sep 14
diacuteas 150 149 149 252 251 251 90 170
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 150 154 255 255 254 90 170
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 151 152 249 251 252 90 170
177
S-4 C 11-sep
18-sep 7
diacuteas 159 149 150 253 253 253 90 170
S-4 C 11-sep
18-sep 7
diacuteas 153 153 152 251 251 252 90 170
S-4 C 11-sep
25-sep 14
diacuteas 150 150 151 253 253 252 90 170
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 152 153 153 253 252 252 90 170
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 155 152 150 251 251 252 90 170
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Tabla 16 Resultados de resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo Aacuterea
rectaacutengulo Inscrito (mmsup2)
W (gr)
Carga maacutexima
(kN) Resistencia
S-1 C 15300 6752 3684 1749 MPa
2536 psi
S-1 C 15300 6885 3991 1714 MPa
2486 psi
S-1 C 15300 6810 4579 2010 MPa
2915 psi
S-1 C 15300 6908 4491 1966 MPa
2851 psi
S-1 C 15300 6641 454 1972 MPa
2861 psi
S-2 C 15300 6831 4624 2101 MPa
3048 psi
S-2 C 15300 6821 4974 2144 MPa
3109 psi
S-2 C 15300 6977 5695 2457 MPa
3563 psi
S-2 C 15300 6874 5213 2343 MPa
3398 psi
S-2 C 15300 7021 5379 2342 MPa
3396 psi
S-3 C 15300 7417 415 1745 MPa
2531 psi
S-3 C 15300 6929 4346 1962 MPa
2846 psi
178
S-3 C 15300 6963 3889 1749 MPa
2537 psi
S-3 C 15300 7022 4301 1844 MPa
2674 psi
S-3 C 15300 6960 4691 2073 MPa
3006 psi
S-4 C 15300 7114 3771 1617 MPa
2345 psi
S-4 C 15300 7255 504 2185 MPa
3169 psi
S-4 C 15300 7385 5357 2362 MPa
3425 psi
S-4 C 15300 6990 4991 2149 MPa
3117 psi
S-4 C 15300 7223 4791 2084 MPa
3023 psi
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Figura 40 Registro fotograacutefico de las muestras a compresioacuten
Fuente Los autores 2020
Para calcular la resistencia de la muestra total se deben calcular promedios primero
un promedio de los resultados de las pruebas a 7 diacuteas luego promedio con los resultados
de las pruebas a 14 diacuteas y por uacuteltimo un promedio con los resultados de las pruebas a 28
diacuteas
Finalmente los resultados son los siguientes
Compresioacuten de muestras Fractura de muestras
179
Tabla 17 Consolidado de la resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Edad Resistencia
7 diacuteas 2759 psi
14 diacuteas 3110 psi
28 diacuteas 3041 psi
Fuente Los autores octubre 2020
Para el ensayo de resistencia a la flexotraccioacuten tambieacuten es necesario tomar tres
medidas de ancho tres medidas de largo el espesor y el peso
El espeacutecimen debe ponerse cuidadosamente sobre la maacutequina de ensayo de rotura al
tercio medio se debe dejar el apoyo superior en la mitad exacta del espeacutecimen y los
apoyos inferiores deben quedar de manera que a los dos costados se tenga la misma
medida desde donde se encuentra el apoyo hasta el final del espeacutecimen se procede a
realizar el ensayo y se anotan los resultados para los caacutelculos correspondientes
Figura 41 Resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto
Fuente Los autores septiembre 2020
180
Tabla 18 Datos iniciales resistencia a la flexo traccioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo Fecha Toma
Fecha Rotura
Edad
Ancho Largo Espesor
a1 a2 a3 L1 L2 L3 er
mm mm mm mm mm mm mm
S-1 C 8-sep 15-sep
7 diacuteas
149 149 150 252 252 252 100
S-1 C 8-sep 15-sep
7 diacuteas
152 152 151 250 250 250 100
S-1 C 8-sep 22-sep
14 diacuteas
152 152 151 250 251 251 100
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 150 150 150 149 250 250 100
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 149 149 150 150 250 250 100
S-2 C 9-sep 16-sep
7 diacuteas
151 151 151 250 250 250 100
S-2 C 9-sep 16-sep
7 diacuteas
150 150 149 249 250 249 100
S-2 C 9-sep 23-sep
14 diacuteas
149 149 149 150 252 252 100
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 151 151 151 150 251 251 100
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 152 153 153 251 251 251 100
S-3 C 10-sep
17-sep
7 diacuteas
152 152 153 246 249 250 100
S-3 C 10-sep
17-sep
7 diacuteas
154 153 151 252 252 253 100
S-3 C 10-sep
24-sep
14 diacuteas
153 153 154 254 254 254 100
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 152 152 153 253 254 253 100
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 152 152 250 250 251 100
S-4 C 11-sep
18-sep
7 diacuteas
150 150 151 252 252 253 100
S-4 C 11-sep
18-sep
7 diacuteas
154 155 153 252 253 252 100
S-4 C 11-sep
25-sep
14 diacuteas
151 151 152 250 251 251 100
181
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 151 152 152 253 253 253 100
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 153 152 151 253 253 255 100
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Tabla 19 Resultados de resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo W (Peso)
Longitud entre
apoyos
Carga maacutexima
Moacutedulo de Rotura
6620 165 176 583 MPa
S-1 C 6467 165 111 362 MPa
S-1 C 6845 165 191 623 MPa
S-1 C 6717 165 2385 787 MPa
S-1 C 6716 165 25 829 MPa
S-1 C 6885 165 2075 680 MPa
S-2 C 6807 165 1835 607 MPa
S-2 C 6792 165 2205 733 MPa
S-2 C 6917 165 2395 785 MPa
S-2 C 6977 165 2255 731 MPa
S-2 C 7145 165 213 692 MPa
S-3 C 6904 165 1885 611 MPa
S-3 C 7120 165 1815 586 MPa
S-3 C 7138 165 1855 603 MPa
S-3 C 6918 165 179 584 MPa
S-3 C 7327 165 162 533 MPa
S-4 C 7181 165 194 624 MPa
S-4 C 7117 165 227 743 MPa
S-4 C 6950 165 1771 578 MPa
S-4 C 6923 165 1725 562 MPa
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
182
La maacutequina de ensayo de resistencia a flexo traccioacuten arroja un dato de carga puntual
en Kilo Newton se deben hacer las conversiones correspondientes para tener el
resultado de moacutedulo de rotura (MR) en MPa
Para calcular el moacutedulo de rotura (MR) de la muestra total se deben calcular
promedios primero un promedio de los resultados de las pruebas a 7 diacuteas luego
promedio con los resultados de las pruebas a 14 diacuteas y por uacuteltimo un promedio con los
resultados de las pruebas a 28 diacuteas
Finalmente los resultados son los siguientes
Tabla 20 Resultados de moacutedulo de rotura
Edad MR
7 diacuteas 59 MPa
14 diacuteas 67 MPa
28 diacuteas 68 MPa
Fuente Los autores 2020
Los resultados del moacutedulo de rotura cumplen y garantizan la norma NTC 2017 dado
a que como se explicoacute en el apartado del marco legal el resultado de moacutedulo de rotura
para cada espeacutecimen debe ser 38 MPa y como se observa en la tabla de resultados los
valores se encuentran claramente por encima de ese valor para toda la muestra y el
promedio el resultado debe ser miacutenimo 42 MPa teniendo un resultado total de moacutedulo
de rotura a los 28 diacuteas de 11 Mpa por lo que claramente se garantiza el cumplimiento
de esta caracteriacutestica
La norma especiacutefica que se pueden dejar moacutedulos de rotura mayores a los que se
especifican
ABSORCION
Para realizar el ensayo de absorcioacuten se toman 8 especiacutemenes a los que ya se les ha
realizado el ensayo de flexo traccioacuten El ensayo de absorcioacuten inicia tomando los
especiacutemenes de la muestra para tomar un peso inicial tal cual estaacuten luego se colocan
183
en el horno durante 24 horas a una temperatura de entre 100 degC y 115degC al pasar las
24 horas deben ser sacados se dejan enfriar y se toma el peso que es el peso seco
(Ms)
Luego de tomar el peso seco se toman los especiacutemenes y se sumergen en agua
durante 24 horas a una temperatura de entre 15degC y 27degC al pasar el tiempo de
saturacioacuten y haciendo uso de un alambre se toma el peso que es el peso sumergido
(Ma) Finalmente se deben sacar del agua los especiacutemenes y se deben dejar escurrir
durante un minuto luego se seca su superficie con un pantildeuelo y se toma el peso del
espeacutecimen lo que es el peso sumergido con superficie seca (Mh)
Al tener los resultados de los pesos se procede a realizar los caacutelculos
correspondientes
Se debe iniciar reemplazando para hallar el valor de la absorcioacuten (Aa) en kgm3 de
la siguiente manera
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899(119860119886)119896119892
1198983=
(119872ℎ minus 119872119904)
119872ℎ minus 119872119886lowast 1000
Luego se calcula el porcentaje de absorcioacuten de la siguiente manera
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899 (119860119886) =(119872ℎ minus 119872119904)
119872119904lowast 100
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
Finalmente se calcula la densidad del espeacutecimen seco lo cual se realiza usando la
siguiente formula
119863119890119899119904119894119889119886119889 (119863)1198921199031198881198983 =(119872119904 minus 119872ℎ)
119872119886
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
184
Ma Masa inmersa en agua y suspendida del espeacutecimen en gramos
Al realizar los caacutelculos correspondientes se obtienen los siguientes resultados
Tabla 21 Resultados Prueba de Absorcioacuten
Coacutedigo Peso Seco
Peso Saturado
SS
Aa ()
Densidad
1C 6417 gr 6506 gr 14 2001grcmsup3
3 8732 gr 8780 gr 05 2086grcmsup3
5 6040 gr 6070 gr 05 2076grcmsup3
7 6449 gr 6466 gr 03 2143grcmsup3
9 3760 gr 3782 gr 06 2062grcmsup3
11 13247
gr 13275 gr
02 2105grcmsup3
13 10067
gr 10166 gr
10 2069grcmsup3
15 9641 gr 9689 gr 05 2145grcmsup3
Fuente Los autores 2020
El valor promedio de Absorcioacuten (Aa) de la muestra es 060 como se evidencioacute
en el apartado del marco legal el valor promedio de la muestra no debe superar el 7
para lo cual la muestra cumple el requisito de absorcioacuten que exige la norma NTC 2017
185
10 CAPITULO 4 COSTOS
Desde que se comienza con la planificacioacuten del proyecto se lleva una bitaacutecora en
donde se van anotando con fechas cada uno de los insumos requeridos para la ejecucioacuten
del proyecto desde la etapa inicial con el disentildeo de formaletas hasta la etapa final con la
construccioacuten del sendero inteligente
Cabe resaltar que como se contaba con recursos limitados a raiacutez de la pandemia
generada por el Covid-19 la mayoriacutea de las herramientas utilizadas en el proyecto fueron
prestadas solo fue de gran importancia construir la formaleta para el prototipo de adoquiacuten
como se muestra en la siguiente tabla
Tabla 22 Costos generales de maquinaria y equipo
Herramientas empleadas Step by Step
Herramientas cantidad valor unitario valor total
Batea 1
pala 1
Palustre 1
Baldes 1
Balanza 1
Llana de madera 1
Caneca de 55Galones
1
Formaleta 1 $ 110000 $ 110000
Fuente los autores 2020
Para las pruebas y ensayos de laboratorio fue necesario la construccioacuten de 40
adoquines para los cuales fueron requeridos los siguientes materiales con sus precios
respectivos
186
Tabla 23 Presupuesto general de materiales para el prototipaje
Materiales empleados step by step Adoquines de prueba
Materiales cantidad valor unitario valor total
Agregado Grueso 2 bogados $ 8000 $ 16000
Agregado Fino 2 bogados $ 7000 $ 14000
Cemento 2 bultos $ 25500 $ 51000
Aditivo 1 $ 5840 $ 5840
Resina Ortoftalica 2 botellas $ 15000 $ 30000
Catalizador 2 $ 2000 $ 4000
Agua $ 5000 $ 5000
Vidrio 2000 gramos $ 8500 $ 17000
Pigmento 2 $ 3000 $ 6000
Acpm $ 2000 $ 2000
TOTAL $ 150840
Fuente los autores 2020
Finalmente y despueacutes de las pruebas garantizando que se cumpliera la normativa se
construyen los adoquines que son requeridos para la construccioacuten del tramo de prueba
para lo cual fue necesario llevar los siguientes costos en bitaacutecora
Tabla 24 Presupuesto general Tramo de prueba
Adoquines para tramo de prueba
Materiales Cantidad Valor unitario Valor total
Arena 25 baldes $ 1100 $ 27500
Grava 25 baldes $ 1100 $ 27500 Aditivo 1 $ 5840 $ 5840
Pigmento 2 $ 3000 $ 6000 Vidrio 2000 gramos $ 8500 $ 17000
Resina ortoftalica 2 botellas $ 15000 $ 30000 Catalizador 2 $ 2000 $ 4000
Aditivo 1 $ 2200 $ 2200 Cemento 2550 Kg $ 13000 $ 13000
Luz led 250 metros $ 13000 $ 32500
187
Cable 2 metros $ 500 $ 1000 TOTAL $ 117040
Cabe la pena aclarar que el costo total es para veinte adoquines por lo que el precio
total por unidad de adoquiacuten es de $5842 pero para el tramo de prueba solo fueron
necesarios catorce adoquines por lo que para el costo total del sendero solo se tiene en
cuenta el costo de los catorce adoquines y no de los veinte ya que los seis restantes se
usaron para ensayos de laboratorio con el concreto translucido
Despueacutes de haber realizado todos los ensayos y de garantizar que el prototipo del
adoquiacuten cumpliera con la normativa se procede a disentildear y construir el tramo de prueba
para lo cual se realizoacute un presupuesto de obra en donde se incluyen todos los insumos
y materiales usados para el tramo con sus respectivos costos
Tabla 25 Cantidades de obra para tramo de prueba
Iacutetem Actividad Und Cant VUnit Vtotal
1 Excavacioacuten Manual zanja en tierra H=04m
m3 04 $ 30000
$ 30000
2 Relleno en recebo para subbase
Bogado 3 $ 4500
$ 13500
3 Capa de arena para sentar adoquines
Bogado 1 $ 8500
$ 8500
4 Concreto para bordes y caja de elementos electroacutenicos
m3 0012 $ 22500
$ 270
5 Adoquines UND 14 $ 5842
$ 81788
6 Arduino uno UND 1 $ 31900
$ 31900
7 Releacute cuatro puertos UND 1 $ 11700
$ 11700
8 Bateriacutea 40 Ah UND 1 $ 322000
$ 322000
9 Panel solar 55W UND 1 $ 280000
$ 280000
10 Regulador de carga UND 1 $ 51500
$ 51500
11 Inversor de Carga UND 1 $ 70000
$ 70000
188
12 Fuente de 110v a 12v UND 2 $ 15000
$ 30000
13 Sensor ultrasonido UND 2 $ 7100
$ 14200
14 Conectores HM UND 20 $ 3000
$ 60000
15 Conectores MM UND 20 $ 3000
$ 60000
TOTAL $ 1065358
Fuente los autores 2020
Como se evidencia en la tabla anterior el costo del sendero de prueba es de $1065358
es de importancia aclarar que como se contaba con la limitacioacuten de recursos solo se
pudo hacer la construccioacuten del sendero inteligente haciendo uso de catorce adoquines
pero que los elementos electroacutenicos que componen el sistema fotovoltaico para la
recoleccioacuten de energiacutea y los sensores que se encuentran en el sendero funcionan para
un sendero maacutes largo y ancho si asiacute se requiere lo que quiere decir que si se desea
construir un sendero inteligente Step by Step de 3 metros de largo por 1 metro de ancho
no es necesario adquirir un sistema fotovoltaico maacutes costoso
Finalmente al costo del tramo de prueba se le debe sumar el costo de los adoquines
que fueron necesarios para los ensayos previos el cual fue de $150840 maacutes el costo de
mano de obra que fue de $200000 para que finalmente el costo a lo que este proyecto
se refiere en su totalidad es de $1416198
189
190
11 VALIDACIOacuteN EN CAMPO TRAMO DE PRUEBA
Con el fin de prototipar el proyecto Step by Step se realizoacute un tramo de prueba en el
municipio de Agua de Dios el cual se acogioacute en conjunto con la alcaldiacutea municipal la cual
nos otorgoacute el permiso y expreso el beneficio del proyecto para la comunidad y su intereacutes
en el por medio de un oficio
El tramo de prueba se construyoacute en el parque Simoacuten Boliacutevar en el municipio de Agua
de Dios el cual es muy concurrido ya que es el segundo parque maacutes importante del
municipio su localizacioacuten se puede observar a continuacioacuten por medio de una imagen
tomada de la plataforma satelital google maps
Figura 42 Localizacioacuten tramo de prueba
Fuente (Google Earth 2020)
Como se puede observar en la imagen anterior el parque boliacutevar se encuentra ente la
carrera 11- 12 y entre la calle 11 ndash 12 al lado de la biblioteca municipal del municipio de
Agua de Dios Despueacutes de escoger el lugar donde se va a instalar se prosiguioacute a escoger
en que parte del parque se instala por lo cual se escogioacute en el centro del parque en
terreno natural enseguida del lugar donde se realizan ejercicios se puede observar en la
siguiente imagen
Se realizoacute una excavacioacuten manual por parte de los autores la cual tuvo unas
dimensiones de 1 metro de ancho por 1 metro de largo por 41 cm de profundidad el cual
se puede observar en la siguiente imagen
Figura 43 Proceso constructivo del Tramo de prueba Step by Step
191
Fuente los autores 2020
Excavacioacuten Profundidad de excavacioacuten
Sub base compactada Arena
Instalacioacuten eleacutectrica Instalacioacuten de adoquines
Confinamiento lateral
192
Despueacutes de realizar la excavacioacuten se prosiguioacute a rellenar y compactar con recebo el
cual tiene un espesor de 30 cm para mejorar las condiciones del terreno Posteriormente
al relleno con recebo se prosigue a poner la capa de arena que sirve como cama para la
instalacioacuten de adoquines la cual tiene un espesor de 3 cm El siguiente paso es realizar
una nivelacioacuten de la arena y con la cama totalmente plana se acomodan los adoquines
como se disentildearon anteriormente con el cableado de los adoquines sacaacutendolos por el
lado escogido por el terreno Posteriormente a tener los adoquines instalados con el
cableado eleacutectrico se prosiguioacute a fundir concreto con el fin de mejorar la esteacutetica del tramo
de prueba ademaacutes de realizar la estructura donde se dejaraacuten fijas las cajas eleacutectricas en
un bordillo de concreto
Posteriormente a la instalacioacuten integral del tramo de prueba el siguiente paso es
realizar la parte electroacutenica del tramo de prueba la cual viene alimentada por energiacutea
solar la cual se activa por medio de sensores instalados en el bordillo anteriormente
mencionado los cuales trabajan en conjunto con Arduino uno y un moacutedulo releacute de cuatro
canales lo cual viene de la siguiente manera en el esquema observado a continuacioacuten
Figura 44 Cableado parte electroacutenica
Fuente los autores 2020
En la imagen anterior se puede observar el cableado electroacutenico el cual consta de 2
sensores ultrasonido los cuales van conectados al Arduino uno el cual estaacute encargado
de enviar la informacioacuten al moacutedulo releacute para posteriormente el alumbrado de los
adoquines instalados anteriormente
Despueacutes de realizar el cableado el siguiente paso es realizar la programacioacuten del
arduino uno la cual consiste en recibir la informacioacuten de los sensores al detectar un
cambio en un campo estimado de 60 cm estos comenzaacutendose a contar despueacutes de 20
193
cm los cuales son los que se estiman desde el bordillo y posteriormente esta informacioacuten
ordena en conjunto con el moacutedulo releacute al encendido de la luz led instalada en los
adoquines los cuales se encenderaacuten en grupos de a 6 cada grupo instalado a un sensor
esta programacioacuten se puede observar en la siguiente imagen
Figura 45 Programacioacuten Arduino uno
Fuente los autores 2020
Despueacutes de tener lista la programacioacuten el siguiente paso es introducir esta
programacioacuten por medio de la aplicacioacuten oficial de Arduino y un cable que es otorgado
en la compra del Arduino esta instruccioacuten se puede observar en la siguiente imagen
194
Figura 46 Introduccioacuten de la programacioacuten al Arduino uno
Fuente los autores 2020
Posteriormente a tener los componentes electroacutenicos funcionando en conjunto con los
sensores el siguiente paso es la instalacioacuten en el tramo de prueba en donde se introducen
en una caja eleacutectrica la cual se impermeabiliza completamente y se introduce en una
estructura de concreto construida que funciona como capa protectora para las cajas con
los implementos electroacutenicos esto se puede observar a continuacioacuten
Figura 47 Caja con implementos electroacutenicos sellada
Fuente los autores noviembre 2020
195
Figura 48 Elementos electroacutenicos instalados
Fuente los autores noviembre 2020
El siguiente paso fue conectar los componentes electroacutenicos anteriormente nombrados
con la fuente de energiacutea la cual es proporcionada por un panel solar el cual viene
conectado por medio de un cableado esto se puede observar a continuacioacuten donde se
encuentra el panel solar y el sendero inteligente Step by Step recolectando energiacutea en el
diacutea tomaacutendola del sol para posteriormente ser aprovechada en la noche para hacer
funcionar la iluminacioacuten del sendero
Figura 49 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar
Fuente los autores noviembre 2020
Por uacuteltimo se encuentra el prototipo del sendero inteligente Step by Step en
funcionamiento el cual es encendido a las 6 pm y se pone a disposicioacuten de la comunidad
196
donde se observoacute un gran impacto en todas las personas que transitan este parque del
municipio de Agua de Dios en las siguientes imaacutegenes se puede observar el sendero
inteligente funcionando con la energiacutea solar recolectada durante el diacutea y en disposicioacuten
de los usuarios
Figura 50 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar en funcionamiento
Fuente los autores 2020
1 2
3 4
5 6
197
12 CONCLUSIONES
Al culminar el proceso de disentildeo prototipaje y validacioacuten en campo del sendero
inteligente Step by Step se concluye que la adherencia entre el concreto hidraacuteulico y el
concreto transluacutecido elaborados con materiales reciclados en un adoquiacuten bicapa para
traacutefico peatonal en las dimensiones propuestas de la Figura 28 registra una resistencia
a la compresioacuten de 3000 psi un moacutedulo de rotura de 68 MPa valores que seguacuten las
notas teacutecnicas colombianas son admisibles
La forma innovadora permite usar el concreto translucido como un conductor de luz
que da diferentes tonalidades de acuerdo al pigmento usado lo que no solo mantiene la
resistencia del prototipo sino que mediante una conexioacuten de circuitos entre los adoquines
contiguos asegura la iluminacioacuten del sendero la resistencia y durabilidad ante las cargas
de traacutefico peatonal
El sistema eleacutectrico mediante un sistema fotovoltaico permite el almacenamiento de
energiacutea suficiente para mantener la funcionalidad de los sensores durante toda la noche
de manera que el sendero ubicado en el parque Simoacuten Boliacutevar del Municipio de Agua de
Dios-Cundinamarca genera un impacto en la comunidad favorable certificado por la
Alcaldiacutea municipal y los habitantes del municipio
Luego de la transmisioacuten del programa de televisioacuten local como una actividad de
apropiacioacuten social del conocimiento realizado por los autores y la tutora en el canal de
televisioacuten local H2O Tv la comunidad en general recibioacute con agrado la tecnologiacutea
prestando intereacutes en instalarlo en diferentes lugares turiacutesticos de Agua de Dios
La translucidez de las piezas del pavimento peatonal con el pigmento azul fue
aceptada por la comunidad como un nuevo emblema del municipio ya que su reflejo y
luminosidad es una alegoriacutea al nombre lsquoAgua de Diosrsquo marcando un nuevo hito en el
municipio que deja atraacutes la historia triste de las aguas azufradas y una enfermedad
incurable por un nuevo camino llamado por el Semillero SEUS Step by Step Sendero
Inteligente
198
13 BIBLIOGRAFIacuteA
accuweather (2020) accuweathercom Retrieved from accuweathercom
httpswwwaccuweathercomescoagua-de-dios102159current-
weather102159
Alcaldia de Agua de Dios (2019 08 08) Retrieved from httpwwwaguadedios-
cundinamarcagovcoturismolos-chorros
Ambientesoluciones (2020) Ambientesolucionescom Retrieved from
Ambientesolucionescom
httpswwwambientesolucionescomsitiocontenidos_mophpit=5675
ARCUS GLOBAL (2020 10 21) Retrieved from httpswwwarcus-
globalcomwpconcreto-translucido-existe
ARQUITECTOS S (2018 05 20) Sala de Arquitectos Retrieved from Sala de
Arquitectos La compantildeiacutea innovando en la arquitectura inteligente ha presentado
la primera lsquovereda inteligentelsquo del mundo en Londres un camino que transforma el
pavimento en un generador de energiacutea eleacutectrica esto gracias al paso que dan los
peatones A diferencia de
Avalos J C (2016 07 29) BBC MUNDO Retrieved from BBC MUNDO
httpswwwbbccommundonoticias-36662912
BBC (2016 6 29) BBC MUNDO Retrieved from BBC MUNDO
httpswwwbbccommundonoticias-36662912
Boussinesq (2020 16 10) Google Retrieved from
httpswwwgooglecomsearchq=difusion+del+esfuerzo+pavimentosamptbm=isch
ampved=2ahUKEwij9quT87nsAhWENFkKHXP-DXUQ2-
cCegQIABAAampoq=difusion+del+esfuerzo+pavimentosampgs_lcp=CgNpbWcQA1C_
gwFY1I4BYMiQAWgAcAB4AIABpQKIAf4QkgEFMC40LjaYAQCgAQGqAQtnd3Mt
d2l6LWltZ8ABAQamps
Bradsher (2018 6 13) new York Times Espantildeol Retrieved from new York Times
Espantildeol httpswwwnytimescomes20180613espanolenergia-solar-
autopista-chinahtml
199
Bradsher K (2018 06 13) THE NEW YORK TIMES Retrieved from THE NEW YORK
TIMES httpswwwnytimescomes20180613espanolenergia-solar-autopista-
chinahtml
CAR (2015) ESTUDIO PARA LA DETERMINACIOacuteN DE MOacuteDULOS DE CONSUMO
DEL RECURSO HIDRICO
CASTILLO X A (2003) DISENtildeO DE PAVIMENTOS ARTICULADOS PARA TRAFICO
MEDIO Y ALTO Retrieved from
httpsrepositoriouniandeseducobitstreamhandle199220919u245809pdf
Chacon Cesar Alexander C J (2012 OCTUBRE 16) TECNURA UNIVERSIDAD
DISTRITAL FRANCISCO JOSEacute DE CALDAS COLOMBIA Retrieved from
httpswwwredalycorgpdf2570257025147010pdf
COLOMBIA C D (2014 05 13) fedebiocombustibles Retrieved from
fedebiocombustibles httpwwwfedebiocombustiblescomfiles1715pdf
CONSTRUIBLE (2015 03 11) Construccioacuten Sostenible Retrieved from Construccioacuten
Sostenible httpswwwconstruiblees20150311energy-floors-genera-
electricidad-a-partir-de-la-energia-de-la-pisada
DamiaSolar (2016 03 19) DamiaSolar Retrieved from DamiaSolar
httpswwwdamiasolarcomactualidadblogarticulos-sobre-la-energia-solar-y-
sus-componentesque-regulador-solar-
necesito_1~text=El20regulador20solar20o20reguladorgenerada20e
n20los20paneles20solares
DANE (2018) danegovco Retrieved from danegovco
httpswwwdanegovcoindexphplista-de-resultados-de-
busquedasearchword=poblacion20agua20de20dios20cundinamarcaampse
archphrase=all
DINERO R (2020 03 05) REVISTA DINERO Retrieved from REVISTA DINERO
httpswwwdinerocomempresasarticulocual-capital-de-colombia-tendra-la-
primera-empresa-publica-de-energias-renovables282296
200
ELECTRONICA I (2020) I+D ELECTRONICA Retrieved from I+D ELECTRONICA
httpswwwdidacticaselectronicascomindexphpbaterias-
cargadorescargadores-1mC3B3dulo-de-control-de-carga-para-
baterC3ADas-12-24v-7009-detail
FDMESCYL (2017 Diciembre 28) Federacion de deportes de montantildea Escalada y
senderismo de Castilla y Leon Retrieved from
httpswwwfclmcom20171228nace-primer-sendero-inteligente-espana-
castilla-leon
Google Earth (2020) Retrieved from httpsearthgooglecomweb437516685-
74667982183897115512a53657125248d35y662480933h028419733t0r
Icontec (2018 11 12) NTC 2017 Adoquines de Concreto para Pavimentos Bogotaacute DC
Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) Retrieved
from METROBLOCK httpsmetroblockcomconorma-tecnica-colombiana-ntc-
2017
IDEAM (2014) ideamgovco Retrieved from ideamgovco
httpwwwideamgovcowebtiempo-y-climaradiacion-solar
indiasolarpowercanals (2015 07 02) inbright Retrieved from inbright
httpsinbrightmxblogpostsindiasolarpowercanals
ingrenovables (2014 6 25) ingrenovablesblogspot Retrieved from
ingrenovablesblogspo httpingrenovablesblogspotcom201406el-primer-
canal-solar-del-mundohtml
LEDOVET (2018 02 23) Retrieved from httpswwwledovetcomtipos-de-sensores-de-
movimiento
Lizcano F A (2003) DISENtildeO RACIONAL DE PAVIMENTOS Bogotaacute ESCUELA
COLOMBIANA DE INGENIERIA
Lngalls S (1877) Estados Unidos Patent No 952S6
MAGAZINE T (2020 03 05) TYS MAGAZINE Retrieved from TYS MAGAZINE
httpswwwtysmagazinecomenergy-floor-la-energia-de-tus-pisadas
201
nandwani S s (2005 junio) energia solar conceptos basicos y su utilizacion Retrieved
from httpssistemamidcompaneluploadsbiblioteca2014-06-27_10-14-
37105995pdf
OMPI ORGANIZACION MUNDIAL DE LA PROPIEDAD INTELECTUAL (2015 09 16)
Retrieved from httpswwwwipointipadvantageesdetailsjspid=2590
PAIS E (2020 02 07) EL PAIS Retrieved from EL PAIS
httpselpaiscomccaa20200207madrid1581085171_646387html
Palacios A (2020) Ca COMPARADOR DE ALARMAS Retrieved from
httpswwwcomparadoralarmascomtipos-de-sensores-de-movimiento-cual-
necesitas
PAVEGEN (2017 JUNIO 29) Retrieved from httpspavegencomwp-
contentuploads201905Pavegen-BirdStreetpressreleasepdf
Perdomo C S amp Fandintildeo M E (2020 10 26) Anaacutelisis de las propiedades mecaacutenicas
del concreto transluacutecido elaborado con poliacutemeros y materiales reciclados
Retrieved from Repositorio Universidad Piloto
httprepositoryunipilotoeducohandle20500122779448
Pettit C (1912) Estados Unidos Patent No 573212
Ramos J (2014 11 12) motos pasion Retrieved from motos pasion
httpswwwmotorpasioncomgaleriasolaroad4
Robert G Packard P (1995) Thickness Design for Concrete Pavements on Highways amp
Streets PCA Method Retrieved from
httpsceprofsciviltamuedudzollingerCVEN-637-Fall202004EB109PDF
SampP (2018 10 15) El Blog de la ventilacioacuten eficiente Retrieved from
httpswwwsolerpalaucomes-esblogsensores-movimiento
SLU A E (2015 04 19) Autosolar Retrieved from Autosolar
httpsautosolaresblogaspectos-tecnicosque-es-un-panel-solar
202
SECHAGUA D A (2016) VALORACIOacuteN SOCIOAMBIENTAL DE LA MICROCUENCA
QUEBRADA LA PUNAacute MUNICIPIO AGUA DE DIOS GIRARDOT
SIKA (2018) FLUIDIFICANTE PARA MEZCLAS DE CONCRETO Tocancipa
SOLAR ROADWAYS (2020) Retrieved from httpssolarroadwayscom
SOLAROAD (2016 03 07) NATIONAL GEOGRAPHIC ESPANtildeA Retrieved from
NATIONAL GEOGRAPHIC ESPANtildeA
httpswwwnationalgeographiccomescienciasolaroad-el-carril-bici-hecho-con-
paneles-solares-en-holanda-cumple-su-primer-ano-de-vida_9916
Suaacuterez A L (2018 04 09) PORTAFOLIO Retrieved from PORTAFOLIO
httpswwwportafolioconegociosel-mayor-proyecto-de-energia-eolica-da-sus-
primeros-pasos-516003
Torres O (2020 03 09) Resumen de ASTM Retrieved from
httpbloquesdeconcretocomsvdescargarNormas20ASTMpdf
UPC (2018) Proyecto Educativo Institucional Bogotaacute DC Universidad Piloto de
Colombia
UPME (2015 06 05) Retrieved from
httpwwwnuevalegislacioncomfilessusccdjconcr_upme_281_15pdf
Velares J M (2020 03 09) Academiaedu Retrieved from Academiaedu
httpswwwacademiaedu25432780Especificaciones_de_ASTM_C-33
Xiaodi Hu A N (2017 Abril 21) Effects of tire inclination (turning traffic) and dynamic
loading on Retrieved from
httpswwwsciencedirectcomsciencearticlepiiS199668141630164Xvia3Dih
ub
87
Nota de aceptacioacuten
Presidente del Jurado
Jurado
Jurado
Jurado
Girardot noviembre 2020
88
Tabla de contenido
INTRODUCCIOacuteN 94
1 PROBLEMA DE INVESTIGACIOacuteN 97
11 PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIOacuteN 98
12 PREGUNTA DE INVESTIGACIOacuteN 100
2 JUSTIFICACIOacuteN 101
3 OBJETIVOS 103
31 OBJETIVO GENERAL 103
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 103
4 MARCOS DE REFERENCIA 104
41 MARCO DE ANTECEDENTES 104
42 MARCO TEOacuteRICO 113
Tipos de pavimentos inteligentes 113
Moacutedulo de control de carga para bateriacuteas 117
Regulador de carga de panel solar 118
Bateriacutea Recargable 119
Panel solar 120
Pavimentos articulados 122
Sensores de movimiento 123
Concreto translucido 124
89
43 MARCO CONCEPTUAL 126
Meacutetodos de disentildeo de pavimentos 126
44 MARCO CONTEXTUAL 135
45 MARCO LEGAL 139
451 ABSORCION DE AGUA 144
452 RESISTENCIA A LA FLEXO TRACCION (MODULO DE ROTURA) 145
5 DISENtildeO METODOLOacuteGICO 152
51 INSTRUMENTOS 152
6 PROCEDIMIENTO 154
61 CRONOGRAMA 154
7 CAPITULO 1 PROTOTIPAJE DEL ADOQUIacuteN 156
8 CAPITULO 2 DISENtildeO GEOMEacuteTRICO DEL PAVIMENTO ARTICULADO 163
9 CAPITULO 3 RESISTENCIA MECAacuteNICA 174
10 CAPITULO 4 COSTOS 185
11 VALIDACIOacuteN EN CAMPO TRAMO DE PRUEBA 190
12 CONCLUSIONES 197
13 BIBLIOGRAFIacuteA 198
90
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Distribucioacuten de variables de la Investigacioacuten 98
Figura 2 Sistema de pavimento Solaroad 106
Figura 3 Autopista China de Paneles solares 107
Figura 4 Canal solar en India 108
Figura 5 Baldosa que produce energiacutea eleacutectrica 111
Figura 6 Cruce peatonal inteligente 112
Figura 7 Distribucioacuten de esfuerzos Modelo Boussinesq 127
Figura 8 Esfuerzos que sufren los pavimentos en tres direcciones 128
Figura 9 Huella de la llanta del vehiacuteculo sobre el pavimento 129
Figura 10 Estructura del pavimento AASTHO 1993 132
Figura 11 Evolucioacuten de la resistencia a la flexioacuten en funcioacuten del tiempo 133
Figura 12 Localizacioacuten del Municipio de Agua de Dios Cundinamarca 135
Figura 13 Zona urbana Municipio de Agua de Dios 136
Figura 14 Balneario los Chorros Agua de Dios 137
Figura 15 Prueba de ensayo a Flexo traccioacuten de Adoquines de concreto
(Icontec 2018) 146
Figura 16 Ruta de actividades para el prototipaje de Step by Step 154
Figura 17 Material reciclado (vidrio) 156
91
Figura 18 Trituracioacuten del vidrio con molino de bolas 157
Figura 19 Vidrio pulverizado luego de la trituracioacuten y molienda 157
Figura 20 Tamizado del material 158
Figura 21 Vidrio lavado y secado en horno 158
Figura 22 Diferentes gradaciones de vidrio triturado y molido 159
Figura 23 Agregados para la mezcla de concreto 160
Figura 24 Dosificacioacuten de agregados 161
Figura 25 Desencofrado de prototipos de concreto hidraacuteulico 162
Figura 26 Detalle del adoquiacuten 163
Figura 27 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 164
Figura 28 Detalle del adoquiacuten 3D 164
Figura 29 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 3D 165
Figura 30 Huella de neumaacutetico 167
Figura 31 Vista en planta sendero inteligente 167
Figura 32 Informacioacuten eleacutectrica 169
Figura 33 Formaleta 170
Figura 34 Prototipaje del adoquiacuten 171
Figura 35 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica diacutea 172
Figura 36 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica noche 173
92
Figura 37 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica 173
Figura 38 Curado de muestras de Step by Step 174
Figura 39 Peso de muestras de Step by Step 175
Figura 40 Registro fotograacutefico de las muestras a compresioacuten 178
Figura 41 Resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto 179
Figura 42 Localizacioacuten tramo de prueba 190
Figura 43 Proceso constructivo del Tramo de prueba Step by Step 190
Figura 44 Cableado parte electroacutenica 192
Figura 45 Programacioacuten Arduino uno 193
Figura 46 Introduccioacuten de la programacioacuten al Arduino uno 194
Figura 47 Caja con implementos electroacutenicos sellada 194
Figura 48 Elementos electroacutenicos instalados 195
Figura 49 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar 195
Figura 50 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar en funcionamiento 196
LISTA DE TABLAS
93
Tabla 1 Factor de confiabilidad 130
Tabla 2 Nivel de confiabilidad 131
Tabla 3 Nivel de confiabilidad 133
Tabla 4 Nivel de confiabilidad 134
Tabla 5 Partes de los Adoquines 139
Tabla 6 Geometriacutea del adoquiacuten seguacuten NTC 2017 140
Tabla 7 Requisitos geomeacutetricos de los adoquines 143
Tabla 8 Clasificacioacuten de los adoquines seguacuten su absorcioacuten 148
Tabla 9 Resistencia miacutenima de los adoquines 148
Tabla 10 Resistencia a la abrasioacuten 149
Tabla 11 Franja granulomeacutetrica para arena de prefabricados 150
Tabla 12 Instrumentos empleados para el proyecto 152
Tabla 13 Cronograma de actividades para el prototipaje de Step by Step 155
Tabla 14 Dosificacioacuten para la elaboracioacuten de las muestras 160
Tabla 15 Datos iniciales resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto 176
Tabla 16 Resultados de resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto 177
Tabla 17 Consolidado de la resistencia a la compresioacuten de adoquines de
concreto 179
Tabla 18 Datos iniciales resistencia a la flexo traccioacuten de adoquines de concreto
180
94
Tabla 19 Resultados de resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto
181
Tabla 20 Resultados de moacutedulo de rotura 182
Tabla 21 Resultados Prueba de Absorcioacuten 184
Tabla 22 Costos generales de maquinaria y equipo 185
Tabla 23 Presupuesto general de materiales para el prototipaje 186
Tabla 24 Presupuesto general Tramo de prueba 186
Tabla 25 Cantidades de obra para tramo de prueba 187
INTRODUCCIOacuteN
95
La presente investigacioacuten presenta el disentildeo construccioacuten y validacioacuten en campo de
un adoquiacuten prefabricado bicapa de concreto hidraacuteulico y concreto transluacutecido con un
sistema eleacutectrico en su interior capaz de transformar las energiacuteas renovables (solar
eoacutelica hidraacuteulica etc) en energiacutea eleacutectrica Con el fin de que cuando un peatoacuten transite
con su pisada encienda una luz que estaacute ubicada dentro del prefabricado iluminando
todo el sendero El aprovechamiento de las energiacuteas renovables ha tomado maacutes fuerza
en los uacuteltimos tiempos dado a las consecuencias que el cambio climaacutetico ha traiacutedo para
el planeta es por esto que se debe pensar en la sostenibilidad del mismo
Asiacute por ejemplo en Septiembre de 2019 la Organizacioacuten Meteoroloacutegica Mundial junto
a las principales organizaciones de ciencia climaacutetica adheridas a Naciones Unidas
revelaron en un informe la evidente y creciente brecha que divide los objetivos acordados
para abordar el calentamiento global y la realidad actual del planeta asiacute como de que tan
solo en junio de 2019 se emitieron 50 megatoneladas de carbono a la atmosfera que el
hielo marino del Aacutertico ha disminuido en un 12 por deacutecada desde 1979 hasta 2018
Colombia a traveacutes del Ministerio de Ambiente en 2016 creoacute la Poliacutetica Nacional de
Cambio Climaacutetico que consiste en promover una gestioacuten de cambio climaacutetico que
contribuya a avanzar en una senda de desarrollo resiliente al clima y baja en Carbono
que reduzca los riesgos asociados a las alteraciones por efectos del cambio climaacutetico
Actualmente el Plan Nacional de Desarrollo de nuestro paiacutes propone avanzar hacia la
transicioacuten de actividades productivas comprometidas con la sostenibilidad y la mitigacioacuten
del cambio climaacutetico impulsar las energiacuteas renovables y avanzar en el conocimiento de
escenarios de riesgo actuales y futuros
Colombia cuenta con un parque de generacioacuten de 1677875 MW (a diciembre de
2017) Esta se encuentra dominada por la generacioacuten de energiacutea hidroeleacutectrica que
corresponde al 6988 del total de la capacidad (XM 2017) En segundo lugar se
encuentran las centrales teacutermicas a gas y carboacuten que de manera agregada alcanzan un
porcentaje del 2167 (Teacutermica a gas con una capacidad de 226995 MW equivalente a
un 1353 y a carboacuten con 13653 MW correspondiente a un 814 del total) El
porcentaje restante (845) pertenece a generacioacuten mediante diversas tecnologiacuteas
(Liacutequidos Gas-Liacutequidos Biomasa y Viento la cual cuenta con solo un porcentaje de
011) todos los datos han sido extraiacutedos de la tesis laquoIdentificacioacuten de proyectos con
potencial de generacioacuten de energiacutea eoacutelica como complemento a otras fuentes de
generacioacuten eleacutectrica en el departamento de Boyacaacuteraquo obra de Renata Catalina Siabato
96
Benavides Seguacuten la Unidad de Planeacioacuten Minero Energeacutetica del Ministerio de Minas y
Energiacutea de Colombia actualmente solo hay instalados en el paiacutes 1842 megavatios de
potencia eoacutelica parque Jepiacuterachi (en Uribiacutea Guajira) propiedad de Empresas Puacuteblicas
de Medelliacuten SA Entroacute en operacioacuten en abril de 2004
Para la investigacioacuten de este proyecto se usa la metodologiacutea de tipo cientiacutefico dado a
que para el disentildeo y construccioacuten del prefabricado en concreto de alta resistencia se usan
instrumentos para medir la resistencia del concreto hasta encontrar el disentildeo de mezcla
oacuteptimo para la construccioacuten del prefabricado Es por esto que el inicio del trabajo es
praacutectico porque se debe encontrar la resistencia optima el disentildeo de la forma del
prefabricado y la validacioacuten en laboratorio para finalmente hacer ensayos en campo de
prueba
97
1 PROBLEMA DE INVESTIGACIOacuteN
El Cambio Climaacutetico se ha hecho mucho maacutes notable en los uacuteltimos antildeos quizaacute los
efectos maacutes importantes de esta gran cataacutestrofe natural son la sequiacutea y las altas
temperaturas que afectan principalmente a territorios de clima caacutelido esto se debe a la
accioacuten del ser humano en la tierra donde en eacutepocas anteriores se disponiacutea de los
recursos naturales sin tener alguacuten tipo de restriccioacuten y maacutes aun sin restaurar el dantildeo que
se haciacutea tal vez creyendo que los recursos nunca acabariacutean con el pasar de los antildeos los
gobiernos y diferentes organizaciones mundiales se han planteado objetivos con el fin de
prevenir la accioacuten del cambio climaacutetico entre las que han sido incluidas las energiacuteas
renovables
Tambieacuten se ha visto un decrecimiento de la poblacioacuten en el municipio de Agua de Dios
donde su economiacutea ha caiacutedo y se ha venido apostaacutendole al campo turiacutestico donde se ve
limitado por sus atractivos ya que estos han venido decayendo con el pasar de los antildeos
sin una implementacioacuten de nuevos atractivos
En la zona donde se implementa el proyecto a pesar de ser una de las zonas maacutes
turiacutesticas y reconocidas en Agua de Dios se tiene una gran inseguridad ya que es
concurrida por personas que se dedican a consumir sustancias psicoactivas lo que
conlleva a tener maacutes probabilidades de un ataque por parte de estas personas todo esto
se ve en las horas de la noche donde falta la iluminacioacuten ya que el alumbrado puacuteblico es
escaso casi nulo en esta parte ademaacutes de tener en cuenta los grandes costos por el
alumbrado puacuteblico lo que se vuelve un problema para la comunidad ya que se crea una
dependencia a estos pagos por energiacutea eleacutectrica existiendo energiacuteas alternativas y auto
sostenibles
98
11 PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIOacuteN
Para abordar el disentildeo experimental de esta investigacioacuten es necesario aclarar que
este trabajo pertenece al macro proyecto de investigacioacuten lsquoPrefabricados de Nueva
Generacioacuten para obras de Infraestructura vialrsquo cuyo propoacutesito es disentildear prototipos
prefabricados que incorporen materiales reciclados En el caso de Step by Step se
propone un adoquiacuten peatonal en concreto hidraacuteulica bicapa con un recubrimiento en
concreto transluacutecido compuesto por poliacutemeros y vidrio reciclado
Figura 1 Distribucioacuten de variables de la Investigacioacuten
Fuente los autores
Es asiacute como surge la variable dependiente que es el prototipo para el sendero
inteligente lsquoStep by Steprsquo las variables independientes que seraacuten modificadas en el
Variable Interviniente
Variable Dependiente
Variable Dependiente
Sendero Inteligente
Disentildeo de mezcla
Agregados reciclados
Concreto hidraacuteulico
Geometriacutea
Carga de servicio
Especificiaciones teacutecnicas NTC2017
Resistencia
Compresioacuten
Flexioacuten
Absorcioacuten
99
proceso es el disentildeo de la mezcla la geometriacutea y la resistencia todo esto que se ajuste
a las condiciones del contexto como es el uso de agregados reciclados cementos por
desempentildeo o cementos hidraacuteulicos la carga de servicio y las especificaciones NTC 2017
que regulan tanto la geometriacutea como su resistencia medida a la compresioacuten a flexioacuten y
la absorcioacuten tal como se indica en la Figura 1
Este trabajo de investigacioacuten pertenece al semillero SEUS y forma parte del macro
proyecto lsquoPrefabricados de nueva generacioacuten para obras de Infraestructura Vialrsquo de la
liacutenea de investigacioacuten institucional acuteHaacutebitat Biodiversidad y tecnologiacuteas Sosteniblesrsquo y de
la liacutenea de grupo lsquoInfraestructura y Nuevas Tecnologiacuteasrsquo Enmarcado en la misioacuten de la
Universidad Piloto de Colombia de
ldquoIncorpora a la comunidad acadeacutemica como partiacutecipe en el aacutembito
cientiacutefico inmersa en una cultura de investigacioacuten caracterizada por ser
reflexiva pertinente sistemaacutetica y metoacutedica con el objeto de promover
los desarrollos urbanos y regionales de su aacuterea de influencia en los
aacutembitos nacional e internacional asiacute como los demaacutes prospectados
acorde con los eacutenfasis y campos de accioacuten de la Universidadrdquo (UPC
2018 paacuteg 19)
En consecuencia luego de recibir la carta de aceptacioacuten y agradecimiento de la
Secretariacutea de Planeacioacuten y de instalar el tramo de prueba en el Parque Simoacuten Boliacutevar del
municipio de Agua de Dios se realizaron labores de apropiacioacuten social del conocimiento
como programas de televisioacuten en el canal local H2O Televisioacuten participacioacuten en eventos
cientiacuteficos como el Encuentro de Semilleros TEINCO 2020 entre otras actividades
100
12 PREGUNTA DE INVESTIGACIOacuteN
Alrededor del mundo se estaacuten impulsando proyectos importantes que abarcan el uso
de energiacuteas renovables como una alternativa a la reduccioacuten de contaminacioacuten esto se
ha visto reflejado en la construccioacuten de infraestructura sostenible implementado energiacuteas
renovables como la solar piezoeleacutectrica eoacutelica entre otras tambieacuten en los paiacuteses maacutes
desarrollados se identifica un matrimonio entre las energiacutea renovables y el turismo donde
se combinan con la infraestructura generando impacto positivo en ellos A partir de esto
se formula la siguiente pregunta de investigacioacuten
iquestCoacutemo prototipar un adoquiacuten para pavimento articulado de traacutensito
peatonal que permita iluminar el paso del peatoacuten almacenando la
energiacutea solar que absorbe durante el diacutea para luego convertirla en
iluminacioacuten eleacutectrica en la noche
101
2 JUSTIFICACIOacuteN
Se ha identificado una problemaacutetica ambiental que se incrementa al pasar el tiempo
en el mundo esto por la generacioacuten de contaminantes al utilizar energiacuteas no renovables
ademaacutes en el municipio de Agua de Dios se observa una carencia en infraestructuras que
permitan ser un centro turiacutestico de la regioacuten ya que se ve opacado por los municipios
vecinos resulta de gran importancia generar proyectos los cuales implementen las
energiacuteas renovables y maacutes en el municipio de agua de dios donde es necesario un
desarrollo turiacutestico para el cual se vea sustentado con una infraestructura de intereacutes
generando un desarrollo econoacutemico social cultural y ambiental en el municipio
El proyecto Step by Step sendero inteligente surge de la necesidad de tener
infraestructura innovadora y amigable con el medio ambiente este proyecto trata de un
sendero peatonal el cual se piensa construir por medio de un conjunto de adoquines
disentildeados de forma que permitan obtener una luminiscencia por medio de bombillos led
instalados en el disentildeo y alimentados por medio de energiacutea solar ademaacutes de
implementar en el disentildeo un conjunto de sensores los cuales funcionen armoacutenicamente
con los visitantes prendiendo y apagando al desplazamiento de cada usuario
El proyecto Step by Step es importante para la comunidad del municipio de Agua de
Dios ya que con este proyecto se incentiva el cuidado por el medio ambiente tambieacuten
tiene un impacto positivo directo en la comunidad de la zona ya que se valorizan los
predios y los negocios alrededor de la vereda los chorros al atraer maacutes turistas genera
que tengan un crecimiento econoacutemico ademaacutes de poder utilizar el mismo sendero como
base para diferentes actividades de prestacioacuten de servicios generando nuevos empleos
en el municipio y al mismo tiempo mejorando la calidad de vida de los habitantes
Debido a que en la zona y generalmente en el paiacutes no se implementan los suficientes
proyectos que permitan un desarrollo de la infraestructura de la mano con el medio
ambiente este proyecto aporta en el desarrollo de proyectos futuros en el campo de los
senderos inteligentes primordialmente e infraestructura vial ademaacutes de ser un aporte en
el desarrollo de infraestructura innovadora dirigida al sector turiacutestico todo esto con la
implementacioacuten de energiacutea solar
102
Como consecuencia de la formacioacuten en investigacioacuten de la Universidad Piloto de
Colombia se justifica el proyecto Step by Step que aporta a la comunidad del municipio
de Agua de Dios impactando en su cultura en la parte religiosa con las congregaciones
que se realizan en esta zona y en su historia ya que se revitaliza un lugar emblemaacutetico
para los primeros habitantes del municipio tambieacuten aporta en el aspecto cientiacutefico ya que
la implementacioacuten de las nuevas formas de construccioacuten de concreto incentivan a la
investigacioacuten de las mismas a implementarse en la tecnologiacutea gracias a las energiacutea
renovables utilizadas y el concreto translucido el cual seraacute innovador para el municipio e
impactando beneficiosamente a el desarrollo por medio de la mejora en su turismo y asiacute
mismo en la economiacutea de la poblacioacuten que trabaja en esta zona
El proyecto step by step aporta a la misioacuten institucional por medio de los anaacutelisis a la
poblacioacuten sobre sus necesidades y daacutendole la solucioacuten a estas como lo es la parte
econoacutemica ya que el municipio se encuentra enfocado en la parte turiacutestica como fuente
de dinero generando estabilidad econoacutemica y bienestar en la poblacioacuten que beneficiada
con este proyecto y se puede observar un manejo adecuado del medio ambiento con
energiacuteas renovables
En consecuencia el proyecto Step by Step se articula con la misioacuten de un ingeniero
Unipiloto como una herramienta desarrollada por personas integrales soportado sobre
una soacutelida fundamentacioacuten conceptual que se brindaron en las aacutereas teacutecnicas y
cientiacuteficas a lo largo de la carrera universitaria se ajusta a la realidad del municipio de
Agua de Dios y busca soluciones puntuales en temas sociales ambientales turiacutesticos y
econoacutemicos
103
3 OBJETIVOS
31 OBJETIVO GENERAL
Prototipar y validar en campo un adoquiacuten para pavimento articulado peatonal
prefabricado en concreto hidraacuteulica bicapa y que en su interior tenga una pieza
translucida que sea capaz de transformar la energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica con el
fin de que cuando el peatoacuten transite con su pisada active un sensor y este encienda una
luz led que se encuentra al interior de la pieza de concreto
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Validar en laboratorio un adoquiacuten en concreto hidraacuteulico que se ajuste a las con las
Especificaciones teacutecnicas NTC 2017
Disentildear y validar en laboratorio la geometriacutea del adoquiacuten bicapa usando concreto
transluacutecido (Perdomo C amp Fandintildeo M 2020) y medir su resistencia a la compresioacuten
flexioacuten y la absorcioacuten para luego ser comparado con la NTC 2017
Disentildear y validar en campo el sistema de encendido usando sistemas alternativos
como los paneles solares
104
4 MARCOS DE REFERENCIA
41 MARCO DE ANTECEDENTES
Estudiantes mexicanos del Instituto Tecnoloacutegico de Estudios Superiores Monterrey
(ITESM) campus puebla desarrollaron un proyecto denominado Enegy Floor el cual es
un sistema que aprovecha el flujo de peatones para la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica
es una tecnologiacutea que se instala debajo de los pisos convencionales como las losetas
Seguacuten este proyecto cada vez que una persona pasa sobre el piso soportado por este
desarrollo tecnoloacutegico se activa un dispositivo mecaacutenico que produce cinco watts de
electricidad por cada paso (MAGAZINE 2020)
Los estudiantes artiacutefices de este proyecto expresaron que es una tecnologiacutea amigable
con el medio ambiente puesto que es un dispositivo que se activa con fuerza mecaacutenica
Para su elaboracioacuten los estudiantes usaron aluminio y una loseta que fue elaborada a
basa de poliacutemero ultrarresistente denominado nylamid (MAGAZINE 2020) El factor
diferencial entre el proyecto de los estudiantes mexicanos y Step by Step es que ellos
usan energiacutea mecaacutenica del flujo peatonal Step by Step usa energiacuteas renovables como la
solar
En Rotterdam existe una empresa llamada Energy Floors que antes era conocida
como Club de Baile Sostenible pues dicha empresa estaacute revolucionando el panorama de
la energiacutea sostenible al transformar la energiacutea cineacutetica y mecaacutenica que se produce al
caminar en energiacutea eleacutectrica En 2008 lanzaron su producto Sustainable Dance Floor
(SDF) que utiliza el movimiento de las personas como fuente de energiacutea al convertir la
energiacutea cineacutetica en energiacutea eleacutectrica Con ella se alimentan las luces LED de la pista de
baile creando una atmoacutesfera de discoteca y proporcionando al puacuteblico una experiencia
interactiva Esto es asiacute porque los moacutedulos que integran la pista de baile se flexionan al
ser pisados creando un movimiento que se transforma en energiacutea eleacutectrica por un
pequentildeo generador interno Cada moacutedulo de un tamantildeo de 75x75x20 cm puede producir
hasta 35 vatios de salida sostenida Entre cinco y veinte vatios por persona
(CONSTRUIBLE 2015) Al igual que el proyecto de los estudiantes la diferencia con Step
by Step es que se usa energiacutea mecaacutenica generada por las pisadas de las personas en
este caso en pistas de baile de discotecas
105
El mexicano Joseacute Carlos Rubio Avalos quien es investigador de la Universidad
Michoacana de San Nicolaacutes de Hidalgo buscoacute otra funcioacuten para el cemento el
investigador pensoacute en que el cemento casi siempre estaba expuesto a la radiacioacuten solar
y debiacutea buscar la manera de desarrollar una investigacioacuten innovadora Por esto el material
creado por el investigador consiste en absorber la radiacioacuten ultravioleta durante el diacutea
para luego brilla en la noche (BBC 2016)
El problema que el investigador tuvo es que el cemento es un cuerpo opaco y no
permite el paso de luz por eso estudioacute la composicioacuten del cemento Portland que es el
maacutes usado alrededor del mundo modificoacute la estructura microscoacutepica y con este cambio
logroacute que el material absorbiera los rayos uv El investigador Joseacute Carlos explicoacute en una
entrevista para la BBC Mundo que lo que se busca era permitir el paso y difusioacuten de luz
solar a traveacutes del siacutelice que se encuentra presente en el cemento el siacutelice es el mismo
material con el que se fabrica el vidrio (BBC 2016)
A lo que se refiere en si al proyecto del investigador mexicano es a cambiarle las
propiedades oacutepticas del material para hacerlo fosforescente Es un proceso logrado por
la incorporacioacuten de aditivos los cuales permiten que la luz pase y se pueda observar un
color de la fosforescencia El cemento como es un material orgaacutenico tiene mayor
rendimiento y durabilidad en el proceso (Avalos 2016)
El cemento fosforescente es un material mucho maacutes costoso que un cemento
convencional es por eso que solo se concibe como una capa de recubrimiento para
fachadas de edificios o para la sentildealizacioacuten de viacuteas Este proyecto mexicano es un
proyecto similar a Step by Step pues lo que se busca es hacer uso de las energiacuteas
renovables tambieacuten
En Holanda se construyoacute un proyecto denominada SolaRoad lo que se hizo fue
sustituir el asfalto por un pavimento que integra paneles solares fotovoltaicos ademaacutes de
esto se incluyeron luces led para iluminar el sendero en diacuteas de niebla y un sistema para
calentar la viacutea y evitar la formacioacuten de placas de hielo en invierno en el invierno En el
primer antildeo cumplido de este proyecto se han producido 70 KWh al antildeo por cada metro
cuadrado lo que ha sido suficiente para abastecer a tres viviendas
El primer antildeo de funcionamiento de un tramo de 70 metros ha llevado a los
investigadores a concluir que el proyecto funciona muy bien pero econoacutemicamente aun
no es factible porque en la construccioacuten se invirtieron 3 millones de euros y haciendo la
106
conversioacuten por cada KWh ha hecho un retorno final de tan solo 1862 euros (SOLAROAD
2016)
Figura 2 Sistema de pavimento Solaroad
Fuente (Ramos 2014)
Como se evidencia en la imagen anterior los constructores instalan moacutedulos de
concreto con una capa transparente que permite que la luz se infiltre debajo de dicha
capa se instalas celdas solares que recogen la energiacutea y finalmente son las que sirven
para alimentar el alumbrado puacuteblico la luz del traacutefico y hasta los hogares (SOLAROAD
2016)
El factor diferencial entre Solaroad y Step by Step es que el sendero de Step by Step
hace aprovechamiento de la energiacutea usando un solo panel solar y Solaroad hace uso de
cierta cantidad de moacutedulos solares para ser instalados en todo el tramo
China es uno de los paiacuteses que maacutes estaacute interesado e invierte en el uso de energiacuteas
renovables con el fin de innovar y dominar el mercado de dicha tecnologiacutea es por esto
107
que se disentildeoacute y construyoacute una autopista con paneles solares en la ciudad de Jinan
(Bradsher 2018)
Figura 3 Autopista China de Paneles solares
Fuente (Bradsher K 2018)
Este proyecto es importante nombrarlo en este documento porque destaca el gran
crecimiento que ha tenido el uso de paneles solares en el mundo y de que China uno
de los paiacuteses maacutes desarrollados del mundo esteacute apostando e invirtiendo en el uso de las
energiacuteas renovables
En la India se estaacute revolucionando el mercado de los paneles solares por la
construccioacuten de plantas de energiacutea solar sobre canales de agua esto hace que se
cumplan dos tareas importantes para la preservacioacuten del medio ambiente la primera es
la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica aprovechando la energiacutea solar y la segunda es la
preservacioacuten del liacutequido precioso evitando la evaporacioacuten
108
Figura 4 Canal solar en India
Fuente (ingrenovables 2014)
El Jefe de Gobierno Indio el Sr Narendra Modi inauguraraacute la primera serie de este
proyecto conocido como Canal Proyecto de Energiacutea Solar cuando ponga en marcha un
proyecto piloto de 1 megavatio (MW) que ya se encargoacute en el canal de la rama Narmada
cerca de la aldea Chandrasan de Kadi taluka en el distrito Mesina el martes
(indiasolarpowercanals 2015)
El proyecto de la India es de importancia mencionarlo en este documento dado a su
similar parecido con Step by Step pues los dos hacen uso de la energiacutea solar para
preservas los recursos medio ambientales que cada vez son maacutes escasos es de gran
aporte el conocimiento adquirido en cuanto a la forma en la que se construye el proyecto
para preservar el agua tambieacuten
En 2018 se dijo que La Guajira en Colombia se convertiriacutea en escenario de los grandes
proyectos de generacioacuten de energiacutea eleacutectrica a partir del viento que abasteceraacuten el
Sistema Interconectado Nacional (SIN) en la proacutexima deacutecada (Suaacuterez 2018)
109
A finales de febrero pasado la Autoridad Nacional de Licencias Ambientales (ANLA)
comenzoacute el estudio del que seraacute uno de los parques eoacutelicos representativos que tendraacute
el paiacutes por su tamantildeo y capacidad de produccioacuten y que se sumaraacute a otros que se
montaraacuten en la citada zona (Suaacuterez 2018) Se trata del proyecto de Generacioacuten de
Energiacutea Eoacutelica Alpha que desarrolla la empresa Vientos del Norte que pertenece al
conglomerado portugueacutes Renovatio Group como lo registra el Certificado de Reporte del
Sistema de Informacioacuten sobre Biodiversidad de Colombia (CR-SIB) (Suaacuterez 2018)
Este parque eoacutelico que tendraacute una capacidad de generacioacuten superior a los 200
megavatios (Mw) es la primera iniciativa que evaluacutea la Anla ya que se requiere
autorizacioacuten de la autoridad nacional ambiental despueacutes de los 100 Mw de energiacutea
(Suaacuterez 2018)
Es importante destacar este proyecto de recoleccioacuten de energiacutea eleacutectrica a traveacutes de
la energiacutea eoacutelica en este documento dado a que en este documento y para este proyecto
estamos tratando con todo tipo de energiacuteas renovables aunque es un proyecto que estaacute
en estudios y en traacutemite de licencias con antelacioacuten se sabe que seraacute un boom de
innovacioacuten con respecto a paiacuteses de la regioacuten y que se estaacuten apoyando los proyectos
que abarquen el uso de energiacuteas limpias en el paiacutes Step by Step estaacute pensado para que
funcione con cualquier tipo de energiacutea renovable que se pueda aprovechar
Seguacuten la revista dinero en Barranquilla con el cambio de administracioacuten de alcaldiacutea y
de gobernacioacuten del Atlaacutentico se vienen cambios en temas energeacuteticos para la regioacuten
Caribe pues se sabe desde antildeos atraacutes que Electricaribe tiene millonarias deudas y presta
un servicio deficiente el alcalde Jaime Pumarejo anuncioacute la adjudicacioacuten de los nuevos
operadores para el 20 de Marzo de 2020 tambieacuten dio luces sobre la nueva poliacutetica de
energiacutea en la reciente edicioacuten del Congreso Nacional de Infraestructura en noviembre de
2019 (DINERO 2020)
El alcalde Pumarejo dijo que es un proyecto que estaacute pensado en primera fase para la
autogeneracioacuten de la alcaldiacutea de Barranquilla para luego general y comercializar energiacuteas
renovables (DINERO 2020) El mandatario explicoacute que el desarrollo econoacutemico de la
capital del Atlaacutentico implica contar con energiacuteas de fuentes renovables Estas son
sinoacutenimo ndashseguacuten eacutelndash de maacutes ingresos empleo y resiliencia ante el cambio climaacutetico
(DINERO 2020)
110
Barranquilla es reconocida mundialmente como la capital energeacutetica de Colombia es
por esto que vale la pena mencionar esta clase de proyectos dentro de la redaccioacuten de
este documento porque el uso de energiacuteas renovables va tomando cada vez maacutes fuerza
en nuestro paiacutes y es de gran importancia para nosotros como ingenieros civiles
aprovechar esta oportunidad para crear proyectos innovadores como Step by Step que
hace usos de energiacuteas limpias y se puede implementar en cualquier parte del paiacutes
En Londres existe una empresa llamada Pavegen que es una compantildeiacutea de
tecnologiacutea limpia esta empresa adopta un enfoque innovador hacia la sostenibilidad al
generar energiacutea a partir de algo que la mayoriacutea de la gente hace todos los diacuteas caminar
La compantildeiacutea innovando en la arquitectura inteligente ha presentado la primera lsquovereda
inteligentelsquo del mundo en Londres un camino que transforma el pavimento en un generador
de energiacutea eleacutectrica esto gracias al paso que dan los peatones A diferencia de anteriores
instalaciones en Washington DC y Rio de Janeiro el proyecto en Londres cuenta con su
propia app brindado informacioacuten exacta a los visitantes sobre la energiacutea que estaacuten
generando e incentivando su uso al brindar descuentos en tiendas comerciales por los pasos
que den (ARQUITECTOS 2018)
Seguacuten el CEO de Pavegen Laurance Kemball-Cook quien sentildealoacute que esta es una nueva
aacuterea de produccioacuten de energiacutea una que ofrece muchas posibilidades interesantes laquoCuando
una persona camina genera 5 vatios de energiacutea de forma continua por lo que usted es
como todos somos una fuente de alimentacioacuten de 5 vatios Ahora imagine 10 personas eso
es 50 vatios de energiacutea de forma continua Puede que no parezca una cantidad exorbitante
de energiacutea pero es suficiente para suministrar energiacutea para una serie de necesidades Por
ejemplo la tecnologiacutea se puede utilizar para iluminar caminos a medida que los peatones
caminan sobre ellos lo que podriacutea frenar el crimen (ARQUITECTOS 2018)
111
Figura 5 Baldosa que produce energiacutea eleacutectrica
Fuente Pavegencom
El CEO tambieacuten sentildealoacute que el proyecto es muy importante y puso como ejemplo Grand
Central Station en Londres donde diariamente transitan unas 40000 personas por hora esa
energiacutea que generan esas personas se almacena en bateriacuteas y en la noche se enciende
Asiacute que los municipios las estaciones de tren las oficinas las escuelas en cualquier lugar
con mucha gente caminando son perfectas para el proyecto (ARQUITECTOS 2018)
El proyecto realizado en Londres es muy similar a Step by Step puesto que los dos se
tratan de un sendero inteligente El factor diferencial es que Step by Step convierte la energiacutea
solar en energiacutea eleacutectrica el proyecto de Londres lo que hace es convertir la energiacutea cineacutetica
que generan las personas al caminar en energiacutea eleacutectrica
En Madrid Espantildea se ha unido el Aacuterea de Emprendimiento Empleo e Innovacioacuten quien
ha impulsado el proyecto y el Aacuterea de Medio Ambiente y Movilidad que ha corrido con los
gastos para crear un cruce peatonal inteligente el proyecto se trata de crear un cruce
peatonal inteligente para reducir los accidentes por lo cual se ha escogido una zona poco
luminosa en horas de la noche (PAIS 2020)
112
Figura 6 Cruce peatonal inteligente
Fuente (PAIS 2020)
Seguacuten la portavoz de las concejaliacuteas que llevan a cabo el proyecto que cuenta con un
paso de cebra cuenta con una sentildeal lumiacutenica que funciona con sensores y
tecnologiacutea led y que se activa en modo nocturno cuando cruza un peatoacuten Al detectar a
la persona se encienden de forma continua las sentildeales horizontales y los cajones
lumiacutenicos de las sentildeales verticales Cuando no hay nadie el sistema permanece en
reposo (PAIS 2020)
Sobre la construccioacuten y mejoras en la fabricacioacuten e instalacioacuten de adoquines se
conocioacute que Samuel S Lngalls de Chicago en Illinois en el antildeo 1877 patentoacute un adoquiacuten
en concreto con una forma rectangular (Estados Unidos Patente nordm 952S6 1877) Pero
el inventor se dio cuenta que el adoquiacuten patentado presentaba fallas a la hora de su
instalacioacuten por lo que realizoacute un estudio para verificar las fallas y asiacute poder mejorar esto
Para lo cual patentoacute una mejora para la instalacioacuten de los adoquines en donde Samuel
Lngalls dejoacute un paso a paso para evitar que los adoquines se fracturaran con el tiempo
113
la fractura se da en las esquinas y para esto se debe poner cemento en las juntas y
esquinas
De la misma manera que Samuel Lngalls Charles Pettit tambieacuten realizoacute una patente
de la invencioacuten de un adoquiacuten pero dicha patente fue hecha en Greenford en el condado
de Mahoning y el estado de Ohio en el antildeo 1912 En la misma patente deja una guiacutea
praacutectica de instalacioacuten de dichos adoquines Pettit realiza esta invencioacuten para solucionar
la problemaacutetica de que los adoquines se desencajen y en muchas ocasiones presente
pandeo en una viacutea de adoquines estos pandeos generan en algunos casos accidentes
viales Esto lo soluciona garantizando un enclavamiento seguro entre las filas de
adoquines adyacentes y se puede hacer el enclavamiento dado a la forma del adoquiacuten
patentado el enclavamiento entre filas y columnas de adoquines evita el desplazamiento
y el pandeo del pavimento articulado (Estados Unidos Patente nordm 573212 1912)
42 MARCO TEOacuteRICO
Por medio del marco teoacuterico se pone en contexto las bases teoacutericas de la metodologiacutea
realizada para la construccioacuten del sendero inteligente en el cual se explicaran diferentes
tipos de tecnologiacuteas entre las cuales se encuentra la implementacioacuten de la tecnologiacutea de
generacioacuten de energiacutea por medio de componentes electroacutenicos de piezoelectricidad los
cuales aprovechan la energiacutea cineacutetica al caminar convirtieacutendola en energiacutea eleacutectrica
tambieacuten las tecnologiacuteas que utilizan energiacutea eleacutectrica para la construccioacuten de senderos
inteligentes los pavimentos inteligentes que aprovechan la energiacutea solar por medio de
paneles solares instalados en su estructura que aprovechan la energiacutea para los usos en
su entorno o en su misma estructura
Tipos de pavimentos inteligentes
En el mundo al pasar de los tiempos y con la incorporacioacuten de nuevas tecnologiacuteas al
mercado se han realizado diversos tipos de pavimentos los cuales tienen diferentes
caracteriacutesticas utilizando diferentes tipos de energiacuteas siendo las maacutes utilizadas la
piezoelectricidad la energiacutea eleacutectrica y la energiacutea solar
Piezoeleacutectricos
114
Uno de estos es el sendero inteligente presentado por pavegen en Londres el 29 de
junio del 2017 llamado Bird Street el cual utiliza la energiacutea piezoeleacutectrica
Bird Street se estaacute asociando con una serie de visionarios tecnoloacutegicos que incluyen
Pavegen Que fabrica una galardonada tecnologiacutea de pisos de generacioacuten de datos y
electricidad La compantildeiacutea del Reino unido ha instalado una matriz de 10 metros
cuadrados que inicialmente enciende luces y sonidos de paacutejaros y tambieacuten proporciona
una fuente de datos de energiacutea Incorporaraacute transmisores bluetooth de baja energiacutea que
le permitiraacuten interactuar con aplicaciones de marca por ejemplo recompensar a los
usuarios con descuentos cupones y recursos educativos para sus pasos en el sistema
pavegen (PAVEGEN 2017)
Este pavimento inteligente con la tecnologiacutea pavegen fue el primero en su tipo ya que
utiliza la energiacutea de las pisadas en el cual logra captar la energiacutea cineacutetica que se produce
al caminar sobre la superficie del pavimento por medio de un sistema en el cual se
posicionan 3 dispositivos en cada esquina de adoquiacuten y al pisarlo gracias al peso propio
del usuario se presionan los 3 a la vez esto ocasiona que el dispositivo descienda
generando electricidad gracias a los principios de la piezoelectricidad los cuales son
contemplados de la siguiente manera
Cuando una presioacuten es aplicada a u material piezoeleacutectrico causa una deformacioacuten
mecaacutenica y a su vez un desplazamiento de cargas Estas cargas son directamente
proporcionales a la presioacuten aplicada Si se ejerce una presioacuten a los extremos del eje polar
se produce polarizacioacuten un flujo de electrones de carga negativa mientras que en el
extremo opuesto se induce una carga positiva (Chacon Cesar Alexander 2012)
La tecnologiacutea para los senderos inteligentes se ha visto fortalecida en los uacuteltimos antildeos
ya que se viene implementando en diferentes proyectos en el mundo como antes se
nombroacute la piezoelectricidad es una de ellas siendo practica ya que funciona con la
presioacuten generada por los usuarios algo que es muy concurrido en un pavimento en ese
orden de ideas esta tecnologiacutea permite que el pavimento sea auto sustentable ya que
gracias a estas presiones se genera energiacutea
Energiacutea que se utiliza de la siguiente forma
La energiacutea proveniente de los pasos es captada por el material piezoeleacutectrico como
anteriormente se analizoacute el cual se encuentra situado al adoquiacuten del pavimento de forma
115
que esta genera corriente alterna la cual por medio de un convertidor se transforma a
corriente directa la cual sirve en este caso para el funcionamiento de los diferentes
aparatos electroacutenicos a traveacutes del sendero inteligente antes de ser enviada la energiacutea es
almacenada en una bateriacutea la cual garantiza que el sendero disponga de energiacutea en todo
momento para posteriormente ser enviada a las innovaciones instaladas con el fin de ser
utilizadas cada vez que un usuario pise los piezoeleacutectricos
Eleacutectrico
Otro tipo de sendero inteligente es el denominado como sendero inteligente de Espantildea
castilla y leoacuten alimentado por energiacutea eleacutectrica el cual tiene las siguientes caracteriacutesticas
El sendero homologado es una instalacioacuten deportiva identificada por las marcas
registradas GRreg PRreg oacute SLreg que se desarrolla preferentemente en medio natural y
sobre viales tradicionales puacuteblicos o privados Es un entramado de caminos sentildealizados
bajo una normas estandarizadas y reconocidas a nivel internacional y que han pasado el
sello de calidad de la federacioacuten de deportes de montantildea escalada y senderismo de
castilla y leoacuten (FDMESCYL 2017)
Los senderos de deportes extremos se realizan en partes rurales mayormente esto
dificulta implementar tecnologiacuteas en estos el sendero de castilla y leoacuten se considera
inteligente ya que se han implementado estas tecnologiacuteas eficientemente durante el
recorrido de los senderos en los deportes extremos los que resaltan son los siguientes
El sendero inteligente incluye obras de gran envergadura como el enlosado de la
totalidad del firme instalacioacuten de puntos de recargas de moacuteviles y dispositivos
electroacutenicos que cuentan con tomas USB y la colocacioacuten de maacutequinas expendedoras de
bebidas y aperitivos Las novedades del nuevo tramo se completan con la posibilidad de
que los senderistas se conecten a una red WIFI gratuita que permite a los usuarios estar
geo localizados en todo momento y monitorizados por los equipos de emergencia de
castilla y leoacuten (FDMESCYL 2017)
El sendero inteligente de Castilla y leoacuten es un beneficio para los turistas y
ciudadanos que concurren en esta zona de Espantildea se evidencia en este sendero
inteligente que cubre gran cantidad de recorrido siendo este para deportes extremos
generando seguridad a los usuarios gracias a las tecnologiacuteas implementadas a traveacutes del
mismo como lo es la interconexioacuten entre los usuarios por medio de wifi gratuito
116
permitiendo tambieacuten el reporte de emergencias a la praacutectica de los deportes extremos a
lo largo del sendero y tambieacuten un sistema de ahorro de energiacutea con farolas que regulan
la cantidad de luz emitida gracias a sensores que permiten captar la cantidad de luz en
el entorno y disminuyeacutendola cuando no sea necesaria
Energiacutea solar
Un tipo de pavimento inteligente es el alimentado por energiacutea solar son las placas de
pavimento solar roadways quienes han hecho investigaciones para generar placas con
paneles de energiacutea solar con el fin de crear pavimentos inteligentes que funciones con
base a esta energiacutea renovable
SOLAR ROADWAYS es un sistema modular de paneles solares que se pueden
caminar y conducir Nuestros paneles solares contienen luces LED para crear liacuteneas de
sentildealizacioacuten sin pintura Contienen elementos calefactores para evitar la acumulacioacuten de
nieve y hielo Los paneles contienen microprocesadores los cuales los hace inteligentes
Esto permite que los paneles se comuniquen entre si una estacioacuten de control central y
los vehiacuteculos (SOLAR ROADWAYS 2020)
La energiacutea solar es una de las maacutes famosas y maacutes utilizadas entre las energiacuteas
renovables ya que el sol genera energiacutea permanente que en su mayoriacutea no es utilizada
por el ser humano los pavimentos tienen contacto con el sol a diario ya que se
encuentran a la intemperie generando una oportunidad de aplicacioacuten de teacutecnicas de
recoleccioacuten de energiacutea solar para asiacute mismo utilizarlo en el entorno y para la estructura
misma del pavimento La captacioacuten de energiacutea solar se realiza por medio de un panel
solar que se instala en la parte superior del pavimento teniendo en cuenta que el panel
solar tiene una resistencia mayor al comuacuten ya que tiene que soportar pesos de todo tipo
de vehiacuteculos seguacuten el profesor shyam s nandwani afirma que
la potencia solar que recibe el planeta tierra (fuera de la atmosfera) es cerca de 173 x
10^12 Kw o una energiacutea de 15x^15 kWh por antildeo Al atravesar la atmosfera cerca de 53
de esta radiacioacuten es reflejada y absorbida por el nitroacutegeno oxigeno ozono dioacutexido de
carbono vapor de agua polvo y las nubes Por lo tanto al pasar esta radiacioacuten por una
distancia de 150 millones de km se reduce esta cantidad y el final el planeta recibe
energiacutea promedio de 3x10^17 kWh al antildeo equivalente a 4000 veces el consumo del
mundo entero en un antildeo (7x10^13 kWhantildeo) o cual nos indica el enorme potencial del
sol (nandwani 2005)
117
Con las nuevas tecnologiacuteas la energiacutea solar se ha ido modernizando e incluyeacutendose
en diferentes proyectos entre estos el pavimento inteligente anterior mente nombrado en
cuanto al funcionamiento se puede afirmar que
Para cualquiera de las aplicaciones de la energiacutea solar la parte principal del sistema
es el COLECTOR ndash el artefacto que capta energiacutea solar y convierte en energiacutea uacutetil ndash sea
en forma caloacuterica o eleacutectrica Para la conversioacuten de energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica se
utilizan CELDAS SOLARES proveniente de los materiales semiconductores ndashtipo silicio
principalmente (nandwani 2005)
Despueacutes de convertir la energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica se procede a poner en
funcionamiento el circuito el cual se debe tener en cuenta que
Dependiendo de la capacidad de almacenamiento de la bateriacutea se puede calcular el
tiempo aproximado de funcionamiento de varios dispositivos y el aacuterea necesaria del panel
solar para usos especiacuteficos Una instalacioacuten ademaacutes requiere controlar el voltaje
mediante un regulador dirigir la corriente hacia una bateriacutea para almacenarla Como la
corriente eleacutectrica producida es directa es necesario para algunas aplicaciones un
inversor para convertirla en alterna (nandwani 2005)
Despueacutes de producir la energiacutea eleacutectrica por medio del panel solar instalado en el
pavimento se transfiere a un control de carga el cual regula la energiacutea con el fin de evitar
dantildeos en la bateriacutea la cual se encuentra en el siguiente paso de la energiacutea esta almacena
la corriente para ser utilizada se encuentra el panel produciendo energiacutea o no todo esto
para ser enviada al alumbrado puacuteblico situado en el pavimento volvieacutendolo auto
sostenible
Moacutedulo de control de carga para bateriacuteas
Moacutedulo de control de carga para bateriacuteas de litio Puede ser programado para
comenzar la carga de voltaje y para finalizarla (ELECTRONICA 2020)
Por ejemplo Configurando 12V como voltaje de inicio y 15V como voltaje de parada
cuando el voltaje este por debajo de 12V el releacute se cerraraacute permitiendo la carga de voltaje
a la bateriacutea cuando el voltaje alcance los 15V o sea mayor el releacute se apagaraacute deteniendo
la carga (ELECTRONICA 2020)
118
Caracteriacutesticas
Voltaje de entrada 10-30V
Precisioacuten del display 01V
Precisioacuten del control 01V
Tipo de salida salida directa
Tolerancia plusmn01V
Dimensiones 82x58x18mm
Regulador de carga de panel solar
El regulador solar o regulador de carga es un dispositivo necesario en la instalacioacuten
solar ya que se encarga de controlar la entrada a las bateriacuteas de la energiacutea generada en
los paneles solares El regulador permite por un lado alargar la vida de la bateriacutea y por
el otro obtener informacioacuten y paraacutemetros del funcionamiento de la instalacioacuten Permite
alargar la vida de las bateriacuteas ya que permite el paso de la electricidad seguacuten el estado
en que se encuentre la bateriacutea en cada momento Por ejemplo cuando esta esteacute a un
nivel de carga inferior al 95 permitiraacute el paso libre de toda la electricidad con el objetivo
de cargarla cuanto antes posible Mientras que si se encuentra en un porcentaje de carga
del 95 al 99 permitiraacute el paso de forma muy controlada que es lo que llamamos carga
de flotacioacuten con el fin de llenar al maacuteximo la bateriacutea Por otra parte si la bateriacutea se
encuentra completamente cargada cortaraacute el paso de corriente para evitar sobrecargas
o un sobrecalentamiento del acumulador Gracias a realizar la carga de esta forma se
evitan problemas en las bateriacuteas solares y se alarga al maacuteximo sus antildeos de vida
(DamiaSolar 2016)
Existen 2 tipos de reguladores de carga el PWM o convencional y el MPPT o
maximizador El uso de uno u otro dependeraacute del tipo de placa solar que utilicemos Si
se tratan de placas solares de 36 o 72 ceacutelulas (paneles de hasta 200W) seraacute suficiente
usar un regulador PWM ya que estas placas tienen un voltaje en el punto de maacutexima
potencia alto Mientras que si usamos placas de 60 ceacutelulas (paneles de potencia superior
a 200W) seraacute de uso obligatorio el regulador MPPT ya que estas placas tiene un voltaje
119
menor pues priorizan el amperaje en lugar del voltaje con lo cual seraacute necesario siempre
un regulador MPPT el cual modula el voltaje del panel y lo adapta a las caracteriacutesticas de
las bateriacuteas conectadas (DamiaSolar 2016)
Los paneles solares de 60 ceacutelulas se conocen popularmente como paneles de red ya
que se utilizaban antiguamente en las huertas solares que se conectaban a la red Para
diferenciar los paneles de red de los paneles convencionales se debe mirar su ficha
teacutecnica impresa en la pegatina posterior del panel El panel de red indicaraacute un valor VMP
de solamente 29V o similar mientras que las placas convencionales o de aislada generan
un VMP aproximado de 36 voltios en las placas de 24V y de 18 voltios en las placas de
12V (DamiaSolar 2016)
Para saber si necesito un regulador de 10A 20A 30A 60A o 80A (A= amperios) se
deberaacute mirar el amperaje del panel indicado como corriente nominal o IMP i multiplicarlo
por el nuacutemero de paneles que queramos instalar en la instalacioacuten solar Por ejemplo en
una instalacioacuten solar de 12V donde se instalen 6 placas de 140W 12V el IMP de este
panel seraacute de 797A Por lo tanto si se disponen de 7 placas se obtendraacute una corriente
maacutexima de 5579 y seraacute necesario usar un regulador solar de 60A Tambieacuten es
importante si en un futuro hay previsto instalar maacutes paneles poner ya de inicio un
regulador de mayor capacidad asiacute cuando se instalen seraacute necesario cambiar este
dispositivo (DamiaSolar 2016)
Bateriacutea Recargable
Tanto los paneles solares como las turbinas eoacutelicas son fuente de energiacutea verde y
renovable pero el problema de estos sistemas de autoabastecimiento eleacutectrico reside en
el almacenamiento Las instalaciones tradicionales proporcionan la energiacutea de manera
inmediata de manera que lo que no se consuma en el momento se pierde y ademaacutes si
el diacutea se nubla o el viento se detiene no es posible obtener suministro
(Ambientesoluciones 2020)
Para resolver este inconveniente este grupo de investigadores ha disentildeado
una bateriacutea de flujo segura y rentable que se puede utilizar tanto de manera domeacutestica
como comercial Estaacute elaborada con materiales de bajo coste que se encuentran en la
tierra de forma habitual como carbono oxiacutegeno nitroacutegeno hidroacutegeno hierro y potasio
Los compuestos no son toacutexicos ni tampoco inflamables (Ambientesoluciones 2020)
120
Los materiales no son toacutexicos son baratos y al estar disueltos en una
abundante cantidad de agua son seguros ya que no puede prenderse
fuego un detalle muy importante cuando se estaacuten almacenando grandes
cantidades de energiacutea eleacutectrica cerca de la gente explica Michael J
Aziz uno de los ingenieros que ha desarrollado el invento
(Ambientesoluciones 2020)
A diferencia de las bateriacuteas de electrodos soacutelidos las bateriacuteas de flujo almacenan la
energiacutea en los liacutequidos contenidos en los tanques externos de manera similar a las pilas
de combustible Los tanques establecen la capacidad de almacenamiento y el hardware
de conversioacuten electroquiacutemica a traveacutes del que se bombean los fluidos establece la
potencia (Ambientesoluciones 2020)
Ambos elementos se pueden personalizar para que cada usuario disponga de la
energiacutea atendiendo a sus necesidades Ademaacutes como la cantidad de energiacutea que puede
guardar aumentar con soacutelo aumentar el tamantildeo de los tanques se puede almacenar
mucha maacutes a un menor coste que los sistemas de bateriacuteas tradicionales
(Ambientesoluciones 2020)
Panel solar
El panel solar es el elemento maacutes conocido de los componentes utilizados en la
implementacioacuten de energiacutea solar se trata de un elemento que aprovecha la energiacutea del
sol para transformarlo en energiacutea eleacutectrica o caloacuterica la cual se puede utilizar de
diferentes maneras en esta transformacioacuten de la energiacutea solar se pueden distinguir
diferentes propoacutesitos de la energiacutea la primera por ejemplo es la utilizacioacuten de esta para
producir agua caliente lo cual se ve generalmente en los hogares y la segunda y una de
las maacutes conocidas son la transformacioacuten de energiacutea por medio de paneles fotovoltaicos
los cuales permiten producir electricidad captando la radiacioacuten solar las cuales recaen en
las ceacutelulas fotovoltaicas del panel solar (SLU 2015)
La energiacutea solar se puede captar de diferentes formas las dos mencionadas
anteriormente permiten entender el funcionamiento y la forma en la que se aprovechan
las radiaciones solares tales como se puede identificar en el siguiente paacuterrafo que nos
muestra el funcionamiento por medio de recoleccioacuten y transformacioacuten en energiacutea caloacuterica
121
En cuanto a las dos formas anteriormente nombradas el sistema de recoleccioacuten de
energiacutea solar uno de estos es por medio del colector solar en el cual tiene un liacutequido en
su interior que tiene la funcioacuten de absorber la radiacioacuten generada por el sol y
posteriormente la convierte en calor por medio de este liacutequido el cual se almacena para
ser utilizado por medio de ductos instalados en conjunto con el servicio de agua ya que
este se convierte en un intercambiador de calor por medio de unos ductos lo que permite
que el recurso hiacutedrico al ser usado tenga la temperatura deseada este ciclo se repite ya
que el liacutequido que funciona como intercambiador de calor retorna al colector solar para
realizar el proceso de nuevo (SLU 2015)
La recoleccioacuten de energiacutea eleacutectrica por medio de paneles solares es la maacutes
conocida en el mundo ya que es la base de esta tecnologiacutea para entender su
funcionamiento se debe comprender sus caracteriacutesticas por medio del siguiente paacuterrafo
se pueden identificar
La recoleccioacuten de energiacutea solar por medio de paneles fotovoltaicos se obtiene
gracias a las celdas que se encuentran en la superficie del panel solar las cuales son
denominadas como ceacutelulas fotovoltaicas estas tienen la capacidad de convertir la
energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica esto es llamado efecto fotovoltaico este efecto provoca
la energiacutea solar (fotones) posteriormente se producen unas cargas positivas y negativas
en unos componentes llamados semiconductores que estaacuten directamente relacionados
con las celdas y tienen distinto tipo y por medio de estos se crea un campo eleacutectrico que
posteriormente permite obtener corriente eleacutectrica (SLU 2015)
El panel solar puede funcionar con diferentes tipos de materiales los cuales
funcionan de una manera similar los maacutes utilizados para producirlos son el arseniuro de
galio (Gas) este es maacutes utilizado en diferentes tipos de aparatos electroacutenicos los cuales
son maacutes complejos y el segundo es el silicio (Si) el cual tiene un costo econoacutemico menor
estos son maacutes faacuteciles de encontrar y por lo mismo son los maacutes utilizados en general
ademaacutes de ser utilizados por la industria microelectroacutenica cuando se evaluacutea el
rendimiento de las celular fotovoltaicas se puede concluir que estas estaacuten ligadas con la
estructura tridimensional en el interior de la laacutemina de silicio (SLU 2015)
El panel solar tiene la funcioacuten de recibir la energiacutea lo cual lo convierte en un
elemento clave a la hora de construir dispositivos que necesiten aprovechar la energiacutea
solar ya que tambieacuten se deben tener en cuenta factores importantes en cuanto al manejo
122
de este tales como son la ubicacioacuten ya que es de vital importancia garantizar que se
aprovecha de la mejor manera la energiacutea proporcionada por el sol esto debido a que se
debe tener en cuenta el movimiento de la tierra alrededor del sol para identificar los
aacutengulos y zonas que permitan optimizar esta recoleccioacuten de energiacutea
Pavimentos articulados
Los pavimentos articulados tienen una caracteriacutestica principal y es que estaacuten
disentildeados con adoquines en su capa superior tambieacuten estaacute compuesta por un cuerpo el
cual contiene una capa de base y sub base con unas caracteriacutesticas de compactacioacuten
ademaacutes de opcionalmente realizar una adaptacioacuten a la sub rasante
Los adoquines son la caracteriacutestica maacutes visible de los pavimentos articulados ya que
estaacuten en su capa superior y son los primeros en tener contacto con los usuarios estos
se disentildean generalmente en forma de bloque macizo lo cuales tienen caracteriacutesticas de
dimensionamiento similares ya que es necesario uniformidad para su instalacioacuten ya que
son prefabricados y se traen al terreno para ser instalados uno tras de otro dejando juntas
entre ellos
Las demaacutes partes que componen el pavimento articulado son constituidas por un sello
de arena el cual se instala entre las juntas de los adoquines con el fin de rellenar pero
tambieacuten aportan un buen funcionamiento del pavimento a flexioacuten y la capacidad portante
de la superficie del pavimento posteriormente se encuentra una capa de arena la cual se
coloca con el fin de instalar los adoquines sobre esta esta arena debe tener una
granulometriacutea optima que permita un flujo libre de agua y la infiltracioacuten ademaacutes que sus
partiacuteculas deben ser resistentes a la degradacioacuten (CASTILLO 2003)
Las capas siguientes son denominadas cuerpo la que se encuentra posteriormente a
la capa de arena es llamada base y es la encargada de proporcionar una mejor capacidad
estructurar y tambieacuten permite un apoyo uniforme del pavimento siguieacutendole por una capa
llamada sub base la cual se encuentra debajo de la base y es utilizada para traacuteficos
medios y altos mayormente ya que para traficas bajos basta con la uacuteltima capa llamada
capa de conformacioacuten esta capa se encuentra entre la sub base y la sub rasante es
instalada para mejorar las caracteriacutesticas del suelo y funciona como plataforma para la
construccioacuten de las anteriores capas (CASTILLO 2003)
123
Sensores de movimiento
Los sensores de movimiento son dispositivos electroacutenicos estos generalmente
funcionan de forma inalaacutembrica y su funcionamiento parte de captar el movimiento para
asiacute enviar informacioacuten a una central de control estos sensores son capaces de registrar
movimientos de un aacuterea determinada y son reconocidos en todo el mundo por su
utilizacioacuten en sistemas de seguridad e iluminacioacuten entre otras funciones (Palacios 2020)
Entre los sensores de movimiento varios tipos y variedades dependiendo de la
utilizacioacuten en cada caso entre los cuales se encuentran los siguientes
Los sensores de regulacioacuten luz crepuscular estos sensores basan su funcionamiento
en aumentar o disminuir la luz del dispositivo luminario relacionado con la luz ambiente
lo cual permite que si la luz ambiente es de mayor intensidad se disminuya la generada
por el dispositivo esto genera que se optimice la eficiencia del sistema de iluminacioacuten al
maacuteximo aprovechando la luz al maacuteximo solo cuando se es necesario este sensor es
utilizado generalmente en exteriores ya que en ese entorno se optimiza mejor su ventaja
al tener directamente la luz del ambiente (LEDOVET 2018)
Los sensores de movimiento de infrarrojos estos sensores basan su funcionamiento
en la utilizacioacuten de luces infrarrojas para identificar cambios caloriacuteficos en el aacuterea de
cobertura predeterminada lo que permite detectar si una persona se mueve dentro de
dicha aacuterea y puede utilizarse como receptor de informacioacuten para seguridad donde se
conectariacutea con otro dispositivo de alerta o tambieacuten combinarlo con un sistema de
iluminacioacuten que genere luz a la presencia de personas (LEDOVET 2018)
Los sensores de presencia ultrasoacutenicos estos sensores basan su funcionamiento en
la utilizacioacuten de ondas ultrasoacutenicas las cuales son generadas por el dispositivo en una
determinada aacuterea las cuales regresan por rebote al ya que chochan con cada objeto
encontrado en el entorno cuando estas ondas regresan y detectan un cambio en su
rebote alertan este cambio activando el sistema con el cual este disentildeado (SampP 2018)
Los sensores combinados estos tipos de sensores son disentildeados con las tecnologiacuteas
anteriormente nombradas ya que estas se pueden combinar con el fin de obtener ventajas
en su funcionamiento estos teniendo en cuenta la importancia ya que se pueden instalar
de forma que aumente el nivel de deteccioacuten como puede ser una combinacioacuten entre las
tres tecnologiacuteas o solo dos de las tres con el fin de aumentar la sensibilidad del sistema
124
informacioacuten recibida ya que se genera una activacioacuten de todo el sistema con la deteccioacuten
de solo uno de los dispositivos tambieacuten se puede lograr el efecto inverso al instalarlos
de forma que se tengan que activar los dos o tres lo que baja la intensidad de deteccioacuten
y le da una mejor flexibilidad en espacios donde no es necesaria tanta seguridad y evitar
incomodidades a los usuarios
En cuanto a la forma de regulacioacuten de estos sensores se encuentran la regulacioacuten
dependiendo del alcance en metros con el que sea disentildeado el sistema esto se realiza
con el fin de solo cubrir la zona donde se requiere la funcioacuten del sensor y no interferir en
otros lugares del mismo entorno donde no es necesario o no se desea interferir otra
forma de regulacioacuten de estos sensores se puede realizar por medio del tiempo ya que se
puede disentildear con el fin de que se active desde que detectan un cuerpo hasta que se
desee que dejen de funcionar con el fin de optimizar el uso buscando la maacutexima eficacia
tambieacuten se mitigara el consumo energeacutetico ya que solo permaneceraacute en funcionamiento
los momentos que sea necesario y por ultimo un tipo de regulacioacuten es con la tecnologiacutea
anteriormente nombrada la crepuscular donde se regula dependiendo de la luz
encontrada en el ambiente solo encendiendo cuando es necesario la luz (SampP 2018)
Concreto translucido
El concreto translucido es un material utilizado de diferentes formas ya que sus
propiedades le permiten aprovechar la luz siendo esta un factor maacutes influyente en las
obra de infraestructura a las que se le implementa este tipo de concreto ya sea para el
aprovechamiento de luz del entorno y asiacute mitigar problemas ambientales o crear maacutes
confort en los usuarios como para generar una estructura combinada con luz artificial
que a su vez tambieacuten se puede combinar con energiacuteas renovables para obtener
beneficios ambientales ademaacutes de poder jugar con las diferentes formas y lugares en los
cuales se puedan construir como estructuras deportivas viacuteas zonas comunes entre otras
donde estas tengan un impacto innovador
El concreto translucido fue patentado por aron losonczi el cual tuvo la idea de unir dos
caracteriacutesticas diferentes como lo es la dureza del concreto y la transparencia de un
material translucido su investigacioacuten se dirigioacute a la implementacioacuten de fibras oacutepticas en
el concreto convencional con el fin de crear productos que permitan construir paredes de
interiores o exteriores suelos iluminados o en proyectos de arte y disentildeo (OMPI
ORGANIZACION MUNDIAL DE LA PROPIEDAD INTELECTUAL 2015)
125
En la actualidad existen dos tipos de concreto translucido que destacan en el
mundo los cuales son el concreto translucido construido con fibra oacuteptica y el concreto
translucido polimeacuterico
Concreto translucido con fibra oacuteptica
El concreto translucido con fibra oacuteptica estaacute compuesto por miles de filamentos de fibra
oacuteptica la cual se agrega al concreto y generalmente tienen un diaacutemetro entre los 2mm y
2 micras para que tenga un buen desempentildeo deben estar orientadas en la misma
direccioacuten esto de un lado al otro de la pieza que se construya generalmente la proporcioacuten
de fibra suministrada al conglomerado es del 4 del volumen de la pieza de concreto
construida en total (ARCUS GLOBAL 2020)
La caracteriacutestica que le da lo translucido al concreto es a implementacioacuten de las fibras
oacutepticas ya que la luz que impacta por una cara del concreto en un extremo de las fibras
oacutepticas acomodadas en la misma direccioacuten generan que la luz se perciba aunque con
una menor intensidad al otro extremo de las fibras oacutepticas en este orden de ideas entre
maacutes intensa sea la luz en la cara donde se realiza el contacto maacutes intenso se veraacute en la
otra cara de la pieza construida (ARCUS GLOBAL 2020)
Otra caracteriacutestica de las piezas construidas con fibras oacutepticas son las sombras
generadas en la cara que se tiene luz ya que estas tambieacuten aparecen en la otra cara del
concreto y se destacan por su contorno lo que le da un plus de esteacutetica y esta
caracteriacutestica del concreto translucido con la luminosidad se puede dar hasta 20 metros
todo gracias a las fibras oacutepticas que contienen en su interior y en cuanto a la parte
estructural no se implementan barras de aceros como se acostumbra en el concreto
convencional si no barras de plaacutestico transparentes y tambieacuten se obtiene una resistencia
similar a la de los concretos tradicionales (ARCUS GLOBAL 2020)
Concreto Translucido Polimeacuterico
El concreto translucido polimeacuterico tiene una composicioacuten que se asemeja mas a la
tradicional la caracteriacutestica que le permite ser translucido es el cambio del cemento
convencional parcial o complementariamente por un conglomerante polimeacuterico
transparente llamado el ilum (ARCUS GLOBAL 2020)
La diferencia entre el anterior concreto desarrollado a partir de fibras oacutepticas y este
desarrollado a partir de ilum es que el ilum permite la entrada de luminiscencia por todas
126
las direcciones esto tambieacuten depende de la dosificacioacuten ya que al agregar el componente
aacuterido pierde un poco esta caracteriacutestica para obtener grandes resultados se debe tener
una granulometriacutea bien cuidada tambieacuten se obtiene que la resistencia a la compresioacuten
de este tipo de concreto translucido puede ser similar o en ocasiones superior a la del
concreto convencional (ARCUS GLOBAL 2020)
Este trabajo de investigacioacuten utiliza el concreto transluacutecido SEUS elaborado con
poliacutemeros y materiales reciclados que seguacuten Perdomo amp Fandintildeo (2020) registra una
buena resistencia a la compresioacuten (44 MPa) cuando se usa aglomerante de resina de
polieacutester insaturado (Perdomo C amp Fandintildeo M 2020)
43 MARCO CONCEPTUAL
Meacutetodos de disentildeo de pavimentos
Meacutetodo racional
El meacutetodo racional muestra la estructura de pavimento como un medio elaacutestico sobre
el cual se coloca una carga la cual genera en la estructura un esfuerzo el cual es aplicado
especiacuteficamente en la capa superior para comprender estos esfuerzos se puede
interpretar a traveacutes de un modelo mecaacutenico el esfuerzo ejercido en la capa superior se
propaga a traveacutes de la estructura y cada vez que avanza en la estructura el esfuerzo es
menor esto quiere decir que si el grosor del medio elaacutestico que soporta los esfuerzos es
mayor mejor soporta los esfuerzos por que maacutes distancia recorre maacutes deacutebil se vuelve el
esfuerzo
Para el dimensionamiento del pavimento por el meacutetodo racional por el modelo
Boussinesq se tiene en cuenta que la presioacuten ejercida por el neumaacutetico o un peatoacuten el
cual ejerce una carga (Lizcano 2003) las cuales generalmente son mayores de lo que
puede soportar un terreno natural por esta razoacuten la calzada disentildeada debe repartir esta
presioacuten con el fin de volverla tolerable y estos modelos siguen las hipoacutetesis encontradas
a continuacioacuten
ldquoLa carga aplicada a la calzada se esquematiza por una presioacuten qₒ sobre un circulo de
radio ϕ como se puede observar en la siguiente figurardquo (Lizcano 2003)
127
ldquoEl suelo soporte requiere elaacutestico modo de Young E2 relacioacuten de poisson v2 este
suelo solo puede resistir sin deformarse exageradamente un esfuerzo vertical admisible
(σ2) inferior presioacuten a ntildea presioacuten qₒ coacutemo se puede observar en la siguiente figurardquo
(Lizcano 2003)
Figura 7 Distribucioacuten de esfuerzos Modelo Boussinesq
Fuente (Boussinesq 2020)
Posteriormente se identifica una profundidad la cual se determina como H esto con el
fin de que la presioacuten vertical se encuentre al final difusa ya que no se puede sobrepasar
el esfuerzo vertical admisible (Sz) el meacutetodo Boussinesq encontroacute una solucioacuten al poner
que en una profundidad z el esfuerzo vertical es de la siguiente manera (Lizcano 2003)
1205902 = 1199020
[
1 minus(119911119886)
3
(1 + (1199112
1198862))
32
]
Donde
σ2= esfuerzo vertical
128
α = radio de la carga de la huella circular o semieje en la direccioacuten x de la carga de
huella eliacuteptica
q = presioacuten de la carga
X Y y Z = coordenadas cartesianas de un punto
Esta nomenclatura aplicada al pavimento se puede representar de la siguiente manera
Figura 8 Esfuerzos que sufren los pavimentos en tres direcciones
Fuente (Lizcano 2003)
Donde
σ2= esfuerzo vertical
σr= esfuerzo radial de traccioacuten
Es= moacutedulo de Young de un masivo semifinito
v= coeficiente de poisson
ͳ= cizallamiento
Las fuerzas anteriormente nombradas ejercidas en el pavimento se pueden observar
en la siguiente grafica donde se puede identificar la forma en la que un neumaacutetico ejerce
presioacuten sobre el pavimento teniendo en cuenta que el neumaacutetico tiene una forma en la
cual se distribuyen las presiones en forma de ovalo por lo cual en cuanto maacutes se acerca
a su centro maacutes fuerte se vuelve esta presioacuten se puede observar como en la uacuteltima fase
los colores son cada vez maacutes intensos esto quiere decir que en ese logar el pavimento
estaacute sometido a maacutes esfuerzo
129
Figura 9 Huella de la llanta del vehiacuteculo sobre el pavimento
Esfuerzos graficados Fuente (Xiaodi Hu 2017)
Meacutetodo AASHTO
El meacutetodo AASHTO llamado asiacute por sus siglas (American Association of State Highway
and Transportation Officials) es caracteriacutestico por ser un meacutetodo de disentildeo semiempirico
donde en sus inicios fue evaluado para pavimentos flexibles pero tambieacuten fue adaptado
para pavimentos articulados ya que cogieron este como base esto conlleva a que
compartan muchas similitudes es importante tener en cuenta que este meacutetodo emplea
unidades las cuales se estiman mediante el traacutefico ejes estaacutendar en unidades inglesas
18 Kips (82 toneladas) (CASTILLO 2003)
La foacutermula base de este meacutetodo es la siguiente
log10(119864119860119871119904 lowast 119865119903)
= 939 lowast log10(119878119873 + 1) minus 02 + (log10 (119875119900 minus 119875119905
119875119900 minus 15) (04 + (
1094
(119878119873 + 1)519)
+ (232 lowast log10 119872119903) minus 807
Donde
EALs= numero de eje de 18 Kips acumulado en el periodo de disentildeo
Fr= factor de confiabilidad del disentildeo 10^(Zr+So)
Zr= fractil estaacutendar de la ley (funcioacuten de R)
So= desviacioacuten estaacutendar
R= nivel de confiabilidad
SN= numero estructural de la capa
Po= serviciabilidad inicial del pavimento
Pt= serviciabilidad final del pavimento
130
Mr= moacutedulo resiliente de la subrasante (psi)
Generalmente la desviacioacuten estaacutendar es recomendada como 045 el factor de
confiabilidad usado en la formula anteriormente nombra se encuentra dependiendo de la
importancia de la viacutea con lo que se debe tener en cuenta las siguientes recomendaciones
para encontrar el Fr
Tabla 1 Factor de confiabilidad
Nivel de confiabilidad
() 119917119929
50 1000
60 1300
70 1721
75 2010
80 2390
85 2929
90 3775
95 5499
99 8527
Fuente (CASTILLO 2003)
Para definir el nivel de confiabilidad con el que se debe disentildear la viacutea se debe tener en
cuenta factores que dan un nivel de importancia dependiendo del tipo de viacutea que se va a
construir en el siguiente cuadro se encuentran los criterios que deben tenerse en cuenta
para poder obtener un nivel de confiabilidad recomendado
131
Tabla 2 Nivel de confiabilidad
Clase de viacutea
Trafico
promedio
diario
Factor de
distribucioacuten por
carril()
Nivel de
confiabilidad
recomendado
()
Arterias o viacuteas principales
Urbana 40000 90 90
Rural 15000 90 85
Colectora principal
Urbana 15000 90 85
Rural 6000 90 80
Colectora
secundaria
Urbana 6000 100 80
Rural 2000 100 80
Comercial Multifamiliar
Urbana 2000 100 75
Fuente (CASTILLO 2003)
Para encontrar el numero estructural de la capa se debe utilizar la siguiente formula
119878119873 = Σ(119886119894 lowast 119905119894)
Donde
ai= coeficiente de capa de la i
ti= espesor de la capa i
La estructura del pavimento disentildeada por el meacutetodo Asshto despueacutes de tener en
cuenta los materiales con los que se van a construir cada capa y el aporte estructural que
se encuentra en cada una de estas con los cuales dependiendo de la necesidad se elige
su espesor quedariacutean de la siguiente manera
132
Figura 10 Estructura del pavimento AASTHO 1993
Fuente Guiacutea para el disentildeo de estructuras de pavimentos AASTHO 1993
Meacutetodo PCA
Para el disentildeo por el meacutetodo PCA se rige principalmente por los siguientes factores
-resistencia del concreto a la flexioacuten denominada como MR
El moacutedulo de rotura denominado como Mr es uno de los factores maacutes importantes en
el disentildeo de pavimentos articulados ya que por medio de este se mide la tensioacuten maacutexima
que puede soportar un espeacutecimen el cual debe ser fallado a flexioacuten esto ejerciendo las
cargas en 3 puntos
El moacutedulo de rotura puede ser obtenido mediante cargas cantiliver en un punto central
en los tercios Una diferencia importante en estos meacutetodos de prueba es que la prueba
de la carga en los tercios da la miacutenima resistencia en el tercio central de la viga ensayada
mientras que los otros dos meacutetodos muestran la resistencia en un solo punto (Robert G
Packard 1995)
Las pruebas anteriormente mencionadas se realizan generalmente a los 7 14 y 28 y
90 diacuteas las pruebas realizadas a los 7 y 14 diacuteas son utilizados generalmente para
recopilar informacioacuten sobre el comportamiento del concreto y control en el trabajo y para
determinar en queacute momento se puede dar apertura al pavimento los ensayos a 28 diacuteas
son comuacutenmente utilizados para los espesores de la capa superior del pavimento y el
133
uacuteltimo ensayo el de los 90 diacuteas son utilizados para el disentildeo de pistas de aterrizaje
(Robert G Packard 1995)
El concreto tiene una la habilidad de ganar resistencia al aumentar los antildeos de vida
esto se puede representar en una graacutefica la cual representa diferentes tipos de ensayos
realizados a vigas de pruebas las cuales fueron curadas en el campo y tambieacuten de varias
partes de hormigos las cuales estaban en servicio lo cual se puede observar a
continuacioacuten
Figura 11 Evolucioacuten de la resistencia a la flexioacuten en funcioacuten del tiempo
Grafica resistencia Fuente (Robert G Packard 1995)
-Resistencia encontrada de la subrasante y la subbase combinadas denominada como
K
El soporte de la subrasante y la subbase es definido en teacuterminos del moacutedulo de
reaccioacuten de la subrasnate (k) de westergaard Es igual a la carga en libras por pulgada
cuadrada sobre el aacuterea de la carga dividido por la deflexioacuten en pulgadas para esa carga
Los valores de k son expresados como libras por pulgada cuadrada por pulgada es decir
como libras por pulgada cubica (pci) (Robert G Packard 1995) En la siguientes dos
tablas se puede observar el efecto de la subbase asiacute encontrando el valor de K donde
se evaluacutean de dos formas una con la subbase no tratada y la otra con la subbase tratada
con cemento
Tabla 3 Nivel de confiabilidad
Valor de k de la subrasante pci
Valor k de la subbase pci
4 Pulg 6 Pulg 9 Pulg 12 Pulg
134
50 65 75 85 110
100 130 140 160 190
200 220 230 270 320
300 320 330 370 430
Valor de k subbase no tratada Fuente (Robert G Packard 1995)
Tabla 4 Nivel de confiabilidad
Valor de k de la subrasante pci
Valor k de la sub-base pci
4 Pulg 6 Pulg 9 Pulg 12 Pulg
50 170 230 310 390
100 280 400 520 640
200 470 640 830 -
Valor de k subbase tratada con cemento Fuente (Robert G Packard 1995)
-los tipos de cargas que soportara el pavimento frecuencia y pesos
Este factor estaacute en unos de los maacutes importantes ya que se determinan las cargas a las
cuales se va a estar expuesta la viacutea durante toda su vida uacutetil y estas cargas son
directamente responsables con los otros factores del espesor de la viacutea y se deben tener
en cuenta tres factores los cuales se pueden observar a continuacioacuten
Trafico promedio diario de todos los vehiacuteculos
Trafico promedio diario de camiones
Cargas axiales de los camiones
-El uacuteltimo factor es el periodo de disentildeo de la viacutea
El periodo de disentildeo de la viacutea generalmente estaacute en 20 antildeos algunas veces maacutes y
otras menos pero todo depende del criterio que se tenga en la caracteriacutesticas que
requiera la viacutea algunos ingenieros dicen que el rango de periodo de disentildeo debe estar
entre 30 y 35 antildeos algunas obras donde sus materiales carecen de defectos se pueden
disentildear hasta maacutes de 40 antildeos pero todos estos periodos de disentildeo se pueden justificar
de acuerdo a la importancia o tambieacuten econoacutemicamente ya que este afecta directamente
al grosor del pavimento ya que al aumentar los antildeos de disentildeo se incrementan los
135
nuacutemeros de ejes estaacutendar que pasaran por la viacutea ademaacutes de los servicios adicionales
durante el periodo (Robert G Packard 1995)
44 MARCO CONTEXTUAL
El tramo de prueba donde se realizaraacute la validacioacuten en campo del sendero inteligente
Step by Step estaacute ubicado en el Parque Simoacuten Boliacutevar del municipio de Agua de Dios
sitio muy concurrido por la poblacioacuten lo que aduce que no solo impacta a traacutefico peatonal
si no que genera atractivo turiacutestico
El municipio tradicionalmente celebra actividades religiosas en el cerro de la cruz en
un ambiente de clima huacutemedo oacuteptimo para realizar actividades luacutedicas con la naturaleza
con gran variedad de especies Sin embargo desde los uacuteltimos 15 antildeos la afluencia de
los habitantes a estas fiestas ha registrado un declive dejando de lado los atractivos de
este sitio como las aguas azufradas a las cuales se dice que fueron la razoacuten de la
denominacioacuten del municipio sumado a una historia basada en el abandono de los
enfermos de Lepra por parte de la sociedad en el tradicional Puente de los Suspiros
Figura 12 Localizacioacuten del Municipio de Agua de Dios Cundinamarca
Fuente web httpswwwgooglecommaps 2020
El municipio Agua de Dios se encuentra ubicado en el departamento de Cundinamarca
en la zona del alto magdalena donde sus municipios vecinos son Girardot a 26 km al
noreste Tocaima a 15 km al noroeste y Nilo a 8km al sur del municipio Este municipio
136
con un poco maacutes 10000 habitantes (DANE 2018) y que se encuentra a una distancia
total de 124 kiloacutemetros de la Capital del paiacutes Bogotaacute es un municipio pequentildeo de veranos
largos muy calientes y bochornosos los inviernos son cortos Seguacuten el IDEAM la
temperatura media anual de agua de Dios se encuentra entre 26degC y 28degC (IDEAM
2014)
Figura 13 Zona urbana Municipio de Agua de Dios
Fuente web httpswwwgooglecommaps 2020
Al sur oriente se localiza el parque ecoturiacutestico los chorros (ver Figura 14) lugar que
cuenta con una historia enriquecedora desde la fundacioacuten del municipio y que
actualmente se encuentra en un estado de deterioro Pese a que se encuentran diferentes
tipos de especies de aacuterboles y animales lo convierten en sitio turiacutestico rodeado de
balnearios y zonas de comida con un clima extraordinario y con una riqueza cultural a
nivel nacional siendo un sitio propicio para implementar el Step by Step a futuro
137
Figura 14 Balneario los Chorros Agua de Dios
Fuente (Alcaldia de Agua de Dios 2019)
Seguacuten el IDEAM la radiacioacuten solar que emite el Sol se propaga en todas las direcciones
a traveacutes del espacio esa energiacutea es el motor que determina la dinaacutemica de procesos
atmosfeacutericos y de clima La radiacioacuten solar nos proporciona efectos fisioloacutegicos positivos
tales como estimular la siacutentesis de vitamina D que previene el raquitismos y osteoporosis
favorece la circulacioacuten sanguiacutenea actuando en algunos tratamientos en algunas
dermatosis y estimula en algunos casos la siacutentesis de los neurotransmisores cerebrales
responsables del estado aniacutemico (IDEAM 2014) Por esto estaacute encargado de medir la
radiacioacuten solar a nivel nacional argumentando que es importante principalmente como
una de las fuentes alternativas de energiacutea en la generacioacuten de electricidad ademaacutes de
que ayuda a un sin nuacutemero de aplicaciones para crear modelos de prediccioacuten del tiempo
y el clima (IDEAM 2014)
El portal ACCUWEATHER de internet cuenta con alta tecnologiacutea y esta actualizado
cada diacutea sobre datos de clima viento lluvias en cualquier lugar del mundo El sitio web
dice que en el municipio de Agua de Dios se encuentra un historial de temperaturas que
estaacuten entre los 9degC y los 32degC asiacute como hay raacutefagas de viendo que superan los 10
kiloacutemetros por hora (accuweather 2020)
Asiacute mismo cuenta con la microcuenca de la quebrada la Punaacute y esta a su vez hace
parte de la subcuenca del Rio Bogotaacute Cuenca mayor del Rio Magdalena (SECHAGUA
2016) se cuentan con estudios medio ambientales que referencian al municipio y del cual
se pueden tener en cuenta para los datos de precipitacioacuten de lluvias sobre el municipio
138
Seguacuten la Corporacioacuten Autoacutenoma Regional de Cundinamarca CAR en el municipio se
encuentra la estacioacuten meteoroloacutegica de precipitacioacuten denominada Las Violetas Dicha
estacioacuten recoge informacioacuten importante para dar a conocer un valor puntual climaacutetico de
la zona de estudio y con estos datos se pueden evaluar otros factores que sirven para la
agricultura y demaacutes Dichos valores de precipitacioacuten son para los puntos de control para
altitudes de 0 a 1000 metros sobre el nivel del mar
Agua de Dios dentro de un escenario neutro se encuentra en el intervalo de
precipitacioacuten 186 miliacutemetros a 1656 miliacutemetros Bajo un escenario donde se presenta el
fenoacutemeno de El Nintildeo en un intervalo que va desde 264 miliacutemetros hasta 1933
miliacutemetros Y por uacuteltimo bajo un escenario en el que se presenta el fenoacutemeno de La Nintildea
en un intervalo que va desde 436 miliacutemetros hasta 2192 miliacutemetros (CAR 2015)
Teniendo en cuenta los datos anteriores y otros tomados en periodos maacutes largos de
tiempo la CAR hace un anaacutelisis espacial de la precipitacioacuten sobre los municipios que
hacen parte de la jurisdiccioacuten de la CAR Dicho lo anterior el anaacutelisis muestra un reacutegimen
de lluvias bimodal lo que quiere decir que se presentan dos temporadas de lluvias altas
y dos temporadas de lluvias de baja intensidad durante el antildeo la primera temporada de
lluvias se presenta en los meses de diciembre enero y febrero al mismo tiempo se
presentan diferencias en sus cantidades de lluvias espacialmente los menores
voluacutemenes de lluvia se presentan en la cuenca del Rio Bogotaacute donde oscilan en promedio
de 11 y 40 mm mensuales La segunda temporada de lluvias menos intensa se presenta
en los meses de junio Julio y agosto los valores maacutes bajos de lluvias se presentan en la
Cuenca del Rio Bogotaacute donde oscilan de 19 a 42 mm La primera temporada de
voluacutemenes altos de lluvias se presenta en los meses de marzo abril y mayo donde los
valores se encuentran entre 200 y 400 mm mensuales La segunda temporada de lluvias
altas se dan en los meses de septiembre octubre y noviembre los voluacutemenes de lluvia
se encuentran entre 150 y 340 mm mensuales acumulados (CAR 2015)
En consecuencia la temporada de lluvias bajas se concentra en seis meses del antildeo
meses que son importantes para el turismo en todas las regiones del paiacutes Se evidencia
la temporada de fin de antildeo y de mitad de antildeo que son importantes porque la mayoriacutea de
las personas se encuentra en temporada de vacaciones y el municipio de Agua de Dios
durante esa eacutepoca es visitado por ciudadanos de todas las regiones
139
45 MARCO LEGAL
La norma que establece las especificaciones teacutecnicas para el control de calidad de
adoquines de concreto hidraacuteulico en Colombia es la Norma Teacutecnica Colombiana (NTC)
2017 para construir pavimentos articulados tanto para traacutefico peatonal como traacutefico
vehicular asiacute como tambieacuten la descripcioacuten de los materiales que se usan para su
fabricacioacuten
Si se desean caracteriacutesticas diferentes a las que exige la norma estas deben ser
especificadas antes de iniciar el disentildeo del adoquiacuten
A continuacioacuten se muestran unas tablas donde se refleja lo que exige la norma teacutecnica
colombiana NTC 2017 en cuanto al disentildeo de adoquines Ademaacutes de esto la informacioacuten
se sustenta con informacioacuten tomada del Instituto para el Desarrollo Urbano de Bogotaacute la
norma internacional ASTM la norma del Instituto Nacional de Viacuteas (INVIAS)
Tabla 5 Partes de los Adoquines
PARTE ESPECIFICACION ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Cara de desgaste
NTC 2017 Parte superior del adoquiacuten la cual queda al aire en su instalacioacuten
Soporta directamente el transito
Capa superior capa superficial
NTC 2017 Capa que conforma la cara de desgaste en adoquines bicapa
No todos los adoquines son bicapa
Capa inferior NTC 2017
Capa ubicada debajo de la capa superficial en adoquiacuten bicapa Constituye la mayoriacutea de la masa de los mismos
No todos los adoquines son bicapa
Cara de apoyo
NTC 2017 Cara inferior del adoquiacuten
Cara que queda en contacto con la capa de arena en su instalacioacuten
Superficie de referencia
NTC 2017
En adoquines no biselados es la superficie que corresponde a la cara de desgaste En adoquines biselados corresponde a la
140
cara de desgaste sin tomar en cuenta el volumen del prisma sustraiacutedo por el bisel
Forma
NTC 2017
Poliacutegono que define la cara de desgaste y la cara de apoyo y que a su vez determina el prisma recto que le da volumen al adoquiacuten
Arista NTC 2017 Liacutenea de interseccioacuten entre dos planos o caras
Hace referencia a lo que conforma la cara de desgaste y las paredes
Arista de Laacutepiz
NTC 2017
Arista de forma redondeada con radio de35 mm aproximadamente
Se le da forma redondeada en el proceso de fabricacioacuten
Bisel NTC 2017
Perfil inclinado a 45deg aproximadamente en adoquiacuten biselado o parcialmente biselado
Se considera como parte del bisel la franja generada por las rebabas verticales una vez retiradas
Separador NTC 2017
Salientes verticales (nervaduras placas) generadas en las paredes del adoquiacuten para garantizar la separacioacuten
Se hace con el fin de que las juntas se puedan llenar de arena
FUENTE Informacioacuten propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 de
2004-02-05 y el Instituto de Desarrollo Urbano (IDU)
Tabla 6 Geometriacutea del adoquiacuten seguacuten NTC 2017
DIMENSIONES ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Espesor Dimensioacuten perpendicular a la cara de desgaste
141
Medida desde la cara de desgaste hasta la capa inferior
Espesor estaacutendar (ee)
Espesor tomado de manera anaacuteloga del espesor real
Lo especifica el productor
Espesor real (er) Espesor del adoquiacuten Medido en cada espeacutecimen
Espesor real promedio (er) del espeacutecimen
Promedio de cuatro mediciones del espesor real
Las cuatro mediciones son en el mismo espeacutecimen
Espesor real promedio (er) de la muestra
Promedio de valores del espesor real promedio del espeacutecimen
Se calcula con la cantidad de especiacutemenes de la muestra
Espesor de la capa superficial (ecs) del espeacutecimen
Espesor miacutenimo de la capa superficial en adoquines bicapa
Se mide con relacioacuten a la superficie de referencia
Espesor de la capa superficial (ecs) de la muestra
Promedio de valores del espesor de la capa superficial del espeacutecimen
Se calcula con la cantidad de especiacutemenes para la muestra
Longitud Dimensioacuten del adoquiacuten en direccioacuten del eje mayor del aacutengulo inscrito
No se incluyen separadores
Longitud estaacutendar (le)
Longitud tomada de manera anaacuteloga de la longitud real
Se especifica por el fabricante
Longitud nominal (ln)
Suma de la longitud estaacutendar maacutes el ancho estaacutendar
Longitud real (lr) Es la longitud del adoquiacuten Longitud medida directamente en cada espeacutecimen
Longitud real promedio (lr) del espeacutecimen
Promedio de dos mediciones de la longitud real
Longitudes medidas para cada espeacutecimen
Longitud real promedio (lr) de la muestra
Promedio de los valores de la longitud real promedio del espeacutecimen
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Ancho Medicioacuten del adoquiacuten en direccioacuten del eje menor del rectaacutengulo inscrito
No se incluyen separadores
142
Ancho estaacutendar (ae)
Ancho tomado de manera anaacuteloga del ancho real
Se especifica por el fabricante
Ancho nominal (an)
Suma del ancho estaacutendar maacutes el ancho de la junta estaacutendar
Ancho real (ar) Es el ancho del adoquiacuten Se mide directamente sobre cada espeacutecimen
Ancho real promedio (ar) del espeacutecimen
Promedio de dos mediciones del ancho real
Medidas para cada espeacutecimen
Ancho real promedio (ar) de la muestra
Es el promedio del ancho real promedio del espeacutecimen
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Ancho del rectaacutengulo inscrito (ai)
Dimensioacuten del eje menor del rectaacutengulo inscrito
Proyeccioacuten horizontal del bisel (phb)
Proyeccioacuten del perfil del bisel sobre la superficie de referencia
Incluye la franja por rebaba si existe
Proyeccioacuten vertical del bisel (pvb)
Proyeccioacuten del perfil del bisel sobre la pared del adoquiacuten
Incluye la franja por rebaba si existe
Ancho de los separadores (as)
Dimensioacuten transversal de los separadores en el plano de la pared del adoquiacuten
Espesor de los separadores (as)
Dimensioacuten de los separadores en sentido perpendicular a la pared del adoquiacuten
Espesor de los separadores promedio (es) del espeacutecimen
Promedio de los valores del espesor de los separadores
Medidos para cada espeacutecimen
Espesor de los separadores promedio (es) de la muestra
Promedio de los valores del espesor de los separadores promedio
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Fuente Propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 publicada 2004-02-
05
143
Tabla 7 Requisitos geomeacutetricos de los adoquines
REQUISITOS ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Longitud nominal (ln)
No debe ser mayor a 250 mm ni menor a 50 mm
Por lo general se encuentra entre 100 mm y 250 mm
Ancho nominal (an)
No debe ser menor a 50 mm Por lo general se recomienda 80 mm
Espesor estaacutendar (ee)
No debe ser menor a 60 mm Se recomienda espesores para uso peatonal no menor a 60 mm y a vehicular no menor a 80 mm
Junta estaacutendar Deber ser de 2 mm Si es mayor se considera malformacioacuten
Relacioacuten entre longitud nominal y ancho nominal
Debe ser menor o igual a 4 No se aplica a unidad complementaria o especial
Relacioacuten entre longitud nominal y espesor estaacutendar
Debe ser menor o igual a 4 No se aplica a unidad complementaria o especial
Tolerancias en la longitud real y ancho real
Cada par de mediciones no debe diferir entre si en maacutes de 15 mm
Mediciones tomadas sobre la cara de desgaste y sobre la cara de apoyo
Tolerancias en la longitud real promedia y ancho real promedia
Cada espeacutecimen de la muestra no deben diferir de la longitud estaacutendar y ancho estaacutendar en maacutes de 15mm
Mediciones tomadas en cada espeacutecimen de la muestra
Tolerancias en espesor real y espesor estaacutendar
Las mediciones del espesor real no deben diferir del espesor estaacutendar en maacutes de 2 mm
Adoquines con acabado plano o junta falsa
Aristas
Para las aristas en adoquines no biselados se aceptan desportilladuras con una dimensioacuten no mayor a 3 mm
Desportilladuras mayores a 3 mm se consideran defectos
Bisel
Debe tener igual forma y perfil en toda la longitud Tanto proyeccioacuten horizontal (phb) y proyeccioacuten vertical (pvh) debe ser miacutenimo 3 mm y maacuteximo 7 mm
Rango La diferencia entre la mayor y la menor de las mediciones de phb
Medidas tomas para cada espeacutecimen de la muestra
144
y pvh no debe ser mayor de 15mm
Separadores
En cada pared del adoquiacuten se debe tener un separador por adoquiacuten seguacuten el patroacuten de instalacioacuten Ancho de separador debe estar entre 4 mm y 15 mm Espesor del separador debe ser 2 mm maacutes o menos 05 mm
Solo aplica para adoquines con separadores descritos anteriormente
Capa superficial Espesor de la capa superficial (ecs) debe ser al menos 8 mm
Solo se aplica para adoquines bicapa En ninguacuten momento durante su uso o en el ensayo a flexo traccioacuten se debe presentar desprendimiento total y parcial de las dos capas
Fuente Propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 publicada 2004-02-
05
451 ABSORCION DE AGUA
Seguacuten la Norma Teacutecnica Colombiana ICONTEC 2017 lo adoquines de concreto al
momento de salir de la faacutebrica deben presentar una absorcioacuten de agua (Aa) menor o
igual al 7 como valor promedio de los especiacutemenes de la muestra y menor o igual a 8rdquo
para cada adoquiacuten individual (Icontec 2018)
Equipo
Para realizar las mediciones de las dimensiones del adoquiacuten se debe contar con un
calibrador de aguja con divisiones cada 01mm (Icontec 2018)
Para realizar ensayo de absorcioacuten de agua se usan los cinco especiacutemenes de la
muestra despueacutes de haberles medido las dimensiones exceptuando la del espesor de la
capa superficial y a los que posteriormente se les va a realizar ensayo a flexo traccioacuten
(Icontec 2018) Las masas se deben registrar con una balanza con una sensibilidad de
1 gramo
Y un horno ventilado con una temperatura controlada entre 100 C y 115 C y con un
volumen de al menos 25 veces el de los especiacutemenes que se van a secar al mismo
tiempo (Icontec 2018)
145
Procedimiento
Todos los especiacutemenes de la muestra se deben secar simultaacuteneamente en un horno
ventilado a una temperatura entre 100 C y 115 C Deben quedar separados entre si y de
cualquier superficie caliente como miacutenimo 25 mm Se deben secar hasta obtener una
masa sema (ms) constante despueacutes de un periodo miacutenimo de secado de 24 horas y
hasta que en dos pesajes sucesivos a intervalos de 2 horas la masa presente una
disminucioacuten de menos del 02 con respecto a la masa anterior (Icontec 2018)
Saturacioacuten
Para el ensayo los especiacutemenes deben ser sumergidos en agua durante 24 horas a
una temperatura que debe encontrarse entre 15 C y 27 C Debe haber un volumen de
agua suficiente para que entre la superficie y la cara del adoquiacuten haya una medida entre
25 mm y 50 mm No se deben poner especiacutemenes sobre otros (Icontec 2018)
Caacutelculos
Se debe usar la siguiente ecuacioacuten para hallar el porcentaje de absorcioacuten de agua del
espeacutecimen (Icontec 2018)
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899 (119860119886) =(119872ℎ minus 119872119904)
119872119904lowast 100
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
452 RESISTENCIA A LA FLEXO TRACCION (MODULO DE ROTURA)
ESPECIMENES DE ENSAYO
Los especiacutemenes a usar son unidades a las que ya les fue evaluada la apariencia las
dimensiones y hallado el porcentaje de absorcioacuten de agua Deben ser unidades
completas Las unidades son sometidas al ensayo a flexo traccioacuten con el fin de halla el
146
Modulo de Rotura (MR) Las unidades deben permanecer sumergidas en el agua durante
24 horas antes del ensayo se sacan y se dejan escurrir durante un minuto luego se
secan con un pantildeo seco para someterlas a ensayo (Icontec 2018)
EQUIPO
La maacutequina de ensayo para la determinacioacuten de la resistencia a la flexo traccioacuten debe
ser capaz de aplicar cargas de 20 KN (Icontec 2018)
Figura 15 Prueba de ensayo a Flexo traccioacuten de Adoquines de concreto (Icontec
2018)
147
Fuente Editada por los autores de (Icontec 2018)
Procedimiento
El espeacutecimen saturado y superficialmente seco se coloca sobre la maacutequina de ensayo
con la cara de desgaste hacia arriba de manera que el elemento superior de la maquina
coincida con el eje menor del rectaacutengulo inscrito sobre la cara de desgaste y los apoyos
inferiores coincida con una liacutenea paralela 10 mm adentro de los lados menores del
rectaacutengulo inscrito (Icontec 2018)
La maacutequina de ensayo debe aplicar la carga a una velocidad tal que produzca un
aumento cercano a 05MPas quiere decir que un tiempo de ensayo de 10 segundos
para 5 MPas El valor calculado se debe expresar en la unidad equivalente a MPa con
exactitud de 01 MPa (Icontec 2018)
Aparte de la Norma Teacutecnica Colombiana (NTC) 2017 que es la norma que rige la
fabricacioacuten y el uso de adoquines existe la norma American Society of Testing Materials
(ASTM) es una asociacioacuten que se encarga de medir la resistencia de los materiales para
la construccioacuten dicha norma es la base para crear las normas de nuestro paiacutes por eso
148
es de gran importancia hacer mencioacuten de ella en este documento y a las normas que se
abarcan (Icontec 2018)
A continuacioacuten algunas de las normas ASTM para adoquines en concreto
ASTM C-936 absorcioacuten flexo traccioacuten y abrasioacuten (Icontec 2018)
Absorcioacuten maacutexima a la humedad la cual dice que la absorcioacuten promedio de las
muestras ensayadas no seraacute mayor del 5 con ninguacuten resultado individual mayor del 7
(Torres 2020)
clasifica a los adoquines en tipo A B Y C seguacuten cuadro
Tabla 8 Clasificacioacuten de los adoquines seguacuten su absorcioacuten
Clase
Absorcioacuten ( en de masa)
Promedio de 3
adoquines miacutenimo
Valor maacuteximo
individual
A le7 77
B le9 99
C le9 99
Fuente (Icontec 2018)
Ensayos a la flexo traccioacuten (moacutedulo de rotura) seguacuten norma ASTM C-936 promedio
459 kgcm2 individual 367Kgcm2 no se realiza en nuestro caso al menos que sea una
peticioacuten especial del cliente consiste en someter el adoquiacuten a una carga puntual para
medir su capacidad elaacutestica antes de romperse (Torres 2020)
Clasificacioacuten de los adoquines por su uso 1- Clase A uso industrial y traacutensito pesado
350 kgcm2 2- Clase b uso transito liviano 250 kgcm2 3- Clase c uso peatonales y
espacios puacuteblicos menores de 250 kgcm2
Tabla 9 Resistencia miacutenima de los adoquines
Clase Espesor miacutenimo
del adoquiacuten (mm)
Resistencia miacutenima a flexioacuten del adoquiacuten Mpa
(kgcm2)
Promedio de 3
adoquines
Miacutenimo de adoquiacuten
individual
149
A 54(55) 46(468)
B 41(42) 35(357)
C 41(42) 35(357)
Ensayo a la Abrasioacuten Es una prueba al desgaste que en algunos proyectos exigen
como referente para medir la perdida de volumen del aacuterea sometida (Torres 2020)
Tabla 10 Resistencia a la abrasioacuten
Meacutetodo de Ensayo Valor
Mediante arena y disco
metaacutelico ancho le23 mm
Ensayo de Bohme le20000 mm35000 mm2
Fuente (Icontec 2018)
ASTM C 33 Esta norma indica coacutemo hacer concreto y que elementos deben agregarse
para prepararlo y usarlo Los agregados tratados en la norma son tanto finos como
gruesos En la norma los agregados finos estaacuten definidos como arena natural arena
elaborada o una combinacioacuten de ambas Los agregados gruesos se definen como grava
grava triturada escombros horneados y enfriados por aire concreto triturado de cemento
hidraacuteulico (Velares 2020)
Tambieacuten establece los liacutemites sobre sustancias perjudiciales o nocivas de agregado
de concreto fino Por ejemplo hay liacutemites en la cantidad de terrones de arcilla y partiacuteculas
deleznables (piezas pequentildeas de agregado que se descomponen faacutecilmente) Eacutestas se
limitan a 30 por ciento o menos de la masa total El agregado extremadamente ligero
tambieacuten se limita a 30 por ciento o menos de la masa total y el carboacuten y lignito se limitan
a 50 por ciento o menos Cualquiera de estos elementos puede hacer que el concreto
pierda fuerza y se deteriore de forma maacutes raacutepida (Velares 2020)
ASTM C-140 Dicha norma se refiere al ensayo de absorcioacuten de agua dejando un
valor menor al 5 para la absorcioacuten promedio por muestra y de 7 para valores
individuales
ASTM C-979 Especificaciones sobre el uso de pigmentos
150
ASTM C-144 Requerimientos de granulometriacutea
Tabla 11 Franja granulomeacutetrica para arena de prefabricados
TAMIZ
PORCENTAJE QUE PASA
ARENA NATURAL
ARENA MANUFACTURADA
No 4 (475mm) 100 100
No 8 (236mm) 95-100 95-100
No 16 (118mm) 70-100 70-100
No 30 (0600 mm) 40-55 40-100
No 50 (0300 mm) 13-35 13-58
No 100 (0150mm) 2--15 10--15
No 200 (0075 mm) 0 0-10
Fuente (Icontec 2018)
En Colombia existen algunas leyes que promueven el uso de energiacuteas renovables
pero tambieacuten esas mismas leyes las regulan La ley maacutes importante en el paiacutes
colombiano es la Ley 1775 de mayo de 2014 dicha ley dice que se promueve y regula el
desarrollo y el uso de las fuentes de energiacuteas renovables no convencionales en especial
las que son renovables Promueve su integracioacuten al mercado eleacutectrico la participacioacuten
en zonas vulnerables y en otros usos energeacuteticos que aportan para el desarrollo
sostenible del paiacutes (COLOMBIA 2014)
La ley 1775 de 2014 y que promueve y regula el uso de energiacuteas renovables a su vez
es regulada por la Resolucioacuten 281 del 5 de Junio de 2015 que dictoacute el director general de
la Unidad de Planeacioacuten Minero Energeacutetica (UPME) la resolucioacuten dice que por medio de
la cual se regula la integracioacuten de energiacuteas renovables no convencionales al sistema
energeacutetico del paiacutes estable el marco legal y los instrumentos para la promocioacuten el
desarrollo y la utilizacioacuten de fuentes no convencionales de energiacutea (FNCE) (UPME 2015)
La UPME realizo anaacutelisis teacutecnicos y econoacutemicos consignados en el documento
ldquoANALISIS PARA LA DEFINICION DEL LIMITE MAXIMO DE POTENCIA DE LA
AUTOGENERACION A PEQUENtildeA ESCALA EN EL SISTEMA INTERCONECTADO
151
NACIONAL (SIN)rdquo y que estos sirvieron para la definicioacuten del liacutemite de que trata la
resolucioacuten Que resuelve que
ldquoARTICULO PRIMERO El liacutemite maacuteximo de potencia de la autogeneracioacuten a pequentildea
escala seraacute un (1) MW y corresponderaacute a la capacidad instalada del sistema de
generacioacuten del autogeneradorrdquo (UPME 2015)
152
5 DISENtildeO METODOLOacuteGICO
Este proyecto de investigacioacuten se realizaraacute bajo las condiciones espaciales
medioambientales de Girardot Ciudad y Regioacuten en coordinacioacuten en la sede de la Unidad
de ensayos e investigacioacuten del semillero de investigacioacuten SEUS donde se gestoacute y que
hace parte del macroproyecto ldquoPREFABRICADOS DE NUEVA GENERACIOacuteNrdquo
51 INSTRUMENTOS
La instrumentacioacuten que se emplea en el desarrollo de este proyecto de investigacioacuten
son propiedad del laboratorio PC Disentildeos y Construccioacuten SAS y que se pueden usar
gracias al convenio interinstitucional con la Universidad Piloto de Colombia SAM ldquoUnidad
de ensayos e investigacioacutenrdquo y el laboratorio
De igual forma se usan como patrones de medida lo que especifica la norma
colombiana para construccioacuten de edificaciones Sismo Resistentes NSR-10 Los
procedimientos de cada ensayo se ajustaron de acuerdo a las normas teacutecnicas
colombianas como las ICONTEC y homologada de la norma internacional ASTM
Tabla 12 Instrumentos empleados para el proyecto
INSTRUMENTO MUESTRA PROCEDIMIENTO
Juego de tamices y balanza 01
gr
Granulometriacutea mediante
uso de tamices
ASTM C136-01
NTC 77
Mesa de flujo y moldes para
cubos
Fluidez de morteros de
cemento hidraacuteulico ASTM C-230
Equipo de concretos
Mezcladora (trompo) balanzas
palustres varilla punta roma
cilindros de acero
Toma de muestras de
concreto y fabricacioacuten de
adoquines
ASTM C172-10
NTC 454
Formaleta para adoquiacuten
Fabricacioacuten de
especiacutemenes para
ensayos y tramo de
prueba
NSR-10
Prototipo disentildeado
por los autores
Prensa hidraacuteulica para ensayo a
compresioacuten
ASTM C392005
NTC 673
153
Compresioacuten de cilindros
de concreto y
especiacutemenes de adoquiacuten
Prensa hidraacuteulica para ensayo a
flexo traccioacuten
Ensayo a flexo traccioacuten
de especiacutemenes de
muestra
Horno para ensayo de
absorcioacuten y para secado
Ensayo de absorcioacuten y
secado de las muestras
Entrevista Comunidad Municipio
Agua de Dios
Canal comunitario
H20 TV
FUENTE Los autores 2020
154
6 PROCEDIMIENTO
Aquiacute seriacutea bueno que incluyeran un paacuterrafo contando de que se trata el procedimiento
de la investigacioacuten
Figura 16 Ruta de actividades para el prototipaje de Step by Step
Fuente Los autores octubre 2020
61 CRONOGRAMA
El horario de trabajo en campo es acordado entre los autores dado al nuevo ajuste por
las restricciones por la pandemia haciendo una articulacioacuten con la sede la Unidades de
ensayos e investigaciones del semillero SEUS Fabricando los adoquines en casa y
Caracteriza-cioacuten de
agregados
bull Arena
bullCemento
bullGravilla
Disentildeo de mezclas
bullDosificacioacuten
bullConcreto translucido
Disentildeo de prototipo
bullFormaleta
bullGeometriacutea
bullPeso
ResistenciabullFabricacioacuten de muestra
bullEnsayos a muestras
155
realizando los ensayos bajo las normas teacutecnicas y de bioseguridad en la sede del
laboratorio
Para cumplir cumplir con los objetivos de este proyecto de investigacioacuten se acuerda el
siguiente cronograma
Tabla 13 Cronograma de actividades para el prototipaje de Step by Step
Fases y sus actividades Responsables Fechas de
ejecucioacuten
Recursos a
utilizar
Formulacioacuten Marlon Barrera
Fabio Viancha nov-19 Laboratorio
Caracterizacioacuten de
agregados (ensayos de
laboratorio)
Marlon Barrera
Fabio Viancha feb-20 Laboratorio
Disentildeo de mezcla- adoquiacuten
de prueba 1
Marlon Barrera
Fabio Viancha mar-20 Laboratorio
Compresioacuten de cilindros-
Resistencias
Marlon Barrera
Fabio Viancha
Abril- Mayo
2020 Laboratorio
Mezcla con materiales
reciclados
Marlon Barrera
Fabio Viancha Junio-Julio 2020 Laboratorio
Elaboracioacuten de documento Marlon Barrera
Fabio Viancha
Agosto-Sept-
Oct 2020 Biblioteca
156
7 CAPITULO 1 PROTOTIPAJE DEL ADOQUIacuteN
Como se ha mencionado se va a usar material reciclado para el disentildeo de mezcla
siendo el principal material reciclado el vidrio molido Dicho material se muele dentro del
laboratorio haciendo uso de la maacutequina de los aacutengeles El procedimiento para moler el
vidrio molido comienza pesando 5000 gramos de vidrio partido en una balanza digital
como se muestra en la siguiente imagen
Figura 17 Material reciclado (vidrio)
Fuente Los autores 2020
Luego de pesar el material se debe hacer uso de la maacutequina de los aacutengeles se
introduce el vidrio dentro de la maquina con todas las esferas de acero se pone a
funcionar la maquina durante 17 minutos
157
Figura 18 Trituracioacuten del vidrio con molino de bolas
Fuente Los autores octubre 2020
Cuando pasan los 17 minutos de tiempo de la maquina en funcionamiento esta debe
ser apagada para descargarla el vidrio ya molido se descarga sobre la bandeja de la
maacutequina
Figura 19 Vidrio pulverizado luego de la trituracioacuten y molienda
Fuente Los autores 2020
158
Luego el material se debe tamizar haciendo uso del tamiz frac12 que tiene aberturas en su malla de un diaacutemetro de 125 miliacutemetros y maacutes abajo el tamiz nuacutemero 4 que tiene aberturas en su malla de un diaacutemetro de 475 miliacutemetros
Figura 20 Tamizado del material
Fuente Los autores octubre 2020
El material a usar es el que pasa el tamiz frac12 y el que queda retenido en el tamiz nuacutemero 4 Luego el material se debe lavar usando el tamiz nuacutemero 200 para que no se pierda material
Figura 21 Vidrio lavado y secado en horno
Vidrio lavado Fuente Los autores octubre 2020
159
Luego el vidrio se debe poner a secar durante 24 horas en un horno a una temperatura de 115degC Finalmente el vidrio molido y limpio en su totalidad se almacena en canecas como se muestra en las siguientes imaacutegenes a la espera de tener el adoquiacuten con concreto convencional para luego hacer la mezcla del concreto translucido El vidrio molido queda del mismo tamantildeo de la grava y de una arena entonces en el concreto translucido este material reciclado hace el reemplazo
Figura 22 Diferentes gradaciones de vidrio triturado y molido
Fuente Los autores octubre 2020
Para la mezcla del concreto convencional se usaron agregados como la grava de
planta de diaacutemetro frac12 pulgada y a arena gris de planta asiacute como tambieacuten se usa cemento
de uso general marca Argos
La caracterizacioacuten de los materiales como la grava y la arena tuvo que realizarse de
manera remota por medio de reuniones virtuales entre los autores y la tutora de esta
investigacioacuten que por su experiencia profesional supo de queacute materiales se trataban y
se hizo una caracterizacioacuten basados en su experiencia Esto se realizoacute debido a las
restricciones de movilidad dadas por la pandemia mundial vivida en el antildeo en curso
La caracterizacioacuten del cemento de uso general marca argos se tomoacute con datos y
experimentos que ya se han realizado en el laboratorio de investigacioacuten de ante mano
se sabe que el cemento tiene un buen comportamiento con buenas caracteriacutesticas
mecaacutenicas que ayudan a que la resistencia del concreto buscada de sus resultados
160
Figura 23 Agregados para la mezcla de concreto
Fuente Los autores septiembre 2020
Teniendo la caracterizacioacuten de los materiales agregados se procede a realizar el
disentildeo de mezcla Se busca que los especiacutemenes del adoquiacuten tengan una resistencia
total a los 28 diacuteas de 4000 psi por lo que para el volumen de los adoquines que se van
a fundir se hace el siguiente disentildeo de mezcla
Tabla 14 Dosificacioacuten para la elaboracioacuten de las muestras
Material Unidad Cantidad
Cemento Kg 17
Agua Kg 85
Agregado grueso Kg 30
Agregado fino Kg 26
Aditivo cm3 170
Se aclara que el agregado grueso se refiere a la grava y el agregado fino a la arena
161
El aditivo que se usa para la mezcla es Sika Fluid es un aditivo proporcionado por el
laboratorio de PC Disentildeos y construccioacuten SAS Este aditivo es liacutequido y lo que hace es
permitir que la mezcla de concreto sea maacutes fluida y trabajable sin la necesidad de usar
maacutes agua ademaacutes de esto mejora la resistencia del concreto es todas las edades y
disminuye la permeabilidad del mismo
Este aditivo tiene tres usos plastificante reductor de agua y economizador de
cemento Como plastificante ayuda a obtener mezclas maacutes fluidas se adiciona a una
mezcla de concreto y se consigue que se incremente el asentamiento (SIKA 2018)
Como reductor de agua al adicionarlo a la mezcla sin variar el asentamiento se reduce
el agua y se incrementa la resistencia (SIKA 2018) Como economizador de cemento
ese incremento en resistencia se puede aprovechar reduciendo la cantidad de cemento
y se reducen los gastos (SIKA 2018) Para realizar la mezcla de concreto con el disentildeo
de mezcla obtenido primero se pesan los materiales haciendo uso de una balanza para
personas como la que se muestra en la imagen a continuacioacuten
Figura 24 Dosificacioacuten de agregados
Fuente 2020
Masa de agregados Homogenizacioacuten en seco
Mezclado Elaboracioacuten de muestras
162
Al pesar los agregados estos se vaciacutean sobre una batea y se mezclan en seco de una
manera uniforme para que la mezcla quede homogeacutenea eso se realiza usando uso de
una pala Finalmente se moja la mezcla con la cantidad de agua mezclada con el aditivo
estipulada en el disentildeo de mezcla y se revuelve dentro de la batea de una manera
uniforme buscando que la mezcla de concreto quede homogeacutenea Seguido se procede a
realizar es a untar la formaleta de acpm y vaciar el concreto sobre ella para fundir los
adoquines Se espera un diacutea despueacutes de la fundida para desencofrar y proceder a curar
los adoquines en una caneca de agua como se muestra en las siguientes imaacutegenes
Figura 25 Desencofrado de prototipos de concreto hidraacuteulico
Fuente los autores 2020
En la imagen anterior se logra evidenciar la forma de cada adoquiacuten el orificio del medio
es por donde se instalaraacuten los cables hacia la pieza de forma trapezoidal donde iraacute la luz
led y el concreto translucido
Desencofrado de muestras Curado de muestras
163
8 CAPITULO 2 DISENtildeO GEOMEacuteTRICO DEL PAVIMENTO ARTICULADO
Disentildeo de adoquiacuten
Como primera medida se realizoacute un disentildeo de la forma del adoquiacuten prefabricado el
cual se escogioacute de forma rectangular y con las especificaciones mostradas en las
siguientes imaacutegenes donde se adjunta el modelo haciendo uso de programas de disentildeo
como AutoCAD en las cuales encontramos
Detalle de adoquiacuten
Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida
Detalle del adoquiacuten 3D
Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 3D
Figura 26 Detalle del adoquiacuten
Fuente los autores 2020
164
Figura 27 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida
Fuente los autores septiembre 2020
Figura 28 Detalle del adoquiacuten 3D
Fuente los autores 2020
CINTA DE LUCES LED
PIEZA DE CONCRETO TRANSLUCIDO
CABLEADO
COLORCARACTERISTICO
165
Figura 29 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 3D
Fuente los autores septiembre 2020
En las figuras anteriores se identifica el disentildeo de adoquiacuten individualmente donde
se puede observar un espesor de 8 cm en cuanto a su espesor total en las caras
exteriores un espesor de 2 cm en el concreto translucido el cual se puede observar en
el medio del adoquiacuten tambieacuten unas dimensiones en cuanto a su largo y ancho de 25 cm
y 15 cm respectivamente en el concreto convencional y en su interior la pieza translucida
las dimensiones en cuanto a su largo y ancho son de 16 cm y 8 cm respectivamente por
uacuteltimo en las imaacutegenes se puede observar un agujero en el medio del adoquiacuten que
atraviesa el concreto convencional por el cual pasariacutea el cableado que permitiriacutea conectar
los adoquines al sistema de sensores y de energiacutea solar u adaptable a otras energiacuteas
166
Para definir teoacutericamente las propiedades del adoquiacuten y tener una base que nos
permita tener en cuenta caracteriacutesticas como el espesor teniendo en cuenta la resistencia
a la compresioacuten y flexioacuten esto aplicando el meacutetodo racional despejando la formula
principal anteriormente nombrada
1205902 = 1199020
[
1 minus(119911119886)
3
(1 + (1199112
1198862))
32
]
1205902 = 2942
[
1 minus(
0080025
)3
(1 + (0082
00252))
32
]
1205902 = 87124 119873
Donde
σ2= esfuerzo vertical
en esfuerzo vertical es el resultado de la operacioacuten anterior donde el resultado despueacutes
de despejar fue de 87124 newton
α = radio de la carga de la huella circular o semieje en la direccioacuten x de la carga de
huella eliacuteptica donde se realizoacute un estudio de una llanta promedio donde se pintoacute y se
dibujoacute la huella con el fin de conocer el radio teniendo un resultado de 25 cm de radio la
huella realizada se puede observar en la siguiente imagen
167
Figura 30 Huella de neumaacutetico
Fuente los autores 2020
qo = presioacuten de la carga encontrada en el puente por medio de una estimacioacuten la cual
contiene el peso promedio de una persona el cual es de 63 kg pero tambieacuten se tiene en
cuenta si la persona se desplaza en cicla ya que cabe la posibilidad aunque es peatonal
y tenemos un factor de seguridad estimado de 3 veces el peso promedio lo cual nos dariacutea
un peso maacuteximo de 300 kg lo cual en cuanto a la carga multiplicaacutendolo por la gravedad
tendriacuteamos 2942 N
X Y y Z = coordenadas cartesianas de un punto es encontrada gracias a la estructura
del pavimento ya que ese desplazamiento de la energiacutea en el eje z en el caso de este
sendero es de 8 cm el cual es el espesor del adoquiacuten este solo descansa en una capa
de arena
Disentildeo de Tramo
Despueacutes de disentildear el adoquiacuten como unidad se procedioacute a disentildear un tramo el cual
como antes se nombroacute un sitio ideal para el desarrollo del mismo es la vereda los chorros
por lo cual se decidioacute para obtener una adaptabilidad al terreno y un disentildeo que sea
atractivo y el resultado de este tramo con los adoquines propuestos se puede observar
en la siguiente imagen
Figura 31 Vista en planta sendero inteligente
168
Fuente los autores 2020
Como se puede observar en la Figura 31 se obtiene una vista en planta la cual tiene
un disentildeo intercalado con una armoniacutea en los colores caracteriacutesticos del adoquiacuten que le
permite al sendero inteligente ser tener un impacto el cual genere un acercamiento de los
turistas y comunidad en general tambieacuten el tramo contiene unas dimensiones tentativas
de 17 metros y de 293 metros en cuanto a su ancho y largo respectivamente
169
Posterior mente se realizoacute un plano esquemaacutetico donde se observan las tuberiacuteas y
cableado electro a implementar en el disentildeo del sendero inteligente donde se encuentra
una red eleacutectrica guiada por tuberiacuteas en la parte inferior que conduce el cableado hasta
el sistema que compone la alimentacioacuten con energiacutea solar el cual se puede observar a
continuacioacuten
Figura 32 Informacioacuten eleacutectrica
Fuente los autores 2020
170
Disentildeo de formaleta
Al tener los materiales necesarios con su respectiva caracterizacioacuten el siguiente paso
fue realizar el disentildeo y la construccioacuten de la formaleta en la cual se fundiriacutea la parte
construida con concreto del adoquiacuten esta se puede observar a continuacioacuten
Figura 33 Formaleta
Fuente los autores 2020
En la Figura 33 se puede observar la formaleta construida en madera de un buen
grosor ya que se necesita una buena esta resistencia la cual fue disentildeada con unos
trozos de madera de 2 cm de espesor el cual deja el espacio para la posterior adicioacuten del
concreto translucido tambieacuten se puede observar un cilindro de madera el cual permite
dejar el espacio para la conexioacuten de la luz led
Construccioacuten de adoquines
Despueacutes de tener construida la formaleta y con los materiales listos el siguiente
paso es realizar la mezcla del concreto convencional para vaciarlos en la formaleta ya
preparada tal como se puede observar a continuacioacuten
171
Figura 34 Prototipaje del adoquiacuten
Fuente los autores 2020
Mezcla Concreto hidraacuteulico Vaciado del concreto
Pasantes de cables Desecofrado de pasantes
Adoquiacuten parte inferior Adoquines con pasantes
Concreto transluacutecido Adoquines bicapa
172
Posteriormente se realizoacute el vaciado del concreto convencional en la formaleta
preparada con su respectivo vibrado y las diferentes teacutecnicas que permiten tener un
concreto de buena finalmente cuando el concreto tiene una consistencia considerable y
teniendo en cuenta el entorno se procede a desencofrar los adoquines y retirar los
implementos instalados en el medio para permitir el paso del cableado (ver Figura 34)
Despueacutes de tener los adoquines desencofrados el siguiente paso es apartas los que
van a ser sometidos a pruebas de compresioacuten y flexioacuten dejaacutendolos sumergidos durante
el tiempo estipulado en el siguiente capiacutetulo donde algunos son fallados con y otros sin
concreto translucido ademaacutes de apartar los 14 adoquines del tramo de prueba los cuales
fueron fundidos con el concreto translucido instalando previamente una cinta de luz led
la cual tiene un cableado interno como anteriormente se nombroacute tambieacuten cabe resaltar
que el conglomerado de la pieza translucida estaacute constituida por agregado preparado con
vidrio el cual se tara de diferentes tamantildeos para realizar la mezcla que le otorga a la pieza
las propiedades translucidas
Por uacuteltimo se realiza la prueba del circuito eleacutectrico el resultado es que todos
funcionaron correctamente tal como se pueden observar en la Figura 35 durante el diacutea y
en la Figura 36 durante la noche
Figura 35 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica diacutea
Fuente los autores octubre 2020
173
Figura 36 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica noche
Fuente los autores 2020
Finalmente se prosiguioacute a aplicar la pintura para darle el color caracteriacutestico a cada
adoquiacuten tal como se puede observar a continuacioacuten
Figura 37 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica
Fuente los autores 2020
174
9 CAPITULO 3 RESISTENCIA MECAacuteNICA
Para realizar los ensayos de resistencia y cumplir con las especificaciones y
caracteriacutesticas que tiene la normar colombiana NTC 2017 en el apartado del marco legal
se fabricaron 40 adoquines estos se fundieron en 4 diacuteas diferentes debido a que la
capacidad de la formaleta solo es para 10 adoquines Se fabricaron con el mismo disentildeo
de mezcla
Al desencofrar 10 adoquines estos entraban en proceso de curado en una caneca de
55 galones de capacidad a la espera de tener toda la cantidad de adoquines fabricada y
esta a su vez poder ser trasladados a las instalaciones del laboratorio PC Disentildeos y
Construccioacuten SAS donde inmediatamente entran a continuar el proceso de curado en
una piscina como se muestra en la imagen a continuacioacuten
Figura 38 Curado de muestras de Step by Step
Fuente Los autores 2020
175
A los especiacutemenes de la muestra se les realizan ensayos de resistencia a la
compresioacuten ensayo de resistencia a flexo traccioacuten esto con el fin de conocer el moacutedulo
de rotura (MR) y garantizar que los especiacutemenes cumplan con el miacutenimo que requiere la
norma aparte se realiza ensayo de absorcioacuten de agua para evitar dantildeos en eacutepocas de
lluvias Se deja claro en este documento que no se realiza ensayo de abrasioacuten dado a
que es un prototipo que seraacute usado en andenes y senderos peatonales en ninguacuten caso
y bajo ninguna circunstancia los especiacutemenes podraacuten ser expuestos por el traacutensito de
automotores
Al completarse los diacuteas de las edades de maduracioacuten del concreto los adoquines se
deben dejar secar luego se procede a tomar medidas tres anchos tres largos y el
espesor asiacute como tambieacuten se deben pesar antes de realizar el ensayo
Figura 39 Peso de muestras de Step by Step
Peso de adoquiacuten Fuente Los autores septiembre 2020
Al haberles tomado el peso y las medidas correspondientes se procede a poner el
espeacutecimen de manera cuidadosa sobre la prensa hidraacuteulica de manera que quede
centrado y bien puesto Se realiza el ensayo y se anotan los resultados para los caacutelculos
176
correspondientes Este proceso debe repetirse para todos los especiacutemenes de la muestra
que se tengan para ensayo el diacutea seguacuten corresponda
Tabla 15 Datos iniciales resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo
Fecha
Toma
Fecha Rotur
a
Edad
Ancho Largo Rectaacutengulo
Inscrito
a1 a2 a3 L1 L2 L3 Anch
o Larg
o
mm
mm
mm
mm mm
mm
mm mm
S-1 C 8-sep 15-sep 7
diacuteas 145 146 146 250 250 249 90 170
S-1 C 8-sep 15-sep 7
diacuteas 154 154 155 250 250 250 90 170
S-1 C 8-sep 22-sep 14
diacuteas 152 152 153 250 250 250 90 170
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 153 153 153 249 249 250 90 170
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 153 153 152 251 251 251 90 170
S-2 C 9-sep 16-sep 7
diacuteas 148 149 148
2515
252 251 90 170
S-2 C 9-sep 16-sep 7
diacuteas 153 153 153 252 252 251 90 170
S-2 C 9-sep 23-sep 14
diacuteas 155 154 154 249 249 250 90 170
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 150 150 150 250 251 250 90 170
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 152 152 151 252 252 253 90 170
S-3 C 10-sep
17-sep 7
diacuteas 152 153 156 256 254 253 90 170
S-3 C 10-sep
17-sep 7
diacuteas 150 150 150 250 250 249 90 170
S-3 C 10-sep
24-sep 14
diacuteas 150 149 149 252 251 251 90 170
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 150 154 255 255 254 90 170
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 151 152 249 251 252 90 170
177
S-4 C 11-sep
18-sep 7
diacuteas 159 149 150 253 253 253 90 170
S-4 C 11-sep
18-sep 7
diacuteas 153 153 152 251 251 252 90 170
S-4 C 11-sep
25-sep 14
diacuteas 150 150 151 253 253 252 90 170
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 152 153 153 253 252 252 90 170
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 155 152 150 251 251 252 90 170
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Tabla 16 Resultados de resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo Aacuterea
rectaacutengulo Inscrito (mmsup2)
W (gr)
Carga maacutexima
(kN) Resistencia
S-1 C 15300 6752 3684 1749 MPa
2536 psi
S-1 C 15300 6885 3991 1714 MPa
2486 psi
S-1 C 15300 6810 4579 2010 MPa
2915 psi
S-1 C 15300 6908 4491 1966 MPa
2851 psi
S-1 C 15300 6641 454 1972 MPa
2861 psi
S-2 C 15300 6831 4624 2101 MPa
3048 psi
S-2 C 15300 6821 4974 2144 MPa
3109 psi
S-2 C 15300 6977 5695 2457 MPa
3563 psi
S-2 C 15300 6874 5213 2343 MPa
3398 psi
S-2 C 15300 7021 5379 2342 MPa
3396 psi
S-3 C 15300 7417 415 1745 MPa
2531 psi
S-3 C 15300 6929 4346 1962 MPa
2846 psi
178
S-3 C 15300 6963 3889 1749 MPa
2537 psi
S-3 C 15300 7022 4301 1844 MPa
2674 psi
S-3 C 15300 6960 4691 2073 MPa
3006 psi
S-4 C 15300 7114 3771 1617 MPa
2345 psi
S-4 C 15300 7255 504 2185 MPa
3169 psi
S-4 C 15300 7385 5357 2362 MPa
3425 psi
S-4 C 15300 6990 4991 2149 MPa
3117 psi
S-4 C 15300 7223 4791 2084 MPa
3023 psi
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Figura 40 Registro fotograacutefico de las muestras a compresioacuten
Fuente Los autores 2020
Para calcular la resistencia de la muestra total se deben calcular promedios primero
un promedio de los resultados de las pruebas a 7 diacuteas luego promedio con los resultados
de las pruebas a 14 diacuteas y por uacuteltimo un promedio con los resultados de las pruebas a 28
diacuteas
Finalmente los resultados son los siguientes
Compresioacuten de muestras Fractura de muestras
179
Tabla 17 Consolidado de la resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Edad Resistencia
7 diacuteas 2759 psi
14 diacuteas 3110 psi
28 diacuteas 3041 psi
Fuente Los autores octubre 2020
Para el ensayo de resistencia a la flexotraccioacuten tambieacuten es necesario tomar tres
medidas de ancho tres medidas de largo el espesor y el peso
El espeacutecimen debe ponerse cuidadosamente sobre la maacutequina de ensayo de rotura al
tercio medio se debe dejar el apoyo superior en la mitad exacta del espeacutecimen y los
apoyos inferiores deben quedar de manera que a los dos costados se tenga la misma
medida desde donde se encuentra el apoyo hasta el final del espeacutecimen se procede a
realizar el ensayo y se anotan los resultados para los caacutelculos correspondientes
Figura 41 Resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto
Fuente Los autores septiembre 2020
180
Tabla 18 Datos iniciales resistencia a la flexo traccioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo Fecha Toma
Fecha Rotura
Edad
Ancho Largo Espesor
a1 a2 a3 L1 L2 L3 er
mm mm mm mm mm mm mm
S-1 C 8-sep 15-sep
7 diacuteas
149 149 150 252 252 252 100
S-1 C 8-sep 15-sep
7 diacuteas
152 152 151 250 250 250 100
S-1 C 8-sep 22-sep
14 diacuteas
152 152 151 250 251 251 100
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 150 150 150 149 250 250 100
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 149 149 150 150 250 250 100
S-2 C 9-sep 16-sep
7 diacuteas
151 151 151 250 250 250 100
S-2 C 9-sep 16-sep
7 diacuteas
150 150 149 249 250 249 100
S-2 C 9-sep 23-sep
14 diacuteas
149 149 149 150 252 252 100
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 151 151 151 150 251 251 100
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 152 153 153 251 251 251 100
S-3 C 10-sep
17-sep
7 diacuteas
152 152 153 246 249 250 100
S-3 C 10-sep
17-sep
7 diacuteas
154 153 151 252 252 253 100
S-3 C 10-sep
24-sep
14 diacuteas
153 153 154 254 254 254 100
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 152 152 153 253 254 253 100
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 152 152 250 250 251 100
S-4 C 11-sep
18-sep
7 diacuteas
150 150 151 252 252 253 100
S-4 C 11-sep
18-sep
7 diacuteas
154 155 153 252 253 252 100
S-4 C 11-sep
25-sep
14 diacuteas
151 151 152 250 251 251 100
181
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 151 152 152 253 253 253 100
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 153 152 151 253 253 255 100
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Tabla 19 Resultados de resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo W (Peso)
Longitud entre
apoyos
Carga maacutexima
Moacutedulo de Rotura
6620 165 176 583 MPa
S-1 C 6467 165 111 362 MPa
S-1 C 6845 165 191 623 MPa
S-1 C 6717 165 2385 787 MPa
S-1 C 6716 165 25 829 MPa
S-1 C 6885 165 2075 680 MPa
S-2 C 6807 165 1835 607 MPa
S-2 C 6792 165 2205 733 MPa
S-2 C 6917 165 2395 785 MPa
S-2 C 6977 165 2255 731 MPa
S-2 C 7145 165 213 692 MPa
S-3 C 6904 165 1885 611 MPa
S-3 C 7120 165 1815 586 MPa
S-3 C 7138 165 1855 603 MPa
S-3 C 6918 165 179 584 MPa
S-3 C 7327 165 162 533 MPa
S-4 C 7181 165 194 624 MPa
S-4 C 7117 165 227 743 MPa
S-4 C 6950 165 1771 578 MPa
S-4 C 6923 165 1725 562 MPa
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
182
La maacutequina de ensayo de resistencia a flexo traccioacuten arroja un dato de carga puntual
en Kilo Newton se deben hacer las conversiones correspondientes para tener el
resultado de moacutedulo de rotura (MR) en MPa
Para calcular el moacutedulo de rotura (MR) de la muestra total se deben calcular
promedios primero un promedio de los resultados de las pruebas a 7 diacuteas luego
promedio con los resultados de las pruebas a 14 diacuteas y por uacuteltimo un promedio con los
resultados de las pruebas a 28 diacuteas
Finalmente los resultados son los siguientes
Tabla 20 Resultados de moacutedulo de rotura
Edad MR
7 diacuteas 59 MPa
14 diacuteas 67 MPa
28 diacuteas 68 MPa
Fuente Los autores 2020
Los resultados del moacutedulo de rotura cumplen y garantizan la norma NTC 2017 dado
a que como se explicoacute en el apartado del marco legal el resultado de moacutedulo de rotura
para cada espeacutecimen debe ser 38 MPa y como se observa en la tabla de resultados los
valores se encuentran claramente por encima de ese valor para toda la muestra y el
promedio el resultado debe ser miacutenimo 42 MPa teniendo un resultado total de moacutedulo
de rotura a los 28 diacuteas de 11 Mpa por lo que claramente se garantiza el cumplimiento
de esta caracteriacutestica
La norma especiacutefica que se pueden dejar moacutedulos de rotura mayores a los que se
especifican
ABSORCION
Para realizar el ensayo de absorcioacuten se toman 8 especiacutemenes a los que ya se les ha
realizado el ensayo de flexo traccioacuten El ensayo de absorcioacuten inicia tomando los
especiacutemenes de la muestra para tomar un peso inicial tal cual estaacuten luego se colocan
183
en el horno durante 24 horas a una temperatura de entre 100 degC y 115degC al pasar las
24 horas deben ser sacados se dejan enfriar y se toma el peso que es el peso seco
(Ms)
Luego de tomar el peso seco se toman los especiacutemenes y se sumergen en agua
durante 24 horas a una temperatura de entre 15degC y 27degC al pasar el tiempo de
saturacioacuten y haciendo uso de un alambre se toma el peso que es el peso sumergido
(Ma) Finalmente se deben sacar del agua los especiacutemenes y se deben dejar escurrir
durante un minuto luego se seca su superficie con un pantildeuelo y se toma el peso del
espeacutecimen lo que es el peso sumergido con superficie seca (Mh)
Al tener los resultados de los pesos se procede a realizar los caacutelculos
correspondientes
Se debe iniciar reemplazando para hallar el valor de la absorcioacuten (Aa) en kgm3 de
la siguiente manera
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899(119860119886)119896119892
1198983=
(119872ℎ minus 119872119904)
119872ℎ minus 119872119886lowast 1000
Luego se calcula el porcentaje de absorcioacuten de la siguiente manera
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899 (119860119886) =(119872ℎ minus 119872119904)
119872119904lowast 100
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
Finalmente se calcula la densidad del espeacutecimen seco lo cual se realiza usando la
siguiente formula
119863119890119899119904119894119889119886119889 (119863)1198921199031198881198983 =(119872119904 minus 119872ℎ)
119872119886
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
184
Ma Masa inmersa en agua y suspendida del espeacutecimen en gramos
Al realizar los caacutelculos correspondientes se obtienen los siguientes resultados
Tabla 21 Resultados Prueba de Absorcioacuten
Coacutedigo Peso Seco
Peso Saturado
SS
Aa ()
Densidad
1C 6417 gr 6506 gr 14 2001grcmsup3
3 8732 gr 8780 gr 05 2086grcmsup3
5 6040 gr 6070 gr 05 2076grcmsup3
7 6449 gr 6466 gr 03 2143grcmsup3
9 3760 gr 3782 gr 06 2062grcmsup3
11 13247
gr 13275 gr
02 2105grcmsup3
13 10067
gr 10166 gr
10 2069grcmsup3
15 9641 gr 9689 gr 05 2145grcmsup3
Fuente Los autores 2020
El valor promedio de Absorcioacuten (Aa) de la muestra es 060 como se evidencioacute
en el apartado del marco legal el valor promedio de la muestra no debe superar el 7
para lo cual la muestra cumple el requisito de absorcioacuten que exige la norma NTC 2017
185
10 CAPITULO 4 COSTOS
Desde que se comienza con la planificacioacuten del proyecto se lleva una bitaacutecora en
donde se van anotando con fechas cada uno de los insumos requeridos para la ejecucioacuten
del proyecto desde la etapa inicial con el disentildeo de formaletas hasta la etapa final con la
construccioacuten del sendero inteligente
Cabe resaltar que como se contaba con recursos limitados a raiacutez de la pandemia
generada por el Covid-19 la mayoriacutea de las herramientas utilizadas en el proyecto fueron
prestadas solo fue de gran importancia construir la formaleta para el prototipo de adoquiacuten
como se muestra en la siguiente tabla
Tabla 22 Costos generales de maquinaria y equipo
Herramientas empleadas Step by Step
Herramientas cantidad valor unitario valor total
Batea 1
pala 1
Palustre 1
Baldes 1
Balanza 1
Llana de madera 1
Caneca de 55Galones
1
Formaleta 1 $ 110000 $ 110000
Fuente los autores 2020
Para las pruebas y ensayos de laboratorio fue necesario la construccioacuten de 40
adoquines para los cuales fueron requeridos los siguientes materiales con sus precios
respectivos
186
Tabla 23 Presupuesto general de materiales para el prototipaje
Materiales empleados step by step Adoquines de prueba
Materiales cantidad valor unitario valor total
Agregado Grueso 2 bogados $ 8000 $ 16000
Agregado Fino 2 bogados $ 7000 $ 14000
Cemento 2 bultos $ 25500 $ 51000
Aditivo 1 $ 5840 $ 5840
Resina Ortoftalica 2 botellas $ 15000 $ 30000
Catalizador 2 $ 2000 $ 4000
Agua $ 5000 $ 5000
Vidrio 2000 gramos $ 8500 $ 17000
Pigmento 2 $ 3000 $ 6000
Acpm $ 2000 $ 2000
TOTAL $ 150840
Fuente los autores 2020
Finalmente y despueacutes de las pruebas garantizando que se cumpliera la normativa se
construyen los adoquines que son requeridos para la construccioacuten del tramo de prueba
para lo cual fue necesario llevar los siguientes costos en bitaacutecora
Tabla 24 Presupuesto general Tramo de prueba
Adoquines para tramo de prueba
Materiales Cantidad Valor unitario Valor total
Arena 25 baldes $ 1100 $ 27500
Grava 25 baldes $ 1100 $ 27500 Aditivo 1 $ 5840 $ 5840
Pigmento 2 $ 3000 $ 6000 Vidrio 2000 gramos $ 8500 $ 17000
Resina ortoftalica 2 botellas $ 15000 $ 30000 Catalizador 2 $ 2000 $ 4000
Aditivo 1 $ 2200 $ 2200 Cemento 2550 Kg $ 13000 $ 13000
Luz led 250 metros $ 13000 $ 32500
187
Cable 2 metros $ 500 $ 1000 TOTAL $ 117040
Cabe la pena aclarar que el costo total es para veinte adoquines por lo que el precio
total por unidad de adoquiacuten es de $5842 pero para el tramo de prueba solo fueron
necesarios catorce adoquines por lo que para el costo total del sendero solo se tiene en
cuenta el costo de los catorce adoquines y no de los veinte ya que los seis restantes se
usaron para ensayos de laboratorio con el concreto translucido
Despueacutes de haber realizado todos los ensayos y de garantizar que el prototipo del
adoquiacuten cumpliera con la normativa se procede a disentildear y construir el tramo de prueba
para lo cual se realizoacute un presupuesto de obra en donde se incluyen todos los insumos
y materiales usados para el tramo con sus respectivos costos
Tabla 25 Cantidades de obra para tramo de prueba
Iacutetem Actividad Und Cant VUnit Vtotal
1 Excavacioacuten Manual zanja en tierra H=04m
m3 04 $ 30000
$ 30000
2 Relleno en recebo para subbase
Bogado 3 $ 4500
$ 13500
3 Capa de arena para sentar adoquines
Bogado 1 $ 8500
$ 8500
4 Concreto para bordes y caja de elementos electroacutenicos
m3 0012 $ 22500
$ 270
5 Adoquines UND 14 $ 5842
$ 81788
6 Arduino uno UND 1 $ 31900
$ 31900
7 Releacute cuatro puertos UND 1 $ 11700
$ 11700
8 Bateriacutea 40 Ah UND 1 $ 322000
$ 322000
9 Panel solar 55W UND 1 $ 280000
$ 280000
10 Regulador de carga UND 1 $ 51500
$ 51500
11 Inversor de Carga UND 1 $ 70000
$ 70000
188
12 Fuente de 110v a 12v UND 2 $ 15000
$ 30000
13 Sensor ultrasonido UND 2 $ 7100
$ 14200
14 Conectores HM UND 20 $ 3000
$ 60000
15 Conectores MM UND 20 $ 3000
$ 60000
TOTAL $ 1065358
Fuente los autores 2020
Como se evidencia en la tabla anterior el costo del sendero de prueba es de $1065358
es de importancia aclarar que como se contaba con la limitacioacuten de recursos solo se
pudo hacer la construccioacuten del sendero inteligente haciendo uso de catorce adoquines
pero que los elementos electroacutenicos que componen el sistema fotovoltaico para la
recoleccioacuten de energiacutea y los sensores que se encuentran en el sendero funcionan para
un sendero maacutes largo y ancho si asiacute se requiere lo que quiere decir que si se desea
construir un sendero inteligente Step by Step de 3 metros de largo por 1 metro de ancho
no es necesario adquirir un sistema fotovoltaico maacutes costoso
Finalmente al costo del tramo de prueba se le debe sumar el costo de los adoquines
que fueron necesarios para los ensayos previos el cual fue de $150840 maacutes el costo de
mano de obra que fue de $200000 para que finalmente el costo a lo que este proyecto
se refiere en su totalidad es de $1416198
189
190
11 VALIDACIOacuteN EN CAMPO TRAMO DE PRUEBA
Con el fin de prototipar el proyecto Step by Step se realizoacute un tramo de prueba en el
municipio de Agua de Dios el cual se acogioacute en conjunto con la alcaldiacutea municipal la cual
nos otorgoacute el permiso y expreso el beneficio del proyecto para la comunidad y su intereacutes
en el por medio de un oficio
El tramo de prueba se construyoacute en el parque Simoacuten Boliacutevar en el municipio de Agua
de Dios el cual es muy concurrido ya que es el segundo parque maacutes importante del
municipio su localizacioacuten se puede observar a continuacioacuten por medio de una imagen
tomada de la plataforma satelital google maps
Figura 42 Localizacioacuten tramo de prueba
Fuente (Google Earth 2020)
Como se puede observar en la imagen anterior el parque boliacutevar se encuentra ente la
carrera 11- 12 y entre la calle 11 ndash 12 al lado de la biblioteca municipal del municipio de
Agua de Dios Despueacutes de escoger el lugar donde se va a instalar se prosiguioacute a escoger
en que parte del parque se instala por lo cual se escogioacute en el centro del parque en
terreno natural enseguida del lugar donde se realizan ejercicios se puede observar en la
siguiente imagen
Se realizoacute una excavacioacuten manual por parte de los autores la cual tuvo unas
dimensiones de 1 metro de ancho por 1 metro de largo por 41 cm de profundidad el cual
se puede observar en la siguiente imagen
Figura 43 Proceso constructivo del Tramo de prueba Step by Step
191
Fuente los autores 2020
Excavacioacuten Profundidad de excavacioacuten
Sub base compactada Arena
Instalacioacuten eleacutectrica Instalacioacuten de adoquines
Confinamiento lateral
192
Despueacutes de realizar la excavacioacuten se prosiguioacute a rellenar y compactar con recebo el
cual tiene un espesor de 30 cm para mejorar las condiciones del terreno Posteriormente
al relleno con recebo se prosigue a poner la capa de arena que sirve como cama para la
instalacioacuten de adoquines la cual tiene un espesor de 3 cm El siguiente paso es realizar
una nivelacioacuten de la arena y con la cama totalmente plana se acomodan los adoquines
como se disentildearon anteriormente con el cableado de los adoquines sacaacutendolos por el
lado escogido por el terreno Posteriormente a tener los adoquines instalados con el
cableado eleacutectrico se prosiguioacute a fundir concreto con el fin de mejorar la esteacutetica del tramo
de prueba ademaacutes de realizar la estructura donde se dejaraacuten fijas las cajas eleacutectricas en
un bordillo de concreto
Posteriormente a la instalacioacuten integral del tramo de prueba el siguiente paso es
realizar la parte electroacutenica del tramo de prueba la cual viene alimentada por energiacutea
solar la cual se activa por medio de sensores instalados en el bordillo anteriormente
mencionado los cuales trabajan en conjunto con Arduino uno y un moacutedulo releacute de cuatro
canales lo cual viene de la siguiente manera en el esquema observado a continuacioacuten
Figura 44 Cableado parte electroacutenica
Fuente los autores 2020
En la imagen anterior se puede observar el cableado electroacutenico el cual consta de 2
sensores ultrasonido los cuales van conectados al Arduino uno el cual estaacute encargado
de enviar la informacioacuten al moacutedulo releacute para posteriormente el alumbrado de los
adoquines instalados anteriormente
Despueacutes de realizar el cableado el siguiente paso es realizar la programacioacuten del
arduino uno la cual consiste en recibir la informacioacuten de los sensores al detectar un
cambio en un campo estimado de 60 cm estos comenzaacutendose a contar despueacutes de 20
193
cm los cuales son los que se estiman desde el bordillo y posteriormente esta informacioacuten
ordena en conjunto con el moacutedulo releacute al encendido de la luz led instalada en los
adoquines los cuales se encenderaacuten en grupos de a 6 cada grupo instalado a un sensor
esta programacioacuten se puede observar en la siguiente imagen
Figura 45 Programacioacuten Arduino uno
Fuente los autores 2020
Despueacutes de tener lista la programacioacuten el siguiente paso es introducir esta
programacioacuten por medio de la aplicacioacuten oficial de Arduino y un cable que es otorgado
en la compra del Arduino esta instruccioacuten se puede observar en la siguiente imagen
194
Figura 46 Introduccioacuten de la programacioacuten al Arduino uno
Fuente los autores 2020
Posteriormente a tener los componentes electroacutenicos funcionando en conjunto con los
sensores el siguiente paso es la instalacioacuten en el tramo de prueba en donde se introducen
en una caja eleacutectrica la cual se impermeabiliza completamente y se introduce en una
estructura de concreto construida que funciona como capa protectora para las cajas con
los implementos electroacutenicos esto se puede observar a continuacioacuten
Figura 47 Caja con implementos electroacutenicos sellada
Fuente los autores noviembre 2020
195
Figura 48 Elementos electroacutenicos instalados
Fuente los autores noviembre 2020
El siguiente paso fue conectar los componentes electroacutenicos anteriormente nombrados
con la fuente de energiacutea la cual es proporcionada por un panel solar el cual viene
conectado por medio de un cableado esto se puede observar a continuacioacuten donde se
encuentra el panel solar y el sendero inteligente Step by Step recolectando energiacutea en el
diacutea tomaacutendola del sol para posteriormente ser aprovechada en la noche para hacer
funcionar la iluminacioacuten del sendero
Figura 49 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar
Fuente los autores noviembre 2020
Por uacuteltimo se encuentra el prototipo del sendero inteligente Step by Step en
funcionamiento el cual es encendido a las 6 pm y se pone a disposicioacuten de la comunidad
196
donde se observoacute un gran impacto en todas las personas que transitan este parque del
municipio de Agua de Dios en las siguientes imaacutegenes se puede observar el sendero
inteligente funcionando con la energiacutea solar recolectada durante el diacutea y en disposicioacuten
de los usuarios
Figura 50 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar en funcionamiento
Fuente los autores 2020
1 2
3 4
5 6
197
12 CONCLUSIONES
Al culminar el proceso de disentildeo prototipaje y validacioacuten en campo del sendero
inteligente Step by Step se concluye que la adherencia entre el concreto hidraacuteulico y el
concreto transluacutecido elaborados con materiales reciclados en un adoquiacuten bicapa para
traacutefico peatonal en las dimensiones propuestas de la Figura 28 registra una resistencia
a la compresioacuten de 3000 psi un moacutedulo de rotura de 68 MPa valores que seguacuten las
notas teacutecnicas colombianas son admisibles
La forma innovadora permite usar el concreto translucido como un conductor de luz
que da diferentes tonalidades de acuerdo al pigmento usado lo que no solo mantiene la
resistencia del prototipo sino que mediante una conexioacuten de circuitos entre los adoquines
contiguos asegura la iluminacioacuten del sendero la resistencia y durabilidad ante las cargas
de traacutefico peatonal
El sistema eleacutectrico mediante un sistema fotovoltaico permite el almacenamiento de
energiacutea suficiente para mantener la funcionalidad de los sensores durante toda la noche
de manera que el sendero ubicado en el parque Simoacuten Boliacutevar del Municipio de Agua de
Dios-Cundinamarca genera un impacto en la comunidad favorable certificado por la
Alcaldiacutea municipal y los habitantes del municipio
Luego de la transmisioacuten del programa de televisioacuten local como una actividad de
apropiacioacuten social del conocimiento realizado por los autores y la tutora en el canal de
televisioacuten local H2O Tv la comunidad en general recibioacute con agrado la tecnologiacutea
prestando intereacutes en instalarlo en diferentes lugares turiacutesticos de Agua de Dios
La translucidez de las piezas del pavimento peatonal con el pigmento azul fue
aceptada por la comunidad como un nuevo emblema del municipio ya que su reflejo y
luminosidad es una alegoriacutea al nombre lsquoAgua de Diosrsquo marcando un nuevo hito en el
municipio que deja atraacutes la historia triste de las aguas azufradas y una enfermedad
incurable por un nuevo camino llamado por el Semillero SEUS Step by Step Sendero
Inteligente
198
13 BIBLIOGRAFIacuteA
accuweather (2020) accuweathercom Retrieved from accuweathercom
httpswwwaccuweathercomescoagua-de-dios102159current-
weather102159
Alcaldia de Agua de Dios (2019 08 08) Retrieved from httpwwwaguadedios-
cundinamarcagovcoturismolos-chorros
Ambientesoluciones (2020) Ambientesolucionescom Retrieved from
Ambientesolucionescom
httpswwwambientesolucionescomsitiocontenidos_mophpit=5675
ARCUS GLOBAL (2020 10 21) Retrieved from httpswwwarcus-
globalcomwpconcreto-translucido-existe
ARQUITECTOS S (2018 05 20) Sala de Arquitectos Retrieved from Sala de
Arquitectos La compantildeiacutea innovando en la arquitectura inteligente ha presentado
la primera lsquovereda inteligentelsquo del mundo en Londres un camino que transforma el
pavimento en un generador de energiacutea eleacutectrica esto gracias al paso que dan los
peatones A diferencia de
Avalos J C (2016 07 29) BBC MUNDO Retrieved from BBC MUNDO
httpswwwbbccommundonoticias-36662912
BBC (2016 6 29) BBC MUNDO Retrieved from BBC MUNDO
httpswwwbbccommundonoticias-36662912
Boussinesq (2020 16 10) Google Retrieved from
httpswwwgooglecomsearchq=difusion+del+esfuerzo+pavimentosamptbm=isch
ampved=2ahUKEwij9quT87nsAhWENFkKHXP-DXUQ2-
cCegQIABAAampoq=difusion+del+esfuerzo+pavimentosampgs_lcp=CgNpbWcQA1C_
gwFY1I4BYMiQAWgAcAB4AIABpQKIAf4QkgEFMC40LjaYAQCgAQGqAQtnd3Mt
d2l6LWltZ8ABAQamps
Bradsher (2018 6 13) new York Times Espantildeol Retrieved from new York Times
Espantildeol httpswwwnytimescomes20180613espanolenergia-solar-
autopista-chinahtml
199
Bradsher K (2018 06 13) THE NEW YORK TIMES Retrieved from THE NEW YORK
TIMES httpswwwnytimescomes20180613espanolenergia-solar-autopista-
chinahtml
CAR (2015) ESTUDIO PARA LA DETERMINACIOacuteN DE MOacuteDULOS DE CONSUMO
DEL RECURSO HIDRICO
CASTILLO X A (2003) DISENtildeO DE PAVIMENTOS ARTICULADOS PARA TRAFICO
MEDIO Y ALTO Retrieved from
httpsrepositoriouniandeseducobitstreamhandle199220919u245809pdf
Chacon Cesar Alexander C J (2012 OCTUBRE 16) TECNURA UNIVERSIDAD
DISTRITAL FRANCISCO JOSEacute DE CALDAS COLOMBIA Retrieved from
httpswwwredalycorgpdf2570257025147010pdf
COLOMBIA C D (2014 05 13) fedebiocombustibles Retrieved from
fedebiocombustibles httpwwwfedebiocombustiblescomfiles1715pdf
CONSTRUIBLE (2015 03 11) Construccioacuten Sostenible Retrieved from Construccioacuten
Sostenible httpswwwconstruiblees20150311energy-floors-genera-
electricidad-a-partir-de-la-energia-de-la-pisada
DamiaSolar (2016 03 19) DamiaSolar Retrieved from DamiaSolar
httpswwwdamiasolarcomactualidadblogarticulos-sobre-la-energia-solar-y-
sus-componentesque-regulador-solar-
necesito_1~text=El20regulador20solar20o20reguladorgenerada20e
n20los20paneles20solares
DANE (2018) danegovco Retrieved from danegovco
httpswwwdanegovcoindexphplista-de-resultados-de-
busquedasearchword=poblacion20agua20de20dios20cundinamarcaampse
archphrase=all
DINERO R (2020 03 05) REVISTA DINERO Retrieved from REVISTA DINERO
httpswwwdinerocomempresasarticulocual-capital-de-colombia-tendra-la-
primera-empresa-publica-de-energias-renovables282296
200
ELECTRONICA I (2020) I+D ELECTRONICA Retrieved from I+D ELECTRONICA
httpswwwdidacticaselectronicascomindexphpbaterias-
cargadorescargadores-1mC3B3dulo-de-control-de-carga-para-
baterC3ADas-12-24v-7009-detail
FDMESCYL (2017 Diciembre 28) Federacion de deportes de montantildea Escalada y
senderismo de Castilla y Leon Retrieved from
httpswwwfclmcom20171228nace-primer-sendero-inteligente-espana-
castilla-leon
Google Earth (2020) Retrieved from httpsearthgooglecomweb437516685-
74667982183897115512a53657125248d35y662480933h028419733t0r
Icontec (2018 11 12) NTC 2017 Adoquines de Concreto para Pavimentos Bogotaacute DC
Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) Retrieved
from METROBLOCK httpsmetroblockcomconorma-tecnica-colombiana-ntc-
2017
IDEAM (2014) ideamgovco Retrieved from ideamgovco
httpwwwideamgovcowebtiempo-y-climaradiacion-solar
indiasolarpowercanals (2015 07 02) inbright Retrieved from inbright
httpsinbrightmxblogpostsindiasolarpowercanals
ingrenovables (2014 6 25) ingrenovablesblogspot Retrieved from
ingrenovablesblogspo httpingrenovablesblogspotcom201406el-primer-
canal-solar-del-mundohtml
LEDOVET (2018 02 23) Retrieved from httpswwwledovetcomtipos-de-sensores-de-
movimiento
Lizcano F A (2003) DISENtildeO RACIONAL DE PAVIMENTOS Bogotaacute ESCUELA
COLOMBIANA DE INGENIERIA
Lngalls S (1877) Estados Unidos Patent No 952S6
MAGAZINE T (2020 03 05) TYS MAGAZINE Retrieved from TYS MAGAZINE
httpswwwtysmagazinecomenergy-floor-la-energia-de-tus-pisadas
201
nandwani S s (2005 junio) energia solar conceptos basicos y su utilizacion Retrieved
from httpssistemamidcompaneluploadsbiblioteca2014-06-27_10-14-
37105995pdf
OMPI ORGANIZACION MUNDIAL DE LA PROPIEDAD INTELECTUAL (2015 09 16)
Retrieved from httpswwwwipointipadvantageesdetailsjspid=2590
PAIS E (2020 02 07) EL PAIS Retrieved from EL PAIS
httpselpaiscomccaa20200207madrid1581085171_646387html
Palacios A (2020) Ca COMPARADOR DE ALARMAS Retrieved from
httpswwwcomparadoralarmascomtipos-de-sensores-de-movimiento-cual-
necesitas
PAVEGEN (2017 JUNIO 29) Retrieved from httpspavegencomwp-
contentuploads201905Pavegen-BirdStreetpressreleasepdf
Perdomo C S amp Fandintildeo M E (2020 10 26) Anaacutelisis de las propiedades mecaacutenicas
del concreto transluacutecido elaborado con poliacutemeros y materiales reciclados
Retrieved from Repositorio Universidad Piloto
httprepositoryunipilotoeducohandle20500122779448
Pettit C (1912) Estados Unidos Patent No 573212
Ramos J (2014 11 12) motos pasion Retrieved from motos pasion
httpswwwmotorpasioncomgaleriasolaroad4
Robert G Packard P (1995) Thickness Design for Concrete Pavements on Highways amp
Streets PCA Method Retrieved from
httpsceprofsciviltamuedudzollingerCVEN-637-Fall202004EB109PDF
SampP (2018 10 15) El Blog de la ventilacioacuten eficiente Retrieved from
httpswwwsolerpalaucomes-esblogsensores-movimiento
SLU A E (2015 04 19) Autosolar Retrieved from Autosolar
httpsautosolaresblogaspectos-tecnicosque-es-un-panel-solar
202
SECHAGUA D A (2016) VALORACIOacuteN SOCIOAMBIENTAL DE LA MICROCUENCA
QUEBRADA LA PUNAacute MUNICIPIO AGUA DE DIOS GIRARDOT
SIKA (2018) FLUIDIFICANTE PARA MEZCLAS DE CONCRETO Tocancipa
SOLAR ROADWAYS (2020) Retrieved from httpssolarroadwayscom
SOLAROAD (2016 03 07) NATIONAL GEOGRAPHIC ESPANtildeA Retrieved from
NATIONAL GEOGRAPHIC ESPANtildeA
httpswwwnationalgeographiccomescienciasolaroad-el-carril-bici-hecho-con-
paneles-solares-en-holanda-cumple-su-primer-ano-de-vida_9916
Suaacuterez A L (2018 04 09) PORTAFOLIO Retrieved from PORTAFOLIO
httpswwwportafolioconegociosel-mayor-proyecto-de-energia-eolica-da-sus-
primeros-pasos-516003
Torres O (2020 03 09) Resumen de ASTM Retrieved from
httpbloquesdeconcretocomsvdescargarNormas20ASTMpdf
UPC (2018) Proyecto Educativo Institucional Bogotaacute DC Universidad Piloto de
Colombia
UPME (2015 06 05) Retrieved from
httpwwwnuevalegislacioncomfilessusccdjconcr_upme_281_15pdf
Velares J M (2020 03 09) Academiaedu Retrieved from Academiaedu
httpswwwacademiaedu25432780Especificaciones_de_ASTM_C-33
Xiaodi Hu A N (2017 Abril 21) Effects of tire inclination (turning traffic) and dynamic
loading on Retrieved from
httpswwwsciencedirectcomsciencearticlepiiS199668141630164Xvia3Dih
ub
88
Tabla de contenido
INTRODUCCIOacuteN 94
1 PROBLEMA DE INVESTIGACIOacuteN 97
11 PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIOacuteN 98
12 PREGUNTA DE INVESTIGACIOacuteN 100
2 JUSTIFICACIOacuteN 101
3 OBJETIVOS 103
31 OBJETIVO GENERAL 103
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 103
4 MARCOS DE REFERENCIA 104
41 MARCO DE ANTECEDENTES 104
42 MARCO TEOacuteRICO 113
Tipos de pavimentos inteligentes 113
Moacutedulo de control de carga para bateriacuteas 117
Regulador de carga de panel solar 118
Bateriacutea Recargable 119
Panel solar 120
Pavimentos articulados 122
Sensores de movimiento 123
Concreto translucido 124
89
43 MARCO CONCEPTUAL 126
Meacutetodos de disentildeo de pavimentos 126
44 MARCO CONTEXTUAL 135
45 MARCO LEGAL 139
451 ABSORCION DE AGUA 144
452 RESISTENCIA A LA FLEXO TRACCION (MODULO DE ROTURA) 145
5 DISENtildeO METODOLOacuteGICO 152
51 INSTRUMENTOS 152
6 PROCEDIMIENTO 154
61 CRONOGRAMA 154
7 CAPITULO 1 PROTOTIPAJE DEL ADOQUIacuteN 156
8 CAPITULO 2 DISENtildeO GEOMEacuteTRICO DEL PAVIMENTO ARTICULADO 163
9 CAPITULO 3 RESISTENCIA MECAacuteNICA 174
10 CAPITULO 4 COSTOS 185
11 VALIDACIOacuteN EN CAMPO TRAMO DE PRUEBA 190
12 CONCLUSIONES 197
13 BIBLIOGRAFIacuteA 198
90
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Distribucioacuten de variables de la Investigacioacuten 98
Figura 2 Sistema de pavimento Solaroad 106
Figura 3 Autopista China de Paneles solares 107
Figura 4 Canal solar en India 108
Figura 5 Baldosa que produce energiacutea eleacutectrica 111
Figura 6 Cruce peatonal inteligente 112
Figura 7 Distribucioacuten de esfuerzos Modelo Boussinesq 127
Figura 8 Esfuerzos que sufren los pavimentos en tres direcciones 128
Figura 9 Huella de la llanta del vehiacuteculo sobre el pavimento 129
Figura 10 Estructura del pavimento AASTHO 1993 132
Figura 11 Evolucioacuten de la resistencia a la flexioacuten en funcioacuten del tiempo 133
Figura 12 Localizacioacuten del Municipio de Agua de Dios Cundinamarca 135
Figura 13 Zona urbana Municipio de Agua de Dios 136
Figura 14 Balneario los Chorros Agua de Dios 137
Figura 15 Prueba de ensayo a Flexo traccioacuten de Adoquines de concreto
(Icontec 2018) 146
Figura 16 Ruta de actividades para el prototipaje de Step by Step 154
Figura 17 Material reciclado (vidrio) 156
91
Figura 18 Trituracioacuten del vidrio con molino de bolas 157
Figura 19 Vidrio pulverizado luego de la trituracioacuten y molienda 157
Figura 20 Tamizado del material 158
Figura 21 Vidrio lavado y secado en horno 158
Figura 22 Diferentes gradaciones de vidrio triturado y molido 159
Figura 23 Agregados para la mezcla de concreto 160
Figura 24 Dosificacioacuten de agregados 161
Figura 25 Desencofrado de prototipos de concreto hidraacuteulico 162
Figura 26 Detalle del adoquiacuten 163
Figura 27 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 164
Figura 28 Detalle del adoquiacuten 3D 164
Figura 29 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 3D 165
Figura 30 Huella de neumaacutetico 167
Figura 31 Vista en planta sendero inteligente 167
Figura 32 Informacioacuten eleacutectrica 169
Figura 33 Formaleta 170
Figura 34 Prototipaje del adoquiacuten 171
Figura 35 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica diacutea 172
Figura 36 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica noche 173
92
Figura 37 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica 173
Figura 38 Curado de muestras de Step by Step 174
Figura 39 Peso de muestras de Step by Step 175
Figura 40 Registro fotograacutefico de las muestras a compresioacuten 178
Figura 41 Resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto 179
Figura 42 Localizacioacuten tramo de prueba 190
Figura 43 Proceso constructivo del Tramo de prueba Step by Step 190
Figura 44 Cableado parte electroacutenica 192
Figura 45 Programacioacuten Arduino uno 193
Figura 46 Introduccioacuten de la programacioacuten al Arduino uno 194
Figura 47 Caja con implementos electroacutenicos sellada 194
Figura 48 Elementos electroacutenicos instalados 195
Figura 49 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar 195
Figura 50 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar en funcionamiento 196
LISTA DE TABLAS
93
Tabla 1 Factor de confiabilidad 130
Tabla 2 Nivel de confiabilidad 131
Tabla 3 Nivel de confiabilidad 133
Tabla 4 Nivel de confiabilidad 134
Tabla 5 Partes de los Adoquines 139
Tabla 6 Geometriacutea del adoquiacuten seguacuten NTC 2017 140
Tabla 7 Requisitos geomeacutetricos de los adoquines 143
Tabla 8 Clasificacioacuten de los adoquines seguacuten su absorcioacuten 148
Tabla 9 Resistencia miacutenima de los adoquines 148
Tabla 10 Resistencia a la abrasioacuten 149
Tabla 11 Franja granulomeacutetrica para arena de prefabricados 150
Tabla 12 Instrumentos empleados para el proyecto 152
Tabla 13 Cronograma de actividades para el prototipaje de Step by Step 155
Tabla 14 Dosificacioacuten para la elaboracioacuten de las muestras 160
Tabla 15 Datos iniciales resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto 176
Tabla 16 Resultados de resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto 177
Tabla 17 Consolidado de la resistencia a la compresioacuten de adoquines de
concreto 179
Tabla 18 Datos iniciales resistencia a la flexo traccioacuten de adoquines de concreto
180
94
Tabla 19 Resultados de resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto
181
Tabla 20 Resultados de moacutedulo de rotura 182
Tabla 21 Resultados Prueba de Absorcioacuten 184
Tabla 22 Costos generales de maquinaria y equipo 185
Tabla 23 Presupuesto general de materiales para el prototipaje 186
Tabla 24 Presupuesto general Tramo de prueba 186
Tabla 25 Cantidades de obra para tramo de prueba 187
INTRODUCCIOacuteN
95
La presente investigacioacuten presenta el disentildeo construccioacuten y validacioacuten en campo de
un adoquiacuten prefabricado bicapa de concreto hidraacuteulico y concreto transluacutecido con un
sistema eleacutectrico en su interior capaz de transformar las energiacuteas renovables (solar
eoacutelica hidraacuteulica etc) en energiacutea eleacutectrica Con el fin de que cuando un peatoacuten transite
con su pisada encienda una luz que estaacute ubicada dentro del prefabricado iluminando
todo el sendero El aprovechamiento de las energiacuteas renovables ha tomado maacutes fuerza
en los uacuteltimos tiempos dado a las consecuencias que el cambio climaacutetico ha traiacutedo para
el planeta es por esto que se debe pensar en la sostenibilidad del mismo
Asiacute por ejemplo en Septiembre de 2019 la Organizacioacuten Meteoroloacutegica Mundial junto
a las principales organizaciones de ciencia climaacutetica adheridas a Naciones Unidas
revelaron en un informe la evidente y creciente brecha que divide los objetivos acordados
para abordar el calentamiento global y la realidad actual del planeta asiacute como de que tan
solo en junio de 2019 se emitieron 50 megatoneladas de carbono a la atmosfera que el
hielo marino del Aacutertico ha disminuido en un 12 por deacutecada desde 1979 hasta 2018
Colombia a traveacutes del Ministerio de Ambiente en 2016 creoacute la Poliacutetica Nacional de
Cambio Climaacutetico que consiste en promover una gestioacuten de cambio climaacutetico que
contribuya a avanzar en una senda de desarrollo resiliente al clima y baja en Carbono
que reduzca los riesgos asociados a las alteraciones por efectos del cambio climaacutetico
Actualmente el Plan Nacional de Desarrollo de nuestro paiacutes propone avanzar hacia la
transicioacuten de actividades productivas comprometidas con la sostenibilidad y la mitigacioacuten
del cambio climaacutetico impulsar las energiacuteas renovables y avanzar en el conocimiento de
escenarios de riesgo actuales y futuros
Colombia cuenta con un parque de generacioacuten de 1677875 MW (a diciembre de
2017) Esta se encuentra dominada por la generacioacuten de energiacutea hidroeleacutectrica que
corresponde al 6988 del total de la capacidad (XM 2017) En segundo lugar se
encuentran las centrales teacutermicas a gas y carboacuten que de manera agregada alcanzan un
porcentaje del 2167 (Teacutermica a gas con una capacidad de 226995 MW equivalente a
un 1353 y a carboacuten con 13653 MW correspondiente a un 814 del total) El
porcentaje restante (845) pertenece a generacioacuten mediante diversas tecnologiacuteas
(Liacutequidos Gas-Liacutequidos Biomasa y Viento la cual cuenta con solo un porcentaje de
011) todos los datos han sido extraiacutedos de la tesis laquoIdentificacioacuten de proyectos con
potencial de generacioacuten de energiacutea eoacutelica como complemento a otras fuentes de
generacioacuten eleacutectrica en el departamento de Boyacaacuteraquo obra de Renata Catalina Siabato
96
Benavides Seguacuten la Unidad de Planeacioacuten Minero Energeacutetica del Ministerio de Minas y
Energiacutea de Colombia actualmente solo hay instalados en el paiacutes 1842 megavatios de
potencia eoacutelica parque Jepiacuterachi (en Uribiacutea Guajira) propiedad de Empresas Puacuteblicas
de Medelliacuten SA Entroacute en operacioacuten en abril de 2004
Para la investigacioacuten de este proyecto se usa la metodologiacutea de tipo cientiacutefico dado a
que para el disentildeo y construccioacuten del prefabricado en concreto de alta resistencia se usan
instrumentos para medir la resistencia del concreto hasta encontrar el disentildeo de mezcla
oacuteptimo para la construccioacuten del prefabricado Es por esto que el inicio del trabajo es
praacutectico porque se debe encontrar la resistencia optima el disentildeo de la forma del
prefabricado y la validacioacuten en laboratorio para finalmente hacer ensayos en campo de
prueba
97
1 PROBLEMA DE INVESTIGACIOacuteN
El Cambio Climaacutetico se ha hecho mucho maacutes notable en los uacuteltimos antildeos quizaacute los
efectos maacutes importantes de esta gran cataacutestrofe natural son la sequiacutea y las altas
temperaturas que afectan principalmente a territorios de clima caacutelido esto se debe a la
accioacuten del ser humano en la tierra donde en eacutepocas anteriores se disponiacutea de los
recursos naturales sin tener alguacuten tipo de restriccioacuten y maacutes aun sin restaurar el dantildeo que
se haciacutea tal vez creyendo que los recursos nunca acabariacutean con el pasar de los antildeos los
gobiernos y diferentes organizaciones mundiales se han planteado objetivos con el fin de
prevenir la accioacuten del cambio climaacutetico entre las que han sido incluidas las energiacuteas
renovables
Tambieacuten se ha visto un decrecimiento de la poblacioacuten en el municipio de Agua de Dios
donde su economiacutea ha caiacutedo y se ha venido apostaacutendole al campo turiacutestico donde se ve
limitado por sus atractivos ya que estos han venido decayendo con el pasar de los antildeos
sin una implementacioacuten de nuevos atractivos
En la zona donde se implementa el proyecto a pesar de ser una de las zonas maacutes
turiacutesticas y reconocidas en Agua de Dios se tiene una gran inseguridad ya que es
concurrida por personas que se dedican a consumir sustancias psicoactivas lo que
conlleva a tener maacutes probabilidades de un ataque por parte de estas personas todo esto
se ve en las horas de la noche donde falta la iluminacioacuten ya que el alumbrado puacuteblico es
escaso casi nulo en esta parte ademaacutes de tener en cuenta los grandes costos por el
alumbrado puacuteblico lo que se vuelve un problema para la comunidad ya que se crea una
dependencia a estos pagos por energiacutea eleacutectrica existiendo energiacuteas alternativas y auto
sostenibles
98
11 PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIOacuteN
Para abordar el disentildeo experimental de esta investigacioacuten es necesario aclarar que
este trabajo pertenece al macro proyecto de investigacioacuten lsquoPrefabricados de Nueva
Generacioacuten para obras de Infraestructura vialrsquo cuyo propoacutesito es disentildear prototipos
prefabricados que incorporen materiales reciclados En el caso de Step by Step se
propone un adoquiacuten peatonal en concreto hidraacuteulica bicapa con un recubrimiento en
concreto transluacutecido compuesto por poliacutemeros y vidrio reciclado
Figura 1 Distribucioacuten de variables de la Investigacioacuten
Fuente los autores
Es asiacute como surge la variable dependiente que es el prototipo para el sendero
inteligente lsquoStep by Steprsquo las variables independientes que seraacuten modificadas en el
Variable Interviniente
Variable Dependiente
Variable Dependiente
Sendero Inteligente
Disentildeo de mezcla
Agregados reciclados
Concreto hidraacuteulico
Geometriacutea
Carga de servicio
Especificiaciones teacutecnicas NTC2017
Resistencia
Compresioacuten
Flexioacuten
Absorcioacuten
99
proceso es el disentildeo de la mezcla la geometriacutea y la resistencia todo esto que se ajuste
a las condiciones del contexto como es el uso de agregados reciclados cementos por
desempentildeo o cementos hidraacuteulicos la carga de servicio y las especificaciones NTC 2017
que regulan tanto la geometriacutea como su resistencia medida a la compresioacuten a flexioacuten y
la absorcioacuten tal como se indica en la Figura 1
Este trabajo de investigacioacuten pertenece al semillero SEUS y forma parte del macro
proyecto lsquoPrefabricados de nueva generacioacuten para obras de Infraestructura Vialrsquo de la
liacutenea de investigacioacuten institucional acuteHaacutebitat Biodiversidad y tecnologiacuteas Sosteniblesrsquo y de
la liacutenea de grupo lsquoInfraestructura y Nuevas Tecnologiacuteasrsquo Enmarcado en la misioacuten de la
Universidad Piloto de Colombia de
ldquoIncorpora a la comunidad acadeacutemica como partiacutecipe en el aacutembito
cientiacutefico inmersa en una cultura de investigacioacuten caracterizada por ser
reflexiva pertinente sistemaacutetica y metoacutedica con el objeto de promover
los desarrollos urbanos y regionales de su aacuterea de influencia en los
aacutembitos nacional e internacional asiacute como los demaacutes prospectados
acorde con los eacutenfasis y campos de accioacuten de la Universidadrdquo (UPC
2018 paacuteg 19)
En consecuencia luego de recibir la carta de aceptacioacuten y agradecimiento de la
Secretariacutea de Planeacioacuten y de instalar el tramo de prueba en el Parque Simoacuten Boliacutevar del
municipio de Agua de Dios se realizaron labores de apropiacioacuten social del conocimiento
como programas de televisioacuten en el canal local H2O Televisioacuten participacioacuten en eventos
cientiacuteficos como el Encuentro de Semilleros TEINCO 2020 entre otras actividades
100
12 PREGUNTA DE INVESTIGACIOacuteN
Alrededor del mundo se estaacuten impulsando proyectos importantes que abarcan el uso
de energiacuteas renovables como una alternativa a la reduccioacuten de contaminacioacuten esto se
ha visto reflejado en la construccioacuten de infraestructura sostenible implementado energiacuteas
renovables como la solar piezoeleacutectrica eoacutelica entre otras tambieacuten en los paiacuteses maacutes
desarrollados se identifica un matrimonio entre las energiacutea renovables y el turismo donde
se combinan con la infraestructura generando impacto positivo en ellos A partir de esto
se formula la siguiente pregunta de investigacioacuten
iquestCoacutemo prototipar un adoquiacuten para pavimento articulado de traacutensito
peatonal que permita iluminar el paso del peatoacuten almacenando la
energiacutea solar que absorbe durante el diacutea para luego convertirla en
iluminacioacuten eleacutectrica en la noche
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2 JUSTIFICACIOacuteN
Se ha identificado una problemaacutetica ambiental que se incrementa al pasar el tiempo
en el mundo esto por la generacioacuten de contaminantes al utilizar energiacuteas no renovables
ademaacutes en el municipio de Agua de Dios se observa una carencia en infraestructuras que
permitan ser un centro turiacutestico de la regioacuten ya que se ve opacado por los municipios
vecinos resulta de gran importancia generar proyectos los cuales implementen las
energiacuteas renovables y maacutes en el municipio de agua de dios donde es necesario un
desarrollo turiacutestico para el cual se vea sustentado con una infraestructura de intereacutes
generando un desarrollo econoacutemico social cultural y ambiental en el municipio
El proyecto Step by Step sendero inteligente surge de la necesidad de tener
infraestructura innovadora y amigable con el medio ambiente este proyecto trata de un
sendero peatonal el cual se piensa construir por medio de un conjunto de adoquines
disentildeados de forma que permitan obtener una luminiscencia por medio de bombillos led
instalados en el disentildeo y alimentados por medio de energiacutea solar ademaacutes de
implementar en el disentildeo un conjunto de sensores los cuales funcionen armoacutenicamente
con los visitantes prendiendo y apagando al desplazamiento de cada usuario
El proyecto Step by Step es importante para la comunidad del municipio de Agua de
Dios ya que con este proyecto se incentiva el cuidado por el medio ambiente tambieacuten
tiene un impacto positivo directo en la comunidad de la zona ya que se valorizan los
predios y los negocios alrededor de la vereda los chorros al atraer maacutes turistas genera
que tengan un crecimiento econoacutemico ademaacutes de poder utilizar el mismo sendero como
base para diferentes actividades de prestacioacuten de servicios generando nuevos empleos
en el municipio y al mismo tiempo mejorando la calidad de vida de los habitantes
Debido a que en la zona y generalmente en el paiacutes no se implementan los suficientes
proyectos que permitan un desarrollo de la infraestructura de la mano con el medio
ambiente este proyecto aporta en el desarrollo de proyectos futuros en el campo de los
senderos inteligentes primordialmente e infraestructura vial ademaacutes de ser un aporte en
el desarrollo de infraestructura innovadora dirigida al sector turiacutestico todo esto con la
implementacioacuten de energiacutea solar
102
Como consecuencia de la formacioacuten en investigacioacuten de la Universidad Piloto de
Colombia se justifica el proyecto Step by Step que aporta a la comunidad del municipio
de Agua de Dios impactando en su cultura en la parte religiosa con las congregaciones
que se realizan en esta zona y en su historia ya que se revitaliza un lugar emblemaacutetico
para los primeros habitantes del municipio tambieacuten aporta en el aspecto cientiacutefico ya que
la implementacioacuten de las nuevas formas de construccioacuten de concreto incentivan a la
investigacioacuten de las mismas a implementarse en la tecnologiacutea gracias a las energiacutea
renovables utilizadas y el concreto translucido el cual seraacute innovador para el municipio e
impactando beneficiosamente a el desarrollo por medio de la mejora en su turismo y asiacute
mismo en la economiacutea de la poblacioacuten que trabaja en esta zona
El proyecto step by step aporta a la misioacuten institucional por medio de los anaacutelisis a la
poblacioacuten sobre sus necesidades y daacutendole la solucioacuten a estas como lo es la parte
econoacutemica ya que el municipio se encuentra enfocado en la parte turiacutestica como fuente
de dinero generando estabilidad econoacutemica y bienestar en la poblacioacuten que beneficiada
con este proyecto y se puede observar un manejo adecuado del medio ambiento con
energiacuteas renovables
En consecuencia el proyecto Step by Step se articula con la misioacuten de un ingeniero
Unipiloto como una herramienta desarrollada por personas integrales soportado sobre
una soacutelida fundamentacioacuten conceptual que se brindaron en las aacutereas teacutecnicas y
cientiacuteficas a lo largo de la carrera universitaria se ajusta a la realidad del municipio de
Agua de Dios y busca soluciones puntuales en temas sociales ambientales turiacutesticos y
econoacutemicos
103
3 OBJETIVOS
31 OBJETIVO GENERAL
Prototipar y validar en campo un adoquiacuten para pavimento articulado peatonal
prefabricado en concreto hidraacuteulica bicapa y que en su interior tenga una pieza
translucida que sea capaz de transformar la energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica con el
fin de que cuando el peatoacuten transite con su pisada active un sensor y este encienda una
luz led que se encuentra al interior de la pieza de concreto
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Validar en laboratorio un adoquiacuten en concreto hidraacuteulico que se ajuste a las con las
Especificaciones teacutecnicas NTC 2017
Disentildear y validar en laboratorio la geometriacutea del adoquiacuten bicapa usando concreto
transluacutecido (Perdomo C amp Fandintildeo M 2020) y medir su resistencia a la compresioacuten
flexioacuten y la absorcioacuten para luego ser comparado con la NTC 2017
Disentildear y validar en campo el sistema de encendido usando sistemas alternativos
como los paneles solares
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4 MARCOS DE REFERENCIA
41 MARCO DE ANTECEDENTES
Estudiantes mexicanos del Instituto Tecnoloacutegico de Estudios Superiores Monterrey
(ITESM) campus puebla desarrollaron un proyecto denominado Enegy Floor el cual es
un sistema que aprovecha el flujo de peatones para la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica
es una tecnologiacutea que se instala debajo de los pisos convencionales como las losetas
Seguacuten este proyecto cada vez que una persona pasa sobre el piso soportado por este
desarrollo tecnoloacutegico se activa un dispositivo mecaacutenico que produce cinco watts de
electricidad por cada paso (MAGAZINE 2020)
Los estudiantes artiacutefices de este proyecto expresaron que es una tecnologiacutea amigable
con el medio ambiente puesto que es un dispositivo que se activa con fuerza mecaacutenica
Para su elaboracioacuten los estudiantes usaron aluminio y una loseta que fue elaborada a
basa de poliacutemero ultrarresistente denominado nylamid (MAGAZINE 2020) El factor
diferencial entre el proyecto de los estudiantes mexicanos y Step by Step es que ellos
usan energiacutea mecaacutenica del flujo peatonal Step by Step usa energiacuteas renovables como la
solar
En Rotterdam existe una empresa llamada Energy Floors que antes era conocida
como Club de Baile Sostenible pues dicha empresa estaacute revolucionando el panorama de
la energiacutea sostenible al transformar la energiacutea cineacutetica y mecaacutenica que se produce al
caminar en energiacutea eleacutectrica En 2008 lanzaron su producto Sustainable Dance Floor
(SDF) que utiliza el movimiento de las personas como fuente de energiacutea al convertir la
energiacutea cineacutetica en energiacutea eleacutectrica Con ella se alimentan las luces LED de la pista de
baile creando una atmoacutesfera de discoteca y proporcionando al puacuteblico una experiencia
interactiva Esto es asiacute porque los moacutedulos que integran la pista de baile se flexionan al
ser pisados creando un movimiento que se transforma en energiacutea eleacutectrica por un
pequentildeo generador interno Cada moacutedulo de un tamantildeo de 75x75x20 cm puede producir
hasta 35 vatios de salida sostenida Entre cinco y veinte vatios por persona
(CONSTRUIBLE 2015) Al igual que el proyecto de los estudiantes la diferencia con Step
by Step es que se usa energiacutea mecaacutenica generada por las pisadas de las personas en
este caso en pistas de baile de discotecas
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El mexicano Joseacute Carlos Rubio Avalos quien es investigador de la Universidad
Michoacana de San Nicolaacutes de Hidalgo buscoacute otra funcioacuten para el cemento el
investigador pensoacute en que el cemento casi siempre estaba expuesto a la radiacioacuten solar
y debiacutea buscar la manera de desarrollar una investigacioacuten innovadora Por esto el material
creado por el investigador consiste en absorber la radiacioacuten ultravioleta durante el diacutea
para luego brilla en la noche (BBC 2016)
El problema que el investigador tuvo es que el cemento es un cuerpo opaco y no
permite el paso de luz por eso estudioacute la composicioacuten del cemento Portland que es el
maacutes usado alrededor del mundo modificoacute la estructura microscoacutepica y con este cambio
logroacute que el material absorbiera los rayos uv El investigador Joseacute Carlos explicoacute en una
entrevista para la BBC Mundo que lo que se busca era permitir el paso y difusioacuten de luz
solar a traveacutes del siacutelice que se encuentra presente en el cemento el siacutelice es el mismo
material con el que se fabrica el vidrio (BBC 2016)
A lo que se refiere en si al proyecto del investigador mexicano es a cambiarle las
propiedades oacutepticas del material para hacerlo fosforescente Es un proceso logrado por
la incorporacioacuten de aditivos los cuales permiten que la luz pase y se pueda observar un
color de la fosforescencia El cemento como es un material orgaacutenico tiene mayor
rendimiento y durabilidad en el proceso (Avalos 2016)
El cemento fosforescente es un material mucho maacutes costoso que un cemento
convencional es por eso que solo se concibe como una capa de recubrimiento para
fachadas de edificios o para la sentildealizacioacuten de viacuteas Este proyecto mexicano es un
proyecto similar a Step by Step pues lo que se busca es hacer uso de las energiacuteas
renovables tambieacuten
En Holanda se construyoacute un proyecto denominada SolaRoad lo que se hizo fue
sustituir el asfalto por un pavimento que integra paneles solares fotovoltaicos ademaacutes de
esto se incluyeron luces led para iluminar el sendero en diacuteas de niebla y un sistema para
calentar la viacutea y evitar la formacioacuten de placas de hielo en invierno en el invierno En el
primer antildeo cumplido de este proyecto se han producido 70 KWh al antildeo por cada metro
cuadrado lo que ha sido suficiente para abastecer a tres viviendas
El primer antildeo de funcionamiento de un tramo de 70 metros ha llevado a los
investigadores a concluir que el proyecto funciona muy bien pero econoacutemicamente aun
no es factible porque en la construccioacuten se invirtieron 3 millones de euros y haciendo la
106
conversioacuten por cada KWh ha hecho un retorno final de tan solo 1862 euros (SOLAROAD
2016)
Figura 2 Sistema de pavimento Solaroad
Fuente (Ramos 2014)
Como se evidencia en la imagen anterior los constructores instalan moacutedulos de
concreto con una capa transparente que permite que la luz se infiltre debajo de dicha
capa se instalas celdas solares que recogen la energiacutea y finalmente son las que sirven
para alimentar el alumbrado puacuteblico la luz del traacutefico y hasta los hogares (SOLAROAD
2016)
El factor diferencial entre Solaroad y Step by Step es que el sendero de Step by Step
hace aprovechamiento de la energiacutea usando un solo panel solar y Solaroad hace uso de
cierta cantidad de moacutedulos solares para ser instalados en todo el tramo
China es uno de los paiacuteses que maacutes estaacute interesado e invierte en el uso de energiacuteas
renovables con el fin de innovar y dominar el mercado de dicha tecnologiacutea es por esto
107
que se disentildeoacute y construyoacute una autopista con paneles solares en la ciudad de Jinan
(Bradsher 2018)
Figura 3 Autopista China de Paneles solares
Fuente (Bradsher K 2018)
Este proyecto es importante nombrarlo en este documento porque destaca el gran
crecimiento que ha tenido el uso de paneles solares en el mundo y de que China uno
de los paiacuteses maacutes desarrollados del mundo esteacute apostando e invirtiendo en el uso de las
energiacuteas renovables
En la India se estaacute revolucionando el mercado de los paneles solares por la
construccioacuten de plantas de energiacutea solar sobre canales de agua esto hace que se
cumplan dos tareas importantes para la preservacioacuten del medio ambiente la primera es
la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica aprovechando la energiacutea solar y la segunda es la
preservacioacuten del liacutequido precioso evitando la evaporacioacuten
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Figura 4 Canal solar en India
Fuente (ingrenovables 2014)
El Jefe de Gobierno Indio el Sr Narendra Modi inauguraraacute la primera serie de este
proyecto conocido como Canal Proyecto de Energiacutea Solar cuando ponga en marcha un
proyecto piloto de 1 megavatio (MW) que ya se encargoacute en el canal de la rama Narmada
cerca de la aldea Chandrasan de Kadi taluka en el distrito Mesina el martes
(indiasolarpowercanals 2015)
El proyecto de la India es de importancia mencionarlo en este documento dado a su
similar parecido con Step by Step pues los dos hacen uso de la energiacutea solar para
preservas los recursos medio ambientales que cada vez son maacutes escasos es de gran
aporte el conocimiento adquirido en cuanto a la forma en la que se construye el proyecto
para preservar el agua tambieacuten
En 2018 se dijo que La Guajira en Colombia se convertiriacutea en escenario de los grandes
proyectos de generacioacuten de energiacutea eleacutectrica a partir del viento que abasteceraacuten el
Sistema Interconectado Nacional (SIN) en la proacutexima deacutecada (Suaacuterez 2018)
109
A finales de febrero pasado la Autoridad Nacional de Licencias Ambientales (ANLA)
comenzoacute el estudio del que seraacute uno de los parques eoacutelicos representativos que tendraacute
el paiacutes por su tamantildeo y capacidad de produccioacuten y que se sumaraacute a otros que se
montaraacuten en la citada zona (Suaacuterez 2018) Se trata del proyecto de Generacioacuten de
Energiacutea Eoacutelica Alpha que desarrolla la empresa Vientos del Norte que pertenece al
conglomerado portugueacutes Renovatio Group como lo registra el Certificado de Reporte del
Sistema de Informacioacuten sobre Biodiversidad de Colombia (CR-SIB) (Suaacuterez 2018)
Este parque eoacutelico que tendraacute una capacidad de generacioacuten superior a los 200
megavatios (Mw) es la primera iniciativa que evaluacutea la Anla ya que se requiere
autorizacioacuten de la autoridad nacional ambiental despueacutes de los 100 Mw de energiacutea
(Suaacuterez 2018)
Es importante destacar este proyecto de recoleccioacuten de energiacutea eleacutectrica a traveacutes de
la energiacutea eoacutelica en este documento dado a que en este documento y para este proyecto
estamos tratando con todo tipo de energiacuteas renovables aunque es un proyecto que estaacute
en estudios y en traacutemite de licencias con antelacioacuten se sabe que seraacute un boom de
innovacioacuten con respecto a paiacuteses de la regioacuten y que se estaacuten apoyando los proyectos
que abarquen el uso de energiacuteas limpias en el paiacutes Step by Step estaacute pensado para que
funcione con cualquier tipo de energiacutea renovable que se pueda aprovechar
Seguacuten la revista dinero en Barranquilla con el cambio de administracioacuten de alcaldiacutea y
de gobernacioacuten del Atlaacutentico se vienen cambios en temas energeacuteticos para la regioacuten
Caribe pues se sabe desde antildeos atraacutes que Electricaribe tiene millonarias deudas y presta
un servicio deficiente el alcalde Jaime Pumarejo anuncioacute la adjudicacioacuten de los nuevos
operadores para el 20 de Marzo de 2020 tambieacuten dio luces sobre la nueva poliacutetica de
energiacutea en la reciente edicioacuten del Congreso Nacional de Infraestructura en noviembre de
2019 (DINERO 2020)
El alcalde Pumarejo dijo que es un proyecto que estaacute pensado en primera fase para la
autogeneracioacuten de la alcaldiacutea de Barranquilla para luego general y comercializar energiacuteas
renovables (DINERO 2020) El mandatario explicoacute que el desarrollo econoacutemico de la
capital del Atlaacutentico implica contar con energiacuteas de fuentes renovables Estas son
sinoacutenimo ndashseguacuten eacutelndash de maacutes ingresos empleo y resiliencia ante el cambio climaacutetico
(DINERO 2020)
110
Barranquilla es reconocida mundialmente como la capital energeacutetica de Colombia es
por esto que vale la pena mencionar esta clase de proyectos dentro de la redaccioacuten de
este documento porque el uso de energiacuteas renovables va tomando cada vez maacutes fuerza
en nuestro paiacutes y es de gran importancia para nosotros como ingenieros civiles
aprovechar esta oportunidad para crear proyectos innovadores como Step by Step que
hace usos de energiacuteas limpias y se puede implementar en cualquier parte del paiacutes
En Londres existe una empresa llamada Pavegen que es una compantildeiacutea de
tecnologiacutea limpia esta empresa adopta un enfoque innovador hacia la sostenibilidad al
generar energiacutea a partir de algo que la mayoriacutea de la gente hace todos los diacuteas caminar
La compantildeiacutea innovando en la arquitectura inteligente ha presentado la primera lsquovereda
inteligentelsquo del mundo en Londres un camino que transforma el pavimento en un generador
de energiacutea eleacutectrica esto gracias al paso que dan los peatones A diferencia de anteriores
instalaciones en Washington DC y Rio de Janeiro el proyecto en Londres cuenta con su
propia app brindado informacioacuten exacta a los visitantes sobre la energiacutea que estaacuten
generando e incentivando su uso al brindar descuentos en tiendas comerciales por los pasos
que den (ARQUITECTOS 2018)
Seguacuten el CEO de Pavegen Laurance Kemball-Cook quien sentildealoacute que esta es una nueva
aacuterea de produccioacuten de energiacutea una que ofrece muchas posibilidades interesantes laquoCuando
una persona camina genera 5 vatios de energiacutea de forma continua por lo que usted es
como todos somos una fuente de alimentacioacuten de 5 vatios Ahora imagine 10 personas eso
es 50 vatios de energiacutea de forma continua Puede que no parezca una cantidad exorbitante
de energiacutea pero es suficiente para suministrar energiacutea para una serie de necesidades Por
ejemplo la tecnologiacutea se puede utilizar para iluminar caminos a medida que los peatones
caminan sobre ellos lo que podriacutea frenar el crimen (ARQUITECTOS 2018)
111
Figura 5 Baldosa que produce energiacutea eleacutectrica
Fuente Pavegencom
El CEO tambieacuten sentildealoacute que el proyecto es muy importante y puso como ejemplo Grand
Central Station en Londres donde diariamente transitan unas 40000 personas por hora esa
energiacutea que generan esas personas se almacena en bateriacuteas y en la noche se enciende
Asiacute que los municipios las estaciones de tren las oficinas las escuelas en cualquier lugar
con mucha gente caminando son perfectas para el proyecto (ARQUITECTOS 2018)
El proyecto realizado en Londres es muy similar a Step by Step puesto que los dos se
tratan de un sendero inteligente El factor diferencial es que Step by Step convierte la energiacutea
solar en energiacutea eleacutectrica el proyecto de Londres lo que hace es convertir la energiacutea cineacutetica
que generan las personas al caminar en energiacutea eleacutectrica
En Madrid Espantildea se ha unido el Aacuterea de Emprendimiento Empleo e Innovacioacuten quien
ha impulsado el proyecto y el Aacuterea de Medio Ambiente y Movilidad que ha corrido con los
gastos para crear un cruce peatonal inteligente el proyecto se trata de crear un cruce
peatonal inteligente para reducir los accidentes por lo cual se ha escogido una zona poco
luminosa en horas de la noche (PAIS 2020)
112
Figura 6 Cruce peatonal inteligente
Fuente (PAIS 2020)
Seguacuten la portavoz de las concejaliacuteas que llevan a cabo el proyecto que cuenta con un
paso de cebra cuenta con una sentildeal lumiacutenica que funciona con sensores y
tecnologiacutea led y que se activa en modo nocturno cuando cruza un peatoacuten Al detectar a
la persona se encienden de forma continua las sentildeales horizontales y los cajones
lumiacutenicos de las sentildeales verticales Cuando no hay nadie el sistema permanece en
reposo (PAIS 2020)
Sobre la construccioacuten y mejoras en la fabricacioacuten e instalacioacuten de adoquines se
conocioacute que Samuel S Lngalls de Chicago en Illinois en el antildeo 1877 patentoacute un adoquiacuten
en concreto con una forma rectangular (Estados Unidos Patente nordm 952S6 1877) Pero
el inventor se dio cuenta que el adoquiacuten patentado presentaba fallas a la hora de su
instalacioacuten por lo que realizoacute un estudio para verificar las fallas y asiacute poder mejorar esto
Para lo cual patentoacute una mejora para la instalacioacuten de los adoquines en donde Samuel
Lngalls dejoacute un paso a paso para evitar que los adoquines se fracturaran con el tiempo
113
la fractura se da en las esquinas y para esto se debe poner cemento en las juntas y
esquinas
De la misma manera que Samuel Lngalls Charles Pettit tambieacuten realizoacute una patente
de la invencioacuten de un adoquiacuten pero dicha patente fue hecha en Greenford en el condado
de Mahoning y el estado de Ohio en el antildeo 1912 En la misma patente deja una guiacutea
praacutectica de instalacioacuten de dichos adoquines Pettit realiza esta invencioacuten para solucionar
la problemaacutetica de que los adoquines se desencajen y en muchas ocasiones presente
pandeo en una viacutea de adoquines estos pandeos generan en algunos casos accidentes
viales Esto lo soluciona garantizando un enclavamiento seguro entre las filas de
adoquines adyacentes y se puede hacer el enclavamiento dado a la forma del adoquiacuten
patentado el enclavamiento entre filas y columnas de adoquines evita el desplazamiento
y el pandeo del pavimento articulado (Estados Unidos Patente nordm 573212 1912)
42 MARCO TEOacuteRICO
Por medio del marco teoacuterico se pone en contexto las bases teoacutericas de la metodologiacutea
realizada para la construccioacuten del sendero inteligente en el cual se explicaran diferentes
tipos de tecnologiacuteas entre las cuales se encuentra la implementacioacuten de la tecnologiacutea de
generacioacuten de energiacutea por medio de componentes electroacutenicos de piezoelectricidad los
cuales aprovechan la energiacutea cineacutetica al caminar convirtieacutendola en energiacutea eleacutectrica
tambieacuten las tecnologiacuteas que utilizan energiacutea eleacutectrica para la construccioacuten de senderos
inteligentes los pavimentos inteligentes que aprovechan la energiacutea solar por medio de
paneles solares instalados en su estructura que aprovechan la energiacutea para los usos en
su entorno o en su misma estructura
Tipos de pavimentos inteligentes
En el mundo al pasar de los tiempos y con la incorporacioacuten de nuevas tecnologiacuteas al
mercado se han realizado diversos tipos de pavimentos los cuales tienen diferentes
caracteriacutesticas utilizando diferentes tipos de energiacuteas siendo las maacutes utilizadas la
piezoelectricidad la energiacutea eleacutectrica y la energiacutea solar
Piezoeleacutectricos
114
Uno de estos es el sendero inteligente presentado por pavegen en Londres el 29 de
junio del 2017 llamado Bird Street el cual utiliza la energiacutea piezoeleacutectrica
Bird Street se estaacute asociando con una serie de visionarios tecnoloacutegicos que incluyen
Pavegen Que fabrica una galardonada tecnologiacutea de pisos de generacioacuten de datos y
electricidad La compantildeiacutea del Reino unido ha instalado una matriz de 10 metros
cuadrados que inicialmente enciende luces y sonidos de paacutejaros y tambieacuten proporciona
una fuente de datos de energiacutea Incorporaraacute transmisores bluetooth de baja energiacutea que
le permitiraacuten interactuar con aplicaciones de marca por ejemplo recompensar a los
usuarios con descuentos cupones y recursos educativos para sus pasos en el sistema
pavegen (PAVEGEN 2017)
Este pavimento inteligente con la tecnologiacutea pavegen fue el primero en su tipo ya que
utiliza la energiacutea de las pisadas en el cual logra captar la energiacutea cineacutetica que se produce
al caminar sobre la superficie del pavimento por medio de un sistema en el cual se
posicionan 3 dispositivos en cada esquina de adoquiacuten y al pisarlo gracias al peso propio
del usuario se presionan los 3 a la vez esto ocasiona que el dispositivo descienda
generando electricidad gracias a los principios de la piezoelectricidad los cuales son
contemplados de la siguiente manera
Cuando una presioacuten es aplicada a u material piezoeleacutectrico causa una deformacioacuten
mecaacutenica y a su vez un desplazamiento de cargas Estas cargas son directamente
proporcionales a la presioacuten aplicada Si se ejerce una presioacuten a los extremos del eje polar
se produce polarizacioacuten un flujo de electrones de carga negativa mientras que en el
extremo opuesto se induce una carga positiva (Chacon Cesar Alexander 2012)
La tecnologiacutea para los senderos inteligentes se ha visto fortalecida en los uacuteltimos antildeos
ya que se viene implementando en diferentes proyectos en el mundo como antes se
nombroacute la piezoelectricidad es una de ellas siendo practica ya que funciona con la
presioacuten generada por los usuarios algo que es muy concurrido en un pavimento en ese
orden de ideas esta tecnologiacutea permite que el pavimento sea auto sustentable ya que
gracias a estas presiones se genera energiacutea
Energiacutea que se utiliza de la siguiente forma
La energiacutea proveniente de los pasos es captada por el material piezoeleacutectrico como
anteriormente se analizoacute el cual se encuentra situado al adoquiacuten del pavimento de forma
115
que esta genera corriente alterna la cual por medio de un convertidor se transforma a
corriente directa la cual sirve en este caso para el funcionamiento de los diferentes
aparatos electroacutenicos a traveacutes del sendero inteligente antes de ser enviada la energiacutea es
almacenada en una bateriacutea la cual garantiza que el sendero disponga de energiacutea en todo
momento para posteriormente ser enviada a las innovaciones instaladas con el fin de ser
utilizadas cada vez que un usuario pise los piezoeleacutectricos
Eleacutectrico
Otro tipo de sendero inteligente es el denominado como sendero inteligente de Espantildea
castilla y leoacuten alimentado por energiacutea eleacutectrica el cual tiene las siguientes caracteriacutesticas
El sendero homologado es una instalacioacuten deportiva identificada por las marcas
registradas GRreg PRreg oacute SLreg que se desarrolla preferentemente en medio natural y
sobre viales tradicionales puacuteblicos o privados Es un entramado de caminos sentildealizados
bajo una normas estandarizadas y reconocidas a nivel internacional y que han pasado el
sello de calidad de la federacioacuten de deportes de montantildea escalada y senderismo de
castilla y leoacuten (FDMESCYL 2017)
Los senderos de deportes extremos se realizan en partes rurales mayormente esto
dificulta implementar tecnologiacuteas en estos el sendero de castilla y leoacuten se considera
inteligente ya que se han implementado estas tecnologiacuteas eficientemente durante el
recorrido de los senderos en los deportes extremos los que resaltan son los siguientes
El sendero inteligente incluye obras de gran envergadura como el enlosado de la
totalidad del firme instalacioacuten de puntos de recargas de moacuteviles y dispositivos
electroacutenicos que cuentan con tomas USB y la colocacioacuten de maacutequinas expendedoras de
bebidas y aperitivos Las novedades del nuevo tramo se completan con la posibilidad de
que los senderistas se conecten a una red WIFI gratuita que permite a los usuarios estar
geo localizados en todo momento y monitorizados por los equipos de emergencia de
castilla y leoacuten (FDMESCYL 2017)
El sendero inteligente de Castilla y leoacuten es un beneficio para los turistas y
ciudadanos que concurren en esta zona de Espantildea se evidencia en este sendero
inteligente que cubre gran cantidad de recorrido siendo este para deportes extremos
generando seguridad a los usuarios gracias a las tecnologiacuteas implementadas a traveacutes del
mismo como lo es la interconexioacuten entre los usuarios por medio de wifi gratuito
116
permitiendo tambieacuten el reporte de emergencias a la praacutectica de los deportes extremos a
lo largo del sendero y tambieacuten un sistema de ahorro de energiacutea con farolas que regulan
la cantidad de luz emitida gracias a sensores que permiten captar la cantidad de luz en
el entorno y disminuyeacutendola cuando no sea necesaria
Energiacutea solar
Un tipo de pavimento inteligente es el alimentado por energiacutea solar son las placas de
pavimento solar roadways quienes han hecho investigaciones para generar placas con
paneles de energiacutea solar con el fin de crear pavimentos inteligentes que funciones con
base a esta energiacutea renovable
SOLAR ROADWAYS es un sistema modular de paneles solares que se pueden
caminar y conducir Nuestros paneles solares contienen luces LED para crear liacuteneas de
sentildealizacioacuten sin pintura Contienen elementos calefactores para evitar la acumulacioacuten de
nieve y hielo Los paneles contienen microprocesadores los cuales los hace inteligentes
Esto permite que los paneles se comuniquen entre si una estacioacuten de control central y
los vehiacuteculos (SOLAR ROADWAYS 2020)
La energiacutea solar es una de las maacutes famosas y maacutes utilizadas entre las energiacuteas
renovables ya que el sol genera energiacutea permanente que en su mayoriacutea no es utilizada
por el ser humano los pavimentos tienen contacto con el sol a diario ya que se
encuentran a la intemperie generando una oportunidad de aplicacioacuten de teacutecnicas de
recoleccioacuten de energiacutea solar para asiacute mismo utilizarlo en el entorno y para la estructura
misma del pavimento La captacioacuten de energiacutea solar se realiza por medio de un panel
solar que se instala en la parte superior del pavimento teniendo en cuenta que el panel
solar tiene una resistencia mayor al comuacuten ya que tiene que soportar pesos de todo tipo
de vehiacuteculos seguacuten el profesor shyam s nandwani afirma que
la potencia solar que recibe el planeta tierra (fuera de la atmosfera) es cerca de 173 x
10^12 Kw o una energiacutea de 15x^15 kWh por antildeo Al atravesar la atmosfera cerca de 53
de esta radiacioacuten es reflejada y absorbida por el nitroacutegeno oxigeno ozono dioacutexido de
carbono vapor de agua polvo y las nubes Por lo tanto al pasar esta radiacioacuten por una
distancia de 150 millones de km se reduce esta cantidad y el final el planeta recibe
energiacutea promedio de 3x10^17 kWh al antildeo equivalente a 4000 veces el consumo del
mundo entero en un antildeo (7x10^13 kWhantildeo) o cual nos indica el enorme potencial del
sol (nandwani 2005)
117
Con las nuevas tecnologiacuteas la energiacutea solar se ha ido modernizando e incluyeacutendose
en diferentes proyectos entre estos el pavimento inteligente anterior mente nombrado en
cuanto al funcionamiento se puede afirmar que
Para cualquiera de las aplicaciones de la energiacutea solar la parte principal del sistema
es el COLECTOR ndash el artefacto que capta energiacutea solar y convierte en energiacutea uacutetil ndash sea
en forma caloacuterica o eleacutectrica Para la conversioacuten de energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica se
utilizan CELDAS SOLARES proveniente de los materiales semiconductores ndashtipo silicio
principalmente (nandwani 2005)
Despueacutes de convertir la energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica se procede a poner en
funcionamiento el circuito el cual se debe tener en cuenta que
Dependiendo de la capacidad de almacenamiento de la bateriacutea se puede calcular el
tiempo aproximado de funcionamiento de varios dispositivos y el aacuterea necesaria del panel
solar para usos especiacuteficos Una instalacioacuten ademaacutes requiere controlar el voltaje
mediante un regulador dirigir la corriente hacia una bateriacutea para almacenarla Como la
corriente eleacutectrica producida es directa es necesario para algunas aplicaciones un
inversor para convertirla en alterna (nandwani 2005)
Despueacutes de producir la energiacutea eleacutectrica por medio del panel solar instalado en el
pavimento se transfiere a un control de carga el cual regula la energiacutea con el fin de evitar
dantildeos en la bateriacutea la cual se encuentra en el siguiente paso de la energiacutea esta almacena
la corriente para ser utilizada se encuentra el panel produciendo energiacutea o no todo esto
para ser enviada al alumbrado puacuteblico situado en el pavimento volvieacutendolo auto
sostenible
Moacutedulo de control de carga para bateriacuteas
Moacutedulo de control de carga para bateriacuteas de litio Puede ser programado para
comenzar la carga de voltaje y para finalizarla (ELECTRONICA 2020)
Por ejemplo Configurando 12V como voltaje de inicio y 15V como voltaje de parada
cuando el voltaje este por debajo de 12V el releacute se cerraraacute permitiendo la carga de voltaje
a la bateriacutea cuando el voltaje alcance los 15V o sea mayor el releacute se apagaraacute deteniendo
la carga (ELECTRONICA 2020)
118
Caracteriacutesticas
Voltaje de entrada 10-30V
Precisioacuten del display 01V
Precisioacuten del control 01V
Tipo de salida salida directa
Tolerancia plusmn01V
Dimensiones 82x58x18mm
Regulador de carga de panel solar
El regulador solar o regulador de carga es un dispositivo necesario en la instalacioacuten
solar ya que se encarga de controlar la entrada a las bateriacuteas de la energiacutea generada en
los paneles solares El regulador permite por un lado alargar la vida de la bateriacutea y por
el otro obtener informacioacuten y paraacutemetros del funcionamiento de la instalacioacuten Permite
alargar la vida de las bateriacuteas ya que permite el paso de la electricidad seguacuten el estado
en que se encuentre la bateriacutea en cada momento Por ejemplo cuando esta esteacute a un
nivel de carga inferior al 95 permitiraacute el paso libre de toda la electricidad con el objetivo
de cargarla cuanto antes posible Mientras que si se encuentra en un porcentaje de carga
del 95 al 99 permitiraacute el paso de forma muy controlada que es lo que llamamos carga
de flotacioacuten con el fin de llenar al maacuteximo la bateriacutea Por otra parte si la bateriacutea se
encuentra completamente cargada cortaraacute el paso de corriente para evitar sobrecargas
o un sobrecalentamiento del acumulador Gracias a realizar la carga de esta forma se
evitan problemas en las bateriacuteas solares y se alarga al maacuteximo sus antildeos de vida
(DamiaSolar 2016)
Existen 2 tipos de reguladores de carga el PWM o convencional y el MPPT o
maximizador El uso de uno u otro dependeraacute del tipo de placa solar que utilicemos Si
se tratan de placas solares de 36 o 72 ceacutelulas (paneles de hasta 200W) seraacute suficiente
usar un regulador PWM ya que estas placas tienen un voltaje en el punto de maacutexima
potencia alto Mientras que si usamos placas de 60 ceacutelulas (paneles de potencia superior
a 200W) seraacute de uso obligatorio el regulador MPPT ya que estas placas tiene un voltaje
119
menor pues priorizan el amperaje en lugar del voltaje con lo cual seraacute necesario siempre
un regulador MPPT el cual modula el voltaje del panel y lo adapta a las caracteriacutesticas de
las bateriacuteas conectadas (DamiaSolar 2016)
Los paneles solares de 60 ceacutelulas se conocen popularmente como paneles de red ya
que se utilizaban antiguamente en las huertas solares que se conectaban a la red Para
diferenciar los paneles de red de los paneles convencionales se debe mirar su ficha
teacutecnica impresa en la pegatina posterior del panel El panel de red indicaraacute un valor VMP
de solamente 29V o similar mientras que las placas convencionales o de aislada generan
un VMP aproximado de 36 voltios en las placas de 24V y de 18 voltios en las placas de
12V (DamiaSolar 2016)
Para saber si necesito un regulador de 10A 20A 30A 60A o 80A (A= amperios) se
deberaacute mirar el amperaje del panel indicado como corriente nominal o IMP i multiplicarlo
por el nuacutemero de paneles que queramos instalar en la instalacioacuten solar Por ejemplo en
una instalacioacuten solar de 12V donde se instalen 6 placas de 140W 12V el IMP de este
panel seraacute de 797A Por lo tanto si se disponen de 7 placas se obtendraacute una corriente
maacutexima de 5579 y seraacute necesario usar un regulador solar de 60A Tambieacuten es
importante si en un futuro hay previsto instalar maacutes paneles poner ya de inicio un
regulador de mayor capacidad asiacute cuando se instalen seraacute necesario cambiar este
dispositivo (DamiaSolar 2016)
Bateriacutea Recargable
Tanto los paneles solares como las turbinas eoacutelicas son fuente de energiacutea verde y
renovable pero el problema de estos sistemas de autoabastecimiento eleacutectrico reside en
el almacenamiento Las instalaciones tradicionales proporcionan la energiacutea de manera
inmediata de manera que lo que no se consuma en el momento se pierde y ademaacutes si
el diacutea se nubla o el viento se detiene no es posible obtener suministro
(Ambientesoluciones 2020)
Para resolver este inconveniente este grupo de investigadores ha disentildeado
una bateriacutea de flujo segura y rentable que se puede utilizar tanto de manera domeacutestica
como comercial Estaacute elaborada con materiales de bajo coste que se encuentran en la
tierra de forma habitual como carbono oxiacutegeno nitroacutegeno hidroacutegeno hierro y potasio
Los compuestos no son toacutexicos ni tampoco inflamables (Ambientesoluciones 2020)
120
Los materiales no son toacutexicos son baratos y al estar disueltos en una
abundante cantidad de agua son seguros ya que no puede prenderse
fuego un detalle muy importante cuando se estaacuten almacenando grandes
cantidades de energiacutea eleacutectrica cerca de la gente explica Michael J
Aziz uno de los ingenieros que ha desarrollado el invento
(Ambientesoluciones 2020)
A diferencia de las bateriacuteas de electrodos soacutelidos las bateriacuteas de flujo almacenan la
energiacutea en los liacutequidos contenidos en los tanques externos de manera similar a las pilas
de combustible Los tanques establecen la capacidad de almacenamiento y el hardware
de conversioacuten electroquiacutemica a traveacutes del que se bombean los fluidos establece la
potencia (Ambientesoluciones 2020)
Ambos elementos se pueden personalizar para que cada usuario disponga de la
energiacutea atendiendo a sus necesidades Ademaacutes como la cantidad de energiacutea que puede
guardar aumentar con soacutelo aumentar el tamantildeo de los tanques se puede almacenar
mucha maacutes a un menor coste que los sistemas de bateriacuteas tradicionales
(Ambientesoluciones 2020)
Panel solar
El panel solar es el elemento maacutes conocido de los componentes utilizados en la
implementacioacuten de energiacutea solar se trata de un elemento que aprovecha la energiacutea del
sol para transformarlo en energiacutea eleacutectrica o caloacuterica la cual se puede utilizar de
diferentes maneras en esta transformacioacuten de la energiacutea solar se pueden distinguir
diferentes propoacutesitos de la energiacutea la primera por ejemplo es la utilizacioacuten de esta para
producir agua caliente lo cual se ve generalmente en los hogares y la segunda y una de
las maacutes conocidas son la transformacioacuten de energiacutea por medio de paneles fotovoltaicos
los cuales permiten producir electricidad captando la radiacioacuten solar las cuales recaen en
las ceacutelulas fotovoltaicas del panel solar (SLU 2015)
La energiacutea solar se puede captar de diferentes formas las dos mencionadas
anteriormente permiten entender el funcionamiento y la forma en la que se aprovechan
las radiaciones solares tales como se puede identificar en el siguiente paacuterrafo que nos
muestra el funcionamiento por medio de recoleccioacuten y transformacioacuten en energiacutea caloacuterica
121
En cuanto a las dos formas anteriormente nombradas el sistema de recoleccioacuten de
energiacutea solar uno de estos es por medio del colector solar en el cual tiene un liacutequido en
su interior que tiene la funcioacuten de absorber la radiacioacuten generada por el sol y
posteriormente la convierte en calor por medio de este liacutequido el cual se almacena para
ser utilizado por medio de ductos instalados en conjunto con el servicio de agua ya que
este se convierte en un intercambiador de calor por medio de unos ductos lo que permite
que el recurso hiacutedrico al ser usado tenga la temperatura deseada este ciclo se repite ya
que el liacutequido que funciona como intercambiador de calor retorna al colector solar para
realizar el proceso de nuevo (SLU 2015)
La recoleccioacuten de energiacutea eleacutectrica por medio de paneles solares es la maacutes
conocida en el mundo ya que es la base de esta tecnologiacutea para entender su
funcionamiento se debe comprender sus caracteriacutesticas por medio del siguiente paacuterrafo
se pueden identificar
La recoleccioacuten de energiacutea solar por medio de paneles fotovoltaicos se obtiene
gracias a las celdas que se encuentran en la superficie del panel solar las cuales son
denominadas como ceacutelulas fotovoltaicas estas tienen la capacidad de convertir la
energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica esto es llamado efecto fotovoltaico este efecto provoca
la energiacutea solar (fotones) posteriormente se producen unas cargas positivas y negativas
en unos componentes llamados semiconductores que estaacuten directamente relacionados
con las celdas y tienen distinto tipo y por medio de estos se crea un campo eleacutectrico que
posteriormente permite obtener corriente eleacutectrica (SLU 2015)
El panel solar puede funcionar con diferentes tipos de materiales los cuales
funcionan de una manera similar los maacutes utilizados para producirlos son el arseniuro de
galio (Gas) este es maacutes utilizado en diferentes tipos de aparatos electroacutenicos los cuales
son maacutes complejos y el segundo es el silicio (Si) el cual tiene un costo econoacutemico menor
estos son maacutes faacuteciles de encontrar y por lo mismo son los maacutes utilizados en general
ademaacutes de ser utilizados por la industria microelectroacutenica cuando se evaluacutea el
rendimiento de las celular fotovoltaicas se puede concluir que estas estaacuten ligadas con la
estructura tridimensional en el interior de la laacutemina de silicio (SLU 2015)
El panel solar tiene la funcioacuten de recibir la energiacutea lo cual lo convierte en un
elemento clave a la hora de construir dispositivos que necesiten aprovechar la energiacutea
solar ya que tambieacuten se deben tener en cuenta factores importantes en cuanto al manejo
122
de este tales como son la ubicacioacuten ya que es de vital importancia garantizar que se
aprovecha de la mejor manera la energiacutea proporcionada por el sol esto debido a que se
debe tener en cuenta el movimiento de la tierra alrededor del sol para identificar los
aacutengulos y zonas que permitan optimizar esta recoleccioacuten de energiacutea
Pavimentos articulados
Los pavimentos articulados tienen una caracteriacutestica principal y es que estaacuten
disentildeados con adoquines en su capa superior tambieacuten estaacute compuesta por un cuerpo el
cual contiene una capa de base y sub base con unas caracteriacutesticas de compactacioacuten
ademaacutes de opcionalmente realizar una adaptacioacuten a la sub rasante
Los adoquines son la caracteriacutestica maacutes visible de los pavimentos articulados ya que
estaacuten en su capa superior y son los primeros en tener contacto con los usuarios estos
se disentildean generalmente en forma de bloque macizo lo cuales tienen caracteriacutesticas de
dimensionamiento similares ya que es necesario uniformidad para su instalacioacuten ya que
son prefabricados y se traen al terreno para ser instalados uno tras de otro dejando juntas
entre ellos
Las demaacutes partes que componen el pavimento articulado son constituidas por un sello
de arena el cual se instala entre las juntas de los adoquines con el fin de rellenar pero
tambieacuten aportan un buen funcionamiento del pavimento a flexioacuten y la capacidad portante
de la superficie del pavimento posteriormente se encuentra una capa de arena la cual se
coloca con el fin de instalar los adoquines sobre esta esta arena debe tener una
granulometriacutea optima que permita un flujo libre de agua y la infiltracioacuten ademaacutes que sus
partiacuteculas deben ser resistentes a la degradacioacuten (CASTILLO 2003)
Las capas siguientes son denominadas cuerpo la que se encuentra posteriormente a
la capa de arena es llamada base y es la encargada de proporcionar una mejor capacidad
estructurar y tambieacuten permite un apoyo uniforme del pavimento siguieacutendole por una capa
llamada sub base la cual se encuentra debajo de la base y es utilizada para traacuteficos
medios y altos mayormente ya que para traficas bajos basta con la uacuteltima capa llamada
capa de conformacioacuten esta capa se encuentra entre la sub base y la sub rasante es
instalada para mejorar las caracteriacutesticas del suelo y funciona como plataforma para la
construccioacuten de las anteriores capas (CASTILLO 2003)
123
Sensores de movimiento
Los sensores de movimiento son dispositivos electroacutenicos estos generalmente
funcionan de forma inalaacutembrica y su funcionamiento parte de captar el movimiento para
asiacute enviar informacioacuten a una central de control estos sensores son capaces de registrar
movimientos de un aacuterea determinada y son reconocidos en todo el mundo por su
utilizacioacuten en sistemas de seguridad e iluminacioacuten entre otras funciones (Palacios 2020)
Entre los sensores de movimiento varios tipos y variedades dependiendo de la
utilizacioacuten en cada caso entre los cuales se encuentran los siguientes
Los sensores de regulacioacuten luz crepuscular estos sensores basan su funcionamiento
en aumentar o disminuir la luz del dispositivo luminario relacionado con la luz ambiente
lo cual permite que si la luz ambiente es de mayor intensidad se disminuya la generada
por el dispositivo esto genera que se optimice la eficiencia del sistema de iluminacioacuten al
maacuteximo aprovechando la luz al maacuteximo solo cuando se es necesario este sensor es
utilizado generalmente en exteriores ya que en ese entorno se optimiza mejor su ventaja
al tener directamente la luz del ambiente (LEDOVET 2018)
Los sensores de movimiento de infrarrojos estos sensores basan su funcionamiento
en la utilizacioacuten de luces infrarrojas para identificar cambios caloriacuteficos en el aacuterea de
cobertura predeterminada lo que permite detectar si una persona se mueve dentro de
dicha aacuterea y puede utilizarse como receptor de informacioacuten para seguridad donde se
conectariacutea con otro dispositivo de alerta o tambieacuten combinarlo con un sistema de
iluminacioacuten que genere luz a la presencia de personas (LEDOVET 2018)
Los sensores de presencia ultrasoacutenicos estos sensores basan su funcionamiento en
la utilizacioacuten de ondas ultrasoacutenicas las cuales son generadas por el dispositivo en una
determinada aacuterea las cuales regresan por rebote al ya que chochan con cada objeto
encontrado en el entorno cuando estas ondas regresan y detectan un cambio en su
rebote alertan este cambio activando el sistema con el cual este disentildeado (SampP 2018)
Los sensores combinados estos tipos de sensores son disentildeados con las tecnologiacuteas
anteriormente nombradas ya que estas se pueden combinar con el fin de obtener ventajas
en su funcionamiento estos teniendo en cuenta la importancia ya que se pueden instalar
de forma que aumente el nivel de deteccioacuten como puede ser una combinacioacuten entre las
tres tecnologiacuteas o solo dos de las tres con el fin de aumentar la sensibilidad del sistema
124
informacioacuten recibida ya que se genera una activacioacuten de todo el sistema con la deteccioacuten
de solo uno de los dispositivos tambieacuten se puede lograr el efecto inverso al instalarlos
de forma que se tengan que activar los dos o tres lo que baja la intensidad de deteccioacuten
y le da una mejor flexibilidad en espacios donde no es necesaria tanta seguridad y evitar
incomodidades a los usuarios
En cuanto a la forma de regulacioacuten de estos sensores se encuentran la regulacioacuten
dependiendo del alcance en metros con el que sea disentildeado el sistema esto se realiza
con el fin de solo cubrir la zona donde se requiere la funcioacuten del sensor y no interferir en
otros lugares del mismo entorno donde no es necesario o no se desea interferir otra
forma de regulacioacuten de estos sensores se puede realizar por medio del tiempo ya que se
puede disentildear con el fin de que se active desde que detectan un cuerpo hasta que se
desee que dejen de funcionar con el fin de optimizar el uso buscando la maacutexima eficacia
tambieacuten se mitigara el consumo energeacutetico ya que solo permaneceraacute en funcionamiento
los momentos que sea necesario y por ultimo un tipo de regulacioacuten es con la tecnologiacutea
anteriormente nombrada la crepuscular donde se regula dependiendo de la luz
encontrada en el ambiente solo encendiendo cuando es necesario la luz (SampP 2018)
Concreto translucido
El concreto translucido es un material utilizado de diferentes formas ya que sus
propiedades le permiten aprovechar la luz siendo esta un factor maacutes influyente en las
obra de infraestructura a las que se le implementa este tipo de concreto ya sea para el
aprovechamiento de luz del entorno y asiacute mitigar problemas ambientales o crear maacutes
confort en los usuarios como para generar una estructura combinada con luz artificial
que a su vez tambieacuten se puede combinar con energiacuteas renovables para obtener
beneficios ambientales ademaacutes de poder jugar con las diferentes formas y lugares en los
cuales se puedan construir como estructuras deportivas viacuteas zonas comunes entre otras
donde estas tengan un impacto innovador
El concreto translucido fue patentado por aron losonczi el cual tuvo la idea de unir dos
caracteriacutesticas diferentes como lo es la dureza del concreto y la transparencia de un
material translucido su investigacioacuten se dirigioacute a la implementacioacuten de fibras oacutepticas en
el concreto convencional con el fin de crear productos que permitan construir paredes de
interiores o exteriores suelos iluminados o en proyectos de arte y disentildeo (OMPI
ORGANIZACION MUNDIAL DE LA PROPIEDAD INTELECTUAL 2015)
125
En la actualidad existen dos tipos de concreto translucido que destacan en el
mundo los cuales son el concreto translucido construido con fibra oacuteptica y el concreto
translucido polimeacuterico
Concreto translucido con fibra oacuteptica
El concreto translucido con fibra oacuteptica estaacute compuesto por miles de filamentos de fibra
oacuteptica la cual se agrega al concreto y generalmente tienen un diaacutemetro entre los 2mm y
2 micras para que tenga un buen desempentildeo deben estar orientadas en la misma
direccioacuten esto de un lado al otro de la pieza que se construya generalmente la proporcioacuten
de fibra suministrada al conglomerado es del 4 del volumen de la pieza de concreto
construida en total (ARCUS GLOBAL 2020)
La caracteriacutestica que le da lo translucido al concreto es a implementacioacuten de las fibras
oacutepticas ya que la luz que impacta por una cara del concreto en un extremo de las fibras
oacutepticas acomodadas en la misma direccioacuten generan que la luz se perciba aunque con
una menor intensidad al otro extremo de las fibras oacutepticas en este orden de ideas entre
maacutes intensa sea la luz en la cara donde se realiza el contacto maacutes intenso se veraacute en la
otra cara de la pieza construida (ARCUS GLOBAL 2020)
Otra caracteriacutestica de las piezas construidas con fibras oacutepticas son las sombras
generadas en la cara que se tiene luz ya que estas tambieacuten aparecen en la otra cara del
concreto y se destacan por su contorno lo que le da un plus de esteacutetica y esta
caracteriacutestica del concreto translucido con la luminosidad se puede dar hasta 20 metros
todo gracias a las fibras oacutepticas que contienen en su interior y en cuanto a la parte
estructural no se implementan barras de aceros como se acostumbra en el concreto
convencional si no barras de plaacutestico transparentes y tambieacuten se obtiene una resistencia
similar a la de los concretos tradicionales (ARCUS GLOBAL 2020)
Concreto Translucido Polimeacuterico
El concreto translucido polimeacuterico tiene una composicioacuten que se asemeja mas a la
tradicional la caracteriacutestica que le permite ser translucido es el cambio del cemento
convencional parcial o complementariamente por un conglomerante polimeacuterico
transparente llamado el ilum (ARCUS GLOBAL 2020)
La diferencia entre el anterior concreto desarrollado a partir de fibras oacutepticas y este
desarrollado a partir de ilum es que el ilum permite la entrada de luminiscencia por todas
126
las direcciones esto tambieacuten depende de la dosificacioacuten ya que al agregar el componente
aacuterido pierde un poco esta caracteriacutestica para obtener grandes resultados se debe tener
una granulometriacutea bien cuidada tambieacuten se obtiene que la resistencia a la compresioacuten
de este tipo de concreto translucido puede ser similar o en ocasiones superior a la del
concreto convencional (ARCUS GLOBAL 2020)
Este trabajo de investigacioacuten utiliza el concreto transluacutecido SEUS elaborado con
poliacutemeros y materiales reciclados que seguacuten Perdomo amp Fandintildeo (2020) registra una
buena resistencia a la compresioacuten (44 MPa) cuando se usa aglomerante de resina de
polieacutester insaturado (Perdomo C amp Fandintildeo M 2020)
43 MARCO CONCEPTUAL
Meacutetodos de disentildeo de pavimentos
Meacutetodo racional
El meacutetodo racional muestra la estructura de pavimento como un medio elaacutestico sobre
el cual se coloca una carga la cual genera en la estructura un esfuerzo el cual es aplicado
especiacuteficamente en la capa superior para comprender estos esfuerzos se puede
interpretar a traveacutes de un modelo mecaacutenico el esfuerzo ejercido en la capa superior se
propaga a traveacutes de la estructura y cada vez que avanza en la estructura el esfuerzo es
menor esto quiere decir que si el grosor del medio elaacutestico que soporta los esfuerzos es
mayor mejor soporta los esfuerzos por que maacutes distancia recorre maacutes deacutebil se vuelve el
esfuerzo
Para el dimensionamiento del pavimento por el meacutetodo racional por el modelo
Boussinesq se tiene en cuenta que la presioacuten ejercida por el neumaacutetico o un peatoacuten el
cual ejerce una carga (Lizcano 2003) las cuales generalmente son mayores de lo que
puede soportar un terreno natural por esta razoacuten la calzada disentildeada debe repartir esta
presioacuten con el fin de volverla tolerable y estos modelos siguen las hipoacutetesis encontradas
a continuacioacuten
ldquoLa carga aplicada a la calzada se esquematiza por una presioacuten qₒ sobre un circulo de
radio ϕ como se puede observar en la siguiente figurardquo (Lizcano 2003)
127
ldquoEl suelo soporte requiere elaacutestico modo de Young E2 relacioacuten de poisson v2 este
suelo solo puede resistir sin deformarse exageradamente un esfuerzo vertical admisible
(σ2) inferior presioacuten a ntildea presioacuten qₒ coacutemo se puede observar en la siguiente figurardquo
(Lizcano 2003)
Figura 7 Distribucioacuten de esfuerzos Modelo Boussinesq
Fuente (Boussinesq 2020)
Posteriormente se identifica una profundidad la cual se determina como H esto con el
fin de que la presioacuten vertical se encuentre al final difusa ya que no se puede sobrepasar
el esfuerzo vertical admisible (Sz) el meacutetodo Boussinesq encontroacute una solucioacuten al poner
que en una profundidad z el esfuerzo vertical es de la siguiente manera (Lizcano 2003)
1205902 = 1199020
[
1 minus(119911119886)
3
(1 + (1199112
1198862))
32
]
Donde
σ2= esfuerzo vertical
128
α = radio de la carga de la huella circular o semieje en la direccioacuten x de la carga de
huella eliacuteptica
q = presioacuten de la carga
X Y y Z = coordenadas cartesianas de un punto
Esta nomenclatura aplicada al pavimento se puede representar de la siguiente manera
Figura 8 Esfuerzos que sufren los pavimentos en tres direcciones
Fuente (Lizcano 2003)
Donde
σ2= esfuerzo vertical
σr= esfuerzo radial de traccioacuten
Es= moacutedulo de Young de un masivo semifinito
v= coeficiente de poisson
ͳ= cizallamiento
Las fuerzas anteriormente nombradas ejercidas en el pavimento se pueden observar
en la siguiente grafica donde se puede identificar la forma en la que un neumaacutetico ejerce
presioacuten sobre el pavimento teniendo en cuenta que el neumaacutetico tiene una forma en la
cual se distribuyen las presiones en forma de ovalo por lo cual en cuanto maacutes se acerca
a su centro maacutes fuerte se vuelve esta presioacuten se puede observar como en la uacuteltima fase
los colores son cada vez maacutes intensos esto quiere decir que en ese logar el pavimento
estaacute sometido a maacutes esfuerzo
129
Figura 9 Huella de la llanta del vehiacuteculo sobre el pavimento
Esfuerzos graficados Fuente (Xiaodi Hu 2017)
Meacutetodo AASHTO
El meacutetodo AASHTO llamado asiacute por sus siglas (American Association of State Highway
and Transportation Officials) es caracteriacutestico por ser un meacutetodo de disentildeo semiempirico
donde en sus inicios fue evaluado para pavimentos flexibles pero tambieacuten fue adaptado
para pavimentos articulados ya que cogieron este como base esto conlleva a que
compartan muchas similitudes es importante tener en cuenta que este meacutetodo emplea
unidades las cuales se estiman mediante el traacutefico ejes estaacutendar en unidades inglesas
18 Kips (82 toneladas) (CASTILLO 2003)
La foacutermula base de este meacutetodo es la siguiente
log10(119864119860119871119904 lowast 119865119903)
= 939 lowast log10(119878119873 + 1) minus 02 + (log10 (119875119900 minus 119875119905
119875119900 minus 15) (04 + (
1094
(119878119873 + 1)519)
+ (232 lowast log10 119872119903) minus 807
Donde
EALs= numero de eje de 18 Kips acumulado en el periodo de disentildeo
Fr= factor de confiabilidad del disentildeo 10^(Zr+So)
Zr= fractil estaacutendar de la ley (funcioacuten de R)
So= desviacioacuten estaacutendar
R= nivel de confiabilidad
SN= numero estructural de la capa
Po= serviciabilidad inicial del pavimento
Pt= serviciabilidad final del pavimento
130
Mr= moacutedulo resiliente de la subrasante (psi)
Generalmente la desviacioacuten estaacutendar es recomendada como 045 el factor de
confiabilidad usado en la formula anteriormente nombra se encuentra dependiendo de la
importancia de la viacutea con lo que se debe tener en cuenta las siguientes recomendaciones
para encontrar el Fr
Tabla 1 Factor de confiabilidad
Nivel de confiabilidad
() 119917119929
50 1000
60 1300
70 1721
75 2010
80 2390
85 2929
90 3775
95 5499
99 8527
Fuente (CASTILLO 2003)
Para definir el nivel de confiabilidad con el que se debe disentildear la viacutea se debe tener en
cuenta factores que dan un nivel de importancia dependiendo del tipo de viacutea que se va a
construir en el siguiente cuadro se encuentran los criterios que deben tenerse en cuenta
para poder obtener un nivel de confiabilidad recomendado
131
Tabla 2 Nivel de confiabilidad
Clase de viacutea
Trafico
promedio
diario
Factor de
distribucioacuten por
carril()
Nivel de
confiabilidad
recomendado
()
Arterias o viacuteas principales
Urbana 40000 90 90
Rural 15000 90 85
Colectora principal
Urbana 15000 90 85
Rural 6000 90 80
Colectora
secundaria
Urbana 6000 100 80
Rural 2000 100 80
Comercial Multifamiliar
Urbana 2000 100 75
Fuente (CASTILLO 2003)
Para encontrar el numero estructural de la capa se debe utilizar la siguiente formula
119878119873 = Σ(119886119894 lowast 119905119894)
Donde
ai= coeficiente de capa de la i
ti= espesor de la capa i
La estructura del pavimento disentildeada por el meacutetodo Asshto despueacutes de tener en
cuenta los materiales con los que se van a construir cada capa y el aporte estructural que
se encuentra en cada una de estas con los cuales dependiendo de la necesidad se elige
su espesor quedariacutean de la siguiente manera
132
Figura 10 Estructura del pavimento AASTHO 1993
Fuente Guiacutea para el disentildeo de estructuras de pavimentos AASTHO 1993
Meacutetodo PCA
Para el disentildeo por el meacutetodo PCA se rige principalmente por los siguientes factores
-resistencia del concreto a la flexioacuten denominada como MR
El moacutedulo de rotura denominado como Mr es uno de los factores maacutes importantes en
el disentildeo de pavimentos articulados ya que por medio de este se mide la tensioacuten maacutexima
que puede soportar un espeacutecimen el cual debe ser fallado a flexioacuten esto ejerciendo las
cargas en 3 puntos
El moacutedulo de rotura puede ser obtenido mediante cargas cantiliver en un punto central
en los tercios Una diferencia importante en estos meacutetodos de prueba es que la prueba
de la carga en los tercios da la miacutenima resistencia en el tercio central de la viga ensayada
mientras que los otros dos meacutetodos muestran la resistencia en un solo punto (Robert G
Packard 1995)
Las pruebas anteriormente mencionadas se realizan generalmente a los 7 14 y 28 y
90 diacuteas las pruebas realizadas a los 7 y 14 diacuteas son utilizados generalmente para
recopilar informacioacuten sobre el comportamiento del concreto y control en el trabajo y para
determinar en queacute momento se puede dar apertura al pavimento los ensayos a 28 diacuteas
son comuacutenmente utilizados para los espesores de la capa superior del pavimento y el
133
uacuteltimo ensayo el de los 90 diacuteas son utilizados para el disentildeo de pistas de aterrizaje
(Robert G Packard 1995)
El concreto tiene una la habilidad de ganar resistencia al aumentar los antildeos de vida
esto se puede representar en una graacutefica la cual representa diferentes tipos de ensayos
realizados a vigas de pruebas las cuales fueron curadas en el campo y tambieacuten de varias
partes de hormigos las cuales estaban en servicio lo cual se puede observar a
continuacioacuten
Figura 11 Evolucioacuten de la resistencia a la flexioacuten en funcioacuten del tiempo
Grafica resistencia Fuente (Robert G Packard 1995)
-Resistencia encontrada de la subrasante y la subbase combinadas denominada como
K
El soporte de la subrasante y la subbase es definido en teacuterminos del moacutedulo de
reaccioacuten de la subrasnate (k) de westergaard Es igual a la carga en libras por pulgada
cuadrada sobre el aacuterea de la carga dividido por la deflexioacuten en pulgadas para esa carga
Los valores de k son expresados como libras por pulgada cuadrada por pulgada es decir
como libras por pulgada cubica (pci) (Robert G Packard 1995) En la siguientes dos
tablas se puede observar el efecto de la subbase asiacute encontrando el valor de K donde
se evaluacutean de dos formas una con la subbase no tratada y la otra con la subbase tratada
con cemento
Tabla 3 Nivel de confiabilidad
Valor de k de la subrasante pci
Valor k de la subbase pci
4 Pulg 6 Pulg 9 Pulg 12 Pulg
134
50 65 75 85 110
100 130 140 160 190
200 220 230 270 320
300 320 330 370 430
Valor de k subbase no tratada Fuente (Robert G Packard 1995)
Tabla 4 Nivel de confiabilidad
Valor de k de la subrasante pci
Valor k de la sub-base pci
4 Pulg 6 Pulg 9 Pulg 12 Pulg
50 170 230 310 390
100 280 400 520 640
200 470 640 830 -
Valor de k subbase tratada con cemento Fuente (Robert G Packard 1995)
-los tipos de cargas que soportara el pavimento frecuencia y pesos
Este factor estaacute en unos de los maacutes importantes ya que se determinan las cargas a las
cuales se va a estar expuesta la viacutea durante toda su vida uacutetil y estas cargas son
directamente responsables con los otros factores del espesor de la viacutea y se deben tener
en cuenta tres factores los cuales se pueden observar a continuacioacuten
Trafico promedio diario de todos los vehiacuteculos
Trafico promedio diario de camiones
Cargas axiales de los camiones
-El uacuteltimo factor es el periodo de disentildeo de la viacutea
El periodo de disentildeo de la viacutea generalmente estaacute en 20 antildeos algunas veces maacutes y
otras menos pero todo depende del criterio que se tenga en la caracteriacutesticas que
requiera la viacutea algunos ingenieros dicen que el rango de periodo de disentildeo debe estar
entre 30 y 35 antildeos algunas obras donde sus materiales carecen de defectos se pueden
disentildear hasta maacutes de 40 antildeos pero todos estos periodos de disentildeo se pueden justificar
de acuerdo a la importancia o tambieacuten econoacutemicamente ya que este afecta directamente
al grosor del pavimento ya que al aumentar los antildeos de disentildeo se incrementan los
135
nuacutemeros de ejes estaacutendar que pasaran por la viacutea ademaacutes de los servicios adicionales
durante el periodo (Robert G Packard 1995)
44 MARCO CONTEXTUAL
El tramo de prueba donde se realizaraacute la validacioacuten en campo del sendero inteligente
Step by Step estaacute ubicado en el Parque Simoacuten Boliacutevar del municipio de Agua de Dios
sitio muy concurrido por la poblacioacuten lo que aduce que no solo impacta a traacutefico peatonal
si no que genera atractivo turiacutestico
El municipio tradicionalmente celebra actividades religiosas en el cerro de la cruz en
un ambiente de clima huacutemedo oacuteptimo para realizar actividades luacutedicas con la naturaleza
con gran variedad de especies Sin embargo desde los uacuteltimos 15 antildeos la afluencia de
los habitantes a estas fiestas ha registrado un declive dejando de lado los atractivos de
este sitio como las aguas azufradas a las cuales se dice que fueron la razoacuten de la
denominacioacuten del municipio sumado a una historia basada en el abandono de los
enfermos de Lepra por parte de la sociedad en el tradicional Puente de los Suspiros
Figura 12 Localizacioacuten del Municipio de Agua de Dios Cundinamarca
Fuente web httpswwwgooglecommaps 2020
El municipio Agua de Dios se encuentra ubicado en el departamento de Cundinamarca
en la zona del alto magdalena donde sus municipios vecinos son Girardot a 26 km al
noreste Tocaima a 15 km al noroeste y Nilo a 8km al sur del municipio Este municipio
136
con un poco maacutes 10000 habitantes (DANE 2018) y que se encuentra a una distancia
total de 124 kiloacutemetros de la Capital del paiacutes Bogotaacute es un municipio pequentildeo de veranos
largos muy calientes y bochornosos los inviernos son cortos Seguacuten el IDEAM la
temperatura media anual de agua de Dios se encuentra entre 26degC y 28degC (IDEAM
2014)
Figura 13 Zona urbana Municipio de Agua de Dios
Fuente web httpswwwgooglecommaps 2020
Al sur oriente se localiza el parque ecoturiacutestico los chorros (ver Figura 14) lugar que
cuenta con una historia enriquecedora desde la fundacioacuten del municipio y que
actualmente se encuentra en un estado de deterioro Pese a que se encuentran diferentes
tipos de especies de aacuterboles y animales lo convierten en sitio turiacutestico rodeado de
balnearios y zonas de comida con un clima extraordinario y con una riqueza cultural a
nivel nacional siendo un sitio propicio para implementar el Step by Step a futuro
137
Figura 14 Balneario los Chorros Agua de Dios
Fuente (Alcaldia de Agua de Dios 2019)
Seguacuten el IDEAM la radiacioacuten solar que emite el Sol se propaga en todas las direcciones
a traveacutes del espacio esa energiacutea es el motor que determina la dinaacutemica de procesos
atmosfeacutericos y de clima La radiacioacuten solar nos proporciona efectos fisioloacutegicos positivos
tales como estimular la siacutentesis de vitamina D que previene el raquitismos y osteoporosis
favorece la circulacioacuten sanguiacutenea actuando en algunos tratamientos en algunas
dermatosis y estimula en algunos casos la siacutentesis de los neurotransmisores cerebrales
responsables del estado aniacutemico (IDEAM 2014) Por esto estaacute encargado de medir la
radiacioacuten solar a nivel nacional argumentando que es importante principalmente como
una de las fuentes alternativas de energiacutea en la generacioacuten de electricidad ademaacutes de
que ayuda a un sin nuacutemero de aplicaciones para crear modelos de prediccioacuten del tiempo
y el clima (IDEAM 2014)
El portal ACCUWEATHER de internet cuenta con alta tecnologiacutea y esta actualizado
cada diacutea sobre datos de clima viento lluvias en cualquier lugar del mundo El sitio web
dice que en el municipio de Agua de Dios se encuentra un historial de temperaturas que
estaacuten entre los 9degC y los 32degC asiacute como hay raacutefagas de viendo que superan los 10
kiloacutemetros por hora (accuweather 2020)
Asiacute mismo cuenta con la microcuenca de la quebrada la Punaacute y esta a su vez hace
parte de la subcuenca del Rio Bogotaacute Cuenca mayor del Rio Magdalena (SECHAGUA
2016) se cuentan con estudios medio ambientales que referencian al municipio y del cual
se pueden tener en cuenta para los datos de precipitacioacuten de lluvias sobre el municipio
138
Seguacuten la Corporacioacuten Autoacutenoma Regional de Cundinamarca CAR en el municipio se
encuentra la estacioacuten meteoroloacutegica de precipitacioacuten denominada Las Violetas Dicha
estacioacuten recoge informacioacuten importante para dar a conocer un valor puntual climaacutetico de
la zona de estudio y con estos datos se pueden evaluar otros factores que sirven para la
agricultura y demaacutes Dichos valores de precipitacioacuten son para los puntos de control para
altitudes de 0 a 1000 metros sobre el nivel del mar
Agua de Dios dentro de un escenario neutro se encuentra en el intervalo de
precipitacioacuten 186 miliacutemetros a 1656 miliacutemetros Bajo un escenario donde se presenta el
fenoacutemeno de El Nintildeo en un intervalo que va desde 264 miliacutemetros hasta 1933
miliacutemetros Y por uacuteltimo bajo un escenario en el que se presenta el fenoacutemeno de La Nintildea
en un intervalo que va desde 436 miliacutemetros hasta 2192 miliacutemetros (CAR 2015)
Teniendo en cuenta los datos anteriores y otros tomados en periodos maacutes largos de
tiempo la CAR hace un anaacutelisis espacial de la precipitacioacuten sobre los municipios que
hacen parte de la jurisdiccioacuten de la CAR Dicho lo anterior el anaacutelisis muestra un reacutegimen
de lluvias bimodal lo que quiere decir que se presentan dos temporadas de lluvias altas
y dos temporadas de lluvias de baja intensidad durante el antildeo la primera temporada de
lluvias se presenta en los meses de diciembre enero y febrero al mismo tiempo se
presentan diferencias en sus cantidades de lluvias espacialmente los menores
voluacutemenes de lluvia se presentan en la cuenca del Rio Bogotaacute donde oscilan en promedio
de 11 y 40 mm mensuales La segunda temporada de lluvias menos intensa se presenta
en los meses de junio Julio y agosto los valores maacutes bajos de lluvias se presentan en la
Cuenca del Rio Bogotaacute donde oscilan de 19 a 42 mm La primera temporada de
voluacutemenes altos de lluvias se presenta en los meses de marzo abril y mayo donde los
valores se encuentran entre 200 y 400 mm mensuales La segunda temporada de lluvias
altas se dan en los meses de septiembre octubre y noviembre los voluacutemenes de lluvia
se encuentran entre 150 y 340 mm mensuales acumulados (CAR 2015)
En consecuencia la temporada de lluvias bajas se concentra en seis meses del antildeo
meses que son importantes para el turismo en todas las regiones del paiacutes Se evidencia
la temporada de fin de antildeo y de mitad de antildeo que son importantes porque la mayoriacutea de
las personas se encuentra en temporada de vacaciones y el municipio de Agua de Dios
durante esa eacutepoca es visitado por ciudadanos de todas las regiones
139
45 MARCO LEGAL
La norma que establece las especificaciones teacutecnicas para el control de calidad de
adoquines de concreto hidraacuteulico en Colombia es la Norma Teacutecnica Colombiana (NTC)
2017 para construir pavimentos articulados tanto para traacutefico peatonal como traacutefico
vehicular asiacute como tambieacuten la descripcioacuten de los materiales que se usan para su
fabricacioacuten
Si se desean caracteriacutesticas diferentes a las que exige la norma estas deben ser
especificadas antes de iniciar el disentildeo del adoquiacuten
A continuacioacuten se muestran unas tablas donde se refleja lo que exige la norma teacutecnica
colombiana NTC 2017 en cuanto al disentildeo de adoquines Ademaacutes de esto la informacioacuten
se sustenta con informacioacuten tomada del Instituto para el Desarrollo Urbano de Bogotaacute la
norma internacional ASTM la norma del Instituto Nacional de Viacuteas (INVIAS)
Tabla 5 Partes de los Adoquines
PARTE ESPECIFICACION ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Cara de desgaste
NTC 2017 Parte superior del adoquiacuten la cual queda al aire en su instalacioacuten
Soporta directamente el transito
Capa superior capa superficial
NTC 2017 Capa que conforma la cara de desgaste en adoquines bicapa
No todos los adoquines son bicapa
Capa inferior NTC 2017
Capa ubicada debajo de la capa superficial en adoquiacuten bicapa Constituye la mayoriacutea de la masa de los mismos
No todos los adoquines son bicapa
Cara de apoyo
NTC 2017 Cara inferior del adoquiacuten
Cara que queda en contacto con la capa de arena en su instalacioacuten
Superficie de referencia
NTC 2017
En adoquines no biselados es la superficie que corresponde a la cara de desgaste En adoquines biselados corresponde a la
140
cara de desgaste sin tomar en cuenta el volumen del prisma sustraiacutedo por el bisel
Forma
NTC 2017
Poliacutegono que define la cara de desgaste y la cara de apoyo y que a su vez determina el prisma recto que le da volumen al adoquiacuten
Arista NTC 2017 Liacutenea de interseccioacuten entre dos planos o caras
Hace referencia a lo que conforma la cara de desgaste y las paredes
Arista de Laacutepiz
NTC 2017
Arista de forma redondeada con radio de35 mm aproximadamente
Se le da forma redondeada en el proceso de fabricacioacuten
Bisel NTC 2017
Perfil inclinado a 45deg aproximadamente en adoquiacuten biselado o parcialmente biselado
Se considera como parte del bisel la franja generada por las rebabas verticales una vez retiradas
Separador NTC 2017
Salientes verticales (nervaduras placas) generadas en las paredes del adoquiacuten para garantizar la separacioacuten
Se hace con el fin de que las juntas se puedan llenar de arena
FUENTE Informacioacuten propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 de
2004-02-05 y el Instituto de Desarrollo Urbano (IDU)
Tabla 6 Geometriacutea del adoquiacuten seguacuten NTC 2017
DIMENSIONES ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Espesor Dimensioacuten perpendicular a la cara de desgaste
141
Medida desde la cara de desgaste hasta la capa inferior
Espesor estaacutendar (ee)
Espesor tomado de manera anaacuteloga del espesor real
Lo especifica el productor
Espesor real (er) Espesor del adoquiacuten Medido en cada espeacutecimen
Espesor real promedio (er) del espeacutecimen
Promedio de cuatro mediciones del espesor real
Las cuatro mediciones son en el mismo espeacutecimen
Espesor real promedio (er) de la muestra
Promedio de valores del espesor real promedio del espeacutecimen
Se calcula con la cantidad de especiacutemenes de la muestra
Espesor de la capa superficial (ecs) del espeacutecimen
Espesor miacutenimo de la capa superficial en adoquines bicapa
Se mide con relacioacuten a la superficie de referencia
Espesor de la capa superficial (ecs) de la muestra
Promedio de valores del espesor de la capa superficial del espeacutecimen
Se calcula con la cantidad de especiacutemenes para la muestra
Longitud Dimensioacuten del adoquiacuten en direccioacuten del eje mayor del aacutengulo inscrito
No se incluyen separadores
Longitud estaacutendar (le)
Longitud tomada de manera anaacuteloga de la longitud real
Se especifica por el fabricante
Longitud nominal (ln)
Suma de la longitud estaacutendar maacutes el ancho estaacutendar
Longitud real (lr) Es la longitud del adoquiacuten Longitud medida directamente en cada espeacutecimen
Longitud real promedio (lr) del espeacutecimen
Promedio de dos mediciones de la longitud real
Longitudes medidas para cada espeacutecimen
Longitud real promedio (lr) de la muestra
Promedio de los valores de la longitud real promedio del espeacutecimen
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Ancho Medicioacuten del adoquiacuten en direccioacuten del eje menor del rectaacutengulo inscrito
No se incluyen separadores
142
Ancho estaacutendar (ae)
Ancho tomado de manera anaacuteloga del ancho real
Se especifica por el fabricante
Ancho nominal (an)
Suma del ancho estaacutendar maacutes el ancho de la junta estaacutendar
Ancho real (ar) Es el ancho del adoquiacuten Se mide directamente sobre cada espeacutecimen
Ancho real promedio (ar) del espeacutecimen
Promedio de dos mediciones del ancho real
Medidas para cada espeacutecimen
Ancho real promedio (ar) de la muestra
Es el promedio del ancho real promedio del espeacutecimen
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Ancho del rectaacutengulo inscrito (ai)
Dimensioacuten del eje menor del rectaacutengulo inscrito
Proyeccioacuten horizontal del bisel (phb)
Proyeccioacuten del perfil del bisel sobre la superficie de referencia
Incluye la franja por rebaba si existe
Proyeccioacuten vertical del bisel (pvb)
Proyeccioacuten del perfil del bisel sobre la pared del adoquiacuten
Incluye la franja por rebaba si existe
Ancho de los separadores (as)
Dimensioacuten transversal de los separadores en el plano de la pared del adoquiacuten
Espesor de los separadores (as)
Dimensioacuten de los separadores en sentido perpendicular a la pared del adoquiacuten
Espesor de los separadores promedio (es) del espeacutecimen
Promedio de los valores del espesor de los separadores
Medidos para cada espeacutecimen
Espesor de los separadores promedio (es) de la muestra
Promedio de los valores del espesor de los separadores promedio
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Fuente Propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 publicada 2004-02-
05
143
Tabla 7 Requisitos geomeacutetricos de los adoquines
REQUISITOS ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Longitud nominal (ln)
No debe ser mayor a 250 mm ni menor a 50 mm
Por lo general se encuentra entre 100 mm y 250 mm
Ancho nominal (an)
No debe ser menor a 50 mm Por lo general se recomienda 80 mm
Espesor estaacutendar (ee)
No debe ser menor a 60 mm Se recomienda espesores para uso peatonal no menor a 60 mm y a vehicular no menor a 80 mm
Junta estaacutendar Deber ser de 2 mm Si es mayor se considera malformacioacuten
Relacioacuten entre longitud nominal y ancho nominal
Debe ser menor o igual a 4 No se aplica a unidad complementaria o especial
Relacioacuten entre longitud nominal y espesor estaacutendar
Debe ser menor o igual a 4 No se aplica a unidad complementaria o especial
Tolerancias en la longitud real y ancho real
Cada par de mediciones no debe diferir entre si en maacutes de 15 mm
Mediciones tomadas sobre la cara de desgaste y sobre la cara de apoyo
Tolerancias en la longitud real promedia y ancho real promedia
Cada espeacutecimen de la muestra no deben diferir de la longitud estaacutendar y ancho estaacutendar en maacutes de 15mm
Mediciones tomadas en cada espeacutecimen de la muestra
Tolerancias en espesor real y espesor estaacutendar
Las mediciones del espesor real no deben diferir del espesor estaacutendar en maacutes de 2 mm
Adoquines con acabado plano o junta falsa
Aristas
Para las aristas en adoquines no biselados se aceptan desportilladuras con una dimensioacuten no mayor a 3 mm
Desportilladuras mayores a 3 mm se consideran defectos
Bisel
Debe tener igual forma y perfil en toda la longitud Tanto proyeccioacuten horizontal (phb) y proyeccioacuten vertical (pvh) debe ser miacutenimo 3 mm y maacuteximo 7 mm
Rango La diferencia entre la mayor y la menor de las mediciones de phb
Medidas tomas para cada espeacutecimen de la muestra
144
y pvh no debe ser mayor de 15mm
Separadores
En cada pared del adoquiacuten se debe tener un separador por adoquiacuten seguacuten el patroacuten de instalacioacuten Ancho de separador debe estar entre 4 mm y 15 mm Espesor del separador debe ser 2 mm maacutes o menos 05 mm
Solo aplica para adoquines con separadores descritos anteriormente
Capa superficial Espesor de la capa superficial (ecs) debe ser al menos 8 mm
Solo se aplica para adoquines bicapa En ninguacuten momento durante su uso o en el ensayo a flexo traccioacuten se debe presentar desprendimiento total y parcial de las dos capas
Fuente Propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 publicada 2004-02-
05
451 ABSORCION DE AGUA
Seguacuten la Norma Teacutecnica Colombiana ICONTEC 2017 lo adoquines de concreto al
momento de salir de la faacutebrica deben presentar una absorcioacuten de agua (Aa) menor o
igual al 7 como valor promedio de los especiacutemenes de la muestra y menor o igual a 8rdquo
para cada adoquiacuten individual (Icontec 2018)
Equipo
Para realizar las mediciones de las dimensiones del adoquiacuten se debe contar con un
calibrador de aguja con divisiones cada 01mm (Icontec 2018)
Para realizar ensayo de absorcioacuten de agua se usan los cinco especiacutemenes de la
muestra despueacutes de haberles medido las dimensiones exceptuando la del espesor de la
capa superficial y a los que posteriormente se les va a realizar ensayo a flexo traccioacuten
(Icontec 2018) Las masas se deben registrar con una balanza con una sensibilidad de
1 gramo
Y un horno ventilado con una temperatura controlada entre 100 C y 115 C y con un
volumen de al menos 25 veces el de los especiacutemenes que se van a secar al mismo
tiempo (Icontec 2018)
145
Procedimiento
Todos los especiacutemenes de la muestra se deben secar simultaacuteneamente en un horno
ventilado a una temperatura entre 100 C y 115 C Deben quedar separados entre si y de
cualquier superficie caliente como miacutenimo 25 mm Se deben secar hasta obtener una
masa sema (ms) constante despueacutes de un periodo miacutenimo de secado de 24 horas y
hasta que en dos pesajes sucesivos a intervalos de 2 horas la masa presente una
disminucioacuten de menos del 02 con respecto a la masa anterior (Icontec 2018)
Saturacioacuten
Para el ensayo los especiacutemenes deben ser sumergidos en agua durante 24 horas a
una temperatura que debe encontrarse entre 15 C y 27 C Debe haber un volumen de
agua suficiente para que entre la superficie y la cara del adoquiacuten haya una medida entre
25 mm y 50 mm No se deben poner especiacutemenes sobre otros (Icontec 2018)
Caacutelculos
Se debe usar la siguiente ecuacioacuten para hallar el porcentaje de absorcioacuten de agua del
espeacutecimen (Icontec 2018)
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899 (119860119886) =(119872ℎ minus 119872119904)
119872119904lowast 100
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
452 RESISTENCIA A LA FLEXO TRACCION (MODULO DE ROTURA)
ESPECIMENES DE ENSAYO
Los especiacutemenes a usar son unidades a las que ya les fue evaluada la apariencia las
dimensiones y hallado el porcentaje de absorcioacuten de agua Deben ser unidades
completas Las unidades son sometidas al ensayo a flexo traccioacuten con el fin de halla el
146
Modulo de Rotura (MR) Las unidades deben permanecer sumergidas en el agua durante
24 horas antes del ensayo se sacan y se dejan escurrir durante un minuto luego se
secan con un pantildeo seco para someterlas a ensayo (Icontec 2018)
EQUIPO
La maacutequina de ensayo para la determinacioacuten de la resistencia a la flexo traccioacuten debe
ser capaz de aplicar cargas de 20 KN (Icontec 2018)
Figura 15 Prueba de ensayo a Flexo traccioacuten de Adoquines de concreto (Icontec
2018)
147
Fuente Editada por los autores de (Icontec 2018)
Procedimiento
El espeacutecimen saturado y superficialmente seco se coloca sobre la maacutequina de ensayo
con la cara de desgaste hacia arriba de manera que el elemento superior de la maquina
coincida con el eje menor del rectaacutengulo inscrito sobre la cara de desgaste y los apoyos
inferiores coincida con una liacutenea paralela 10 mm adentro de los lados menores del
rectaacutengulo inscrito (Icontec 2018)
La maacutequina de ensayo debe aplicar la carga a una velocidad tal que produzca un
aumento cercano a 05MPas quiere decir que un tiempo de ensayo de 10 segundos
para 5 MPas El valor calculado se debe expresar en la unidad equivalente a MPa con
exactitud de 01 MPa (Icontec 2018)
Aparte de la Norma Teacutecnica Colombiana (NTC) 2017 que es la norma que rige la
fabricacioacuten y el uso de adoquines existe la norma American Society of Testing Materials
(ASTM) es una asociacioacuten que se encarga de medir la resistencia de los materiales para
la construccioacuten dicha norma es la base para crear las normas de nuestro paiacutes por eso
148
es de gran importancia hacer mencioacuten de ella en este documento y a las normas que se
abarcan (Icontec 2018)
A continuacioacuten algunas de las normas ASTM para adoquines en concreto
ASTM C-936 absorcioacuten flexo traccioacuten y abrasioacuten (Icontec 2018)
Absorcioacuten maacutexima a la humedad la cual dice que la absorcioacuten promedio de las
muestras ensayadas no seraacute mayor del 5 con ninguacuten resultado individual mayor del 7
(Torres 2020)
clasifica a los adoquines en tipo A B Y C seguacuten cuadro
Tabla 8 Clasificacioacuten de los adoquines seguacuten su absorcioacuten
Clase
Absorcioacuten ( en de masa)
Promedio de 3
adoquines miacutenimo
Valor maacuteximo
individual
A le7 77
B le9 99
C le9 99
Fuente (Icontec 2018)
Ensayos a la flexo traccioacuten (moacutedulo de rotura) seguacuten norma ASTM C-936 promedio
459 kgcm2 individual 367Kgcm2 no se realiza en nuestro caso al menos que sea una
peticioacuten especial del cliente consiste en someter el adoquiacuten a una carga puntual para
medir su capacidad elaacutestica antes de romperse (Torres 2020)
Clasificacioacuten de los adoquines por su uso 1- Clase A uso industrial y traacutensito pesado
350 kgcm2 2- Clase b uso transito liviano 250 kgcm2 3- Clase c uso peatonales y
espacios puacuteblicos menores de 250 kgcm2
Tabla 9 Resistencia miacutenima de los adoquines
Clase Espesor miacutenimo
del adoquiacuten (mm)
Resistencia miacutenima a flexioacuten del adoquiacuten Mpa
(kgcm2)
Promedio de 3
adoquines
Miacutenimo de adoquiacuten
individual
149
A 54(55) 46(468)
B 41(42) 35(357)
C 41(42) 35(357)
Ensayo a la Abrasioacuten Es una prueba al desgaste que en algunos proyectos exigen
como referente para medir la perdida de volumen del aacuterea sometida (Torres 2020)
Tabla 10 Resistencia a la abrasioacuten
Meacutetodo de Ensayo Valor
Mediante arena y disco
metaacutelico ancho le23 mm
Ensayo de Bohme le20000 mm35000 mm2
Fuente (Icontec 2018)
ASTM C 33 Esta norma indica coacutemo hacer concreto y que elementos deben agregarse
para prepararlo y usarlo Los agregados tratados en la norma son tanto finos como
gruesos En la norma los agregados finos estaacuten definidos como arena natural arena
elaborada o una combinacioacuten de ambas Los agregados gruesos se definen como grava
grava triturada escombros horneados y enfriados por aire concreto triturado de cemento
hidraacuteulico (Velares 2020)
Tambieacuten establece los liacutemites sobre sustancias perjudiciales o nocivas de agregado
de concreto fino Por ejemplo hay liacutemites en la cantidad de terrones de arcilla y partiacuteculas
deleznables (piezas pequentildeas de agregado que se descomponen faacutecilmente) Eacutestas se
limitan a 30 por ciento o menos de la masa total El agregado extremadamente ligero
tambieacuten se limita a 30 por ciento o menos de la masa total y el carboacuten y lignito se limitan
a 50 por ciento o menos Cualquiera de estos elementos puede hacer que el concreto
pierda fuerza y se deteriore de forma maacutes raacutepida (Velares 2020)
ASTM C-140 Dicha norma se refiere al ensayo de absorcioacuten de agua dejando un
valor menor al 5 para la absorcioacuten promedio por muestra y de 7 para valores
individuales
ASTM C-979 Especificaciones sobre el uso de pigmentos
150
ASTM C-144 Requerimientos de granulometriacutea
Tabla 11 Franja granulomeacutetrica para arena de prefabricados
TAMIZ
PORCENTAJE QUE PASA
ARENA NATURAL
ARENA MANUFACTURADA
No 4 (475mm) 100 100
No 8 (236mm) 95-100 95-100
No 16 (118mm) 70-100 70-100
No 30 (0600 mm) 40-55 40-100
No 50 (0300 mm) 13-35 13-58
No 100 (0150mm) 2--15 10--15
No 200 (0075 mm) 0 0-10
Fuente (Icontec 2018)
En Colombia existen algunas leyes que promueven el uso de energiacuteas renovables
pero tambieacuten esas mismas leyes las regulan La ley maacutes importante en el paiacutes
colombiano es la Ley 1775 de mayo de 2014 dicha ley dice que se promueve y regula el
desarrollo y el uso de las fuentes de energiacuteas renovables no convencionales en especial
las que son renovables Promueve su integracioacuten al mercado eleacutectrico la participacioacuten
en zonas vulnerables y en otros usos energeacuteticos que aportan para el desarrollo
sostenible del paiacutes (COLOMBIA 2014)
La ley 1775 de 2014 y que promueve y regula el uso de energiacuteas renovables a su vez
es regulada por la Resolucioacuten 281 del 5 de Junio de 2015 que dictoacute el director general de
la Unidad de Planeacioacuten Minero Energeacutetica (UPME) la resolucioacuten dice que por medio de
la cual se regula la integracioacuten de energiacuteas renovables no convencionales al sistema
energeacutetico del paiacutes estable el marco legal y los instrumentos para la promocioacuten el
desarrollo y la utilizacioacuten de fuentes no convencionales de energiacutea (FNCE) (UPME 2015)
La UPME realizo anaacutelisis teacutecnicos y econoacutemicos consignados en el documento
ldquoANALISIS PARA LA DEFINICION DEL LIMITE MAXIMO DE POTENCIA DE LA
AUTOGENERACION A PEQUENtildeA ESCALA EN EL SISTEMA INTERCONECTADO
151
NACIONAL (SIN)rdquo y que estos sirvieron para la definicioacuten del liacutemite de que trata la
resolucioacuten Que resuelve que
ldquoARTICULO PRIMERO El liacutemite maacuteximo de potencia de la autogeneracioacuten a pequentildea
escala seraacute un (1) MW y corresponderaacute a la capacidad instalada del sistema de
generacioacuten del autogeneradorrdquo (UPME 2015)
152
5 DISENtildeO METODOLOacuteGICO
Este proyecto de investigacioacuten se realizaraacute bajo las condiciones espaciales
medioambientales de Girardot Ciudad y Regioacuten en coordinacioacuten en la sede de la Unidad
de ensayos e investigacioacuten del semillero de investigacioacuten SEUS donde se gestoacute y que
hace parte del macroproyecto ldquoPREFABRICADOS DE NUEVA GENERACIOacuteNrdquo
51 INSTRUMENTOS
La instrumentacioacuten que se emplea en el desarrollo de este proyecto de investigacioacuten
son propiedad del laboratorio PC Disentildeos y Construccioacuten SAS y que se pueden usar
gracias al convenio interinstitucional con la Universidad Piloto de Colombia SAM ldquoUnidad
de ensayos e investigacioacutenrdquo y el laboratorio
De igual forma se usan como patrones de medida lo que especifica la norma
colombiana para construccioacuten de edificaciones Sismo Resistentes NSR-10 Los
procedimientos de cada ensayo se ajustaron de acuerdo a las normas teacutecnicas
colombianas como las ICONTEC y homologada de la norma internacional ASTM
Tabla 12 Instrumentos empleados para el proyecto
INSTRUMENTO MUESTRA PROCEDIMIENTO
Juego de tamices y balanza 01
gr
Granulometriacutea mediante
uso de tamices
ASTM C136-01
NTC 77
Mesa de flujo y moldes para
cubos
Fluidez de morteros de
cemento hidraacuteulico ASTM C-230
Equipo de concretos
Mezcladora (trompo) balanzas
palustres varilla punta roma
cilindros de acero
Toma de muestras de
concreto y fabricacioacuten de
adoquines
ASTM C172-10
NTC 454
Formaleta para adoquiacuten
Fabricacioacuten de
especiacutemenes para
ensayos y tramo de
prueba
NSR-10
Prototipo disentildeado
por los autores
Prensa hidraacuteulica para ensayo a
compresioacuten
ASTM C392005
NTC 673
153
Compresioacuten de cilindros
de concreto y
especiacutemenes de adoquiacuten
Prensa hidraacuteulica para ensayo a
flexo traccioacuten
Ensayo a flexo traccioacuten
de especiacutemenes de
muestra
Horno para ensayo de
absorcioacuten y para secado
Ensayo de absorcioacuten y
secado de las muestras
Entrevista Comunidad Municipio
Agua de Dios
Canal comunitario
H20 TV
FUENTE Los autores 2020
154
6 PROCEDIMIENTO
Aquiacute seriacutea bueno que incluyeran un paacuterrafo contando de que se trata el procedimiento
de la investigacioacuten
Figura 16 Ruta de actividades para el prototipaje de Step by Step
Fuente Los autores octubre 2020
61 CRONOGRAMA
El horario de trabajo en campo es acordado entre los autores dado al nuevo ajuste por
las restricciones por la pandemia haciendo una articulacioacuten con la sede la Unidades de
ensayos e investigaciones del semillero SEUS Fabricando los adoquines en casa y
Caracteriza-cioacuten de
agregados
bull Arena
bullCemento
bullGravilla
Disentildeo de mezclas
bullDosificacioacuten
bullConcreto translucido
Disentildeo de prototipo
bullFormaleta
bullGeometriacutea
bullPeso
ResistenciabullFabricacioacuten de muestra
bullEnsayos a muestras
155
realizando los ensayos bajo las normas teacutecnicas y de bioseguridad en la sede del
laboratorio
Para cumplir cumplir con los objetivos de este proyecto de investigacioacuten se acuerda el
siguiente cronograma
Tabla 13 Cronograma de actividades para el prototipaje de Step by Step
Fases y sus actividades Responsables Fechas de
ejecucioacuten
Recursos a
utilizar
Formulacioacuten Marlon Barrera
Fabio Viancha nov-19 Laboratorio
Caracterizacioacuten de
agregados (ensayos de
laboratorio)
Marlon Barrera
Fabio Viancha feb-20 Laboratorio
Disentildeo de mezcla- adoquiacuten
de prueba 1
Marlon Barrera
Fabio Viancha mar-20 Laboratorio
Compresioacuten de cilindros-
Resistencias
Marlon Barrera
Fabio Viancha
Abril- Mayo
2020 Laboratorio
Mezcla con materiales
reciclados
Marlon Barrera
Fabio Viancha Junio-Julio 2020 Laboratorio
Elaboracioacuten de documento Marlon Barrera
Fabio Viancha
Agosto-Sept-
Oct 2020 Biblioteca
156
7 CAPITULO 1 PROTOTIPAJE DEL ADOQUIacuteN
Como se ha mencionado se va a usar material reciclado para el disentildeo de mezcla
siendo el principal material reciclado el vidrio molido Dicho material se muele dentro del
laboratorio haciendo uso de la maacutequina de los aacutengeles El procedimiento para moler el
vidrio molido comienza pesando 5000 gramos de vidrio partido en una balanza digital
como se muestra en la siguiente imagen
Figura 17 Material reciclado (vidrio)
Fuente Los autores 2020
Luego de pesar el material se debe hacer uso de la maacutequina de los aacutengeles se
introduce el vidrio dentro de la maquina con todas las esferas de acero se pone a
funcionar la maquina durante 17 minutos
157
Figura 18 Trituracioacuten del vidrio con molino de bolas
Fuente Los autores octubre 2020
Cuando pasan los 17 minutos de tiempo de la maquina en funcionamiento esta debe
ser apagada para descargarla el vidrio ya molido se descarga sobre la bandeja de la
maacutequina
Figura 19 Vidrio pulverizado luego de la trituracioacuten y molienda
Fuente Los autores 2020
158
Luego el material se debe tamizar haciendo uso del tamiz frac12 que tiene aberturas en su malla de un diaacutemetro de 125 miliacutemetros y maacutes abajo el tamiz nuacutemero 4 que tiene aberturas en su malla de un diaacutemetro de 475 miliacutemetros
Figura 20 Tamizado del material
Fuente Los autores octubre 2020
El material a usar es el que pasa el tamiz frac12 y el que queda retenido en el tamiz nuacutemero 4 Luego el material se debe lavar usando el tamiz nuacutemero 200 para que no se pierda material
Figura 21 Vidrio lavado y secado en horno
Vidrio lavado Fuente Los autores octubre 2020
159
Luego el vidrio se debe poner a secar durante 24 horas en un horno a una temperatura de 115degC Finalmente el vidrio molido y limpio en su totalidad se almacena en canecas como se muestra en las siguientes imaacutegenes a la espera de tener el adoquiacuten con concreto convencional para luego hacer la mezcla del concreto translucido El vidrio molido queda del mismo tamantildeo de la grava y de una arena entonces en el concreto translucido este material reciclado hace el reemplazo
Figura 22 Diferentes gradaciones de vidrio triturado y molido
Fuente Los autores octubre 2020
Para la mezcla del concreto convencional se usaron agregados como la grava de
planta de diaacutemetro frac12 pulgada y a arena gris de planta asiacute como tambieacuten se usa cemento
de uso general marca Argos
La caracterizacioacuten de los materiales como la grava y la arena tuvo que realizarse de
manera remota por medio de reuniones virtuales entre los autores y la tutora de esta
investigacioacuten que por su experiencia profesional supo de queacute materiales se trataban y
se hizo una caracterizacioacuten basados en su experiencia Esto se realizoacute debido a las
restricciones de movilidad dadas por la pandemia mundial vivida en el antildeo en curso
La caracterizacioacuten del cemento de uso general marca argos se tomoacute con datos y
experimentos que ya se han realizado en el laboratorio de investigacioacuten de ante mano
se sabe que el cemento tiene un buen comportamiento con buenas caracteriacutesticas
mecaacutenicas que ayudan a que la resistencia del concreto buscada de sus resultados
160
Figura 23 Agregados para la mezcla de concreto
Fuente Los autores septiembre 2020
Teniendo la caracterizacioacuten de los materiales agregados se procede a realizar el
disentildeo de mezcla Se busca que los especiacutemenes del adoquiacuten tengan una resistencia
total a los 28 diacuteas de 4000 psi por lo que para el volumen de los adoquines que se van
a fundir se hace el siguiente disentildeo de mezcla
Tabla 14 Dosificacioacuten para la elaboracioacuten de las muestras
Material Unidad Cantidad
Cemento Kg 17
Agua Kg 85
Agregado grueso Kg 30
Agregado fino Kg 26
Aditivo cm3 170
Se aclara que el agregado grueso se refiere a la grava y el agregado fino a la arena
161
El aditivo que se usa para la mezcla es Sika Fluid es un aditivo proporcionado por el
laboratorio de PC Disentildeos y construccioacuten SAS Este aditivo es liacutequido y lo que hace es
permitir que la mezcla de concreto sea maacutes fluida y trabajable sin la necesidad de usar
maacutes agua ademaacutes de esto mejora la resistencia del concreto es todas las edades y
disminuye la permeabilidad del mismo
Este aditivo tiene tres usos plastificante reductor de agua y economizador de
cemento Como plastificante ayuda a obtener mezclas maacutes fluidas se adiciona a una
mezcla de concreto y se consigue que se incremente el asentamiento (SIKA 2018)
Como reductor de agua al adicionarlo a la mezcla sin variar el asentamiento se reduce
el agua y se incrementa la resistencia (SIKA 2018) Como economizador de cemento
ese incremento en resistencia se puede aprovechar reduciendo la cantidad de cemento
y se reducen los gastos (SIKA 2018) Para realizar la mezcla de concreto con el disentildeo
de mezcla obtenido primero se pesan los materiales haciendo uso de una balanza para
personas como la que se muestra en la imagen a continuacioacuten
Figura 24 Dosificacioacuten de agregados
Fuente 2020
Masa de agregados Homogenizacioacuten en seco
Mezclado Elaboracioacuten de muestras
162
Al pesar los agregados estos se vaciacutean sobre una batea y se mezclan en seco de una
manera uniforme para que la mezcla quede homogeacutenea eso se realiza usando uso de
una pala Finalmente se moja la mezcla con la cantidad de agua mezclada con el aditivo
estipulada en el disentildeo de mezcla y se revuelve dentro de la batea de una manera
uniforme buscando que la mezcla de concreto quede homogeacutenea Seguido se procede a
realizar es a untar la formaleta de acpm y vaciar el concreto sobre ella para fundir los
adoquines Se espera un diacutea despueacutes de la fundida para desencofrar y proceder a curar
los adoquines en una caneca de agua como se muestra en las siguientes imaacutegenes
Figura 25 Desencofrado de prototipos de concreto hidraacuteulico
Fuente los autores 2020
En la imagen anterior se logra evidenciar la forma de cada adoquiacuten el orificio del medio
es por donde se instalaraacuten los cables hacia la pieza de forma trapezoidal donde iraacute la luz
led y el concreto translucido
Desencofrado de muestras Curado de muestras
163
8 CAPITULO 2 DISENtildeO GEOMEacuteTRICO DEL PAVIMENTO ARTICULADO
Disentildeo de adoquiacuten
Como primera medida se realizoacute un disentildeo de la forma del adoquiacuten prefabricado el
cual se escogioacute de forma rectangular y con las especificaciones mostradas en las
siguientes imaacutegenes donde se adjunta el modelo haciendo uso de programas de disentildeo
como AutoCAD en las cuales encontramos
Detalle de adoquiacuten
Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida
Detalle del adoquiacuten 3D
Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 3D
Figura 26 Detalle del adoquiacuten
Fuente los autores 2020
164
Figura 27 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida
Fuente los autores septiembre 2020
Figura 28 Detalle del adoquiacuten 3D
Fuente los autores 2020
CINTA DE LUCES LED
PIEZA DE CONCRETO TRANSLUCIDO
CABLEADO
COLORCARACTERISTICO
165
Figura 29 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 3D
Fuente los autores septiembre 2020
En las figuras anteriores se identifica el disentildeo de adoquiacuten individualmente donde
se puede observar un espesor de 8 cm en cuanto a su espesor total en las caras
exteriores un espesor de 2 cm en el concreto translucido el cual se puede observar en
el medio del adoquiacuten tambieacuten unas dimensiones en cuanto a su largo y ancho de 25 cm
y 15 cm respectivamente en el concreto convencional y en su interior la pieza translucida
las dimensiones en cuanto a su largo y ancho son de 16 cm y 8 cm respectivamente por
uacuteltimo en las imaacutegenes se puede observar un agujero en el medio del adoquiacuten que
atraviesa el concreto convencional por el cual pasariacutea el cableado que permitiriacutea conectar
los adoquines al sistema de sensores y de energiacutea solar u adaptable a otras energiacuteas
166
Para definir teoacutericamente las propiedades del adoquiacuten y tener una base que nos
permita tener en cuenta caracteriacutesticas como el espesor teniendo en cuenta la resistencia
a la compresioacuten y flexioacuten esto aplicando el meacutetodo racional despejando la formula
principal anteriormente nombrada
1205902 = 1199020
[
1 minus(119911119886)
3
(1 + (1199112
1198862))
32
]
1205902 = 2942
[
1 minus(
0080025
)3
(1 + (0082
00252))
32
]
1205902 = 87124 119873
Donde
σ2= esfuerzo vertical
en esfuerzo vertical es el resultado de la operacioacuten anterior donde el resultado despueacutes
de despejar fue de 87124 newton
α = radio de la carga de la huella circular o semieje en la direccioacuten x de la carga de
huella eliacuteptica donde se realizoacute un estudio de una llanta promedio donde se pintoacute y se
dibujoacute la huella con el fin de conocer el radio teniendo un resultado de 25 cm de radio la
huella realizada se puede observar en la siguiente imagen
167
Figura 30 Huella de neumaacutetico
Fuente los autores 2020
qo = presioacuten de la carga encontrada en el puente por medio de una estimacioacuten la cual
contiene el peso promedio de una persona el cual es de 63 kg pero tambieacuten se tiene en
cuenta si la persona se desplaza en cicla ya que cabe la posibilidad aunque es peatonal
y tenemos un factor de seguridad estimado de 3 veces el peso promedio lo cual nos dariacutea
un peso maacuteximo de 300 kg lo cual en cuanto a la carga multiplicaacutendolo por la gravedad
tendriacuteamos 2942 N
X Y y Z = coordenadas cartesianas de un punto es encontrada gracias a la estructura
del pavimento ya que ese desplazamiento de la energiacutea en el eje z en el caso de este
sendero es de 8 cm el cual es el espesor del adoquiacuten este solo descansa en una capa
de arena
Disentildeo de Tramo
Despueacutes de disentildear el adoquiacuten como unidad se procedioacute a disentildear un tramo el cual
como antes se nombroacute un sitio ideal para el desarrollo del mismo es la vereda los chorros
por lo cual se decidioacute para obtener una adaptabilidad al terreno y un disentildeo que sea
atractivo y el resultado de este tramo con los adoquines propuestos se puede observar
en la siguiente imagen
Figura 31 Vista en planta sendero inteligente
168
Fuente los autores 2020
Como se puede observar en la Figura 31 se obtiene una vista en planta la cual tiene
un disentildeo intercalado con una armoniacutea en los colores caracteriacutesticos del adoquiacuten que le
permite al sendero inteligente ser tener un impacto el cual genere un acercamiento de los
turistas y comunidad en general tambieacuten el tramo contiene unas dimensiones tentativas
de 17 metros y de 293 metros en cuanto a su ancho y largo respectivamente
169
Posterior mente se realizoacute un plano esquemaacutetico donde se observan las tuberiacuteas y
cableado electro a implementar en el disentildeo del sendero inteligente donde se encuentra
una red eleacutectrica guiada por tuberiacuteas en la parte inferior que conduce el cableado hasta
el sistema que compone la alimentacioacuten con energiacutea solar el cual se puede observar a
continuacioacuten
Figura 32 Informacioacuten eleacutectrica
Fuente los autores 2020
170
Disentildeo de formaleta
Al tener los materiales necesarios con su respectiva caracterizacioacuten el siguiente paso
fue realizar el disentildeo y la construccioacuten de la formaleta en la cual se fundiriacutea la parte
construida con concreto del adoquiacuten esta se puede observar a continuacioacuten
Figura 33 Formaleta
Fuente los autores 2020
En la Figura 33 se puede observar la formaleta construida en madera de un buen
grosor ya que se necesita una buena esta resistencia la cual fue disentildeada con unos
trozos de madera de 2 cm de espesor el cual deja el espacio para la posterior adicioacuten del
concreto translucido tambieacuten se puede observar un cilindro de madera el cual permite
dejar el espacio para la conexioacuten de la luz led
Construccioacuten de adoquines
Despueacutes de tener construida la formaleta y con los materiales listos el siguiente
paso es realizar la mezcla del concreto convencional para vaciarlos en la formaleta ya
preparada tal como se puede observar a continuacioacuten
171
Figura 34 Prototipaje del adoquiacuten
Fuente los autores 2020
Mezcla Concreto hidraacuteulico Vaciado del concreto
Pasantes de cables Desecofrado de pasantes
Adoquiacuten parte inferior Adoquines con pasantes
Concreto transluacutecido Adoquines bicapa
172
Posteriormente se realizoacute el vaciado del concreto convencional en la formaleta
preparada con su respectivo vibrado y las diferentes teacutecnicas que permiten tener un
concreto de buena finalmente cuando el concreto tiene una consistencia considerable y
teniendo en cuenta el entorno se procede a desencofrar los adoquines y retirar los
implementos instalados en el medio para permitir el paso del cableado (ver Figura 34)
Despueacutes de tener los adoquines desencofrados el siguiente paso es apartas los que
van a ser sometidos a pruebas de compresioacuten y flexioacuten dejaacutendolos sumergidos durante
el tiempo estipulado en el siguiente capiacutetulo donde algunos son fallados con y otros sin
concreto translucido ademaacutes de apartar los 14 adoquines del tramo de prueba los cuales
fueron fundidos con el concreto translucido instalando previamente una cinta de luz led
la cual tiene un cableado interno como anteriormente se nombroacute tambieacuten cabe resaltar
que el conglomerado de la pieza translucida estaacute constituida por agregado preparado con
vidrio el cual se tara de diferentes tamantildeos para realizar la mezcla que le otorga a la pieza
las propiedades translucidas
Por uacuteltimo se realiza la prueba del circuito eleacutectrico el resultado es que todos
funcionaron correctamente tal como se pueden observar en la Figura 35 durante el diacutea y
en la Figura 36 durante la noche
Figura 35 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica diacutea
Fuente los autores octubre 2020
173
Figura 36 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica noche
Fuente los autores 2020
Finalmente se prosiguioacute a aplicar la pintura para darle el color caracteriacutestico a cada
adoquiacuten tal como se puede observar a continuacioacuten
Figura 37 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica
Fuente los autores 2020
174
9 CAPITULO 3 RESISTENCIA MECAacuteNICA
Para realizar los ensayos de resistencia y cumplir con las especificaciones y
caracteriacutesticas que tiene la normar colombiana NTC 2017 en el apartado del marco legal
se fabricaron 40 adoquines estos se fundieron en 4 diacuteas diferentes debido a que la
capacidad de la formaleta solo es para 10 adoquines Se fabricaron con el mismo disentildeo
de mezcla
Al desencofrar 10 adoquines estos entraban en proceso de curado en una caneca de
55 galones de capacidad a la espera de tener toda la cantidad de adoquines fabricada y
esta a su vez poder ser trasladados a las instalaciones del laboratorio PC Disentildeos y
Construccioacuten SAS donde inmediatamente entran a continuar el proceso de curado en
una piscina como se muestra en la imagen a continuacioacuten
Figura 38 Curado de muestras de Step by Step
Fuente Los autores 2020
175
A los especiacutemenes de la muestra se les realizan ensayos de resistencia a la
compresioacuten ensayo de resistencia a flexo traccioacuten esto con el fin de conocer el moacutedulo
de rotura (MR) y garantizar que los especiacutemenes cumplan con el miacutenimo que requiere la
norma aparte se realiza ensayo de absorcioacuten de agua para evitar dantildeos en eacutepocas de
lluvias Se deja claro en este documento que no se realiza ensayo de abrasioacuten dado a
que es un prototipo que seraacute usado en andenes y senderos peatonales en ninguacuten caso
y bajo ninguna circunstancia los especiacutemenes podraacuten ser expuestos por el traacutensito de
automotores
Al completarse los diacuteas de las edades de maduracioacuten del concreto los adoquines se
deben dejar secar luego se procede a tomar medidas tres anchos tres largos y el
espesor asiacute como tambieacuten se deben pesar antes de realizar el ensayo
Figura 39 Peso de muestras de Step by Step
Peso de adoquiacuten Fuente Los autores septiembre 2020
Al haberles tomado el peso y las medidas correspondientes se procede a poner el
espeacutecimen de manera cuidadosa sobre la prensa hidraacuteulica de manera que quede
centrado y bien puesto Se realiza el ensayo y se anotan los resultados para los caacutelculos
176
correspondientes Este proceso debe repetirse para todos los especiacutemenes de la muestra
que se tengan para ensayo el diacutea seguacuten corresponda
Tabla 15 Datos iniciales resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo
Fecha
Toma
Fecha Rotur
a
Edad
Ancho Largo Rectaacutengulo
Inscrito
a1 a2 a3 L1 L2 L3 Anch
o Larg
o
mm
mm
mm
mm mm
mm
mm mm
S-1 C 8-sep 15-sep 7
diacuteas 145 146 146 250 250 249 90 170
S-1 C 8-sep 15-sep 7
diacuteas 154 154 155 250 250 250 90 170
S-1 C 8-sep 22-sep 14
diacuteas 152 152 153 250 250 250 90 170
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 153 153 153 249 249 250 90 170
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 153 153 152 251 251 251 90 170
S-2 C 9-sep 16-sep 7
diacuteas 148 149 148
2515
252 251 90 170
S-2 C 9-sep 16-sep 7
diacuteas 153 153 153 252 252 251 90 170
S-2 C 9-sep 23-sep 14
diacuteas 155 154 154 249 249 250 90 170
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 150 150 150 250 251 250 90 170
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 152 152 151 252 252 253 90 170
S-3 C 10-sep
17-sep 7
diacuteas 152 153 156 256 254 253 90 170
S-3 C 10-sep
17-sep 7
diacuteas 150 150 150 250 250 249 90 170
S-3 C 10-sep
24-sep 14
diacuteas 150 149 149 252 251 251 90 170
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 150 154 255 255 254 90 170
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 151 152 249 251 252 90 170
177
S-4 C 11-sep
18-sep 7
diacuteas 159 149 150 253 253 253 90 170
S-4 C 11-sep
18-sep 7
diacuteas 153 153 152 251 251 252 90 170
S-4 C 11-sep
25-sep 14
diacuteas 150 150 151 253 253 252 90 170
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 152 153 153 253 252 252 90 170
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 155 152 150 251 251 252 90 170
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Tabla 16 Resultados de resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo Aacuterea
rectaacutengulo Inscrito (mmsup2)
W (gr)
Carga maacutexima
(kN) Resistencia
S-1 C 15300 6752 3684 1749 MPa
2536 psi
S-1 C 15300 6885 3991 1714 MPa
2486 psi
S-1 C 15300 6810 4579 2010 MPa
2915 psi
S-1 C 15300 6908 4491 1966 MPa
2851 psi
S-1 C 15300 6641 454 1972 MPa
2861 psi
S-2 C 15300 6831 4624 2101 MPa
3048 psi
S-2 C 15300 6821 4974 2144 MPa
3109 psi
S-2 C 15300 6977 5695 2457 MPa
3563 psi
S-2 C 15300 6874 5213 2343 MPa
3398 psi
S-2 C 15300 7021 5379 2342 MPa
3396 psi
S-3 C 15300 7417 415 1745 MPa
2531 psi
S-3 C 15300 6929 4346 1962 MPa
2846 psi
178
S-3 C 15300 6963 3889 1749 MPa
2537 psi
S-3 C 15300 7022 4301 1844 MPa
2674 psi
S-3 C 15300 6960 4691 2073 MPa
3006 psi
S-4 C 15300 7114 3771 1617 MPa
2345 psi
S-4 C 15300 7255 504 2185 MPa
3169 psi
S-4 C 15300 7385 5357 2362 MPa
3425 psi
S-4 C 15300 6990 4991 2149 MPa
3117 psi
S-4 C 15300 7223 4791 2084 MPa
3023 psi
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Figura 40 Registro fotograacutefico de las muestras a compresioacuten
Fuente Los autores 2020
Para calcular la resistencia de la muestra total se deben calcular promedios primero
un promedio de los resultados de las pruebas a 7 diacuteas luego promedio con los resultados
de las pruebas a 14 diacuteas y por uacuteltimo un promedio con los resultados de las pruebas a 28
diacuteas
Finalmente los resultados son los siguientes
Compresioacuten de muestras Fractura de muestras
179
Tabla 17 Consolidado de la resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Edad Resistencia
7 diacuteas 2759 psi
14 diacuteas 3110 psi
28 diacuteas 3041 psi
Fuente Los autores octubre 2020
Para el ensayo de resistencia a la flexotraccioacuten tambieacuten es necesario tomar tres
medidas de ancho tres medidas de largo el espesor y el peso
El espeacutecimen debe ponerse cuidadosamente sobre la maacutequina de ensayo de rotura al
tercio medio se debe dejar el apoyo superior en la mitad exacta del espeacutecimen y los
apoyos inferiores deben quedar de manera que a los dos costados se tenga la misma
medida desde donde se encuentra el apoyo hasta el final del espeacutecimen se procede a
realizar el ensayo y se anotan los resultados para los caacutelculos correspondientes
Figura 41 Resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto
Fuente Los autores septiembre 2020
180
Tabla 18 Datos iniciales resistencia a la flexo traccioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo Fecha Toma
Fecha Rotura
Edad
Ancho Largo Espesor
a1 a2 a3 L1 L2 L3 er
mm mm mm mm mm mm mm
S-1 C 8-sep 15-sep
7 diacuteas
149 149 150 252 252 252 100
S-1 C 8-sep 15-sep
7 diacuteas
152 152 151 250 250 250 100
S-1 C 8-sep 22-sep
14 diacuteas
152 152 151 250 251 251 100
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 150 150 150 149 250 250 100
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 149 149 150 150 250 250 100
S-2 C 9-sep 16-sep
7 diacuteas
151 151 151 250 250 250 100
S-2 C 9-sep 16-sep
7 diacuteas
150 150 149 249 250 249 100
S-2 C 9-sep 23-sep
14 diacuteas
149 149 149 150 252 252 100
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 151 151 151 150 251 251 100
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 152 153 153 251 251 251 100
S-3 C 10-sep
17-sep
7 diacuteas
152 152 153 246 249 250 100
S-3 C 10-sep
17-sep
7 diacuteas
154 153 151 252 252 253 100
S-3 C 10-sep
24-sep
14 diacuteas
153 153 154 254 254 254 100
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 152 152 153 253 254 253 100
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 152 152 250 250 251 100
S-4 C 11-sep
18-sep
7 diacuteas
150 150 151 252 252 253 100
S-4 C 11-sep
18-sep
7 diacuteas
154 155 153 252 253 252 100
S-4 C 11-sep
25-sep
14 diacuteas
151 151 152 250 251 251 100
181
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 151 152 152 253 253 253 100
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 153 152 151 253 253 255 100
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Tabla 19 Resultados de resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo W (Peso)
Longitud entre
apoyos
Carga maacutexima
Moacutedulo de Rotura
6620 165 176 583 MPa
S-1 C 6467 165 111 362 MPa
S-1 C 6845 165 191 623 MPa
S-1 C 6717 165 2385 787 MPa
S-1 C 6716 165 25 829 MPa
S-1 C 6885 165 2075 680 MPa
S-2 C 6807 165 1835 607 MPa
S-2 C 6792 165 2205 733 MPa
S-2 C 6917 165 2395 785 MPa
S-2 C 6977 165 2255 731 MPa
S-2 C 7145 165 213 692 MPa
S-3 C 6904 165 1885 611 MPa
S-3 C 7120 165 1815 586 MPa
S-3 C 7138 165 1855 603 MPa
S-3 C 6918 165 179 584 MPa
S-3 C 7327 165 162 533 MPa
S-4 C 7181 165 194 624 MPa
S-4 C 7117 165 227 743 MPa
S-4 C 6950 165 1771 578 MPa
S-4 C 6923 165 1725 562 MPa
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
182
La maacutequina de ensayo de resistencia a flexo traccioacuten arroja un dato de carga puntual
en Kilo Newton se deben hacer las conversiones correspondientes para tener el
resultado de moacutedulo de rotura (MR) en MPa
Para calcular el moacutedulo de rotura (MR) de la muestra total se deben calcular
promedios primero un promedio de los resultados de las pruebas a 7 diacuteas luego
promedio con los resultados de las pruebas a 14 diacuteas y por uacuteltimo un promedio con los
resultados de las pruebas a 28 diacuteas
Finalmente los resultados son los siguientes
Tabla 20 Resultados de moacutedulo de rotura
Edad MR
7 diacuteas 59 MPa
14 diacuteas 67 MPa
28 diacuteas 68 MPa
Fuente Los autores 2020
Los resultados del moacutedulo de rotura cumplen y garantizan la norma NTC 2017 dado
a que como se explicoacute en el apartado del marco legal el resultado de moacutedulo de rotura
para cada espeacutecimen debe ser 38 MPa y como se observa en la tabla de resultados los
valores se encuentran claramente por encima de ese valor para toda la muestra y el
promedio el resultado debe ser miacutenimo 42 MPa teniendo un resultado total de moacutedulo
de rotura a los 28 diacuteas de 11 Mpa por lo que claramente se garantiza el cumplimiento
de esta caracteriacutestica
La norma especiacutefica que se pueden dejar moacutedulos de rotura mayores a los que se
especifican
ABSORCION
Para realizar el ensayo de absorcioacuten se toman 8 especiacutemenes a los que ya se les ha
realizado el ensayo de flexo traccioacuten El ensayo de absorcioacuten inicia tomando los
especiacutemenes de la muestra para tomar un peso inicial tal cual estaacuten luego se colocan
183
en el horno durante 24 horas a una temperatura de entre 100 degC y 115degC al pasar las
24 horas deben ser sacados se dejan enfriar y se toma el peso que es el peso seco
(Ms)
Luego de tomar el peso seco se toman los especiacutemenes y se sumergen en agua
durante 24 horas a una temperatura de entre 15degC y 27degC al pasar el tiempo de
saturacioacuten y haciendo uso de un alambre se toma el peso que es el peso sumergido
(Ma) Finalmente se deben sacar del agua los especiacutemenes y se deben dejar escurrir
durante un minuto luego se seca su superficie con un pantildeuelo y se toma el peso del
espeacutecimen lo que es el peso sumergido con superficie seca (Mh)
Al tener los resultados de los pesos se procede a realizar los caacutelculos
correspondientes
Se debe iniciar reemplazando para hallar el valor de la absorcioacuten (Aa) en kgm3 de
la siguiente manera
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899(119860119886)119896119892
1198983=
(119872ℎ minus 119872119904)
119872ℎ minus 119872119886lowast 1000
Luego se calcula el porcentaje de absorcioacuten de la siguiente manera
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899 (119860119886) =(119872ℎ minus 119872119904)
119872119904lowast 100
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
Finalmente se calcula la densidad del espeacutecimen seco lo cual se realiza usando la
siguiente formula
119863119890119899119904119894119889119886119889 (119863)1198921199031198881198983 =(119872119904 minus 119872ℎ)
119872119886
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
184
Ma Masa inmersa en agua y suspendida del espeacutecimen en gramos
Al realizar los caacutelculos correspondientes se obtienen los siguientes resultados
Tabla 21 Resultados Prueba de Absorcioacuten
Coacutedigo Peso Seco
Peso Saturado
SS
Aa ()
Densidad
1C 6417 gr 6506 gr 14 2001grcmsup3
3 8732 gr 8780 gr 05 2086grcmsup3
5 6040 gr 6070 gr 05 2076grcmsup3
7 6449 gr 6466 gr 03 2143grcmsup3
9 3760 gr 3782 gr 06 2062grcmsup3
11 13247
gr 13275 gr
02 2105grcmsup3
13 10067
gr 10166 gr
10 2069grcmsup3
15 9641 gr 9689 gr 05 2145grcmsup3
Fuente Los autores 2020
El valor promedio de Absorcioacuten (Aa) de la muestra es 060 como se evidencioacute
en el apartado del marco legal el valor promedio de la muestra no debe superar el 7
para lo cual la muestra cumple el requisito de absorcioacuten que exige la norma NTC 2017
185
10 CAPITULO 4 COSTOS
Desde que se comienza con la planificacioacuten del proyecto se lleva una bitaacutecora en
donde se van anotando con fechas cada uno de los insumos requeridos para la ejecucioacuten
del proyecto desde la etapa inicial con el disentildeo de formaletas hasta la etapa final con la
construccioacuten del sendero inteligente
Cabe resaltar que como se contaba con recursos limitados a raiacutez de la pandemia
generada por el Covid-19 la mayoriacutea de las herramientas utilizadas en el proyecto fueron
prestadas solo fue de gran importancia construir la formaleta para el prototipo de adoquiacuten
como se muestra en la siguiente tabla
Tabla 22 Costos generales de maquinaria y equipo
Herramientas empleadas Step by Step
Herramientas cantidad valor unitario valor total
Batea 1
pala 1
Palustre 1
Baldes 1
Balanza 1
Llana de madera 1
Caneca de 55Galones
1
Formaleta 1 $ 110000 $ 110000
Fuente los autores 2020
Para las pruebas y ensayos de laboratorio fue necesario la construccioacuten de 40
adoquines para los cuales fueron requeridos los siguientes materiales con sus precios
respectivos
186
Tabla 23 Presupuesto general de materiales para el prototipaje
Materiales empleados step by step Adoquines de prueba
Materiales cantidad valor unitario valor total
Agregado Grueso 2 bogados $ 8000 $ 16000
Agregado Fino 2 bogados $ 7000 $ 14000
Cemento 2 bultos $ 25500 $ 51000
Aditivo 1 $ 5840 $ 5840
Resina Ortoftalica 2 botellas $ 15000 $ 30000
Catalizador 2 $ 2000 $ 4000
Agua $ 5000 $ 5000
Vidrio 2000 gramos $ 8500 $ 17000
Pigmento 2 $ 3000 $ 6000
Acpm $ 2000 $ 2000
TOTAL $ 150840
Fuente los autores 2020
Finalmente y despueacutes de las pruebas garantizando que se cumpliera la normativa se
construyen los adoquines que son requeridos para la construccioacuten del tramo de prueba
para lo cual fue necesario llevar los siguientes costos en bitaacutecora
Tabla 24 Presupuesto general Tramo de prueba
Adoquines para tramo de prueba
Materiales Cantidad Valor unitario Valor total
Arena 25 baldes $ 1100 $ 27500
Grava 25 baldes $ 1100 $ 27500 Aditivo 1 $ 5840 $ 5840
Pigmento 2 $ 3000 $ 6000 Vidrio 2000 gramos $ 8500 $ 17000
Resina ortoftalica 2 botellas $ 15000 $ 30000 Catalizador 2 $ 2000 $ 4000
Aditivo 1 $ 2200 $ 2200 Cemento 2550 Kg $ 13000 $ 13000
Luz led 250 metros $ 13000 $ 32500
187
Cable 2 metros $ 500 $ 1000 TOTAL $ 117040
Cabe la pena aclarar que el costo total es para veinte adoquines por lo que el precio
total por unidad de adoquiacuten es de $5842 pero para el tramo de prueba solo fueron
necesarios catorce adoquines por lo que para el costo total del sendero solo se tiene en
cuenta el costo de los catorce adoquines y no de los veinte ya que los seis restantes se
usaron para ensayos de laboratorio con el concreto translucido
Despueacutes de haber realizado todos los ensayos y de garantizar que el prototipo del
adoquiacuten cumpliera con la normativa se procede a disentildear y construir el tramo de prueba
para lo cual se realizoacute un presupuesto de obra en donde se incluyen todos los insumos
y materiales usados para el tramo con sus respectivos costos
Tabla 25 Cantidades de obra para tramo de prueba
Iacutetem Actividad Und Cant VUnit Vtotal
1 Excavacioacuten Manual zanja en tierra H=04m
m3 04 $ 30000
$ 30000
2 Relleno en recebo para subbase
Bogado 3 $ 4500
$ 13500
3 Capa de arena para sentar adoquines
Bogado 1 $ 8500
$ 8500
4 Concreto para bordes y caja de elementos electroacutenicos
m3 0012 $ 22500
$ 270
5 Adoquines UND 14 $ 5842
$ 81788
6 Arduino uno UND 1 $ 31900
$ 31900
7 Releacute cuatro puertos UND 1 $ 11700
$ 11700
8 Bateriacutea 40 Ah UND 1 $ 322000
$ 322000
9 Panel solar 55W UND 1 $ 280000
$ 280000
10 Regulador de carga UND 1 $ 51500
$ 51500
11 Inversor de Carga UND 1 $ 70000
$ 70000
188
12 Fuente de 110v a 12v UND 2 $ 15000
$ 30000
13 Sensor ultrasonido UND 2 $ 7100
$ 14200
14 Conectores HM UND 20 $ 3000
$ 60000
15 Conectores MM UND 20 $ 3000
$ 60000
TOTAL $ 1065358
Fuente los autores 2020
Como se evidencia en la tabla anterior el costo del sendero de prueba es de $1065358
es de importancia aclarar que como se contaba con la limitacioacuten de recursos solo se
pudo hacer la construccioacuten del sendero inteligente haciendo uso de catorce adoquines
pero que los elementos electroacutenicos que componen el sistema fotovoltaico para la
recoleccioacuten de energiacutea y los sensores que se encuentran en el sendero funcionan para
un sendero maacutes largo y ancho si asiacute se requiere lo que quiere decir que si se desea
construir un sendero inteligente Step by Step de 3 metros de largo por 1 metro de ancho
no es necesario adquirir un sistema fotovoltaico maacutes costoso
Finalmente al costo del tramo de prueba se le debe sumar el costo de los adoquines
que fueron necesarios para los ensayos previos el cual fue de $150840 maacutes el costo de
mano de obra que fue de $200000 para que finalmente el costo a lo que este proyecto
se refiere en su totalidad es de $1416198
189
190
11 VALIDACIOacuteN EN CAMPO TRAMO DE PRUEBA
Con el fin de prototipar el proyecto Step by Step se realizoacute un tramo de prueba en el
municipio de Agua de Dios el cual se acogioacute en conjunto con la alcaldiacutea municipal la cual
nos otorgoacute el permiso y expreso el beneficio del proyecto para la comunidad y su intereacutes
en el por medio de un oficio
El tramo de prueba se construyoacute en el parque Simoacuten Boliacutevar en el municipio de Agua
de Dios el cual es muy concurrido ya que es el segundo parque maacutes importante del
municipio su localizacioacuten se puede observar a continuacioacuten por medio de una imagen
tomada de la plataforma satelital google maps
Figura 42 Localizacioacuten tramo de prueba
Fuente (Google Earth 2020)
Como se puede observar en la imagen anterior el parque boliacutevar se encuentra ente la
carrera 11- 12 y entre la calle 11 ndash 12 al lado de la biblioteca municipal del municipio de
Agua de Dios Despueacutes de escoger el lugar donde se va a instalar se prosiguioacute a escoger
en que parte del parque se instala por lo cual se escogioacute en el centro del parque en
terreno natural enseguida del lugar donde se realizan ejercicios se puede observar en la
siguiente imagen
Se realizoacute una excavacioacuten manual por parte de los autores la cual tuvo unas
dimensiones de 1 metro de ancho por 1 metro de largo por 41 cm de profundidad el cual
se puede observar en la siguiente imagen
Figura 43 Proceso constructivo del Tramo de prueba Step by Step
191
Fuente los autores 2020
Excavacioacuten Profundidad de excavacioacuten
Sub base compactada Arena
Instalacioacuten eleacutectrica Instalacioacuten de adoquines
Confinamiento lateral
192
Despueacutes de realizar la excavacioacuten se prosiguioacute a rellenar y compactar con recebo el
cual tiene un espesor de 30 cm para mejorar las condiciones del terreno Posteriormente
al relleno con recebo se prosigue a poner la capa de arena que sirve como cama para la
instalacioacuten de adoquines la cual tiene un espesor de 3 cm El siguiente paso es realizar
una nivelacioacuten de la arena y con la cama totalmente plana se acomodan los adoquines
como se disentildearon anteriormente con el cableado de los adoquines sacaacutendolos por el
lado escogido por el terreno Posteriormente a tener los adoquines instalados con el
cableado eleacutectrico se prosiguioacute a fundir concreto con el fin de mejorar la esteacutetica del tramo
de prueba ademaacutes de realizar la estructura donde se dejaraacuten fijas las cajas eleacutectricas en
un bordillo de concreto
Posteriormente a la instalacioacuten integral del tramo de prueba el siguiente paso es
realizar la parte electroacutenica del tramo de prueba la cual viene alimentada por energiacutea
solar la cual se activa por medio de sensores instalados en el bordillo anteriormente
mencionado los cuales trabajan en conjunto con Arduino uno y un moacutedulo releacute de cuatro
canales lo cual viene de la siguiente manera en el esquema observado a continuacioacuten
Figura 44 Cableado parte electroacutenica
Fuente los autores 2020
En la imagen anterior se puede observar el cableado electroacutenico el cual consta de 2
sensores ultrasonido los cuales van conectados al Arduino uno el cual estaacute encargado
de enviar la informacioacuten al moacutedulo releacute para posteriormente el alumbrado de los
adoquines instalados anteriormente
Despueacutes de realizar el cableado el siguiente paso es realizar la programacioacuten del
arduino uno la cual consiste en recibir la informacioacuten de los sensores al detectar un
cambio en un campo estimado de 60 cm estos comenzaacutendose a contar despueacutes de 20
193
cm los cuales son los que se estiman desde el bordillo y posteriormente esta informacioacuten
ordena en conjunto con el moacutedulo releacute al encendido de la luz led instalada en los
adoquines los cuales se encenderaacuten en grupos de a 6 cada grupo instalado a un sensor
esta programacioacuten se puede observar en la siguiente imagen
Figura 45 Programacioacuten Arduino uno
Fuente los autores 2020
Despueacutes de tener lista la programacioacuten el siguiente paso es introducir esta
programacioacuten por medio de la aplicacioacuten oficial de Arduino y un cable que es otorgado
en la compra del Arduino esta instruccioacuten se puede observar en la siguiente imagen
194
Figura 46 Introduccioacuten de la programacioacuten al Arduino uno
Fuente los autores 2020
Posteriormente a tener los componentes electroacutenicos funcionando en conjunto con los
sensores el siguiente paso es la instalacioacuten en el tramo de prueba en donde se introducen
en una caja eleacutectrica la cual se impermeabiliza completamente y se introduce en una
estructura de concreto construida que funciona como capa protectora para las cajas con
los implementos electroacutenicos esto se puede observar a continuacioacuten
Figura 47 Caja con implementos electroacutenicos sellada
Fuente los autores noviembre 2020
195
Figura 48 Elementos electroacutenicos instalados
Fuente los autores noviembre 2020
El siguiente paso fue conectar los componentes electroacutenicos anteriormente nombrados
con la fuente de energiacutea la cual es proporcionada por un panel solar el cual viene
conectado por medio de un cableado esto se puede observar a continuacioacuten donde se
encuentra el panel solar y el sendero inteligente Step by Step recolectando energiacutea en el
diacutea tomaacutendola del sol para posteriormente ser aprovechada en la noche para hacer
funcionar la iluminacioacuten del sendero
Figura 49 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar
Fuente los autores noviembre 2020
Por uacuteltimo se encuentra el prototipo del sendero inteligente Step by Step en
funcionamiento el cual es encendido a las 6 pm y se pone a disposicioacuten de la comunidad
196
donde se observoacute un gran impacto en todas las personas que transitan este parque del
municipio de Agua de Dios en las siguientes imaacutegenes se puede observar el sendero
inteligente funcionando con la energiacutea solar recolectada durante el diacutea y en disposicioacuten
de los usuarios
Figura 50 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar en funcionamiento
Fuente los autores 2020
1 2
3 4
5 6
197
12 CONCLUSIONES
Al culminar el proceso de disentildeo prototipaje y validacioacuten en campo del sendero
inteligente Step by Step se concluye que la adherencia entre el concreto hidraacuteulico y el
concreto transluacutecido elaborados con materiales reciclados en un adoquiacuten bicapa para
traacutefico peatonal en las dimensiones propuestas de la Figura 28 registra una resistencia
a la compresioacuten de 3000 psi un moacutedulo de rotura de 68 MPa valores que seguacuten las
notas teacutecnicas colombianas son admisibles
La forma innovadora permite usar el concreto translucido como un conductor de luz
que da diferentes tonalidades de acuerdo al pigmento usado lo que no solo mantiene la
resistencia del prototipo sino que mediante una conexioacuten de circuitos entre los adoquines
contiguos asegura la iluminacioacuten del sendero la resistencia y durabilidad ante las cargas
de traacutefico peatonal
El sistema eleacutectrico mediante un sistema fotovoltaico permite el almacenamiento de
energiacutea suficiente para mantener la funcionalidad de los sensores durante toda la noche
de manera que el sendero ubicado en el parque Simoacuten Boliacutevar del Municipio de Agua de
Dios-Cundinamarca genera un impacto en la comunidad favorable certificado por la
Alcaldiacutea municipal y los habitantes del municipio
Luego de la transmisioacuten del programa de televisioacuten local como una actividad de
apropiacioacuten social del conocimiento realizado por los autores y la tutora en el canal de
televisioacuten local H2O Tv la comunidad en general recibioacute con agrado la tecnologiacutea
prestando intereacutes en instalarlo en diferentes lugares turiacutesticos de Agua de Dios
La translucidez de las piezas del pavimento peatonal con el pigmento azul fue
aceptada por la comunidad como un nuevo emblema del municipio ya que su reflejo y
luminosidad es una alegoriacutea al nombre lsquoAgua de Diosrsquo marcando un nuevo hito en el
municipio que deja atraacutes la historia triste de las aguas azufradas y una enfermedad
incurable por un nuevo camino llamado por el Semillero SEUS Step by Step Sendero
Inteligente
198
13 BIBLIOGRAFIacuteA
accuweather (2020) accuweathercom Retrieved from accuweathercom
httpswwwaccuweathercomescoagua-de-dios102159current-
weather102159
Alcaldia de Agua de Dios (2019 08 08) Retrieved from httpwwwaguadedios-
cundinamarcagovcoturismolos-chorros
Ambientesoluciones (2020) Ambientesolucionescom Retrieved from
Ambientesolucionescom
httpswwwambientesolucionescomsitiocontenidos_mophpit=5675
ARCUS GLOBAL (2020 10 21) Retrieved from httpswwwarcus-
globalcomwpconcreto-translucido-existe
ARQUITECTOS S (2018 05 20) Sala de Arquitectos Retrieved from Sala de
Arquitectos La compantildeiacutea innovando en la arquitectura inteligente ha presentado
la primera lsquovereda inteligentelsquo del mundo en Londres un camino que transforma el
pavimento en un generador de energiacutea eleacutectrica esto gracias al paso que dan los
peatones A diferencia de
Avalos J C (2016 07 29) BBC MUNDO Retrieved from BBC MUNDO
httpswwwbbccommundonoticias-36662912
BBC (2016 6 29) BBC MUNDO Retrieved from BBC MUNDO
httpswwwbbccommundonoticias-36662912
Boussinesq (2020 16 10) Google Retrieved from
httpswwwgooglecomsearchq=difusion+del+esfuerzo+pavimentosamptbm=isch
ampved=2ahUKEwij9quT87nsAhWENFkKHXP-DXUQ2-
cCegQIABAAampoq=difusion+del+esfuerzo+pavimentosampgs_lcp=CgNpbWcQA1C_
gwFY1I4BYMiQAWgAcAB4AIABpQKIAf4QkgEFMC40LjaYAQCgAQGqAQtnd3Mt
d2l6LWltZ8ABAQamps
Bradsher (2018 6 13) new York Times Espantildeol Retrieved from new York Times
Espantildeol httpswwwnytimescomes20180613espanolenergia-solar-
autopista-chinahtml
199
Bradsher K (2018 06 13) THE NEW YORK TIMES Retrieved from THE NEW YORK
TIMES httpswwwnytimescomes20180613espanolenergia-solar-autopista-
chinahtml
CAR (2015) ESTUDIO PARA LA DETERMINACIOacuteN DE MOacuteDULOS DE CONSUMO
DEL RECURSO HIDRICO
CASTILLO X A (2003) DISENtildeO DE PAVIMENTOS ARTICULADOS PARA TRAFICO
MEDIO Y ALTO Retrieved from
httpsrepositoriouniandeseducobitstreamhandle199220919u245809pdf
Chacon Cesar Alexander C J (2012 OCTUBRE 16) TECNURA UNIVERSIDAD
DISTRITAL FRANCISCO JOSEacute DE CALDAS COLOMBIA Retrieved from
httpswwwredalycorgpdf2570257025147010pdf
COLOMBIA C D (2014 05 13) fedebiocombustibles Retrieved from
fedebiocombustibles httpwwwfedebiocombustiblescomfiles1715pdf
CONSTRUIBLE (2015 03 11) Construccioacuten Sostenible Retrieved from Construccioacuten
Sostenible httpswwwconstruiblees20150311energy-floors-genera-
electricidad-a-partir-de-la-energia-de-la-pisada
DamiaSolar (2016 03 19) DamiaSolar Retrieved from DamiaSolar
httpswwwdamiasolarcomactualidadblogarticulos-sobre-la-energia-solar-y-
sus-componentesque-regulador-solar-
necesito_1~text=El20regulador20solar20o20reguladorgenerada20e
n20los20paneles20solares
DANE (2018) danegovco Retrieved from danegovco
httpswwwdanegovcoindexphplista-de-resultados-de-
busquedasearchword=poblacion20agua20de20dios20cundinamarcaampse
archphrase=all
DINERO R (2020 03 05) REVISTA DINERO Retrieved from REVISTA DINERO
httpswwwdinerocomempresasarticulocual-capital-de-colombia-tendra-la-
primera-empresa-publica-de-energias-renovables282296
200
ELECTRONICA I (2020) I+D ELECTRONICA Retrieved from I+D ELECTRONICA
httpswwwdidacticaselectronicascomindexphpbaterias-
cargadorescargadores-1mC3B3dulo-de-control-de-carga-para-
baterC3ADas-12-24v-7009-detail
FDMESCYL (2017 Diciembre 28) Federacion de deportes de montantildea Escalada y
senderismo de Castilla y Leon Retrieved from
httpswwwfclmcom20171228nace-primer-sendero-inteligente-espana-
castilla-leon
Google Earth (2020) Retrieved from httpsearthgooglecomweb437516685-
74667982183897115512a53657125248d35y662480933h028419733t0r
Icontec (2018 11 12) NTC 2017 Adoquines de Concreto para Pavimentos Bogotaacute DC
Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) Retrieved
from METROBLOCK httpsmetroblockcomconorma-tecnica-colombiana-ntc-
2017
IDEAM (2014) ideamgovco Retrieved from ideamgovco
httpwwwideamgovcowebtiempo-y-climaradiacion-solar
indiasolarpowercanals (2015 07 02) inbright Retrieved from inbright
httpsinbrightmxblogpostsindiasolarpowercanals
ingrenovables (2014 6 25) ingrenovablesblogspot Retrieved from
ingrenovablesblogspo httpingrenovablesblogspotcom201406el-primer-
canal-solar-del-mundohtml
LEDOVET (2018 02 23) Retrieved from httpswwwledovetcomtipos-de-sensores-de-
movimiento
Lizcano F A (2003) DISENtildeO RACIONAL DE PAVIMENTOS Bogotaacute ESCUELA
COLOMBIANA DE INGENIERIA
Lngalls S (1877) Estados Unidos Patent No 952S6
MAGAZINE T (2020 03 05) TYS MAGAZINE Retrieved from TYS MAGAZINE
httpswwwtysmagazinecomenergy-floor-la-energia-de-tus-pisadas
201
nandwani S s (2005 junio) energia solar conceptos basicos y su utilizacion Retrieved
from httpssistemamidcompaneluploadsbiblioteca2014-06-27_10-14-
37105995pdf
OMPI ORGANIZACION MUNDIAL DE LA PROPIEDAD INTELECTUAL (2015 09 16)
Retrieved from httpswwwwipointipadvantageesdetailsjspid=2590
PAIS E (2020 02 07) EL PAIS Retrieved from EL PAIS
httpselpaiscomccaa20200207madrid1581085171_646387html
Palacios A (2020) Ca COMPARADOR DE ALARMAS Retrieved from
httpswwwcomparadoralarmascomtipos-de-sensores-de-movimiento-cual-
necesitas
PAVEGEN (2017 JUNIO 29) Retrieved from httpspavegencomwp-
contentuploads201905Pavegen-BirdStreetpressreleasepdf
Perdomo C S amp Fandintildeo M E (2020 10 26) Anaacutelisis de las propiedades mecaacutenicas
del concreto transluacutecido elaborado con poliacutemeros y materiales reciclados
Retrieved from Repositorio Universidad Piloto
httprepositoryunipilotoeducohandle20500122779448
Pettit C (1912) Estados Unidos Patent No 573212
Ramos J (2014 11 12) motos pasion Retrieved from motos pasion
httpswwwmotorpasioncomgaleriasolaroad4
Robert G Packard P (1995) Thickness Design for Concrete Pavements on Highways amp
Streets PCA Method Retrieved from
httpsceprofsciviltamuedudzollingerCVEN-637-Fall202004EB109PDF
SampP (2018 10 15) El Blog de la ventilacioacuten eficiente Retrieved from
httpswwwsolerpalaucomes-esblogsensores-movimiento
SLU A E (2015 04 19) Autosolar Retrieved from Autosolar
httpsautosolaresblogaspectos-tecnicosque-es-un-panel-solar
202
SECHAGUA D A (2016) VALORACIOacuteN SOCIOAMBIENTAL DE LA MICROCUENCA
QUEBRADA LA PUNAacute MUNICIPIO AGUA DE DIOS GIRARDOT
SIKA (2018) FLUIDIFICANTE PARA MEZCLAS DE CONCRETO Tocancipa
SOLAR ROADWAYS (2020) Retrieved from httpssolarroadwayscom
SOLAROAD (2016 03 07) NATIONAL GEOGRAPHIC ESPANtildeA Retrieved from
NATIONAL GEOGRAPHIC ESPANtildeA
httpswwwnationalgeographiccomescienciasolaroad-el-carril-bici-hecho-con-
paneles-solares-en-holanda-cumple-su-primer-ano-de-vida_9916
Suaacuterez A L (2018 04 09) PORTAFOLIO Retrieved from PORTAFOLIO
httpswwwportafolioconegociosel-mayor-proyecto-de-energia-eolica-da-sus-
primeros-pasos-516003
Torres O (2020 03 09) Resumen de ASTM Retrieved from
httpbloquesdeconcretocomsvdescargarNormas20ASTMpdf
UPC (2018) Proyecto Educativo Institucional Bogotaacute DC Universidad Piloto de
Colombia
UPME (2015 06 05) Retrieved from
httpwwwnuevalegislacioncomfilessusccdjconcr_upme_281_15pdf
Velares J M (2020 03 09) Academiaedu Retrieved from Academiaedu
httpswwwacademiaedu25432780Especificaciones_de_ASTM_C-33
Xiaodi Hu A N (2017 Abril 21) Effects of tire inclination (turning traffic) and dynamic
loading on Retrieved from
httpswwwsciencedirectcomsciencearticlepiiS199668141630164Xvia3Dih
ub
89
43 MARCO CONCEPTUAL 126
Meacutetodos de disentildeo de pavimentos 126
44 MARCO CONTEXTUAL 135
45 MARCO LEGAL 139
451 ABSORCION DE AGUA 144
452 RESISTENCIA A LA FLEXO TRACCION (MODULO DE ROTURA) 145
5 DISENtildeO METODOLOacuteGICO 152
51 INSTRUMENTOS 152
6 PROCEDIMIENTO 154
61 CRONOGRAMA 154
7 CAPITULO 1 PROTOTIPAJE DEL ADOQUIacuteN 156
8 CAPITULO 2 DISENtildeO GEOMEacuteTRICO DEL PAVIMENTO ARTICULADO 163
9 CAPITULO 3 RESISTENCIA MECAacuteNICA 174
10 CAPITULO 4 COSTOS 185
11 VALIDACIOacuteN EN CAMPO TRAMO DE PRUEBA 190
12 CONCLUSIONES 197
13 BIBLIOGRAFIacuteA 198
90
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Distribucioacuten de variables de la Investigacioacuten 98
Figura 2 Sistema de pavimento Solaroad 106
Figura 3 Autopista China de Paneles solares 107
Figura 4 Canal solar en India 108
Figura 5 Baldosa que produce energiacutea eleacutectrica 111
Figura 6 Cruce peatonal inteligente 112
Figura 7 Distribucioacuten de esfuerzos Modelo Boussinesq 127
Figura 8 Esfuerzos que sufren los pavimentos en tres direcciones 128
Figura 9 Huella de la llanta del vehiacuteculo sobre el pavimento 129
Figura 10 Estructura del pavimento AASTHO 1993 132
Figura 11 Evolucioacuten de la resistencia a la flexioacuten en funcioacuten del tiempo 133
Figura 12 Localizacioacuten del Municipio de Agua de Dios Cundinamarca 135
Figura 13 Zona urbana Municipio de Agua de Dios 136
Figura 14 Balneario los Chorros Agua de Dios 137
Figura 15 Prueba de ensayo a Flexo traccioacuten de Adoquines de concreto
(Icontec 2018) 146
Figura 16 Ruta de actividades para el prototipaje de Step by Step 154
Figura 17 Material reciclado (vidrio) 156
91
Figura 18 Trituracioacuten del vidrio con molino de bolas 157
Figura 19 Vidrio pulverizado luego de la trituracioacuten y molienda 157
Figura 20 Tamizado del material 158
Figura 21 Vidrio lavado y secado en horno 158
Figura 22 Diferentes gradaciones de vidrio triturado y molido 159
Figura 23 Agregados para la mezcla de concreto 160
Figura 24 Dosificacioacuten de agregados 161
Figura 25 Desencofrado de prototipos de concreto hidraacuteulico 162
Figura 26 Detalle del adoquiacuten 163
Figura 27 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 164
Figura 28 Detalle del adoquiacuten 3D 164
Figura 29 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 3D 165
Figura 30 Huella de neumaacutetico 167
Figura 31 Vista en planta sendero inteligente 167
Figura 32 Informacioacuten eleacutectrica 169
Figura 33 Formaleta 170
Figura 34 Prototipaje del adoquiacuten 171
Figura 35 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica diacutea 172
Figura 36 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica noche 173
92
Figura 37 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica 173
Figura 38 Curado de muestras de Step by Step 174
Figura 39 Peso de muestras de Step by Step 175
Figura 40 Registro fotograacutefico de las muestras a compresioacuten 178
Figura 41 Resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto 179
Figura 42 Localizacioacuten tramo de prueba 190
Figura 43 Proceso constructivo del Tramo de prueba Step by Step 190
Figura 44 Cableado parte electroacutenica 192
Figura 45 Programacioacuten Arduino uno 193
Figura 46 Introduccioacuten de la programacioacuten al Arduino uno 194
Figura 47 Caja con implementos electroacutenicos sellada 194
Figura 48 Elementos electroacutenicos instalados 195
Figura 49 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar 195
Figura 50 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar en funcionamiento 196
LISTA DE TABLAS
93
Tabla 1 Factor de confiabilidad 130
Tabla 2 Nivel de confiabilidad 131
Tabla 3 Nivel de confiabilidad 133
Tabla 4 Nivel de confiabilidad 134
Tabla 5 Partes de los Adoquines 139
Tabla 6 Geometriacutea del adoquiacuten seguacuten NTC 2017 140
Tabla 7 Requisitos geomeacutetricos de los adoquines 143
Tabla 8 Clasificacioacuten de los adoquines seguacuten su absorcioacuten 148
Tabla 9 Resistencia miacutenima de los adoquines 148
Tabla 10 Resistencia a la abrasioacuten 149
Tabla 11 Franja granulomeacutetrica para arena de prefabricados 150
Tabla 12 Instrumentos empleados para el proyecto 152
Tabla 13 Cronograma de actividades para el prototipaje de Step by Step 155
Tabla 14 Dosificacioacuten para la elaboracioacuten de las muestras 160
Tabla 15 Datos iniciales resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto 176
Tabla 16 Resultados de resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto 177
Tabla 17 Consolidado de la resistencia a la compresioacuten de adoquines de
concreto 179
Tabla 18 Datos iniciales resistencia a la flexo traccioacuten de adoquines de concreto
180
94
Tabla 19 Resultados de resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto
181
Tabla 20 Resultados de moacutedulo de rotura 182
Tabla 21 Resultados Prueba de Absorcioacuten 184
Tabla 22 Costos generales de maquinaria y equipo 185
Tabla 23 Presupuesto general de materiales para el prototipaje 186
Tabla 24 Presupuesto general Tramo de prueba 186
Tabla 25 Cantidades de obra para tramo de prueba 187
INTRODUCCIOacuteN
95
La presente investigacioacuten presenta el disentildeo construccioacuten y validacioacuten en campo de
un adoquiacuten prefabricado bicapa de concreto hidraacuteulico y concreto transluacutecido con un
sistema eleacutectrico en su interior capaz de transformar las energiacuteas renovables (solar
eoacutelica hidraacuteulica etc) en energiacutea eleacutectrica Con el fin de que cuando un peatoacuten transite
con su pisada encienda una luz que estaacute ubicada dentro del prefabricado iluminando
todo el sendero El aprovechamiento de las energiacuteas renovables ha tomado maacutes fuerza
en los uacuteltimos tiempos dado a las consecuencias que el cambio climaacutetico ha traiacutedo para
el planeta es por esto que se debe pensar en la sostenibilidad del mismo
Asiacute por ejemplo en Septiembre de 2019 la Organizacioacuten Meteoroloacutegica Mundial junto
a las principales organizaciones de ciencia climaacutetica adheridas a Naciones Unidas
revelaron en un informe la evidente y creciente brecha que divide los objetivos acordados
para abordar el calentamiento global y la realidad actual del planeta asiacute como de que tan
solo en junio de 2019 se emitieron 50 megatoneladas de carbono a la atmosfera que el
hielo marino del Aacutertico ha disminuido en un 12 por deacutecada desde 1979 hasta 2018
Colombia a traveacutes del Ministerio de Ambiente en 2016 creoacute la Poliacutetica Nacional de
Cambio Climaacutetico que consiste en promover una gestioacuten de cambio climaacutetico que
contribuya a avanzar en una senda de desarrollo resiliente al clima y baja en Carbono
que reduzca los riesgos asociados a las alteraciones por efectos del cambio climaacutetico
Actualmente el Plan Nacional de Desarrollo de nuestro paiacutes propone avanzar hacia la
transicioacuten de actividades productivas comprometidas con la sostenibilidad y la mitigacioacuten
del cambio climaacutetico impulsar las energiacuteas renovables y avanzar en el conocimiento de
escenarios de riesgo actuales y futuros
Colombia cuenta con un parque de generacioacuten de 1677875 MW (a diciembre de
2017) Esta se encuentra dominada por la generacioacuten de energiacutea hidroeleacutectrica que
corresponde al 6988 del total de la capacidad (XM 2017) En segundo lugar se
encuentran las centrales teacutermicas a gas y carboacuten que de manera agregada alcanzan un
porcentaje del 2167 (Teacutermica a gas con una capacidad de 226995 MW equivalente a
un 1353 y a carboacuten con 13653 MW correspondiente a un 814 del total) El
porcentaje restante (845) pertenece a generacioacuten mediante diversas tecnologiacuteas
(Liacutequidos Gas-Liacutequidos Biomasa y Viento la cual cuenta con solo un porcentaje de
011) todos los datos han sido extraiacutedos de la tesis laquoIdentificacioacuten de proyectos con
potencial de generacioacuten de energiacutea eoacutelica como complemento a otras fuentes de
generacioacuten eleacutectrica en el departamento de Boyacaacuteraquo obra de Renata Catalina Siabato
96
Benavides Seguacuten la Unidad de Planeacioacuten Minero Energeacutetica del Ministerio de Minas y
Energiacutea de Colombia actualmente solo hay instalados en el paiacutes 1842 megavatios de
potencia eoacutelica parque Jepiacuterachi (en Uribiacutea Guajira) propiedad de Empresas Puacuteblicas
de Medelliacuten SA Entroacute en operacioacuten en abril de 2004
Para la investigacioacuten de este proyecto se usa la metodologiacutea de tipo cientiacutefico dado a
que para el disentildeo y construccioacuten del prefabricado en concreto de alta resistencia se usan
instrumentos para medir la resistencia del concreto hasta encontrar el disentildeo de mezcla
oacuteptimo para la construccioacuten del prefabricado Es por esto que el inicio del trabajo es
praacutectico porque se debe encontrar la resistencia optima el disentildeo de la forma del
prefabricado y la validacioacuten en laboratorio para finalmente hacer ensayos en campo de
prueba
97
1 PROBLEMA DE INVESTIGACIOacuteN
El Cambio Climaacutetico se ha hecho mucho maacutes notable en los uacuteltimos antildeos quizaacute los
efectos maacutes importantes de esta gran cataacutestrofe natural son la sequiacutea y las altas
temperaturas que afectan principalmente a territorios de clima caacutelido esto se debe a la
accioacuten del ser humano en la tierra donde en eacutepocas anteriores se disponiacutea de los
recursos naturales sin tener alguacuten tipo de restriccioacuten y maacutes aun sin restaurar el dantildeo que
se haciacutea tal vez creyendo que los recursos nunca acabariacutean con el pasar de los antildeos los
gobiernos y diferentes organizaciones mundiales se han planteado objetivos con el fin de
prevenir la accioacuten del cambio climaacutetico entre las que han sido incluidas las energiacuteas
renovables
Tambieacuten se ha visto un decrecimiento de la poblacioacuten en el municipio de Agua de Dios
donde su economiacutea ha caiacutedo y se ha venido apostaacutendole al campo turiacutestico donde se ve
limitado por sus atractivos ya que estos han venido decayendo con el pasar de los antildeos
sin una implementacioacuten de nuevos atractivos
En la zona donde se implementa el proyecto a pesar de ser una de las zonas maacutes
turiacutesticas y reconocidas en Agua de Dios se tiene una gran inseguridad ya que es
concurrida por personas que se dedican a consumir sustancias psicoactivas lo que
conlleva a tener maacutes probabilidades de un ataque por parte de estas personas todo esto
se ve en las horas de la noche donde falta la iluminacioacuten ya que el alumbrado puacuteblico es
escaso casi nulo en esta parte ademaacutes de tener en cuenta los grandes costos por el
alumbrado puacuteblico lo que se vuelve un problema para la comunidad ya que se crea una
dependencia a estos pagos por energiacutea eleacutectrica existiendo energiacuteas alternativas y auto
sostenibles
98
11 PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIOacuteN
Para abordar el disentildeo experimental de esta investigacioacuten es necesario aclarar que
este trabajo pertenece al macro proyecto de investigacioacuten lsquoPrefabricados de Nueva
Generacioacuten para obras de Infraestructura vialrsquo cuyo propoacutesito es disentildear prototipos
prefabricados que incorporen materiales reciclados En el caso de Step by Step se
propone un adoquiacuten peatonal en concreto hidraacuteulica bicapa con un recubrimiento en
concreto transluacutecido compuesto por poliacutemeros y vidrio reciclado
Figura 1 Distribucioacuten de variables de la Investigacioacuten
Fuente los autores
Es asiacute como surge la variable dependiente que es el prototipo para el sendero
inteligente lsquoStep by Steprsquo las variables independientes que seraacuten modificadas en el
Variable Interviniente
Variable Dependiente
Variable Dependiente
Sendero Inteligente
Disentildeo de mezcla
Agregados reciclados
Concreto hidraacuteulico
Geometriacutea
Carga de servicio
Especificiaciones teacutecnicas NTC2017
Resistencia
Compresioacuten
Flexioacuten
Absorcioacuten
99
proceso es el disentildeo de la mezcla la geometriacutea y la resistencia todo esto que se ajuste
a las condiciones del contexto como es el uso de agregados reciclados cementos por
desempentildeo o cementos hidraacuteulicos la carga de servicio y las especificaciones NTC 2017
que regulan tanto la geometriacutea como su resistencia medida a la compresioacuten a flexioacuten y
la absorcioacuten tal como se indica en la Figura 1
Este trabajo de investigacioacuten pertenece al semillero SEUS y forma parte del macro
proyecto lsquoPrefabricados de nueva generacioacuten para obras de Infraestructura Vialrsquo de la
liacutenea de investigacioacuten institucional acuteHaacutebitat Biodiversidad y tecnologiacuteas Sosteniblesrsquo y de
la liacutenea de grupo lsquoInfraestructura y Nuevas Tecnologiacuteasrsquo Enmarcado en la misioacuten de la
Universidad Piloto de Colombia de
ldquoIncorpora a la comunidad acadeacutemica como partiacutecipe en el aacutembito
cientiacutefico inmersa en una cultura de investigacioacuten caracterizada por ser
reflexiva pertinente sistemaacutetica y metoacutedica con el objeto de promover
los desarrollos urbanos y regionales de su aacuterea de influencia en los
aacutembitos nacional e internacional asiacute como los demaacutes prospectados
acorde con los eacutenfasis y campos de accioacuten de la Universidadrdquo (UPC
2018 paacuteg 19)
En consecuencia luego de recibir la carta de aceptacioacuten y agradecimiento de la
Secretariacutea de Planeacioacuten y de instalar el tramo de prueba en el Parque Simoacuten Boliacutevar del
municipio de Agua de Dios se realizaron labores de apropiacioacuten social del conocimiento
como programas de televisioacuten en el canal local H2O Televisioacuten participacioacuten en eventos
cientiacuteficos como el Encuentro de Semilleros TEINCO 2020 entre otras actividades
100
12 PREGUNTA DE INVESTIGACIOacuteN
Alrededor del mundo se estaacuten impulsando proyectos importantes que abarcan el uso
de energiacuteas renovables como una alternativa a la reduccioacuten de contaminacioacuten esto se
ha visto reflejado en la construccioacuten de infraestructura sostenible implementado energiacuteas
renovables como la solar piezoeleacutectrica eoacutelica entre otras tambieacuten en los paiacuteses maacutes
desarrollados se identifica un matrimonio entre las energiacutea renovables y el turismo donde
se combinan con la infraestructura generando impacto positivo en ellos A partir de esto
se formula la siguiente pregunta de investigacioacuten
iquestCoacutemo prototipar un adoquiacuten para pavimento articulado de traacutensito
peatonal que permita iluminar el paso del peatoacuten almacenando la
energiacutea solar que absorbe durante el diacutea para luego convertirla en
iluminacioacuten eleacutectrica en la noche
101
2 JUSTIFICACIOacuteN
Se ha identificado una problemaacutetica ambiental que se incrementa al pasar el tiempo
en el mundo esto por la generacioacuten de contaminantes al utilizar energiacuteas no renovables
ademaacutes en el municipio de Agua de Dios se observa una carencia en infraestructuras que
permitan ser un centro turiacutestico de la regioacuten ya que se ve opacado por los municipios
vecinos resulta de gran importancia generar proyectos los cuales implementen las
energiacuteas renovables y maacutes en el municipio de agua de dios donde es necesario un
desarrollo turiacutestico para el cual se vea sustentado con una infraestructura de intereacutes
generando un desarrollo econoacutemico social cultural y ambiental en el municipio
El proyecto Step by Step sendero inteligente surge de la necesidad de tener
infraestructura innovadora y amigable con el medio ambiente este proyecto trata de un
sendero peatonal el cual se piensa construir por medio de un conjunto de adoquines
disentildeados de forma que permitan obtener una luminiscencia por medio de bombillos led
instalados en el disentildeo y alimentados por medio de energiacutea solar ademaacutes de
implementar en el disentildeo un conjunto de sensores los cuales funcionen armoacutenicamente
con los visitantes prendiendo y apagando al desplazamiento de cada usuario
El proyecto Step by Step es importante para la comunidad del municipio de Agua de
Dios ya que con este proyecto se incentiva el cuidado por el medio ambiente tambieacuten
tiene un impacto positivo directo en la comunidad de la zona ya que se valorizan los
predios y los negocios alrededor de la vereda los chorros al atraer maacutes turistas genera
que tengan un crecimiento econoacutemico ademaacutes de poder utilizar el mismo sendero como
base para diferentes actividades de prestacioacuten de servicios generando nuevos empleos
en el municipio y al mismo tiempo mejorando la calidad de vida de los habitantes
Debido a que en la zona y generalmente en el paiacutes no se implementan los suficientes
proyectos que permitan un desarrollo de la infraestructura de la mano con el medio
ambiente este proyecto aporta en el desarrollo de proyectos futuros en el campo de los
senderos inteligentes primordialmente e infraestructura vial ademaacutes de ser un aporte en
el desarrollo de infraestructura innovadora dirigida al sector turiacutestico todo esto con la
implementacioacuten de energiacutea solar
102
Como consecuencia de la formacioacuten en investigacioacuten de la Universidad Piloto de
Colombia se justifica el proyecto Step by Step que aporta a la comunidad del municipio
de Agua de Dios impactando en su cultura en la parte religiosa con las congregaciones
que se realizan en esta zona y en su historia ya que se revitaliza un lugar emblemaacutetico
para los primeros habitantes del municipio tambieacuten aporta en el aspecto cientiacutefico ya que
la implementacioacuten de las nuevas formas de construccioacuten de concreto incentivan a la
investigacioacuten de las mismas a implementarse en la tecnologiacutea gracias a las energiacutea
renovables utilizadas y el concreto translucido el cual seraacute innovador para el municipio e
impactando beneficiosamente a el desarrollo por medio de la mejora en su turismo y asiacute
mismo en la economiacutea de la poblacioacuten que trabaja en esta zona
El proyecto step by step aporta a la misioacuten institucional por medio de los anaacutelisis a la
poblacioacuten sobre sus necesidades y daacutendole la solucioacuten a estas como lo es la parte
econoacutemica ya que el municipio se encuentra enfocado en la parte turiacutestica como fuente
de dinero generando estabilidad econoacutemica y bienestar en la poblacioacuten que beneficiada
con este proyecto y se puede observar un manejo adecuado del medio ambiento con
energiacuteas renovables
En consecuencia el proyecto Step by Step se articula con la misioacuten de un ingeniero
Unipiloto como una herramienta desarrollada por personas integrales soportado sobre
una soacutelida fundamentacioacuten conceptual que se brindaron en las aacutereas teacutecnicas y
cientiacuteficas a lo largo de la carrera universitaria se ajusta a la realidad del municipio de
Agua de Dios y busca soluciones puntuales en temas sociales ambientales turiacutesticos y
econoacutemicos
103
3 OBJETIVOS
31 OBJETIVO GENERAL
Prototipar y validar en campo un adoquiacuten para pavimento articulado peatonal
prefabricado en concreto hidraacuteulica bicapa y que en su interior tenga una pieza
translucida que sea capaz de transformar la energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica con el
fin de que cuando el peatoacuten transite con su pisada active un sensor y este encienda una
luz led que se encuentra al interior de la pieza de concreto
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Validar en laboratorio un adoquiacuten en concreto hidraacuteulico que se ajuste a las con las
Especificaciones teacutecnicas NTC 2017
Disentildear y validar en laboratorio la geometriacutea del adoquiacuten bicapa usando concreto
transluacutecido (Perdomo C amp Fandintildeo M 2020) y medir su resistencia a la compresioacuten
flexioacuten y la absorcioacuten para luego ser comparado con la NTC 2017
Disentildear y validar en campo el sistema de encendido usando sistemas alternativos
como los paneles solares
104
4 MARCOS DE REFERENCIA
41 MARCO DE ANTECEDENTES
Estudiantes mexicanos del Instituto Tecnoloacutegico de Estudios Superiores Monterrey
(ITESM) campus puebla desarrollaron un proyecto denominado Enegy Floor el cual es
un sistema que aprovecha el flujo de peatones para la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica
es una tecnologiacutea que se instala debajo de los pisos convencionales como las losetas
Seguacuten este proyecto cada vez que una persona pasa sobre el piso soportado por este
desarrollo tecnoloacutegico se activa un dispositivo mecaacutenico que produce cinco watts de
electricidad por cada paso (MAGAZINE 2020)
Los estudiantes artiacutefices de este proyecto expresaron que es una tecnologiacutea amigable
con el medio ambiente puesto que es un dispositivo que se activa con fuerza mecaacutenica
Para su elaboracioacuten los estudiantes usaron aluminio y una loseta que fue elaborada a
basa de poliacutemero ultrarresistente denominado nylamid (MAGAZINE 2020) El factor
diferencial entre el proyecto de los estudiantes mexicanos y Step by Step es que ellos
usan energiacutea mecaacutenica del flujo peatonal Step by Step usa energiacuteas renovables como la
solar
En Rotterdam existe una empresa llamada Energy Floors que antes era conocida
como Club de Baile Sostenible pues dicha empresa estaacute revolucionando el panorama de
la energiacutea sostenible al transformar la energiacutea cineacutetica y mecaacutenica que se produce al
caminar en energiacutea eleacutectrica En 2008 lanzaron su producto Sustainable Dance Floor
(SDF) que utiliza el movimiento de las personas como fuente de energiacutea al convertir la
energiacutea cineacutetica en energiacutea eleacutectrica Con ella se alimentan las luces LED de la pista de
baile creando una atmoacutesfera de discoteca y proporcionando al puacuteblico una experiencia
interactiva Esto es asiacute porque los moacutedulos que integran la pista de baile se flexionan al
ser pisados creando un movimiento que se transforma en energiacutea eleacutectrica por un
pequentildeo generador interno Cada moacutedulo de un tamantildeo de 75x75x20 cm puede producir
hasta 35 vatios de salida sostenida Entre cinco y veinte vatios por persona
(CONSTRUIBLE 2015) Al igual que el proyecto de los estudiantes la diferencia con Step
by Step es que se usa energiacutea mecaacutenica generada por las pisadas de las personas en
este caso en pistas de baile de discotecas
105
El mexicano Joseacute Carlos Rubio Avalos quien es investigador de la Universidad
Michoacana de San Nicolaacutes de Hidalgo buscoacute otra funcioacuten para el cemento el
investigador pensoacute en que el cemento casi siempre estaba expuesto a la radiacioacuten solar
y debiacutea buscar la manera de desarrollar una investigacioacuten innovadora Por esto el material
creado por el investigador consiste en absorber la radiacioacuten ultravioleta durante el diacutea
para luego brilla en la noche (BBC 2016)
El problema que el investigador tuvo es que el cemento es un cuerpo opaco y no
permite el paso de luz por eso estudioacute la composicioacuten del cemento Portland que es el
maacutes usado alrededor del mundo modificoacute la estructura microscoacutepica y con este cambio
logroacute que el material absorbiera los rayos uv El investigador Joseacute Carlos explicoacute en una
entrevista para la BBC Mundo que lo que se busca era permitir el paso y difusioacuten de luz
solar a traveacutes del siacutelice que se encuentra presente en el cemento el siacutelice es el mismo
material con el que se fabrica el vidrio (BBC 2016)
A lo que se refiere en si al proyecto del investigador mexicano es a cambiarle las
propiedades oacutepticas del material para hacerlo fosforescente Es un proceso logrado por
la incorporacioacuten de aditivos los cuales permiten que la luz pase y se pueda observar un
color de la fosforescencia El cemento como es un material orgaacutenico tiene mayor
rendimiento y durabilidad en el proceso (Avalos 2016)
El cemento fosforescente es un material mucho maacutes costoso que un cemento
convencional es por eso que solo se concibe como una capa de recubrimiento para
fachadas de edificios o para la sentildealizacioacuten de viacuteas Este proyecto mexicano es un
proyecto similar a Step by Step pues lo que se busca es hacer uso de las energiacuteas
renovables tambieacuten
En Holanda se construyoacute un proyecto denominada SolaRoad lo que se hizo fue
sustituir el asfalto por un pavimento que integra paneles solares fotovoltaicos ademaacutes de
esto se incluyeron luces led para iluminar el sendero en diacuteas de niebla y un sistema para
calentar la viacutea y evitar la formacioacuten de placas de hielo en invierno en el invierno En el
primer antildeo cumplido de este proyecto se han producido 70 KWh al antildeo por cada metro
cuadrado lo que ha sido suficiente para abastecer a tres viviendas
El primer antildeo de funcionamiento de un tramo de 70 metros ha llevado a los
investigadores a concluir que el proyecto funciona muy bien pero econoacutemicamente aun
no es factible porque en la construccioacuten se invirtieron 3 millones de euros y haciendo la
106
conversioacuten por cada KWh ha hecho un retorno final de tan solo 1862 euros (SOLAROAD
2016)
Figura 2 Sistema de pavimento Solaroad
Fuente (Ramos 2014)
Como se evidencia en la imagen anterior los constructores instalan moacutedulos de
concreto con una capa transparente que permite que la luz se infiltre debajo de dicha
capa se instalas celdas solares que recogen la energiacutea y finalmente son las que sirven
para alimentar el alumbrado puacuteblico la luz del traacutefico y hasta los hogares (SOLAROAD
2016)
El factor diferencial entre Solaroad y Step by Step es que el sendero de Step by Step
hace aprovechamiento de la energiacutea usando un solo panel solar y Solaroad hace uso de
cierta cantidad de moacutedulos solares para ser instalados en todo el tramo
China es uno de los paiacuteses que maacutes estaacute interesado e invierte en el uso de energiacuteas
renovables con el fin de innovar y dominar el mercado de dicha tecnologiacutea es por esto
107
que se disentildeoacute y construyoacute una autopista con paneles solares en la ciudad de Jinan
(Bradsher 2018)
Figura 3 Autopista China de Paneles solares
Fuente (Bradsher K 2018)
Este proyecto es importante nombrarlo en este documento porque destaca el gran
crecimiento que ha tenido el uso de paneles solares en el mundo y de que China uno
de los paiacuteses maacutes desarrollados del mundo esteacute apostando e invirtiendo en el uso de las
energiacuteas renovables
En la India se estaacute revolucionando el mercado de los paneles solares por la
construccioacuten de plantas de energiacutea solar sobre canales de agua esto hace que se
cumplan dos tareas importantes para la preservacioacuten del medio ambiente la primera es
la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica aprovechando la energiacutea solar y la segunda es la
preservacioacuten del liacutequido precioso evitando la evaporacioacuten
108
Figura 4 Canal solar en India
Fuente (ingrenovables 2014)
El Jefe de Gobierno Indio el Sr Narendra Modi inauguraraacute la primera serie de este
proyecto conocido como Canal Proyecto de Energiacutea Solar cuando ponga en marcha un
proyecto piloto de 1 megavatio (MW) que ya se encargoacute en el canal de la rama Narmada
cerca de la aldea Chandrasan de Kadi taluka en el distrito Mesina el martes
(indiasolarpowercanals 2015)
El proyecto de la India es de importancia mencionarlo en este documento dado a su
similar parecido con Step by Step pues los dos hacen uso de la energiacutea solar para
preservas los recursos medio ambientales que cada vez son maacutes escasos es de gran
aporte el conocimiento adquirido en cuanto a la forma en la que se construye el proyecto
para preservar el agua tambieacuten
En 2018 se dijo que La Guajira en Colombia se convertiriacutea en escenario de los grandes
proyectos de generacioacuten de energiacutea eleacutectrica a partir del viento que abasteceraacuten el
Sistema Interconectado Nacional (SIN) en la proacutexima deacutecada (Suaacuterez 2018)
109
A finales de febrero pasado la Autoridad Nacional de Licencias Ambientales (ANLA)
comenzoacute el estudio del que seraacute uno de los parques eoacutelicos representativos que tendraacute
el paiacutes por su tamantildeo y capacidad de produccioacuten y que se sumaraacute a otros que se
montaraacuten en la citada zona (Suaacuterez 2018) Se trata del proyecto de Generacioacuten de
Energiacutea Eoacutelica Alpha que desarrolla la empresa Vientos del Norte que pertenece al
conglomerado portugueacutes Renovatio Group como lo registra el Certificado de Reporte del
Sistema de Informacioacuten sobre Biodiversidad de Colombia (CR-SIB) (Suaacuterez 2018)
Este parque eoacutelico que tendraacute una capacidad de generacioacuten superior a los 200
megavatios (Mw) es la primera iniciativa que evaluacutea la Anla ya que se requiere
autorizacioacuten de la autoridad nacional ambiental despueacutes de los 100 Mw de energiacutea
(Suaacuterez 2018)
Es importante destacar este proyecto de recoleccioacuten de energiacutea eleacutectrica a traveacutes de
la energiacutea eoacutelica en este documento dado a que en este documento y para este proyecto
estamos tratando con todo tipo de energiacuteas renovables aunque es un proyecto que estaacute
en estudios y en traacutemite de licencias con antelacioacuten se sabe que seraacute un boom de
innovacioacuten con respecto a paiacuteses de la regioacuten y que se estaacuten apoyando los proyectos
que abarquen el uso de energiacuteas limpias en el paiacutes Step by Step estaacute pensado para que
funcione con cualquier tipo de energiacutea renovable que se pueda aprovechar
Seguacuten la revista dinero en Barranquilla con el cambio de administracioacuten de alcaldiacutea y
de gobernacioacuten del Atlaacutentico se vienen cambios en temas energeacuteticos para la regioacuten
Caribe pues se sabe desde antildeos atraacutes que Electricaribe tiene millonarias deudas y presta
un servicio deficiente el alcalde Jaime Pumarejo anuncioacute la adjudicacioacuten de los nuevos
operadores para el 20 de Marzo de 2020 tambieacuten dio luces sobre la nueva poliacutetica de
energiacutea en la reciente edicioacuten del Congreso Nacional de Infraestructura en noviembre de
2019 (DINERO 2020)
El alcalde Pumarejo dijo que es un proyecto que estaacute pensado en primera fase para la
autogeneracioacuten de la alcaldiacutea de Barranquilla para luego general y comercializar energiacuteas
renovables (DINERO 2020) El mandatario explicoacute que el desarrollo econoacutemico de la
capital del Atlaacutentico implica contar con energiacuteas de fuentes renovables Estas son
sinoacutenimo ndashseguacuten eacutelndash de maacutes ingresos empleo y resiliencia ante el cambio climaacutetico
(DINERO 2020)
110
Barranquilla es reconocida mundialmente como la capital energeacutetica de Colombia es
por esto que vale la pena mencionar esta clase de proyectos dentro de la redaccioacuten de
este documento porque el uso de energiacuteas renovables va tomando cada vez maacutes fuerza
en nuestro paiacutes y es de gran importancia para nosotros como ingenieros civiles
aprovechar esta oportunidad para crear proyectos innovadores como Step by Step que
hace usos de energiacuteas limpias y se puede implementar en cualquier parte del paiacutes
En Londres existe una empresa llamada Pavegen que es una compantildeiacutea de
tecnologiacutea limpia esta empresa adopta un enfoque innovador hacia la sostenibilidad al
generar energiacutea a partir de algo que la mayoriacutea de la gente hace todos los diacuteas caminar
La compantildeiacutea innovando en la arquitectura inteligente ha presentado la primera lsquovereda
inteligentelsquo del mundo en Londres un camino que transforma el pavimento en un generador
de energiacutea eleacutectrica esto gracias al paso que dan los peatones A diferencia de anteriores
instalaciones en Washington DC y Rio de Janeiro el proyecto en Londres cuenta con su
propia app brindado informacioacuten exacta a los visitantes sobre la energiacutea que estaacuten
generando e incentivando su uso al brindar descuentos en tiendas comerciales por los pasos
que den (ARQUITECTOS 2018)
Seguacuten el CEO de Pavegen Laurance Kemball-Cook quien sentildealoacute que esta es una nueva
aacuterea de produccioacuten de energiacutea una que ofrece muchas posibilidades interesantes laquoCuando
una persona camina genera 5 vatios de energiacutea de forma continua por lo que usted es
como todos somos una fuente de alimentacioacuten de 5 vatios Ahora imagine 10 personas eso
es 50 vatios de energiacutea de forma continua Puede que no parezca una cantidad exorbitante
de energiacutea pero es suficiente para suministrar energiacutea para una serie de necesidades Por
ejemplo la tecnologiacutea se puede utilizar para iluminar caminos a medida que los peatones
caminan sobre ellos lo que podriacutea frenar el crimen (ARQUITECTOS 2018)
111
Figura 5 Baldosa que produce energiacutea eleacutectrica
Fuente Pavegencom
El CEO tambieacuten sentildealoacute que el proyecto es muy importante y puso como ejemplo Grand
Central Station en Londres donde diariamente transitan unas 40000 personas por hora esa
energiacutea que generan esas personas se almacena en bateriacuteas y en la noche se enciende
Asiacute que los municipios las estaciones de tren las oficinas las escuelas en cualquier lugar
con mucha gente caminando son perfectas para el proyecto (ARQUITECTOS 2018)
El proyecto realizado en Londres es muy similar a Step by Step puesto que los dos se
tratan de un sendero inteligente El factor diferencial es que Step by Step convierte la energiacutea
solar en energiacutea eleacutectrica el proyecto de Londres lo que hace es convertir la energiacutea cineacutetica
que generan las personas al caminar en energiacutea eleacutectrica
En Madrid Espantildea se ha unido el Aacuterea de Emprendimiento Empleo e Innovacioacuten quien
ha impulsado el proyecto y el Aacuterea de Medio Ambiente y Movilidad que ha corrido con los
gastos para crear un cruce peatonal inteligente el proyecto se trata de crear un cruce
peatonal inteligente para reducir los accidentes por lo cual se ha escogido una zona poco
luminosa en horas de la noche (PAIS 2020)
112
Figura 6 Cruce peatonal inteligente
Fuente (PAIS 2020)
Seguacuten la portavoz de las concejaliacuteas que llevan a cabo el proyecto que cuenta con un
paso de cebra cuenta con una sentildeal lumiacutenica que funciona con sensores y
tecnologiacutea led y que se activa en modo nocturno cuando cruza un peatoacuten Al detectar a
la persona se encienden de forma continua las sentildeales horizontales y los cajones
lumiacutenicos de las sentildeales verticales Cuando no hay nadie el sistema permanece en
reposo (PAIS 2020)
Sobre la construccioacuten y mejoras en la fabricacioacuten e instalacioacuten de adoquines se
conocioacute que Samuel S Lngalls de Chicago en Illinois en el antildeo 1877 patentoacute un adoquiacuten
en concreto con una forma rectangular (Estados Unidos Patente nordm 952S6 1877) Pero
el inventor se dio cuenta que el adoquiacuten patentado presentaba fallas a la hora de su
instalacioacuten por lo que realizoacute un estudio para verificar las fallas y asiacute poder mejorar esto
Para lo cual patentoacute una mejora para la instalacioacuten de los adoquines en donde Samuel
Lngalls dejoacute un paso a paso para evitar que los adoquines se fracturaran con el tiempo
113
la fractura se da en las esquinas y para esto se debe poner cemento en las juntas y
esquinas
De la misma manera que Samuel Lngalls Charles Pettit tambieacuten realizoacute una patente
de la invencioacuten de un adoquiacuten pero dicha patente fue hecha en Greenford en el condado
de Mahoning y el estado de Ohio en el antildeo 1912 En la misma patente deja una guiacutea
praacutectica de instalacioacuten de dichos adoquines Pettit realiza esta invencioacuten para solucionar
la problemaacutetica de que los adoquines se desencajen y en muchas ocasiones presente
pandeo en una viacutea de adoquines estos pandeos generan en algunos casos accidentes
viales Esto lo soluciona garantizando un enclavamiento seguro entre las filas de
adoquines adyacentes y se puede hacer el enclavamiento dado a la forma del adoquiacuten
patentado el enclavamiento entre filas y columnas de adoquines evita el desplazamiento
y el pandeo del pavimento articulado (Estados Unidos Patente nordm 573212 1912)
42 MARCO TEOacuteRICO
Por medio del marco teoacuterico se pone en contexto las bases teoacutericas de la metodologiacutea
realizada para la construccioacuten del sendero inteligente en el cual se explicaran diferentes
tipos de tecnologiacuteas entre las cuales se encuentra la implementacioacuten de la tecnologiacutea de
generacioacuten de energiacutea por medio de componentes electroacutenicos de piezoelectricidad los
cuales aprovechan la energiacutea cineacutetica al caminar convirtieacutendola en energiacutea eleacutectrica
tambieacuten las tecnologiacuteas que utilizan energiacutea eleacutectrica para la construccioacuten de senderos
inteligentes los pavimentos inteligentes que aprovechan la energiacutea solar por medio de
paneles solares instalados en su estructura que aprovechan la energiacutea para los usos en
su entorno o en su misma estructura
Tipos de pavimentos inteligentes
En el mundo al pasar de los tiempos y con la incorporacioacuten de nuevas tecnologiacuteas al
mercado se han realizado diversos tipos de pavimentos los cuales tienen diferentes
caracteriacutesticas utilizando diferentes tipos de energiacuteas siendo las maacutes utilizadas la
piezoelectricidad la energiacutea eleacutectrica y la energiacutea solar
Piezoeleacutectricos
114
Uno de estos es el sendero inteligente presentado por pavegen en Londres el 29 de
junio del 2017 llamado Bird Street el cual utiliza la energiacutea piezoeleacutectrica
Bird Street se estaacute asociando con una serie de visionarios tecnoloacutegicos que incluyen
Pavegen Que fabrica una galardonada tecnologiacutea de pisos de generacioacuten de datos y
electricidad La compantildeiacutea del Reino unido ha instalado una matriz de 10 metros
cuadrados que inicialmente enciende luces y sonidos de paacutejaros y tambieacuten proporciona
una fuente de datos de energiacutea Incorporaraacute transmisores bluetooth de baja energiacutea que
le permitiraacuten interactuar con aplicaciones de marca por ejemplo recompensar a los
usuarios con descuentos cupones y recursos educativos para sus pasos en el sistema
pavegen (PAVEGEN 2017)
Este pavimento inteligente con la tecnologiacutea pavegen fue el primero en su tipo ya que
utiliza la energiacutea de las pisadas en el cual logra captar la energiacutea cineacutetica que se produce
al caminar sobre la superficie del pavimento por medio de un sistema en el cual se
posicionan 3 dispositivos en cada esquina de adoquiacuten y al pisarlo gracias al peso propio
del usuario se presionan los 3 a la vez esto ocasiona que el dispositivo descienda
generando electricidad gracias a los principios de la piezoelectricidad los cuales son
contemplados de la siguiente manera
Cuando una presioacuten es aplicada a u material piezoeleacutectrico causa una deformacioacuten
mecaacutenica y a su vez un desplazamiento de cargas Estas cargas son directamente
proporcionales a la presioacuten aplicada Si se ejerce una presioacuten a los extremos del eje polar
se produce polarizacioacuten un flujo de electrones de carga negativa mientras que en el
extremo opuesto se induce una carga positiva (Chacon Cesar Alexander 2012)
La tecnologiacutea para los senderos inteligentes se ha visto fortalecida en los uacuteltimos antildeos
ya que se viene implementando en diferentes proyectos en el mundo como antes se
nombroacute la piezoelectricidad es una de ellas siendo practica ya que funciona con la
presioacuten generada por los usuarios algo que es muy concurrido en un pavimento en ese
orden de ideas esta tecnologiacutea permite que el pavimento sea auto sustentable ya que
gracias a estas presiones se genera energiacutea
Energiacutea que se utiliza de la siguiente forma
La energiacutea proveniente de los pasos es captada por el material piezoeleacutectrico como
anteriormente se analizoacute el cual se encuentra situado al adoquiacuten del pavimento de forma
115
que esta genera corriente alterna la cual por medio de un convertidor se transforma a
corriente directa la cual sirve en este caso para el funcionamiento de los diferentes
aparatos electroacutenicos a traveacutes del sendero inteligente antes de ser enviada la energiacutea es
almacenada en una bateriacutea la cual garantiza que el sendero disponga de energiacutea en todo
momento para posteriormente ser enviada a las innovaciones instaladas con el fin de ser
utilizadas cada vez que un usuario pise los piezoeleacutectricos
Eleacutectrico
Otro tipo de sendero inteligente es el denominado como sendero inteligente de Espantildea
castilla y leoacuten alimentado por energiacutea eleacutectrica el cual tiene las siguientes caracteriacutesticas
El sendero homologado es una instalacioacuten deportiva identificada por las marcas
registradas GRreg PRreg oacute SLreg que se desarrolla preferentemente en medio natural y
sobre viales tradicionales puacuteblicos o privados Es un entramado de caminos sentildealizados
bajo una normas estandarizadas y reconocidas a nivel internacional y que han pasado el
sello de calidad de la federacioacuten de deportes de montantildea escalada y senderismo de
castilla y leoacuten (FDMESCYL 2017)
Los senderos de deportes extremos se realizan en partes rurales mayormente esto
dificulta implementar tecnologiacuteas en estos el sendero de castilla y leoacuten se considera
inteligente ya que se han implementado estas tecnologiacuteas eficientemente durante el
recorrido de los senderos en los deportes extremos los que resaltan son los siguientes
El sendero inteligente incluye obras de gran envergadura como el enlosado de la
totalidad del firme instalacioacuten de puntos de recargas de moacuteviles y dispositivos
electroacutenicos que cuentan con tomas USB y la colocacioacuten de maacutequinas expendedoras de
bebidas y aperitivos Las novedades del nuevo tramo se completan con la posibilidad de
que los senderistas se conecten a una red WIFI gratuita que permite a los usuarios estar
geo localizados en todo momento y monitorizados por los equipos de emergencia de
castilla y leoacuten (FDMESCYL 2017)
El sendero inteligente de Castilla y leoacuten es un beneficio para los turistas y
ciudadanos que concurren en esta zona de Espantildea se evidencia en este sendero
inteligente que cubre gran cantidad de recorrido siendo este para deportes extremos
generando seguridad a los usuarios gracias a las tecnologiacuteas implementadas a traveacutes del
mismo como lo es la interconexioacuten entre los usuarios por medio de wifi gratuito
116
permitiendo tambieacuten el reporte de emergencias a la praacutectica de los deportes extremos a
lo largo del sendero y tambieacuten un sistema de ahorro de energiacutea con farolas que regulan
la cantidad de luz emitida gracias a sensores que permiten captar la cantidad de luz en
el entorno y disminuyeacutendola cuando no sea necesaria
Energiacutea solar
Un tipo de pavimento inteligente es el alimentado por energiacutea solar son las placas de
pavimento solar roadways quienes han hecho investigaciones para generar placas con
paneles de energiacutea solar con el fin de crear pavimentos inteligentes que funciones con
base a esta energiacutea renovable
SOLAR ROADWAYS es un sistema modular de paneles solares que se pueden
caminar y conducir Nuestros paneles solares contienen luces LED para crear liacuteneas de
sentildealizacioacuten sin pintura Contienen elementos calefactores para evitar la acumulacioacuten de
nieve y hielo Los paneles contienen microprocesadores los cuales los hace inteligentes
Esto permite que los paneles se comuniquen entre si una estacioacuten de control central y
los vehiacuteculos (SOLAR ROADWAYS 2020)
La energiacutea solar es una de las maacutes famosas y maacutes utilizadas entre las energiacuteas
renovables ya que el sol genera energiacutea permanente que en su mayoriacutea no es utilizada
por el ser humano los pavimentos tienen contacto con el sol a diario ya que se
encuentran a la intemperie generando una oportunidad de aplicacioacuten de teacutecnicas de
recoleccioacuten de energiacutea solar para asiacute mismo utilizarlo en el entorno y para la estructura
misma del pavimento La captacioacuten de energiacutea solar se realiza por medio de un panel
solar que se instala en la parte superior del pavimento teniendo en cuenta que el panel
solar tiene una resistencia mayor al comuacuten ya que tiene que soportar pesos de todo tipo
de vehiacuteculos seguacuten el profesor shyam s nandwani afirma que
la potencia solar que recibe el planeta tierra (fuera de la atmosfera) es cerca de 173 x
10^12 Kw o una energiacutea de 15x^15 kWh por antildeo Al atravesar la atmosfera cerca de 53
de esta radiacioacuten es reflejada y absorbida por el nitroacutegeno oxigeno ozono dioacutexido de
carbono vapor de agua polvo y las nubes Por lo tanto al pasar esta radiacioacuten por una
distancia de 150 millones de km se reduce esta cantidad y el final el planeta recibe
energiacutea promedio de 3x10^17 kWh al antildeo equivalente a 4000 veces el consumo del
mundo entero en un antildeo (7x10^13 kWhantildeo) o cual nos indica el enorme potencial del
sol (nandwani 2005)
117
Con las nuevas tecnologiacuteas la energiacutea solar se ha ido modernizando e incluyeacutendose
en diferentes proyectos entre estos el pavimento inteligente anterior mente nombrado en
cuanto al funcionamiento se puede afirmar que
Para cualquiera de las aplicaciones de la energiacutea solar la parte principal del sistema
es el COLECTOR ndash el artefacto que capta energiacutea solar y convierte en energiacutea uacutetil ndash sea
en forma caloacuterica o eleacutectrica Para la conversioacuten de energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica se
utilizan CELDAS SOLARES proveniente de los materiales semiconductores ndashtipo silicio
principalmente (nandwani 2005)
Despueacutes de convertir la energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica se procede a poner en
funcionamiento el circuito el cual se debe tener en cuenta que
Dependiendo de la capacidad de almacenamiento de la bateriacutea se puede calcular el
tiempo aproximado de funcionamiento de varios dispositivos y el aacuterea necesaria del panel
solar para usos especiacuteficos Una instalacioacuten ademaacutes requiere controlar el voltaje
mediante un regulador dirigir la corriente hacia una bateriacutea para almacenarla Como la
corriente eleacutectrica producida es directa es necesario para algunas aplicaciones un
inversor para convertirla en alterna (nandwani 2005)
Despueacutes de producir la energiacutea eleacutectrica por medio del panel solar instalado en el
pavimento se transfiere a un control de carga el cual regula la energiacutea con el fin de evitar
dantildeos en la bateriacutea la cual se encuentra en el siguiente paso de la energiacutea esta almacena
la corriente para ser utilizada se encuentra el panel produciendo energiacutea o no todo esto
para ser enviada al alumbrado puacuteblico situado en el pavimento volvieacutendolo auto
sostenible
Moacutedulo de control de carga para bateriacuteas
Moacutedulo de control de carga para bateriacuteas de litio Puede ser programado para
comenzar la carga de voltaje y para finalizarla (ELECTRONICA 2020)
Por ejemplo Configurando 12V como voltaje de inicio y 15V como voltaje de parada
cuando el voltaje este por debajo de 12V el releacute se cerraraacute permitiendo la carga de voltaje
a la bateriacutea cuando el voltaje alcance los 15V o sea mayor el releacute se apagaraacute deteniendo
la carga (ELECTRONICA 2020)
118
Caracteriacutesticas
Voltaje de entrada 10-30V
Precisioacuten del display 01V
Precisioacuten del control 01V
Tipo de salida salida directa
Tolerancia plusmn01V
Dimensiones 82x58x18mm
Regulador de carga de panel solar
El regulador solar o regulador de carga es un dispositivo necesario en la instalacioacuten
solar ya que se encarga de controlar la entrada a las bateriacuteas de la energiacutea generada en
los paneles solares El regulador permite por un lado alargar la vida de la bateriacutea y por
el otro obtener informacioacuten y paraacutemetros del funcionamiento de la instalacioacuten Permite
alargar la vida de las bateriacuteas ya que permite el paso de la electricidad seguacuten el estado
en que se encuentre la bateriacutea en cada momento Por ejemplo cuando esta esteacute a un
nivel de carga inferior al 95 permitiraacute el paso libre de toda la electricidad con el objetivo
de cargarla cuanto antes posible Mientras que si se encuentra en un porcentaje de carga
del 95 al 99 permitiraacute el paso de forma muy controlada que es lo que llamamos carga
de flotacioacuten con el fin de llenar al maacuteximo la bateriacutea Por otra parte si la bateriacutea se
encuentra completamente cargada cortaraacute el paso de corriente para evitar sobrecargas
o un sobrecalentamiento del acumulador Gracias a realizar la carga de esta forma se
evitan problemas en las bateriacuteas solares y se alarga al maacuteximo sus antildeos de vida
(DamiaSolar 2016)
Existen 2 tipos de reguladores de carga el PWM o convencional y el MPPT o
maximizador El uso de uno u otro dependeraacute del tipo de placa solar que utilicemos Si
se tratan de placas solares de 36 o 72 ceacutelulas (paneles de hasta 200W) seraacute suficiente
usar un regulador PWM ya que estas placas tienen un voltaje en el punto de maacutexima
potencia alto Mientras que si usamos placas de 60 ceacutelulas (paneles de potencia superior
a 200W) seraacute de uso obligatorio el regulador MPPT ya que estas placas tiene un voltaje
119
menor pues priorizan el amperaje en lugar del voltaje con lo cual seraacute necesario siempre
un regulador MPPT el cual modula el voltaje del panel y lo adapta a las caracteriacutesticas de
las bateriacuteas conectadas (DamiaSolar 2016)
Los paneles solares de 60 ceacutelulas se conocen popularmente como paneles de red ya
que se utilizaban antiguamente en las huertas solares que se conectaban a la red Para
diferenciar los paneles de red de los paneles convencionales se debe mirar su ficha
teacutecnica impresa en la pegatina posterior del panel El panel de red indicaraacute un valor VMP
de solamente 29V o similar mientras que las placas convencionales o de aislada generan
un VMP aproximado de 36 voltios en las placas de 24V y de 18 voltios en las placas de
12V (DamiaSolar 2016)
Para saber si necesito un regulador de 10A 20A 30A 60A o 80A (A= amperios) se
deberaacute mirar el amperaje del panel indicado como corriente nominal o IMP i multiplicarlo
por el nuacutemero de paneles que queramos instalar en la instalacioacuten solar Por ejemplo en
una instalacioacuten solar de 12V donde se instalen 6 placas de 140W 12V el IMP de este
panel seraacute de 797A Por lo tanto si se disponen de 7 placas se obtendraacute una corriente
maacutexima de 5579 y seraacute necesario usar un regulador solar de 60A Tambieacuten es
importante si en un futuro hay previsto instalar maacutes paneles poner ya de inicio un
regulador de mayor capacidad asiacute cuando se instalen seraacute necesario cambiar este
dispositivo (DamiaSolar 2016)
Bateriacutea Recargable
Tanto los paneles solares como las turbinas eoacutelicas son fuente de energiacutea verde y
renovable pero el problema de estos sistemas de autoabastecimiento eleacutectrico reside en
el almacenamiento Las instalaciones tradicionales proporcionan la energiacutea de manera
inmediata de manera que lo que no se consuma en el momento se pierde y ademaacutes si
el diacutea se nubla o el viento se detiene no es posible obtener suministro
(Ambientesoluciones 2020)
Para resolver este inconveniente este grupo de investigadores ha disentildeado
una bateriacutea de flujo segura y rentable que se puede utilizar tanto de manera domeacutestica
como comercial Estaacute elaborada con materiales de bajo coste que se encuentran en la
tierra de forma habitual como carbono oxiacutegeno nitroacutegeno hidroacutegeno hierro y potasio
Los compuestos no son toacutexicos ni tampoco inflamables (Ambientesoluciones 2020)
120
Los materiales no son toacutexicos son baratos y al estar disueltos en una
abundante cantidad de agua son seguros ya que no puede prenderse
fuego un detalle muy importante cuando se estaacuten almacenando grandes
cantidades de energiacutea eleacutectrica cerca de la gente explica Michael J
Aziz uno de los ingenieros que ha desarrollado el invento
(Ambientesoluciones 2020)
A diferencia de las bateriacuteas de electrodos soacutelidos las bateriacuteas de flujo almacenan la
energiacutea en los liacutequidos contenidos en los tanques externos de manera similar a las pilas
de combustible Los tanques establecen la capacidad de almacenamiento y el hardware
de conversioacuten electroquiacutemica a traveacutes del que se bombean los fluidos establece la
potencia (Ambientesoluciones 2020)
Ambos elementos se pueden personalizar para que cada usuario disponga de la
energiacutea atendiendo a sus necesidades Ademaacutes como la cantidad de energiacutea que puede
guardar aumentar con soacutelo aumentar el tamantildeo de los tanques se puede almacenar
mucha maacutes a un menor coste que los sistemas de bateriacuteas tradicionales
(Ambientesoluciones 2020)
Panel solar
El panel solar es el elemento maacutes conocido de los componentes utilizados en la
implementacioacuten de energiacutea solar se trata de un elemento que aprovecha la energiacutea del
sol para transformarlo en energiacutea eleacutectrica o caloacuterica la cual se puede utilizar de
diferentes maneras en esta transformacioacuten de la energiacutea solar se pueden distinguir
diferentes propoacutesitos de la energiacutea la primera por ejemplo es la utilizacioacuten de esta para
producir agua caliente lo cual se ve generalmente en los hogares y la segunda y una de
las maacutes conocidas son la transformacioacuten de energiacutea por medio de paneles fotovoltaicos
los cuales permiten producir electricidad captando la radiacioacuten solar las cuales recaen en
las ceacutelulas fotovoltaicas del panel solar (SLU 2015)
La energiacutea solar se puede captar de diferentes formas las dos mencionadas
anteriormente permiten entender el funcionamiento y la forma en la que se aprovechan
las radiaciones solares tales como se puede identificar en el siguiente paacuterrafo que nos
muestra el funcionamiento por medio de recoleccioacuten y transformacioacuten en energiacutea caloacuterica
121
En cuanto a las dos formas anteriormente nombradas el sistema de recoleccioacuten de
energiacutea solar uno de estos es por medio del colector solar en el cual tiene un liacutequido en
su interior que tiene la funcioacuten de absorber la radiacioacuten generada por el sol y
posteriormente la convierte en calor por medio de este liacutequido el cual se almacena para
ser utilizado por medio de ductos instalados en conjunto con el servicio de agua ya que
este se convierte en un intercambiador de calor por medio de unos ductos lo que permite
que el recurso hiacutedrico al ser usado tenga la temperatura deseada este ciclo se repite ya
que el liacutequido que funciona como intercambiador de calor retorna al colector solar para
realizar el proceso de nuevo (SLU 2015)
La recoleccioacuten de energiacutea eleacutectrica por medio de paneles solares es la maacutes
conocida en el mundo ya que es la base de esta tecnologiacutea para entender su
funcionamiento se debe comprender sus caracteriacutesticas por medio del siguiente paacuterrafo
se pueden identificar
La recoleccioacuten de energiacutea solar por medio de paneles fotovoltaicos se obtiene
gracias a las celdas que se encuentran en la superficie del panel solar las cuales son
denominadas como ceacutelulas fotovoltaicas estas tienen la capacidad de convertir la
energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica esto es llamado efecto fotovoltaico este efecto provoca
la energiacutea solar (fotones) posteriormente se producen unas cargas positivas y negativas
en unos componentes llamados semiconductores que estaacuten directamente relacionados
con las celdas y tienen distinto tipo y por medio de estos se crea un campo eleacutectrico que
posteriormente permite obtener corriente eleacutectrica (SLU 2015)
El panel solar puede funcionar con diferentes tipos de materiales los cuales
funcionan de una manera similar los maacutes utilizados para producirlos son el arseniuro de
galio (Gas) este es maacutes utilizado en diferentes tipos de aparatos electroacutenicos los cuales
son maacutes complejos y el segundo es el silicio (Si) el cual tiene un costo econoacutemico menor
estos son maacutes faacuteciles de encontrar y por lo mismo son los maacutes utilizados en general
ademaacutes de ser utilizados por la industria microelectroacutenica cuando se evaluacutea el
rendimiento de las celular fotovoltaicas se puede concluir que estas estaacuten ligadas con la
estructura tridimensional en el interior de la laacutemina de silicio (SLU 2015)
El panel solar tiene la funcioacuten de recibir la energiacutea lo cual lo convierte en un
elemento clave a la hora de construir dispositivos que necesiten aprovechar la energiacutea
solar ya que tambieacuten se deben tener en cuenta factores importantes en cuanto al manejo
122
de este tales como son la ubicacioacuten ya que es de vital importancia garantizar que se
aprovecha de la mejor manera la energiacutea proporcionada por el sol esto debido a que se
debe tener en cuenta el movimiento de la tierra alrededor del sol para identificar los
aacutengulos y zonas que permitan optimizar esta recoleccioacuten de energiacutea
Pavimentos articulados
Los pavimentos articulados tienen una caracteriacutestica principal y es que estaacuten
disentildeados con adoquines en su capa superior tambieacuten estaacute compuesta por un cuerpo el
cual contiene una capa de base y sub base con unas caracteriacutesticas de compactacioacuten
ademaacutes de opcionalmente realizar una adaptacioacuten a la sub rasante
Los adoquines son la caracteriacutestica maacutes visible de los pavimentos articulados ya que
estaacuten en su capa superior y son los primeros en tener contacto con los usuarios estos
se disentildean generalmente en forma de bloque macizo lo cuales tienen caracteriacutesticas de
dimensionamiento similares ya que es necesario uniformidad para su instalacioacuten ya que
son prefabricados y se traen al terreno para ser instalados uno tras de otro dejando juntas
entre ellos
Las demaacutes partes que componen el pavimento articulado son constituidas por un sello
de arena el cual se instala entre las juntas de los adoquines con el fin de rellenar pero
tambieacuten aportan un buen funcionamiento del pavimento a flexioacuten y la capacidad portante
de la superficie del pavimento posteriormente se encuentra una capa de arena la cual se
coloca con el fin de instalar los adoquines sobre esta esta arena debe tener una
granulometriacutea optima que permita un flujo libre de agua y la infiltracioacuten ademaacutes que sus
partiacuteculas deben ser resistentes a la degradacioacuten (CASTILLO 2003)
Las capas siguientes son denominadas cuerpo la que se encuentra posteriormente a
la capa de arena es llamada base y es la encargada de proporcionar una mejor capacidad
estructurar y tambieacuten permite un apoyo uniforme del pavimento siguieacutendole por una capa
llamada sub base la cual se encuentra debajo de la base y es utilizada para traacuteficos
medios y altos mayormente ya que para traficas bajos basta con la uacuteltima capa llamada
capa de conformacioacuten esta capa se encuentra entre la sub base y la sub rasante es
instalada para mejorar las caracteriacutesticas del suelo y funciona como plataforma para la
construccioacuten de las anteriores capas (CASTILLO 2003)
123
Sensores de movimiento
Los sensores de movimiento son dispositivos electroacutenicos estos generalmente
funcionan de forma inalaacutembrica y su funcionamiento parte de captar el movimiento para
asiacute enviar informacioacuten a una central de control estos sensores son capaces de registrar
movimientos de un aacuterea determinada y son reconocidos en todo el mundo por su
utilizacioacuten en sistemas de seguridad e iluminacioacuten entre otras funciones (Palacios 2020)
Entre los sensores de movimiento varios tipos y variedades dependiendo de la
utilizacioacuten en cada caso entre los cuales se encuentran los siguientes
Los sensores de regulacioacuten luz crepuscular estos sensores basan su funcionamiento
en aumentar o disminuir la luz del dispositivo luminario relacionado con la luz ambiente
lo cual permite que si la luz ambiente es de mayor intensidad se disminuya la generada
por el dispositivo esto genera que se optimice la eficiencia del sistema de iluminacioacuten al
maacuteximo aprovechando la luz al maacuteximo solo cuando se es necesario este sensor es
utilizado generalmente en exteriores ya que en ese entorno se optimiza mejor su ventaja
al tener directamente la luz del ambiente (LEDOVET 2018)
Los sensores de movimiento de infrarrojos estos sensores basan su funcionamiento
en la utilizacioacuten de luces infrarrojas para identificar cambios caloriacuteficos en el aacuterea de
cobertura predeterminada lo que permite detectar si una persona se mueve dentro de
dicha aacuterea y puede utilizarse como receptor de informacioacuten para seguridad donde se
conectariacutea con otro dispositivo de alerta o tambieacuten combinarlo con un sistema de
iluminacioacuten que genere luz a la presencia de personas (LEDOVET 2018)
Los sensores de presencia ultrasoacutenicos estos sensores basan su funcionamiento en
la utilizacioacuten de ondas ultrasoacutenicas las cuales son generadas por el dispositivo en una
determinada aacuterea las cuales regresan por rebote al ya que chochan con cada objeto
encontrado en el entorno cuando estas ondas regresan y detectan un cambio en su
rebote alertan este cambio activando el sistema con el cual este disentildeado (SampP 2018)
Los sensores combinados estos tipos de sensores son disentildeados con las tecnologiacuteas
anteriormente nombradas ya que estas se pueden combinar con el fin de obtener ventajas
en su funcionamiento estos teniendo en cuenta la importancia ya que se pueden instalar
de forma que aumente el nivel de deteccioacuten como puede ser una combinacioacuten entre las
tres tecnologiacuteas o solo dos de las tres con el fin de aumentar la sensibilidad del sistema
124
informacioacuten recibida ya que se genera una activacioacuten de todo el sistema con la deteccioacuten
de solo uno de los dispositivos tambieacuten se puede lograr el efecto inverso al instalarlos
de forma que se tengan que activar los dos o tres lo que baja la intensidad de deteccioacuten
y le da una mejor flexibilidad en espacios donde no es necesaria tanta seguridad y evitar
incomodidades a los usuarios
En cuanto a la forma de regulacioacuten de estos sensores se encuentran la regulacioacuten
dependiendo del alcance en metros con el que sea disentildeado el sistema esto se realiza
con el fin de solo cubrir la zona donde se requiere la funcioacuten del sensor y no interferir en
otros lugares del mismo entorno donde no es necesario o no se desea interferir otra
forma de regulacioacuten de estos sensores se puede realizar por medio del tiempo ya que se
puede disentildear con el fin de que se active desde que detectan un cuerpo hasta que se
desee que dejen de funcionar con el fin de optimizar el uso buscando la maacutexima eficacia
tambieacuten se mitigara el consumo energeacutetico ya que solo permaneceraacute en funcionamiento
los momentos que sea necesario y por ultimo un tipo de regulacioacuten es con la tecnologiacutea
anteriormente nombrada la crepuscular donde se regula dependiendo de la luz
encontrada en el ambiente solo encendiendo cuando es necesario la luz (SampP 2018)
Concreto translucido
El concreto translucido es un material utilizado de diferentes formas ya que sus
propiedades le permiten aprovechar la luz siendo esta un factor maacutes influyente en las
obra de infraestructura a las que se le implementa este tipo de concreto ya sea para el
aprovechamiento de luz del entorno y asiacute mitigar problemas ambientales o crear maacutes
confort en los usuarios como para generar una estructura combinada con luz artificial
que a su vez tambieacuten se puede combinar con energiacuteas renovables para obtener
beneficios ambientales ademaacutes de poder jugar con las diferentes formas y lugares en los
cuales se puedan construir como estructuras deportivas viacuteas zonas comunes entre otras
donde estas tengan un impacto innovador
El concreto translucido fue patentado por aron losonczi el cual tuvo la idea de unir dos
caracteriacutesticas diferentes como lo es la dureza del concreto y la transparencia de un
material translucido su investigacioacuten se dirigioacute a la implementacioacuten de fibras oacutepticas en
el concreto convencional con el fin de crear productos que permitan construir paredes de
interiores o exteriores suelos iluminados o en proyectos de arte y disentildeo (OMPI
ORGANIZACION MUNDIAL DE LA PROPIEDAD INTELECTUAL 2015)
125
En la actualidad existen dos tipos de concreto translucido que destacan en el
mundo los cuales son el concreto translucido construido con fibra oacuteptica y el concreto
translucido polimeacuterico
Concreto translucido con fibra oacuteptica
El concreto translucido con fibra oacuteptica estaacute compuesto por miles de filamentos de fibra
oacuteptica la cual se agrega al concreto y generalmente tienen un diaacutemetro entre los 2mm y
2 micras para que tenga un buen desempentildeo deben estar orientadas en la misma
direccioacuten esto de un lado al otro de la pieza que se construya generalmente la proporcioacuten
de fibra suministrada al conglomerado es del 4 del volumen de la pieza de concreto
construida en total (ARCUS GLOBAL 2020)
La caracteriacutestica que le da lo translucido al concreto es a implementacioacuten de las fibras
oacutepticas ya que la luz que impacta por una cara del concreto en un extremo de las fibras
oacutepticas acomodadas en la misma direccioacuten generan que la luz se perciba aunque con
una menor intensidad al otro extremo de las fibras oacutepticas en este orden de ideas entre
maacutes intensa sea la luz en la cara donde se realiza el contacto maacutes intenso se veraacute en la
otra cara de la pieza construida (ARCUS GLOBAL 2020)
Otra caracteriacutestica de las piezas construidas con fibras oacutepticas son las sombras
generadas en la cara que se tiene luz ya que estas tambieacuten aparecen en la otra cara del
concreto y se destacan por su contorno lo que le da un plus de esteacutetica y esta
caracteriacutestica del concreto translucido con la luminosidad se puede dar hasta 20 metros
todo gracias a las fibras oacutepticas que contienen en su interior y en cuanto a la parte
estructural no se implementan barras de aceros como se acostumbra en el concreto
convencional si no barras de plaacutestico transparentes y tambieacuten se obtiene una resistencia
similar a la de los concretos tradicionales (ARCUS GLOBAL 2020)
Concreto Translucido Polimeacuterico
El concreto translucido polimeacuterico tiene una composicioacuten que se asemeja mas a la
tradicional la caracteriacutestica que le permite ser translucido es el cambio del cemento
convencional parcial o complementariamente por un conglomerante polimeacuterico
transparente llamado el ilum (ARCUS GLOBAL 2020)
La diferencia entre el anterior concreto desarrollado a partir de fibras oacutepticas y este
desarrollado a partir de ilum es que el ilum permite la entrada de luminiscencia por todas
126
las direcciones esto tambieacuten depende de la dosificacioacuten ya que al agregar el componente
aacuterido pierde un poco esta caracteriacutestica para obtener grandes resultados se debe tener
una granulometriacutea bien cuidada tambieacuten se obtiene que la resistencia a la compresioacuten
de este tipo de concreto translucido puede ser similar o en ocasiones superior a la del
concreto convencional (ARCUS GLOBAL 2020)
Este trabajo de investigacioacuten utiliza el concreto transluacutecido SEUS elaborado con
poliacutemeros y materiales reciclados que seguacuten Perdomo amp Fandintildeo (2020) registra una
buena resistencia a la compresioacuten (44 MPa) cuando se usa aglomerante de resina de
polieacutester insaturado (Perdomo C amp Fandintildeo M 2020)
43 MARCO CONCEPTUAL
Meacutetodos de disentildeo de pavimentos
Meacutetodo racional
El meacutetodo racional muestra la estructura de pavimento como un medio elaacutestico sobre
el cual se coloca una carga la cual genera en la estructura un esfuerzo el cual es aplicado
especiacuteficamente en la capa superior para comprender estos esfuerzos se puede
interpretar a traveacutes de un modelo mecaacutenico el esfuerzo ejercido en la capa superior se
propaga a traveacutes de la estructura y cada vez que avanza en la estructura el esfuerzo es
menor esto quiere decir que si el grosor del medio elaacutestico que soporta los esfuerzos es
mayor mejor soporta los esfuerzos por que maacutes distancia recorre maacutes deacutebil se vuelve el
esfuerzo
Para el dimensionamiento del pavimento por el meacutetodo racional por el modelo
Boussinesq se tiene en cuenta que la presioacuten ejercida por el neumaacutetico o un peatoacuten el
cual ejerce una carga (Lizcano 2003) las cuales generalmente son mayores de lo que
puede soportar un terreno natural por esta razoacuten la calzada disentildeada debe repartir esta
presioacuten con el fin de volverla tolerable y estos modelos siguen las hipoacutetesis encontradas
a continuacioacuten
ldquoLa carga aplicada a la calzada se esquematiza por una presioacuten qₒ sobre un circulo de
radio ϕ como se puede observar en la siguiente figurardquo (Lizcano 2003)
127
ldquoEl suelo soporte requiere elaacutestico modo de Young E2 relacioacuten de poisson v2 este
suelo solo puede resistir sin deformarse exageradamente un esfuerzo vertical admisible
(σ2) inferior presioacuten a ntildea presioacuten qₒ coacutemo se puede observar en la siguiente figurardquo
(Lizcano 2003)
Figura 7 Distribucioacuten de esfuerzos Modelo Boussinesq
Fuente (Boussinesq 2020)
Posteriormente se identifica una profundidad la cual se determina como H esto con el
fin de que la presioacuten vertical se encuentre al final difusa ya que no se puede sobrepasar
el esfuerzo vertical admisible (Sz) el meacutetodo Boussinesq encontroacute una solucioacuten al poner
que en una profundidad z el esfuerzo vertical es de la siguiente manera (Lizcano 2003)
1205902 = 1199020
[
1 minus(119911119886)
3
(1 + (1199112
1198862))
32
]
Donde
σ2= esfuerzo vertical
128
α = radio de la carga de la huella circular o semieje en la direccioacuten x de la carga de
huella eliacuteptica
q = presioacuten de la carga
X Y y Z = coordenadas cartesianas de un punto
Esta nomenclatura aplicada al pavimento se puede representar de la siguiente manera
Figura 8 Esfuerzos que sufren los pavimentos en tres direcciones
Fuente (Lizcano 2003)
Donde
σ2= esfuerzo vertical
σr= esfuerzo radial de traccioacuten
Es= moacutedulo de Young de un masivo semifinito
v= coeficiente de poisson
ͳ= cizallamiento
Las fuerzas anteriormente nombradas ejercidas en el pavimento se pueden observar
en la siguiente grafica donde se puede identificar la forma en la que un neumaacutetico ejerce
presioacuten sobre el pavimento teniendo en cuenta que el neumaacutetico tiene una forma en la
cual se distribuyen las presiones en forma de ovalo por lo cual en cuanto maacutes se acerca
a su centro maacutes fuerte se vuelve esta presioacuten se puede observar como en la uacuteltima fase
los colores son cada vez maacutes intensos esto quiere decir que en ese logar el pavimento
estaacute sometido a maacutes esfuerzo
129
Figura 9 Huella de la llanta del vehiacuteculo sobre el pavimento
Esfuerzos graficados Fuente (Xiaodi Hu 2017)
Meacutetodo AASHTO
El meacutetodo AASHTO llamado asiacute por sus siglas (American Association of State Highway
and Transportation Officials) es caracteriacutestico por ser un meacutetodo de disentildeo semiempirico
donde en sus inicios fue evaluado para pavimentos flexibles pero tambieacuten fue adaptado
para pavimentos articulados ya que cogieron este como base esto conlleva a que
compartan muchas similitudes es importante tener en cuenta que este meacutetodo emplea
unidades las cuales se estiman mediante el traacutefico ejes estaacutendar en unidades inglesas
18 Kips (82 toneladas) (CASTILLO 2003)
La foacutermula base de este meacutetodo es la siguiente
log10(119864119860119871119904 lowast 119865119903)
= 939 lowast log10(119878119873 + 1) minus 02 + (log10 (119875119900 minus 119875119905
119875119900 minus 15) (04 + (
1094
(119878119873 + 1)519)
+ (232 lowast log10 119872119903) minus 807
Donde
EALs= numero de eje de 18 Kips acumulado en el periodo de disentildeo
Fr= factor de confiabilidad del disentildeo 10^(Zr+So)
Zr= fractil estaacutendar de la ley (funcioacuten de R)
So= desviacioacuten estaacutendar
R= nivel de confiabilidad
SN= numero estructural de la capa
Po= serviciabilidad inicial del pavimento
Pt= serviciabilidad final del pavimento
130
Mr= moacutedulo resiliente de la subrasante (psi)
Generalmente la desviacioacuten estaacutendar es recomendada como 045 el factor de
confiabilidad usado en la formula anteriormente nombra se encuentra dependiendo de la
importancia de la viacutea con lo que se debe tener en cuenta las siguientes recomendaciones
para encontrar el Fr
Tabla 1 Factor de confiabilidad
Nivel de confiabilidad
() 119917119929
50 1000
60 1300
70 1721
75 2010
80 2390
85 2929
90 3775
95 5499
99 8527
Fuente (CASTILLO 2003)
Para definir el nivel de confiabilidad con el que se debe disentildear la viacutea se debe tener en
cuenta factores que dan un nivel de importancia dependiendo del tipo de viacutea que se va a
construir en el siguiente cuadro se encuentran los criterios que deben tenerse en cuenta
para poder obtener un nivel de confiabilidad recomendado
131
Tabla 2 Nivel de confiabilidad
Clase de viacutea
Trafico
promedio
diario
Factor de
distribucioacuten por
carril()
Nivel de
confiabilidad
recomendado
()
Arterias o viacuteas principales
Urbana 40000 90 90
Rural 15000 90 85
Colectora principal
Urbana 15000 90 85
Rural 6000 90 80
Colectora
secundaria
Urbana 6000 100 80
Rural 2000 100 80
Comercial Multifamiliar
Urbana 2000 100 75
Fuente (CASTILLO 2003)
Para encontrar el numero estructural de la capa se debe utilizar la siguiente formula
119878119873 = Σ(119886119894 lowast 119905119894)
Donde
ai= coeficiente de capa de la i
ti= espesor de la capa i
La estructura del pavimento disentildeada por el meacutetodo Asshto despueacutes de tener en
cuenta los materiales con los que se van a construir cada capa y el aporte estructural que
se encuentra en cada una de estas con los cuales dependiendo de la necesidad se elige
su espesor quedariacutean de la siguiente manera
132
Figura 10 Estructura del pavimento AASTHO 1993
Fuente Guiacutea para el disentildeo de estructuras de pavimentos AASTHO 1993
Meacutetodo PCA
Para el disentildeo por el meacutetodo PCA se rige principalmente por los siguientes factores
-resistencia del concreto a la flexioacuten denominada como MR
El moacutedulo de rotura denominado como Mr es uno de los factores maacutes importantes en
el disentildeo de pavimentos articulados ya que por medio de este se mide la tensioacuten maacutexima
que puede soportar un espeacutecimen el cual debe ser fallado a flexioacuten esto ejerciendo las
cargas en 3 puntos
El moacutedulo de rotura puede ser obtenido mediante cargas cantiliver en un punto central
en los tercios Una diferencia importante en estos meacutetodos de prueba es que la prueba
de la carga en los tercios da la miacutenima resistencia en el tercio central de la viga ensayada
mientras que los otros dos meacutetodos muestran la resistencia en un solo punto (Robert G
Packard 1995)
Las pruebas anteriormente mencionadas se realizan generalmente a los 7 14 y 28 y
90 diacuteas las pruebas realizadas a los 7 y 14 diacuteas son utilizados generalmente para
recopilar informacioacuten sobre el comportamiento del concreto y control en el trabajo y para
determinar en queacute momento se puede dar apertura al pavimento los ensayos a 28 diacuteas
son comuacutenmente utilizados para los espesores de la capa superior del pavimento y el
133
uacuteltimo ensayo el de los 90 diacuteas son utilizados para el disentildeo de pistas de aterrizaje
(Robert G Packard 1995)
El concreto tiene una la habilidad de ganar resistencia al aumentar los antildeos de vida
esto se puede representar en una graacutefica la cual representa diferentes tipos de ensayos
realizados a vigas de pruebas las cuales fueron curadas en el campo y tambieacuten de varias
partes de hormigos las cuales estaban en servicio lo cual se puede observar a
continuacioacuten
Figura 11 Evolucioacuten de la resistencia a la flexioacuten en funcioacuten del tiempo
Grafica resistencia Fuente (Robert G Packard 1995)
-Resistencia encontrada de la subrasante y la subbase combinadas denominada como
K
El soporte de la subrasante y la subbase es definido en teacuterminos del moacutedulo de
reaccioacuten de la subrasnate (k) de westergaard Es igual a la carga en libras por pulgada
cuadrada sobre el aacuterea de la carga dividido por la deflexioacuten en pulgadas para esa carga
Los valores de k son expresados como libras por pulgada cuadrada por pulgada es decir
como libras por pulgada cubica (pci) (Robert G Packard 1995) En la siguientes dos
tablas se puede observar el efecto de la subbase asiacute encontrando el valor de K donde
se evaluacutean de dos formas una con la subbase no tratada y la otra con la subbase tratada
con cemento
Tabla 3 Nivel de confiabilidad
Valor de k de la subrasante pci
Valor k de la subbase pci
4 Pulg 6 Pulg 9 Pulg 12 Pulg
134
50 65 75 85 110
100 130 140 160 190
200 220 230 270 320
300 320 330 370 430
Valor de k subbase no tratada Fuente (Robert G Packard 1995)
Tabla 4 Nivel de confiabilidad
Valor de k de la subrasante pci
Valor k de la sub-base pci
4 Pulg 6 Pulg 9 Pulg 12 Pulg
50 170 230 310 390
100 280 400 520 640
200 470 640 830 -
Valor de k subbase tratada con cemento Fuente (Robert G Packard 1995)
-los tipos de cargas que soportara el pavimento frecuencia y pesos
Este factor estaacute en unos de los maacutes importantes ya que se determinan las cargas a las
cuales se va a estar expuesta la viacutea durante toda su vida uacutetil y estas cargas son
directamente responsables con los otros factores del espesor de la viacutea y se deben tener
en cuenta tres factores los cuales se pueden observar a continuacioacuten
Trafico promedio diario de todos los vehiacuteculos
Trafico promedio diario de camiones
Cargas axiales de los camiones
-El uacuteltimo factor es el periodo de disentildeo de la viacutea
El periodo de disentildeo de la viacutea generalmente estaacute en 20 antildeos algunas veces maacutes y
otras menos pero todo depende del criterio que se tenga en la caracteriacutesticas que
requiera la viacutea algunos ingenieros dicen que el rango de periodo de disentildeo debe estar
entre 30 y 35 antildeos algunas obras donde sus materiales carecen de defectos se pueden
disentildear hasta maacutes de 40 antildeos pero todos estos periodos de disentildeo se pueden justificar
de acuerdo a la importancia o tambieacuten econoacutemicamente ya que este afecta directamente
al grosor del pavimento ya que al aumentar los antildeos de disentildeo se incrementan los
135
nuacutemeros de ejes estaacutendar que pasaran por la viacutea ademaacutes de los servicios adicionales
durante el periodo (Robert G Packard 1995)
44 MARCO CONTEXTUAL
El tramo de prueba donde se realizaraacute la validacioacuten en campo del sendero inteligente
Step by Step estaacute ubicado en el Parque Simoacuten Boliacutevar del municipio de Agua de Dios
sitio muy concurrido por la poblacioacuten lo que aduce que no solo impacta a traacutefico peatonal
si no que genera atractivo turiacutestico
El municipio tradicionalmente celebra actividades religiosas en el cerro de la cruz en
un ambiente de clima huacutemedo oacuteptimo para realizar actividades luacutedicas con la naturaleza
con gran variedad de especies Sin embargo desde los uacuteltimos 15 antildeos la afluencia de
los habitantes a estas fiestas ha registrado un declive dejando de lado los atractivos de
este sitio como las aguas azufradas a las cuales se dice que fueron la razoacuten de la
denominacioacuten del municipio sumado a una historia basada en el abandono de los
enfermos de Lepra por parte de la sociedad en el tradicional Puente de los Suspiros
Figura 12 Localizacioacuten del Municipio de Agua de Dios Cundinamarca
Fuente web httpswwwgooglecommaps 2020
El municipio Agua de Dios se encuentra ubicado en el departamento de Cundinamarca
en la zona del alto magdalena donde sus municipios vecinos son Girardot a 26 km al
noreste Tocaima a 15 km al noroeste y Nilo a 8km al sur del municipio Este municipio
136
con un poco maacutes 10000 habitantes (DANE 2018) y que se encuentra a una distancia
total de 124 kiloacutemetros de la Capital del paiacutes Bogotaacute es un municipio pequentildeo de veranos
largos muy calientes y bochornosos los inviernos son cortos Seguacuten el IDEAM la
temperatura media anual de agua de Dios se encuentra entre 26degC y 28degC (IDEAM
2014)
Figura 13 Zona urbana Municipio de Agua de Dios
Fuente web httpswwwgooglecommaps 2020
Al sur oriente se localiza el parque ecoturiacutestico los chorros (ver Figura 14) lugar que
cuenta con una historia enriquecedora desde la fundacioacuten del municipio y que
actualmente se encuentra en un estado de deterioro Pese a que se encuentran diferentes
tipos de especies de aacuterboles y animales lo convierten en sitio turiacutestico rodeado de
balnearios y zonas de comida con un clima extraordinario y con una riqueza cultural a
nivel nacional siendo un sitio propicio para implementar el Step by Step a futuro
137
Figura 14 Balneario los Chorros Agua de Dios
Fuente (Alcaldia de Agua de Dios 2019)
Seguacuten el IDEAM la radiacioacuten solar que emite el Sol se propaga en todas las direcciones
a traveacutes del espacio esa energiacutea es el motor que determina la dinaacutemica de procesos
atmosfeacutericos y de clima La radiacioacuten solar nos proporciona efectos fisioloacutegicos positivos
tales como estimular la siacutentesis de vitamina D que previene el raquitismos y osteoporosis
favorece la circulacioacuten sanguiacutenea actuando en algunos tratamientos en algunas
dermatosis y estimula en algunos casos la siacutentesis de los neurotransmisores cerebrales
responsables del estado aniacutemico (IDEAM 2014) Por esto estaacute encargado de medir la
radiacioacuten solar a nivel nacional argumentando que es importante principalmente como
una de las fuentes alternativas de energiacutea en la generacioacuten de electricidad ademaacutes de
que ayuda a un sin nuacutemero de aplicaciones para crear modelos de prediccioacuten del tiempo
y el clima (IDEAM 2014)
El portal ACCUWEATHER de internet cuenta con alta tecnologiacutea y esta actualizado
cada diacutea sobre datos de clima viento lluvias en cualquier lugar del mundo El sitio web
dice que en el municipio de Agua de Dios se encuentra un historial de temperaturas que
estaacuten entre los 9degC y los 32degC asiacute como hay raacutefagas de viendo que superan los 10
kiloacutemetros por hora (accuweather 2020)
Asiacute mismo cuenta con la microcuenca de la quebrada la Punaacute y esta a su vez hace
parte de la subcuenca del Rio Bogotaacute Cuenca mayor del Rio Magdalena (SECHAGUA
2016) se cuentan con estudios medio ambientales que referencian al municipio y del cual
se pueden tener en cuenta para los datos de precipitacioacuten de lluvias sobre el municipio
138
Seguacuten la Corporacioacuten Autoacutenoma Regional de Cundinamarca CAR en el municipio se
encuentra la estacioacuten meteoroloacutegica de precipitacioacuten denominada Las Violetas Dicha
estacioacuten recoge informacioacuten importante para dar a conocer un valor puntual climaacutetico de
la zona de estudio y con estos datos se pueden evaluar otros factores que sirven para la
agricultura y demaacutes Dichos valores de precipitacioacuten son para los puntos de control para
altitudes de 0 a 1000 metros sobre el nivel del mar
Agua de Dios dentro de un escenario neutro se encuentra en el intervalo de
precipitacioacuten 186 miliacutemetros a 1656 miliacutemetros Bajo un escenario donde se presenta el
fenoacutemeno de El Nintildeo en un intervalo que va desde 264 miliacutemetros hasta 1933
miliacutemetros Y por uacuteltimo bajo un escenario en el que se presenta el fenoacutemeno de La Nintildea
en un intervalo que va desde 436 miliacutemetros hasta 2192 miliacutemetros (CAR 2015)
Teniendo en cuenta los datos anteriores y otros tomados en periodos maacutes largos de
tiempo la CAR hace un anaacutelisis espacial de la precipitacioacuten sobre los municipios que
hacen parte de la jurisdiccioacuten de la CAR Dicho lo anterior el anaacutelisis muestra un reacutegimen
de lluvias bimodal lo que quiere decir que se presentan dos temporadas de lluvias altas
y dos temporadas de lluvias de baja intensidad durante el antildeo la primera temporada de
lluvias se presenta en los meses de diciembre enero y febrero al mismo tiempo se
presentan diferencias en sus cantidades de lluvias espacialmente los menores
voluacutemenes de lluvia se presentan en la cuenca del Rio Bogotaacute donde oscilan en promedio
de 11 y 40 mm mensuales La segunda temporada de lluvias menos intensa se presenta
en los meses de junio Julio y agosto los valores maacutes bajos de lluvias se presentan en la
Cuenca del Rio Bogotaacute donde oscilan de 19 a 42 mm La primera temporada de
voluacutemenes altos de lluvias se presenta en los meses de marzo abril y mayo donde los
valores se encuentran entre 200 y 400 mm mensuales La segunda temporada de lluvias
altas se dan en los meses de septiembre octubre y noviembre los voluacutemenes de lluvia
se encuentran entre 150 y 340 mm mensuales acumulados (CAR 2015)
En consecuencia la temporada de lluvias bajas se concentra en seis meses del antildeo
meses que son importantes para el turismo en todas las regiones del paiacutes Se evidencia
la temporada de fin de antildeo y de mitad de antildeo que son importantes porque la mayoriacutea de
las personas se encuentra en temporada de vacaciones y el municipio de Agua de Dios
durante esa eacutepoca es visitado por ciudadanos de todas las regiones
139
45 MARCO LEGAL
La norma que establece las especificaciones teacutecnicas para el control de calidad de
adoquines de concreto hidraacuteulico en Colombia es la Norma Teacutecnica Colombiana (NTC)
2017 para construir pavimentos articulados tanto para traacutefico peatonal como traacutefico
vehicular asiacute como tambieacuten la descripcioacuten de los materiales que se usan para su
fabricacioacuten
Si se desean caracteriacutesticas diferentes a las que exige la norma estas deben ser
especificadas antes de iniciar el disentildeo del adoquiacuten
A continuacioacuten se muestran unas tablas donde se refleja lo que exige la norma teacutecnica
colombiana NTC 2017 en cuanto al disentildeo de adoquines Ademaacutes de esto la informacioacuten
se sustenta con informacioacuten tomada del Instituto para el Desarrollo Urbano de Bogotaacute la
norma internacional ASTM la norma del Instituto Nacional de Viacuteas (INVIAS)
Tabla 5 Partes de los Adoquines
PARTE ESPECIFICACION ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Cara de desgaste
NTC 2017 Parte superior del adoquiacuten la cual queda al aire en su instalacioacuten
Soporta directamente el transito
Capa superior capa superficial
NTC 2017 Capa que conforma la cara de desgaste en adoquines bicapa
No todos los adoquines son bicapa
Capa inferior NTC 2017
Capa ubicada debajo de la capa superficial en adoquiacuten bicapa Constituye la mayoriacutea de la masa de los mismos
No todos los adoquines son bicapa
Cara de apoyo
NTC 2017 Cara inferior del adoquiacuten
Cara que queda en contacto con la capa de arena en su instalacioacuten
Superficie de referencia
NTC 2017
En adoquines no biselados es la superficie que corresponde a la cara de desgaste En adoquines biselados corresponde a la
140
cara de desgaste sin tomar en cuenta el volumen del prisma sustraiacutedo por el bisel
Forma
NTC 2017
Poliacutegono que define la cara de desgaste y la cara de apoyo y que a su vez determina el prisma recto que le da volumen al adoquiacuten
Arista NTC 2017 Liacutenea de interseccioacuten entre dos planos o caras
Hace referencia a lo que conforma la cara de desgaste y las paredes
Arista de Laacutepiz
NTC 2017
Arista de forma redondeada con radio de35 mm aproximadamente
Se le da forma redondeada en el proceso de fabricacioacuten
Bisel NTC 2017
Perfil inclinado a 45deg aproximadamente en adoquiacuten biselado o parcialmente biselado
Se considera como parte del bisel la franja generada por las rebabas verticales una vez retiradas
Separador NTC 2017
Salientes verticales (nervaduras placas) generadas en las paredes del adoquiacuten para garantizar la separacioacuten
Se hace con el fin de que las juntas se puedan llenar de arena
FUENTE Informacioacuten propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 de
2004-02-05 y el Instituto de Desarrollo Urbano (IDU)
Tabla 6 Geometriacutea del adoquiacuten seguacuten NTC 2017
DIMENSIONES ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Espesor Dimensioacuten perpendicular a la cara de desgaste
141
Medida desde la cara de desgaste hasta la capa inferior
Espesor estaacutendar (ee)
Espesor tomado de manera anaacuteloga del espesor real
Lo especifica el productor
Espesor real (er) Espesor del adoquiacuten Medido en cada espeacutecimen
Espesor real promedio (er) del espeacutecimen
Promedio de cuatro mediciones del espesor real
Las cuatro mediciones son en el mismo espeacutecimen
Espesor real promedio (er) de la muestra
Promedio de valores del espesor real promedio del espeacutecimen
Se calcula con la cantidad de especiacutemenes de la muestra
Espesor de la capa superficial (ecs) del espeacutecimen
Espesor miacutenimo de la capa superficial en adoquines bicapa
Se mide con relacioacuten a la superficie de referencia
Espesor de la capa superficial (ecs) de la muestra
Promedio de valores del espesor de la capa superficial del espeacutecimen
Se calcula con la cantidad de especiacutemenes para la muestra
Longitud Dimensioacuten del adoquiacuten en direccioacuten del eje mayor del aacutengulo inscrito
No se incluyen separadores
Longitud estaacutendar (le)
Longitud tomada de manera anaacuteloga de la longitud real
Se especifica por el fabricante
Longitud nominal (ln)
Suma de la longitud estaacutendar maacutes el ancho estaacutendar
Longitud real (lr) Es la longitud del adoquiacuten Longitud medida directamente en cada espeacutecimen
Longitud real promedio (lr) del espeacutecimen
Promedio de dos mediciones de la longitud real
Longitudes medidas para cada espeacutecimen
Longitud real promedio (lr) de la muestra
Promedio de los valores de la longitud real promedio del espeacutecimen
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Ancho Medicioacuten del adoquiacuten en direccioacuten del eje menor del rectaacutengulo inscrito
No se incluyen separadores
142
Ancho estaacutendar (ae)
Ancho tomado de manera anaacuteloga del ancho real
Se especifica por el fabricante
Ancho nominal (an)
Suma del ancho estaacutendar maacutes el ancho de la junta estaacutendar
Ancho real (ar) Es el ancho del adoquiacuten Se mide directamente sobre cada espeacutecimen
Ancho real promedio (ar) del espeacutecimen
Promedio de dos mediciones del ancho real
Medidas para cada espeacutecimen
Ancho real promedio (ar) de la muestra
Es el promedio del ancho real promedio del espeacutecimen
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Ancho del rectaacutengulo inscrito (ai)
Dimensioacuten del eje menor del rectaacutengulo inscrito
Proyeccioacuten horizontal del bisel (phb)
Proyeccioacuten del perfil del bisel sobre la superficie de referencia
Incluye la franja por rebaba si existe
Proyeccioacuten vertical del bisel (pvb)
Proyeccioacuten del perfil del bisel sobre la pared del adoquiacuten
Incluye la franja por rebaba si existe
Ancho de los separadores (as)
Dimensioacuten transversal de los separadores en el plano de la pared del adoquiacuten
Espesor de los separadores (as)
Dimensioacuten de los separadores en sentido perpendicular a la pared del adoquiacuten
Espesor de los separadores promedio (es) del espeacutecimen
Promedio de los valores del espesor de los separadores
Medidos para cada espeacutecimen
Espesor de los separadores promedio (es) de la muestra
Promedio de los valores del espesor de los separadores promedio
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Fuente Propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 publicada 2004-02-
05
143
Tabla 7 Requisitos geomeacutetricos de los adoquines
REQUISITOS ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Longitud nominal (ln)
No debe ser mayor a 250 mm ni menor a 50 mm
Por lo general se encuentra entre 100 mm y 250 mm
Ancho nominal (an)
No debe ser menor a 50 mm Por lo general se recomienda 80 mm
Espesor estaacutendar (ee)
No debe ser menor a 60 mm Se recomienda espesores para uso peatonal no menor a 60 mm y a vehicular no menor a 80 mm
Junta estaacutendar Deber ser de 2 mm Si es mayor se considera malformacioacuten
Relacioacuten entre longitud nominal y ancho nominal
Debe ser menor o igual a 4 No se aplica a unidad complementaria o especial
Relacioacuten entre longitud nominal y espesor estaacutendar
Debe ser menor o igual a 4 No se aplica a unidad complementaria o especial
Tolerancias en la longitud real y ancho real
Cada par de mediciones no debe diferir entre si en maacutes de 15 mm
Mediciones tomadas sobre la cara de desgaste y sobre la cara de apoyo
Tolerancias en la longitud real promedia y ancho real promedia
Cada espeacutecimen de la muestra no deben diferir de la longitud estaacutendar y ancho estaacutendar en maacutes de 15mm
Mediciones tomadas en cada espeacutecimen de la muestra
Tolerancias en espesor real y espesor estaacutendar
Las mediciones del espesor real no deben diferir del espesor estaacutendar en maacutes de 2 mm
Adoquines con acabado plano o junta falsa
Aristas
Para las aristas en adoquines no biselados se aceptan desportilladuras con una dimensioacuten no mayor a 3 mm
Desportilladuras mayores a 3 mm se consideran defectos
Bisel
Debe tener igual forma y perfil en toda la longitud Tanto proyeccioacuten horizontal (phb) y proyeccioacuten vertical (pvh) debe ser miacutenimo 3 mm y maacuteximo 7 mm
Rango La diferencia entre la mayor y la menor de las mediciones de phb
Medidas tomas para cada espeacutecimen de la muestra
144
y pvh no debe ser mayor de 15mm
Separadores
En cada pared del adoquiacuten se debe tener un separador por adoquiacuten seguacuten el patroacuten de instalacioacuten Ancho de separador debe estar entre 4 mm y 15 mm Espesor del separador debe ser 2 mm maacutes o menos 05 mm
Solo aplica para adoquines con separadores descritos anteriormente
Capa superficial Espesor de la capa superficial (ecs) debe ser al menos 8 mm
Solo se aplica para adoquines bicapa En ninguacuten momento durante su uso o en el ensayo a flexo traccioacuten se debe presentar desprendimiento total y parcial de las dos capas
Fuente Propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 publicada 2004-02-
05
451 ABSORCION DE AGUA
Seguacuten la Norma Teacutecnica Colombiana ICONTEC 2017 lo adoquines de concreto al
momento de salir de la faacutebrica deben presentar una absorcioacuten de agua (Aa) menor o
igual al 7 como valor promedio de los especiacutemenes de la muestra y menor o igual a 8rdquo
para cada adoquiacuten individual (Icontec 2018)
Equipo
Para realizar las mediciones de las dimensiones del adoquiacuten se debe contar con un
calibrador de aguja con divisiones cada 01mm (Icontec 2018)
Para realizar ensayo de absorcioacuten de agua se usan los cinco especiacutemenes de la
muestra despueacutes de haberles medido las dimensiones exceptuando la del espesor de la
capa superficial y a los que posteriormente se les va a realizar ensayo a flexo traccioacuten
(Icontec 2018) Las masas se deben registrar con una balanza con una sensibilidad de
1 gramo
Y un horno ventilado con una temperatura controlada entre 100 C y 115 C y con un
volumen de al menos 25 veces el de los especiacutemenes que se van a secar al mismo
tiempo (Icontec 2018)
145
Procedimiento
Todos los especiacutemenes de la muestra se deben secar simultaacuteneamente en un horno
ventilado a una temperatura entre 100 C y 115 C Deben quedar separados entre si y de
cualquier superficie caliente como miacutenimo 25 mm Se deben secar hasta obtener una
masa sema (ms) constante despueacutes de un periodo miacutenimo de secado de 24 horas y
hasta que en dos pesajes sucesivos a intervalos de 2 horas la masa presente una
disminucioacuten de menos del 02 con respecto a la masa anterior (Icontec 2018)
Saturacioacuten
Para el ensayo los especiacutemenes deben ser sumergidos en agua durante 24 horas a
una temperatura que debe encontrarse entre 15 C y 27 C Debe haber un volumen de
agua suficiente para que entre la superficie y la cara del adoquiacuten haya una medida entre
25 mm y 50 mm No se deben poner especiacutemenes sobre otros (Icontec 2018)
Caacutelculos
Se debe usar la siguiente ecuacioacuten para hallar el porcentaje de absorcioacuten de agua del
espeacutecimen (Icontec 2018)
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899 (119860119886) =(119872ℎ minus 119872119904)
119872119904lowast 100
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
452 RESISTENCIA A LA FLEXO TRACCION (MODULO DE ROTURA)
ESPECIMENES DE ENSAYO
Los especiacutemenes a usar son unidades a las que ya les fue evaluada la apariencia las
dimensiones y hallado el porcentaje de absorcioacuten de agua Deben ser unidades
completas Las unidades son sometidas al ensayo a flexo traccioacuten con el fin de halla el
146
Modulo de Rotura (MR) Las unidades deben permanecer sumergidas en el agua durante
24 horas antes del ensayo se sacan y se dejan escurrir durante un minuto luego se
secan con un pantildeo seco para someterlas a ensayo (Icontec 2018)
EQUIPO
La maacutequina de ensayo para la determinacioacuten de la resistencia a la flexo traccioacuten debe
ser capaz de aplicar cargas de 20 KN (Icontec 2018)
Figura 15 Prueba de ensayo a Flexo traccioacuten de Adoquines de concreto (Icontec
2018)
147
Fuente Editada por los autores de (Icontec 2018)
Procedimiento
El espeacutecimen saturado y superficialmente seco se coloca sobre la maacutequina de ensayo
con la cara de desgaste hacia arriba de manera que el elemento superior de la maquina
coincida con el eje menor del rectaacutengulo inscrito sobre la cara de desgaste y los apoyos
inferiores coincida con una liacutenea paralela 10 mm adentro de los lados menores del
rectaacutengulo inscrito (Icontec 2018)
La maacutequina de ensayo debe aplicar la carga a una velocidad tal que produzca un
aumento cercano a 05MPas quiere decir que un tiempo de ensayo de 10 segundos
para 5 MPas El valor calculado se debe expresar en la unidad equivalente a MPa con
exactitud de 01 MPa (Icontec 2018)
Aparte de la Norma Teacutecnica Colombiana (NTC) 2017 que es la norma que rige la
fabricacioacuten y el uso de adoquines existe la norma American Society of Testing Materials
(ASTM) es una asociacioacuten que se encarga de medir la resistencia de los materiales para
la construccioacuten dicha norma es la base para crear las normas de nuestro paiacutes por eso
148
es de gran importancia hacer mencioacuten de ella en este documento y a las normas que se
abarcan (Icontec 2018)
A continuacioacuten algunas de las normas ASTM para adoquines en concreto
ASTM C-936 absorcioacuten flexo traccioacuten y abrasioacuten (Icontec 2018)
Absorcioacuten maacutexima a la humedad la cual dice que la absorcioacuten promedio de las
muestras ensayadas no seraacute mayor del 5 con ninguacuten resultado individual mayor del 7
(Torres 2020)
clasifica a los adoquines en tipo A B Y C seguacuten cuadro
Tabla 8 Clasificacioacuten de los adoquines seguacuten su absorcioacuten
Clase
Absorcioacuten ( en de masa)
Promedio de 3
adoquines miacutenimo
Valor maacuteximo
individual
A le7 77
B le9 99
C le9 99
Fuente (Icontec 2018)
Ensayos a la flexo traccioacuten (moacutedulo de rotura) seguacuten norma ASTM C-936 promedio
459 kgcm2 individual 367Kgcm2 no se realiza en nuestro caso al menos que sea una
peticioacuten especial del cliente consiste en someter el adoquiacuten a una carga puntual para
medir su capacidad elaacutestica antes de romperse (Torres 2020)
Clasificacioacuten de los adoquines por su uso 1- Clase A uso industrial y traacutensito pesado
350 kgcm2 2- Clase b uso transito liviano 250 kgcm2 3- Clase c uso peatonales y
espacios puacuteblicos menores de 250 kgcm2
Tabla 9 Resistencia miacutenima de los adoquines
Clase Espesor miacutenimo
del adoquiacuten (mm)
Resistencia miacutenima a flexioacuten del adoquiacuten Mpa
(kgcm2)
Promedio de 3
adoquines
Miacutenimo de adoquiacuten
individual
149
A 54(55) 46(468)
B 41(42) 35(357)
C 41(42) 35(357)
Ensayo a la Abrasioacuten Es una prueba al desgaste que en algunos proyectos exigen
como referente para medir la perdida de volumen del aacuterea sometida (Torres 2020)
Tabla 10 Resistencia a la abrasioacuten
Meacutetodo de Ensayo Valor
Mediante arena y disco
metaacutelico ancho le23 mm
Ensayo de Bohme le20000 mm35000 mm2
Fuente (Icontec 2018)
ASTM C 33 Esta norma indica coacutemo hacer concreto y que elementos deben agregarse
para prepararlo y usarlo Los agregados tratados en la norma son tanto finos como
gruesos En la norma los agregados finos estaacuten definidos como arena natural arena
elaborada o una combinacioacuten de ambas Los agregados gruesos se definen como grava
grava triturada escombros horneados y enfriados por aire concreto triturado de cemento
hidraacuteulico (Velares 2020)
Tambieacuten establece los liacutemites sobre sustancias perjudiciales o nocivas de agregado
de concreto fino Por ejemplo hay liacutemites en la cantidad de terrones de arcilla y partiacuteculas
deleznables (piezas pequentildeas de agregado que se descomponen faacutecilmente) Eacutestas se
limitan a 30 por ciento o menos de la masa total El agregado extremadamente ligero
tambieacuten se limita a 30 por ciento o menos de la masa total y el carboacuten y lignito se limitan
a 50 por ciento o menos Cualquiera de estos elementos puede hacer que el concreto
pierda fuerza y se deteriore de forma maacutes raacutepida (Velares 2020)
ASTM C-140 Dicha norma se refiere al ensayo de absorcioacuten de agua dejando un
valor menor al 5 para la absorcioacuten promedio por muestra y de 7 para valores
individuales
ASTM C-979 Especificaciones sobre el uso de pigmentos
150
ASTM C-144 Requerimientos de granulometriacutea
Tabla 11 Franja granulomeacutetrica para arena de prefabricados
TAMIZ
PORCENTAJE QUE PASA
ARENA NATURAL
ARENA MANUFACTURADA
No 4 (475mm) 100 100
No 8 (236mm) 95-100 95-100
No 16 (118mm) 70-100 70-100
No 30 (0600 mm) 40-55 40-100
No 50 (0300 mm) 13-35 13-58
No 100 (0150mm) 2--15 10--15
No 200 (0075 mm) 0 0-10
Fuente (Icontec 2018)
En Colombia existen algunas leyes que promueven el uso de energiacuteas renovables
pero tambieacuten esas mismas leyes las regulan La ley maacutes importante en el paiacutes
colombiano es la Ley 1775 de mayo de 2014 dicha ley dice que se promueve y regula el
desarrollo y el uso de las fuentes de energiacuteas renovables no convencionales en especial
las que son renovables Promueve su integracioacuten al mercado eleacutectrico la participacioacuten
en zonas vulnerables y en otros usos energeacuteticos que aportan para el desarrollo
sostenible del paiacutes (COLOMBIA 2014)
La ley 1775 de 2014 y que promueve y regula el uso de energiacuteas renovables a su vez
es regulada por la Resolucioacuten 281 del 5 de Junio de 2015 que dictoacute el director general de
la Unidad de Planeacioacuten Minero Energeacutetica (UPME) la resolucioacuten dice que por medio de
la cual se regula la integracioacuten de energiacuteas renovables no convencionales al sistema
energeacutetico del paiacutes estable el marco legal y los instrumentos para la promocioacuten el
desarrollo y la utilizacioacuten de fuentes no convencionales de energiacutea (FNCE) (UPME 2015)
La UPME realizo anaacutelisis teacutecnicos y econoacutemicos consignados en el documento
ldquoANALISIS PARA LA DEFINICION DEL LIMITE MAXIMO DE POTENCIA DE LA
AUTOGENERACION A PEQUENtildeA ESCALA EN EL SISTEMA INTERCONECTADO
151
NACIONAL (SIN)rdquo y que estos sirvieron para la definicioacuten del liacutemite de que trata la
resolucioacuten Que resuelve que
ldquoARTICULO PRIMERO El liacutemite maacuteximo de potencia de la autogeneracioacuten a pequentildea
escala seraacute un (1) MW y corresponderaacute a la capacidad instalada del sistema de
generacioacuten del autogeneradorrdquo (UPME 2015)
152
5 DISENtildeO METODOLOacuteGICO
Este proyecto de investigacioacuten se realizaraacute bajo las condiciones espaciales
medioambientales de Girardot Ciudad y Regioacuten en coordinacioacuten en la sede de la Unidad
de ensayos e investigacioacuten del semillero de investigacioacuten SEUS donde se gestoacute y que
hace parte del macroproyecto ldquoPREFABRICADOS DE NUEVA GENERACIOacuteNrdquo
51 INSTRUMENTOS
La instrumentacioacuten que se emplea en el desarrollo de este proyecto de investigacioacuten
son propiedad del laboratorio PC Disentildeos y Construccioacuten SAS y que se pueden usar
gracias al convenio interinstitucional con la Universidad Piloto de Colombia SAM ldquoUnidad
de ensayos e investigacioacutenrdquo y el laboratorio
De igual forma se usan como patrones de medida lo que especifica la norma
colombiana para construccioacuten de edificaciones Sismo Resistentes NSR-10 Los
procedimientos de cada ensayo se ajustaron de acuerdo a las normas teacutecnicas
colombianas como las ICONTEC y homologada de la norma internacional ASTM
Tabla 12 Instrumentos empleados para el proyecto
INSTRUMENTO MUESTRA PROCEDIMIENTO
Juego de tamices y balanza 01
gr
Granulometriacutea mediante
uso de tamices
ASTM C136-01
NTC 77
Mesa de flujo y moldes para
cubos
Fluidez de morteros de
cemento hidraacuteulico ASTM C-230
Equipo de concretos
Mezcladora (trompo) balanzas
palustres varilla punta roma
cilindros de acero
Toma de muestras de
concreto y fabricacioacuten de
adoquines
ASTM C172-10
NTC 454
Formaleta para adoquiacuten
Fabricacioacuten de
especiacutemenes para
ensayos y tramo de
prueba
NSR-10
Prototipo disentildeado
por los autores
Prensa hidraacuteulica para ensayo a
compresioacuten
ASTM C392005
NTC 673
153
Compresioacuten de cilindros
de concreto y
especiacutemenes de adoquiacuten
Prensa hidraacuteulica para ensayo a
flexo traccioacuten
Ensayo a flexo traccioacuten
de especiacutemenes de
muestra
Horno para ensayo de
absorcioacuten y para secado
Ensayo de absorcioacuten y
secado de las muestras
Entrevista Comunidad Municipio
Agua de Dios
Canal comunitario
H20 TV
FUENTE Los autores 2020
154
6 PROCEDIMIENTO
Aquiacute seriacutea bueno que incluyeran un paacuterrafo contando de que se trata el procedimiento
de la investigacioacuten
Figura 16 Ruta de actividades para el prototipaje de Step by Step
Fuente Los autores octubre 2020
61 CRONOGRAMA
El horario de trabajo en campo es acordado entre los autores dado al nuevo ajuste por
las restricciones por la pandemia haciendo una articulacioacuten con la sede la Unidades de
ensayos e investigaciones del semillero SEUS Fabricando los adoquines en casa y
Caracteriza-cioacuten de
agregados
bull Arena
bullCemento
bullGravilla
Disentildeo de mezclas
bullDosificacioacuten
bullConcreto translucido
Disentildeo de prototipo
bullFormaleta
bullGeometriacutea
bullPeso
ResistenciabullFabricacioacuten de muestra
bullEnsayos a muestras
155
realizando los ensayos bajo las normas teacutecnicas y de bioseguridad en la sede del
laboratorio
Para cumplir cumplir con los objetivos de este proyecto de investigacioacuten se acuerda el
siguiente cronograma
Tabla 13 Cronograma de actividades para el prototipaje de Step by Step
Fases y sus actividades Responsables Fechas de
ejecucioacuten
Recursos a
utilizar
Formulacioacuten Marlon Barrera
Fabio Viancha nov-19 Laboratorio
Caracterizacioacuten de
agregados (ensayos de
laboratorio)
Marlon Barrera
Fabio Viancha feb-20 Laboratorio
Disentildeo de mezcla- adoquiacuten
de prueba 1
Marlon Barrera
Fabio Viancha mar-20 Laboratorio
Compresioacuten de cilindros-
Resistencias
Marlon Barrera
Fabio Viancha
Abril- Mayo
2020 Laboratorio
Mezcla con materiales
reciclados
Marlon Barrera
Fabio Viancha Junio-Julio 2020 Laboratorio
Elaboracioacuten de documento Marlon Barrera
Fabio Viancha
Agosto-Sept-
Oct 2020 Biblioteca
156
7 CAPITULO 1 PROTOTIPAJE DEL ADOQUIacuteN
Como se ha mencionado se va a usar material reciclado para el disentildeo de mezcla
siendo el principal material reciclado el vidrio molido Dicho material se muele dentro del
laboratorio haciendo uso de la maacutequina de los aacutengeles El procedimiento para moler el
vidrio molido comienza pesando 5000 gramos de vidrio partido en una balanza digital
como se muestra en la siguiente imagen
Figura 17 Material reciclado (vidrio)
Fuente Los autores 2020
Luego de pesar el material se debe hacer uso de la maacutequina de los aacutengeles se
introduce el vidrio dentro de la maquina con todas las esferas de acero se pone a
funcionar la maquina durante 17 minutos
157
Figura 18 Trituracioacuten del vidrio con molino de bolas
Fuente Los autores octubre 2020
Cuando pasan los 17 minutos de tiempo de la maquina en funcionamiento esta debe
ser apagada para descargarla el vidrio ya molido se descarga sobre la bandeja de la
maacutequina
Figura 19 Vidrio pulverizado luego de la trituracioacuten y molienda
Fuente Los autores 2020
158
Luego el material se debe tamizar haciendo uso del tamiz frac12 que tiene aberturas en su malla de un diaacutemetro de 125 miliacutemetros y maacutes abajo el tamiz nuacutemero 4 que tiene aberturas en su malla de un diaacutemetro de 475 miliacutemetros
Figura 20 Tamizado del material
Fuente Los autores octubre 2020
El material a usar es el que pasa el tamiz frac12 y el que queda retenido en el tamiz nuacutemero 4 Luego el material se debe lavar usando el tamiz nuacutemero 200 para que no se pierda material
Figura 21 Vidrio lavado y secado en horno
Vidrio lavado Fuente Los autores octubre 2020
159
Luego el vidrio se debe poner a secar durante 24 horas en un horno a una temperatura de 115degC Finalmente el vidrio molido y limpio en su totalidad se almacena en canecas como se muestra en las siguientes imaacutegenes a la espera de tener el adoquiacuten con concreto convencional para luego hacer la mezcla del concreto translucido El vidrio molido queda del mismo tamantildeo de la grava y de una arena entonces en el concreto translucido este material reciclado hace el reemplazo
Figura 22 Diferentes gradaciones de vidrio triturado y molido
Fuente Los autores octubre 2020
Para la mezcla del concreto convencional se usaron agregados como la grava de
planta de diaacutemetro frac12 pulgada y a arena gris de planta asiacute como tambieacuten se usa cemento
de uso general marca Argos
La caracterizacioacuten de los materiales como la grava y la arena tuvo que realizarse de
manera remota por medio de reuniones virtuales entre los autores y la tutora de esta
investigacioacuten que por su experiencia profesional supo de queacute materiales se trataban y
se hizo una caracterizacioacuten basados en su experiencia Esto se realizoacute debido a las
restricciones de movilidad dadas por la pandemia mundial vivida en el antildeo en curso
La caracterizacioacuten del cemento de uso general marca argos se tomoacute con datos y
experimentos que ya se han realizado en el laboratorio de investigacioacuten de ante mano
se sabe que el cemento tiene un buen comportamiento con buenas caracteriacutesticas
mecaacutenicas que ayudan a que la resistencia del concreto buscada de sus resultados
160
Figura 23 Agregados para la mezcla de concreto
Fuente Los autores septiembre 2020
Teniendo la caracterizacioacuten de los materiales agregados se procede a realizar el
disentildeo de mezcla Se busca que los especiacutemenes del adoquiacuten tengan una resistencia
total a los 28 diacuteas de 4000 psi por lo que para el volumen de los adoquines que se van
a fundir se hace el siguiente disentildeo de mezcla
Tabla 14 Dosificacioacuten para la elaboracioacuten de las muestras
Material Unidad Cantidad
Cemento Kg 17
Agua Kg 85
Agregado grueso Kg 30
Agregado fino Kg 26
Aditivo cm3 170
Se aclara que el agregado grueso se refiere a la grava y el agregado fino a la arena
161
El aditivo que se usa para la mezcla es Sika Fluid es un aditivo proporcionado por el
laboratorio de PC Disentildeos y construccioacuten SAS Este aditivo es liacutequido y lo que hace es
permitir que la mezcla de concreto sea maacutes fluida y trabajable sin la necesidad de usar
maacutes agua ademaacutes de esto mejora la resistencia del concreto es todas las edades y
disminuye la permeabilidad del mismo
Este aditivo tiene tres usos plastificante reductor de agua y economizador de
cemento Como plastificante ayuda a obtener mezclas maacutes fluidas se adiciona a una
mezcla de concreto y se consigue que se incremente el asentamiento (SIKA 2018)
Como reductor de agua al adicionarlo a la mezcla sin variar el asentamiento se reduce
el agua y se incrementa la resistencia (SIKA 2018) Como economizador de cemento
ese incremento en resistencia se puede aprovechar reduciendo la cantidad de cemento
y se reducen los gastos (SIKA 2018) Para realizar la mezcla de concreto con el disentildeo
de mezcla obtenido primero se pesan los materiales haciendo uso de una balanza para
personas como la que se muestra en la imagen a continuacioacuten
Figura 24 Dosificacioacuten de agregados
Fuente 2020
Masa de agregados Homogenizacioacuten en seco
Mezclado Elaboracioacuten de muestras
162
Al pesar los agregados estos se vaciacutean sobre una batea y se mezclan en seco de una
manera uniforme para que la mezcla quede homogeacutenea eso se realiza usando uso de
una pala Finalmente se moja la mezcla con la cantidad de agua mezclada con el aditivo
estipulada en el disentildeo de mezcla y se revuelve dentro de la batea de una manera
uniforme buscando que la mezcla de concreto quede homogeacutenea Seguido se procede a
realizar es a untar la formaleta de acpm y vaciar el concreto sobre ella para fundir los
adoquines Se espera un diacutea despueacutes de la fundida para desencofrar y proceder a curar
los adoquines en una caneca de agua como se muestra en las siguientes imaacutegenes
Figura 25 Desencofrado de prototipos de concreto hidraacuteulico
Fuente los autores 2020
En la imagen anterior se logra evidenciar la forma de cada adoquiacuten el orificio del medio
es por donde se instalaraacuten los cables hacia la pieza de forma trapezoidal donde iraacute la luz
led y el concreto translucido
Desencofrado de muestras Curado de muestras
163
8 CAPITULO 2 DISENtildeO GEOMEacuteTRICO DEL PAVIMENTO ARTICULADO
Disentildeo de adoquiacuten
Como primera medida se realizoacute un disentildeo de la forma del adoquiacuten prefabricado el
cual se escogioacute de forma rectangular y con las especificaciones mostradas en las
siguientes imaacutegenes donde se adjunta el modelo haciendo uso de programas de disentildeo
como AutoCAD en las cuales encontramos
Detalle de adoquiacuten
Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida
Detalle del adoquiacuten 3D
Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 3D
Figura 26 Detalle del adoquiacuten
Fuente los autores 2020
164
Figura 27 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida
Fuente los autores septiembre 2020
Figura 28 Detalle del adoquiacuten 3D
Fuente los autores 2020
CINTA DE LUCES LED
PIEZA DE CONCRETO TRANSLUCIDO
CABLEADO
COLORCARACTERISTICO
165
Figura 29 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 3D
Fuente los autores septiembre 2020
En las figuras anteriores se identifica el disentildeo de adoquiacuten individualmente donde
se puede observar un espesor de 8 cm en cuanto a su espesor total en las caras
exteriores un espesor de 2 cm en el concreto translucido el cual se puede observar en
el medio del adoquiacuten tambieacuten unas dimensiones en cuanto a su largo y ancho de 25 cm
y 15 cm respectivamente en el concreto convencional y en su interior la pieza translucida
las dimensiones en cuanto a su largo y ancho son de 16 cm y 8 cm respectivamente por
uacuteltimo en las imaacutegenes se puede observar un agujero en el medio del adoquiacuten que
atraviesa el concreto convencional por el cual pasariacutea el cableado que permitiriacutea conectar
los adoquines al sistema de sensores y de energiacutea solar u adaptable a otras energiacuteas
166
Para definir teoacutericamente las propiedades del adoquiacuten y tener una base que nos
permita tener en cuenta caracteriacutesticas como el espesor teniendo en cuenta la resistencia
a la compresioacuten y flexioacuten esto aplicando el meacutetodo racional despejando la formula
principal anteriormente nombrada
1205902 = 1199020
[
1 minus(119911119886)
3
(1 + (1199112
1198862))
32
]
1205902 = 2942
[
1 minus(
0080025
)3
(1 + (0082
00252))
32
]
1205902 = 87124 119873
Donde
σ2= esfuerzo vertical
en esfuerzo vertical es el resultado de la operacioacuten anterior donde el resultado despueacutes
de despejar fue de 87124 newton
α = radio de la carga de la huella circular o semieje en la direccioacuten x de la carga de
huella eliacuteptica donde se realizoacute un estudio de una llanta promedio donde se pintoacute y se
dibujoacute la huella con el fin de conocer el radio teniendo un resultado de 25 cm de radio la
huella realizada se puede observar en la siguiente imagen
167
Figura 30 Huella de neumaacutetico
Fuente los autores 2020
qo = presioacuten de la carga encontrada en el puente por medio de una estimacioacuten la cual
contiene el peso promedio de una persona el cual es de 63 kg pero tambieacuten se tiene en
cuenta si la persona se desplaza en cicla ya que cabe la posibilidad aunque es peatonal
y tenemos un factor de seguridad estimado de 3 veces el peso promedio lo cual nos dariacutea
un peso maacuteximo de 300 kg lo cual en cuanto a la carga multiplicaacutendolo por la gravedad
tendriacuteamos 2942 N
X Y y Z = coordenadas cartesianas de un punto es encontrada gracias a la estructura
del pavimento ya que ese desplazamiento de la energiacutea en el eje z en el caso de este
sendero es de 8 cm el cual es el espesor del adoquiacuten este solo descansa en una capa
de arena
Disentildeo de Tramo
Despueacutes de disentildear el adoquiacuten como unidad se procedioacute a disentildear un tramo el cual
como antes se nombroacute un sitio ideal para el desarrollo del mismo es la vereda los chorros
por lo cual se decidioacute para obtener una adaptabilidad al terreno y un disentildeo que sea
atractivo y el resultado de este tramo con los adoquines propuestos se puede observar
en la siguiente imagen
Figura 31 Vista en planta sendero inteligente
168
Fuente los autores 2020
Como se puede observar en la Figura 31 se obtiene una vista en planta la cual tiene
un disentildeo intercalado con una armoniacutea en los colores caracteriacutesticos del adoquiacuten que le
permite al sendero inteligente ser tener un impacto el cual genere un acercamiento de los
turistas y comunidad en general tambieacuten el tramo contiene unas dimensiones tentativas
de 17 metros y de 293 metros en cuanto a su ancho y largo respectivamente
169
Posterior mente se realizoacute un plano esquemaacutetico donde se observan las tuberiacuteas y
cableado electro a implementar en el disentildeo del sendero inteligente donde se encuentra
una red eleacutectrica guiada por tuberiacuteas en la parte inferior que conduce el cableado hasta
el sistema que compone la alimentacioacuten con energiacutea solar el cual se puede observar a
continuacioacuten
Figura 32 Informacioacuten eleacutectrica
Fuente los autores 2020
170
Disentildeo de formaleta
Al tener los materiales necesarios con su respectiva caracterizacioacuten el siguiente paso
fue realizar el disentildeo y la construccioacuten de la formaleta en la cual se fundiriacutea la parte
construida con concreto del adoquiacuten esta se puede observar a continuacioacuten
Figura 33 Formaleta
Fuente los autores 2020
En la Figura 33 se puede observar la formaleta construida en madera de un buen
grosor ya que se necesita una buena esta resistencia la cual fue disentildeada con unos
trozos de madera de 2 cm de espesor el cual deja el espacio para la posterior adicioacuten del
concreto translucido tambieacuten se puede observar un cilindro de madera el cual permite
dejar el espacio para la conexioacuten de la luz led
Construccioacuten de adoquines
Despueacutes de tener construida la formaleta y con los materiales listos el siguiente
paso es realizar la mezcla del concreto convencional para vaciarlos en la formaleta ya
preparada tal como se puede observar a continuacioacuten
171
Figura 34 Prototipaje del adoquiacuten
Fuente los autores 2020
Mezcla Concreto hidraacuteulico Vaciado del concreto
Pasantes de cables Desecofrado de pasantes
Adoquiacuten parte inferior Adoquines con pasantes
Concreto transluacutecido Adoquines bicapa
172
Posteriormente se realizoacute el vaciado del concreto convencional en la formaleta
preparada con su respectivo vibrado y las diferentes teacutecnicas que permiten tener un
concreto de buena finalmente cuando el concreto tiene una consistencia considerable y
teniendo en cuenta el entorno se procede a desencofrar los adoquines y retirar los
implementos instalados en el medio para permitir el paso del cableado (ver Figura 34)
Despueacutes de tener los adoquines desencofrados el siguiente paso es apartas los que
van a ser sometidos a pruebas de compresioacuten y flexioacuten dejaacutendolos sumergidos durante
el tiempo estipulado en el siguiente capiacutetulo donde algunos son fallados con y otros sin
concreto translucido ademaacutes de apartar los 14 adoquines del tramo de prueba los cuales
fueron fundidos con el concreto translucido instalando previamente una cinta de luz led
la cual tiene un cableado interno como anteriormente se nombroacute tambieacuten cabe resaltar
que el conglomerado de la pieza translucida estaacute constituida por agregado preparado con
vidrio el cual se tara de diferentes tamantildeos para realizar la mezcla que le otorga a la pieza
las propiedades translucidas
Por uacuteltimo se realiza la prueba del circuito eleacutectrico el resultado es que todos
funcionaron correctamente tal como se pueden observar en la Figura 35 durante el diacutea y
en la Figura 36 durante la noche
Figura 35 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica diacutea
Fuente los autores octubre 2020
173
Figura 36 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica noche
Fuente los autores 2020
Finalmente se prosiguioacute a aplicar la pintura para darle el color caracteriacutestico a cada
adoquiacuten tal como se puede observar a continuacioacuten
Figura 37 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica
Fuente los autores 2020
174
9 CAPITULO 3 RESISTENCIA MECAacuteNICA
Para realizar los ensayos de resistencia y cumplir con las especificaciones y
caracteriacutesticas que tiene la normar colombiana NTC 2017 en el apartado del marco legal
se fabricaron 40 adoquines estos se fundieron en 4 diacuteas diferentes debido a que la
capacidad de la formaleta solo es para 10 adoquines Se fabricaron con el mismo disentildeo
de mezcla
Al desencofrar 10 adoquines estos entraban en proceso de curado en una caneca de
55 galones de capacidad a la espera de tener toda la cantidad de adoquines fabricada y
esta a su vez poder ser trasladados a las instalaciones del laboratorio PC Disentildeos y
Construccioacuten SAS donde inmediatamente entran a continuar el proceso de curado en
una piscina como se muestra en la imagen a continuacioacuten
Figura 38 Curado de muestras de Step by Step
Fuente Los autores 2020
175
A los especiacutemenes de la muestra se les realizan ensayos de resistencia a la
compresioacuten ensayo de resistencia a flexo traccioacuten esto con el fin de conocer el moacutedulo
de rotura (MR) y garantizar que los especiacutemenes cumplan con el miacutenimo que requiere la
norma aparte se realiza ensayo de absorcioacuten de agua para evitar dantildeos en eacutepocas de
lluvias Se deja claro en este documento que no se realiza ensayo de abrasioacuten dado a
que es un prototipo que seraacute usado en andenes y senderos peatonales en ninguacuten caso
y bajo ninguna circunstancia los especiacutemenes podraacuten ser expuestos por el traacutensito de
automotores
Al completarse los diacuteas de las edades de maduracioacuten del concreto los adoquines se
deben dejar secar luego se procede a tomar medidas tres anchos tres largos y el
espesor asiacute como tambieacuten se deben pesar antes de realizar el ensayo
Figura 39 Peso de muestras de Step by Step
Peso de adoquiacuten Fuente Los autores septiembre 2020
Al haberles tomado el peso y las medidas correspondientes se procede a poner el
espeacutecimen de manera cuidadosa sobre la prensa hidraacuteulica de manera que quede
centrado y bien puesto Se realiza el ensayo y se anotan los resultados para los caacutelculos
176
correspondientes Este proceso debe repetirse para todos los especiacutemenes de la muestra
que se tengan para ensayo el diacutea seguacuten corresponda
Tabla 15 Datos iniciales resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo
Fecha
Toma
Fecha Rotur
a
Edad
Ancho Largo Rectaacutengulo
Inscrito
a1 a2 a3 L1 L2 L3 Anch
o Larg
o
mm
mm
mm
mm mm
mm
mm mm
S-1 C 8-sep 15-sep 7
diacuteas 145 146 146 250 250 249 90 170
S-1 C 8-sep 15-sep 7
diacuteas 154 154 155 250 250 250 90 170
S-1 C 8-sep 22-sep 14
diacuteas 152 152 153 250 250 250 90 170
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 153 153 153 249 249 250 90 170
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 153 153 152 251 251 251 90 170
S-2 C 9-sep 16-sep 7
diacuteas 148 149 148
2515
252 251 90 170
S-2 C 9-sep 16-sep 7
diacuteas 153 153 153 252 252 251 90 170
S-2 C 9-sep 23-sep 14
diacuteas 155 154 154 249 249 250 90 170
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 150 150 150 250 251 250 90 170
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 152 152 151 252 252 253 90 170
S-3 C 10-sep
17-sep 7
diacuteas 152 153 156 256 254 253 90 170
S-3 C 10-sep
17-sep 7
diacuteas 150 150 150 250 250 249 90 170
S-3 C 10-sep
24-sep 14
diacuteas 150 149 149 252 251 251 90 170
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 150 154 255 255 254 90 170
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 151 152 249 251 252 90 170
177
S-4 C 11-sep
18-sep 7
diacuteas 159 149 150 253 253 253 90 170
S-4 C 11-sep
18-sep 7
diacuteas 153 153 152 251 251 252 90 170
S-4 C 11-sep
25-sep 14
diacuteas 150 150 151 253 253 252 90 170
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 152 153 153 253 252 252 90 170
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 155 152 150 251 251 252 90 170
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Tabla 16 Resultados de resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo Aacuterea
rectaacutengulo Inscrito (mmsup2)
W (gr)
Carga maacutexima
(kN) Resistencia
S-1 C 15300 6752 3684 1749 MPa
2536 psi
S-1 C 15300 6885 3991 1714 MPa
2486 psi
S-1 C 15300 6810 4579 2010 MPa
2915 psi
S-1 C 15300 6908 4491 1966 MPa
2851 psi
S-1 C 15300 6641 454 1972 MPa
2861 psi
S-2 C 15300 6831 4624 2101 MPa
3048 psi
S-2 C 15300 6821 4974 2144 MPa
3109 psi
S-2 C 15300 6977 5695 2457 MPa
3563 psi
S-2 C 15300 6874 5213 2343 MPa
3398 psi
S-2 C 15300 7021 5379 2342 MPa
3396 psi
S-3 C 15300 7417 415 1745 MPa
2531 psi
S-3 C 15300 6929 4346 1962 MPa
2846 psi
178
S-3 C 15300 6963 3889 1749 MPa
2537 psi
S-3 C 15300 7022 4301 1844 MPa
2674 psi
S-3 C 15300 6960 4691 2073 MPa
3006 psi
S-4 C 15300 7114 3771 1617 MPa
2345 psi
S-4 C 15300 7255 504 2185 MPa
3169 psi
S-4 C 15300 7385 5357 2362 MPa
3425 psi
S-4 C 15300 6990 4991 2149 MPa
3117 psi
S-4 C 15300 7223 4791 2084 MPa
3023 psi
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Figura 40 Registro fotograacutefico de las muestras a compresioacuten
Fuente Los autores 2020
Para calcular la resistencia de la muestra total se deben calcular promedios primero
un promedio de los resultados de las pruebas a 7 diacuteas luego promedio con los resultados
de las pruebas a 14 diacuteas y por uacuteltimo un promedio con los resultados de las pruebas a 28
diacuteas
Finalmente los resultados son los siguientes
Compresioacuten de muestras Fractura de muestras
179
Tabla 17 Consolidado de la resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Edad Resistencia
7 diacuteas 2759 psi
14 diacuteas 3110 psi
28 diacuteas 3041 psi
Fuente Los autores octubre 2020
Para el ensayo de resistencia a la flexotraccioacuten tambieacuten es necesario tomar tres
medidas de ancho tres medidas de largo el espesor y el peso
El espeacutecimen debe ponerse cuidadosamente sobre la maacutequina de ensayo de rotura al
tercio medio se debe dejar el apoyo superior en la mitad exacta del espeacutecimen y los
apoyos inferiores deben quedar de manera que a los dos costados se tenga la misma
medida desde donde se encuentra el apoyo hasta el final del espeacutecimen se procede a
realizar el ensayo y se anotan los resultados para los caacutelculos correspondientes
Figura 41 Resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto
Fuente Los autores septiembre 2020
180
Tabla 18 Datos iniciales resistencia a la flexo traccioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo Fecha Toma
Fecha Rotura
Edad
Ancho Largo Espesor
a1 a2 a3 L1 L2 L3 er
mm mm mm mm mm mm mm
S-1 C 8-sep 15-sep
7 diacuteas
149 149 150 252 252 252 100
S-1 C 8-sep 15-sep
7 diacuteas
152 152 151 250 250 250 100
S-1 C 8-sep 22-sep
14 diacuteas
152 152 151 250 251 251 100
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 150 150 150 149 250 250 100
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 149 149 150 150 250 250 100
S-2 C 9-sep 16-sep
7 diacuteas
151 151 151 250 250 250 100
S-2 C 9-sep 16-sep
7 diacuteas
150 150 149 249 250 249 100
S-2 C 9-sep 23-sep
14 diacuteas
149 149 149 150 252 252 100
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 151 151 151 150 251 251 100
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 152 153 153 251 251 251 100
S-3 C 10-sep
17-sep
7 diacuteas
152 152 153 246 249 250 100
S-3 C 10-sep
17-sep
7 diacuteas
154 153 151 252 252 253 100
S-3 C 10-sep
24-sep
14 diacuteas
153 153 154 254 254 254 100
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 152 152 153 253 254 253 100
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 152 152 250 250 251 100
S-4 C 11-sep
18-sep
7 diacuteas
150 150 151 252 252 253 100
S-4 C 11-sep
18-sep
7 diacuteas
154 155 153 252 253 252 100
S-4 C 11-sep
25-sep
14 diacuteas
151 151 152 250 251 251 100
181
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 151 152 152 253 253 253 100
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 153 152 151 253 253 255 100
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Tabla 19 Resultados de resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo W (Peso)
Longitud entre
apoyos
Carga maacutexima
Moacutedulo de Rotura
6620 165 176 583 MPa
S-1 C 6467 165 111 362 MPa
S-1 C 6845 165 191 623 MPa
S-1 C 6717 165 2385 787 MPa
S-1 C 6716 165 25 829 MPa
S-1 C 6885 165 2075 680 MPa
S-2 C 6807 165 1835 607 MPa
S-2 C 6792 165 2205 733 MPa
S-2 C 6917 165 2395 785 MPa
S-2 C 6977 165 2255 731 MPa
S-2 C 7145 165 213 692 MPa
S-3 C 6904 165 1885 611 MPa
S-3 C 7120 165 1815 586 MPa
S-3 C 7138 165 1855 603 MPa
S-3 C 6918 165 179 584 MPa
S-3 C 7327 165 162 533 MPa
S-4 C 7181 165 194 624 MPa
S-4 C 7117 165 227 743 MPa
S-4 C 6950 165 1771 578 MPa
S-4 C 6923 165 1725 562 MPa
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
182
La maacutequina de ensayo de resistencia a flexo traccioacuten arroja un dato de carga puntual
en Kilo Newton se deben hacer las conversiones correspondientes para tener el
resultado de moacutedulo de rotura (MR) en MPa
Para calcular el moacutedulo de rotura (MR) de la muestra total se deben calcular
promedios primero un promedio de los resultados de las pruebas a 7 diacuteas luego
promedio con los resultados de las pruebas a 14 diacuteas y por uacuteltimo un promedio con los
resultados de las pruebas a 28 diacuteas
Finalmente los resultados son los siguientes
Tabla 20 Resultados de moacutedulo de rotura
Edad MR
7 diacuteas 59 MPa
14 diacuteas 67 MPa
28 diacuteas 68 MPa
Fuente Los autores 2020
Los resultados del moacutedulo de rotura cumplen y garantizan la norma NTC 2017 dado
a que como se explicoacute en el apartado del marco legal el resultado de moacutedulo de rotura
para cada espeacutecimen debe ser 38 MPa y como se observa en la tabla de resultados los
valores se encuentran claramente por encima de ese valor para toda la muestra y el
promedio el resultado debe ser miacutenimo 42 MPa teniendo un resultado total de moacutedulo
de rotura a los 28 diacuteas de 11 Mpa por lo que claramente se garantiza el cumplimiento
de esta caracteriacutestica
La norma especiacutefica que se pueden dejar moacutedulos de rotura mayores a los que se
especifican
ABSORCION
Para realizar el ensayo de absorcioacuten se toman 8 especiacutemenes a los que ya se les ha
realizado el ensayo de flexo traccioacuten El ensayo de absorcioacuten inicia tomando los
especiacutemenes de la muestra para tomar un peso inicial tal cual estaacuten luego se colocan
183
en el horno durante 24 horas a una temperatura de entre 100 degC y 115degC al pasar las
24 horas deben ser sacados se dejan enfriar y se toma el peso que es el peso seco
(Ms)
Luego de tomar el peso seco se toman los especiacutemenes y se sumergen en agua
durante 24 horas a una temperatura de entre 15degC y 27degC al pasar el tiempo de
saturacioacuten y haciendo uso de un alambre se toma el peso que es el peso sumergido
(Ma) Finalmente se deben sacar del agua los especiacutemenes y se deben dejar escurrir
durante un minuto luego se seca su superficie con un pantildeuelo y se toma el peso del
espeacutecimen lo que es el peso sumergido con superficie seca (Mh)
Al tener los resultados de los pesos se procede a realizar los caacutelculos
correspondientes
Se debe iniciar reemplazando para hallar el valor de la absorcioacuten (Aa) en kgm3 de
la siguiente manera
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899(119860119886)119896119892
1198983=
(119872ℎ minus 119872119904)
119872ℎ minus 119872119886lowast 1000
Luego se calcula el porcentaje de absorcioacuten de la siguiente manera
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899 (119860119886) =(119872ℎ minus 119872119904)
119872119904lowast 100
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
Finalmente se calcula la densidad del espeacutecimen seco lo cual se realiza usando la
siguiente formula
119863119890119899119904119894119889119886119889 (119863)1198921199031198881198983 =(119872119904 minus 119872ℎ)
119872119886
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
184
Ma Masa inmersa en agua y suspendida del espeacutecimen en gramos
Al realizar los caacutelculos correspondientes se obtienen los siguientes resultados
Tabla 21 Resultados Prueba de Absorcioacuten
Coacutedigo Peso Seco
Peso Saturado
SS
Aa ()
Densidad
1C 6417 gr 6506 gr 14 2001grcmsup3
3 8732 gr 8780 gr 05 2086grcmsup3
5 6040 gr 6070 gr 05 2076grcmsup3
7 6449 gr 6466 gr 03 2143grcmsup3
9 3760 gr 3782 gr 06 2062grcmsup3
11 13247
gr 13275 gr
02 2105grcmsup3
13 10067
gr 10166 gr
10 2069grcmsup3
15 9641 gr 9689 gr 05 2145grcmsup3
Fuente Los autores 2020
El valor promedio de Absorcioacuten (Aa) de la muestra es 060 como se evidencioacute
en el apartado del marco legal el valor promedio de la muestra no debe superar el 7
para lo cual la muestra cumple el requisito de absorcioacuten que exige la norma NTC 2017
185
10 CAPITULO 4 COSTOS
Desde que se comienza con la planificacioacuten del proyecto se lleva una bitaacutecora en
donde se van anotando con fechas cada uno de los insumos requeridos para la ejecucioacuten
del proyecto desde la etapa inicial con el disentildeo de formaletas hasta la etapa final con la
construccioacuten del sendero inteligente
Cabe resaltar que como se contaba con recursos limitados a raiacutez de la pandemia
generada por el Covid-19 la mayoriacutea de las herramientas utilizadas en el proyecto fueron
prestadas solo fue de gran importancia construir la formaleta para el prototipo de adoquiacuten
como se muestra en la siguiente tabla
Tabla 22 Costos generales de maquinaria y equipo
Herramientas empleadas Step by Step
Herramientas cantidad valor unitario valor total
Batea 1
pala 1
Palustre 1
Baldes 1
Balanza 1
Llana de madera 1
Caneca de 55Galones
1
Formaleta 1 $ 110000 $ 110000
Fuente los autores 2020
Para las pruebas y ensayos de laboratorio fue necesario la construccioacuten de 40
adoquines para los cuales fueron requeridos los siguientes materiales con sus precios
respectivos
186
Tabla 23 Presupuesto general de materiales para el prototipaje
Materiales empleados step by step Adoquines de prueba
Materiales cantidad valor unitario valor total
Agregado Grueso 2 bogados $ 8000 $ 16000
Agregado Fino 2 bogados $ 7000 $ 14000
Cemento 2 bultos $ 25500 $ 51000
Aditivo 1 $ 5840 $ 5840
Resina Ortoftalica 2 botellas $ 15000 $ 30000
Catalizador 2 $ 2000 $ 4000
Agua $ 5000 $ 5000
Vidrio 2000 gramos $ 8500 $ 17000
Pigmento 2 $ 3000 $ 6000
Acpm $ 2000 $ 2000
TOTAL $ 150840
Fuente los autores 2020
Finalmente y despueacutes de las pruebas garantizando que se cumpliera la normativa se
construyen los adoquines que son requeridos para la construccioacuten del tramo de prueba
para lo cual fue necesario llevar los siguientes costos en bitaacutecora
Tabla 24 Presupuesto general Tramo de prueba
Adoquines para tramo de prueba
Materiales Cantidad Valor unitario Valor total
Arena 25 baldes $ 1100 $ 27500
Grava 25 baldes $ 1100 $ 27500 Aditivo 1 $ 5840 $ 5840
Pigmento 2 $ 3000 $ 6000 Vidrio 2000 gramos $ 8500 $ 17000
Resina ortoftalica 2 botellas $ 15000 $ 30000 Catalizador 2 $ 2000 $ 4000
Aditivo 1 $ 2200 $ 2200 Cemento 2550 Kg $ 13000 $ 13000
Luz led 250 metros $ 13000 $ 32500
187
Cable 2 metros $ 500 $ 1000 TOTAL $ 117040
Cabe la pena aclarar que el costo total es para veinte adoquines por lo que el precio
total por unidad de adoquiacuten es de $5842 pero para el tramo de prueba solo fueron
necesarios catorce adoquines por lo que para el costo total del sendero solo se tiene en
cuenta el costo de los catorce adoquines y no de los veinte ya que los seis restantes se
usaron para ensayos de laboratorio con el concreto translucido
Despueacutes de haber realizado todos los ensayos y de garantizar que el prototipo del
adoquiacuten cumpliera con la normativa se procede a disentildear y construir el tramo de prueba
para lo cual se realizoacute un presupuesto de obra en donde se incluyen todos los insumos
y materiales usados para el tramo con sus respectivos costos
Tabla 25 Cantidades de obra para tramo de prueba
Iacutetem Actividad Und Cant VUnit Vtotal
1 Excavacioacuten Manual zanja en tierra H=04m
m3 04 $ 30000
$ 30000
2 Relleno en recebo para subbase
Bogado 3 $ 4500
$ 13500
3 Capa de arena para sentar adoquines
Bogado 1 $ 8500
$ 8500
4 Concreto para bordes y caja de elementos electroacutenicos
m3 0012 $ 22500
$ 270
5 Adoquines UND 14 $ 5842
$ 81788
6 Arduino uno UND 1 $ 31900
$ 31900
7 Releacute cuatro puertos UND 1 $ 11700
$ 11700
8 Bateriacutea 40 Ah UND 1 $ 322000
$ 322000
9 Panel solar 55W UND 1 $ 280000
$ 280000
10 Regulador de carga UND 1 $ 51500
$ 51500
11 Inversor de Carga UND 1 $ 70000
$ 70000
188
12 Fuente de 110v a 12v UND 2 $ 15000
$ 30000
13 Sensor ultrasonido UND 2 $ 7100
$ 14200
14 Conectores HM UND 20 $ 3000
$ 60000
15 Conectores MM UND 20 $ 3000
$ 60000
TOTAL $ 1065358
Fuente los autores 2020
Como se evidencia en la tabla anterior el costo del sendero de prueba es de $1065358
es de importancia aclarar que como se contaba con la limitacioacuten de recursos solo se
pudo hacer la construccioacuten del sendero inteligente haciendo uso de catorce adoquines
pero que los elementos electroacutenicos que componen el sistema fotovoltaico para la
recoleccioacuten de energiacutea y los sensores que se encuentran en el sendero funcionan para
un sendero maacutes largo y ancho si asiacute se requiere lo que quiere decir que si se desea
construir un sendero inteligente Step by Step de 3 metros de largo por 1 metro de ancho
no es necesario adquirir un sistema fotovoltaico maacutes costoso
Finalmente al costo del tramo de prueba se le debe sumar el costo de los adoquines
que fueron necesarios para los ensayos previos el cual fue de $150840 maacutes el costo de
mano de obra que fue de $200000 para que finalmente el costo a lo que este proyecto
se refiere en su totalidad es de $1416198
189
190
11 VALIDACIOacuteN EN CAMPO TRAMO DE PRUEBA
Con el fin de prototipar el proyecto Step by Step se realizoacute un tramo de prueba en el
municipio de Agua de Dios el cual se acogioacute en conjunto con la alcaldiacutea municipal la cual
nos otorgoacute el permiso y expreso el beneficio del proyecto para la comunidad y su intereacutes
en el por medio de un oficio
El tramo de prueba se construyoacute en el parque Simoacuten Boliacutevar en el municipio de Agua
de Dios el cual es muy concurrido ya que es el segundo parque maacutes importante del
municipio su localizacioacuten se puede observar a continuacioacuten por medio de una imagen
tomada de la plataforma satelital google maps
Figura 42 Localizacioacuten tramo de prueba
Fuente (Google Earth 2020)
Como se puede observar en la imagen anterior el parque boliacutevar se encuentra ente la
carrera 11- 12 y entre la calle 11 ndash 12 al lado de la biblioteca municipal del municipio de
Agua de Dios Despueacutes de escoger el lugar donde se va a instalar se prosiguioacute a escoger
en que parte del parque se instala por lo cual se escogioacute en el centro del parque en
terreno natural enseguida del lugar donde se realizan ejercicios se puede observar en la
siguiente imagen
Se realizoacute una excavacioacuten manual por parte de los autores la cual tuvo unas
dimensiones de 1 metro de ancho por 1 metro de largo por 41 cm de profundidad el cual
se puede observar en la siguiente imagen
Figura 43 Proceso constructivo del Tramo de prueba Step by Step
191
Fuente los autores 2020
Excavacioacuten Profundidad de excavacioacuten
Sub base compactada Arena
Instalacioacuten eleacutectrica Instalacioacuten de adoquines
Confinamiento lateral
192
Despueacutes de realizar la excavacioacuten se prosiguioacute a rellenar y compactar con recebo el
cual tiene un espesor de 30 cm para mejorar las condiciones del terreno Posteriormente
al relleno con recebo se prosigue a poner la capa de arena que sirve como cama para la
instalacioacuten de adoquines la cual tiene un espesor de 3 cm El siguiente paso es realizar
una nivelacioacuten de la arena y con la cama totalmente plana se acomodan los adoquines
como se disentildearon anteriormente con el cableado de los adoquines sacaacutendolos por el
lado escogido por el terreno Posteriormente a tener los adoquines instalados con el
cableado eleacutectrico se prosiguioacute a fundir concreto con el fin de mejorar la esteacutetica del tramo
de prueba ademaacutes de realizar la estructura donde se dejaraacuten fijas las cajas eleacutectricas en
un bordillo de concreto
Posteriormente a la instalacioacuten integral del tramo de prueba el siguiente paso es
realizar la parte electroacutenica del tramo de prueba la cual viene alimentada por energiacutea
solar la cual se activa por medio de sensores instalados en el bordillo anteriormente
mencionado los cuales trabajan en conjunto con Arduino uno y un moacutedulo releacute de cuatro
canales lo cual viene de la siguiente manera en el esquema observado a continuacioacuten
Figura 44 Cableado parte electroacutenica
Fuente los autores 2020
En la imagen anterior se puede observar el cableado electroacutenico el cual consta de 2
sensores ultrasonido los cuales van conectados al Arduino uno el cual estaacute encargado
de enviar la informacioacuten al moacutedulo releacute para posteriormente el alumbrado de los
adoquines instalados anteriormente
Despueacutes de realizar el cableado el siguiente paso es realizar la programacioacuten del
arduino uno la cual consiste en recibir la informacioacuten de los sensores al detectar un
cambio en un campo estimado de 60 cm estos comenzaacutendose a contar despueacutes de 20
193
cm los cuales son los que se estiman desde el bordillo y posteriormente esta informacioacuten
ordena en conjunto con el moacutedulo releacute al encendido de la luz led instalada en los
adoquines los cuales se encenderaacuten en grupos de a 6 cada grupo instalado a un sensor
esta programacioacuten se puede observar en la siguiente imagen
Figura 45 Programacioacuten Arduino uno
Fuente los autores 2020
Despueacutes de tener lista la programacioacuten el siguiente paso es introducir esta
programacioacuten por medio de la aplicacioacuten oficial de Arduino y un cable que es otorgado
en la compra del Arduino esta instruccioacuten se puede observar en la siguiente imagen
194
Figura 46 Introduccioacuten de la programacioacuten al Arduino uno
Fuente los autores 2020
Posteriormente a tener los componentes electroacutenicos funcionando en conjunto con los
sensores el siguiente paso es la instalacioacuten en el tramo de prueba en donde se introducen
en una caja eleacutectrica la cual se impermeabiliza completamente y se introduce en una
estructura de concreto construida que funciona como capa protectora para las cajas con
los implementos electroacutenicos esto se puede observar a continuacioacuten
Figura 47 Caja con implementos electroacutenicos sellada
Fuente los autores noviembre 2020
195
Figura 48 Elementos electroacutenicos instalados
Fuente los autores noviembre 2020
El siguiente paso fue conectar los componentes electroacutenicos anteriormente nombrados
con la fuente de energiacutea la cual es proporcionada por un panel solar el cual viene
conectado por medio de un cableado esto se puede observar a continuacioacuten donde se
encuentra el panel solar y el sendero inteligente Step by Step recolectando energiacutea en el
diacutea tomaacutendola del sol para posteriormente ser aprovechada en la noche para hacer
funcionar la iluminacioacuten del sendero
Figura 49 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar
Fuente los autores noviembre 2020
Por uacuteltimo se encuentra el prototipo del sendero inteligente Step by Step en
funcionamiento el cual es encendido a las 6 pm y se pone a disposicioacuten de la comunidad
196
donde se observoacute un gran impacto en todas las personas que transitan este parque del
municipio de Agua de Dios en las siguientes imaacutegenes se puede observar el sendero
inteligente funcionando con la energiacutea solar recolectada durante el diacutea y en disposicioacuten
de los usuarios
Figura 50 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar en funcionamiento
Fuente los autores 2020
1 2
3 4
5 6
197
12 CONCLUSIONES
Al culminar el proceso de disentildeo prototipaje y validacioacuten en campo del sendero
inteligente Step by Step se concluye que la adherencia entre el concreto hidraacuteulico y el
concreto transluacutecido elaborados con materiales reciclados en un adoquiacuten bicapa para
traacutefico peatonal en las dimensiones propuestas de la Figura 28 registra una resistencia
a la compresioacuten de 3000 psi un moacutedulo de rotura de 68 MPa valores que seguacuten las
notas teacutecnicas colombianas son admisibles
La forma innovadora permite usar el concreto translucido como un conductor de luz
que da diferentes tonalidades de acuerdo al pigmento usado lo que no solo mantiene la
resistencia del prototipo sino que mediante una conexioacuten de circuitos entre los adoquines
contiguos asegura la iluminacioacuten del sendero la resistencia y durabilidad ante las cargas
de traacutefico peatonal
El sistema eleacutectrico mediante un sistema fotovoltaico permite el almacenamiento de
energiacutea suficiente para mantener la funcionalidad de los sensores durante toda la noche
de manera que el sendero ubicado en el parque Simoacuten Boliacutevar del Municipio de Agua de
Dios-Cundinamarca genera un impacto en la comunidad favorable certificado por la
Alcaldiacutea municipal y los habitantes del municipio
Luego de la transmisioacuten del programa de televisioacuten local como una actividad de
apropiacioacuten social del conocimiento realizado por los autores y la tutora en el canal de
televisioacuten local H2O Tv la comunidad en general recibioacute con agrado la tecnologiacutea
prestando intereacutes en instalarlo en diferentes lugares turiacutesticos de Agua de Dios
La translucidez de las piezas del pavimento peatonal con el pigmento azul fue
aceptada por la comunidad como un nuevo emblema del municipio ya que su reflejo y
luminosidad es una alegoriacutea al nombre lsquoAgua de Diosrsquo marcando un nuevo hito en el
municipio que deja atraacutes la historia triste de las aguas azufradas y una enfermedad
incurable por un nuevo camino llamado por el Semillero SEUS Step by Step Sendero
Inteligente
198
13 BIBLIOGRAFIacuteA
accuweather (2020) accuweathercom Retrieved from accuweathercom
httpswwwaccuweathercomescoagua-de-dios102159current-
weather102159
Alcaldia de Agua de Dios (2019 08 08) Retrieved from httpwwwaguadedios-
cundinamarcagovcoturismolos-chorros
Ambientesoluciones (2020) Ambientesolucionescom Retrieved from
Ambientesolucionescom
httpswwwambientesolucionescomsitiocontenidos_mophpit=5675
ARCUS GLOBAL (2020 10 21) Retrieved from httpswwwarcus-
globalcomwpconcreto-translucido-existe
ARQUITECTOS S (2018 05 20) Sala de Arquitectos Retrieved from Sala de
Arquitectos La compantildeiacutea innovando en la arquitectura inteligente ha presentado
la primera lsquovereda inteligentelsquo del mundo en Londres un camino que transforma el
pavimento en un generador de energiacutea eleacutectrica esto gracias al paso que dan los
peatones A diferencia de
Avalos J C (2016 07 29) BBC MUNDO Retrieved from BBC MUNDO
httpswwwbbccommundonoticias-36662912
BBC (2016 6 29) BBC MUNDO Retrieved from BBC MUNDO
httpswwwbbccommundonoticias-36662912
Boussinesq (2020 16 10) Google Retrieved from
httpswwwgooglecomsearchq=difusion+del+esfuerzo+pavimentosamptbm=isch
ampved=2ahUKEwij9quT87nsAhWENFkKHXP-DXUQ2-
cCegQIABAAampoq=difusion+del+esfuerzo+pavimentosampgs_lcp=CgNpbWcQA1C_
gwFY1I4BYMiQAWgAcAB4AIABpQKIAf4QkgEFMC40LjaYAQCgAQGqAQtnd3Mt
d2l6LWltZ8ABAQamps
Bradsher (2018 6 13) new York Times Espantildeol Retrieved from new York Times
Espantildeol httpswwwnytimescomes20180613espanolenergia-solar-
autopista-chinahtml
199
Bradsher K (2018 06 13) THE NEW YORK TIMES Retrieved from THE NEW YORK
TIMES httpswwwnytimescomes20180613espanolenergia-solar-autopista-
chinahtml
CAR (2015) ESTUDIO PARA LA DETERMINACIOacuteN DE MOacuteDULOS DE CONSUMO
DEL RECURSO HIDRICO
CASTILLO X A (2003) DISENtildeO DE PAVIMENTOS ARTICULADOS PARA TRAFICO
MEDIO Y ALTO Retrieved from
httpsrepositoriouniandeseducobitstreamhandle199220919u245809pdf
Chacon Cesar Alexander C J (2012 OCTUBRE 16) TECNURA UNIVERSIDAD
DISTRITAL FRANCISCO JOSEacute DE CALDAS COLOMBIA Retrieved from
httpswwwredalycorgpdf2570257025147010pdf
COLOMBIA C D (2014 05 13) fedebiocombustibles Retrieved from
fedebiocombustibles httpwwwfedebiocombustiblescomfiles1715pdf
CONSTRUIBLE (2015 03 11) Construccioacuten Sostenible Retrieved from Construccioacuten
Sostenible httpswwwconstruiblees20150311energy-floors-genera-
electricidad-a-partir-de-la-energia-de-la-pisada
DamiaSolar (2016 03 19) DamiaSolar Retrieved from DamiaSolar
httpswwwdamiasolarcomactualidadblogarticulos-sobre-la-energia-solar-y-
sus-componentesque-regulador-solar-
necesito_1~text=El20regulador20solar20o20reguladorgenerada20e
n20los20paneles20solares
DANE (2018) danegovco Retrieved from danegovco
httpswwwdanegovcoindexphplista-de-resultados-de-
busquedasearchword=poblacion20agua20de20dios20cundinamarcaampse
archphrase=all
DINERO R (2020 03 05) REVISTA DINERO Retrieved from REVISTA DINERO
httpswwwdinerocomempresasarticulocual-capital-de-colombia-tendra-la-
primera-empresa-publica-de-energias-renovables282296
200
ELECTRONICA I (2020) I+D ELECTRONICA Retrieved from I+D ELECTRONICA
httpswwwdidacticaselectronicascomindexphpbaterias-
cargadorescargadores-1mC3B3dulo-de-control-de-carga-para-
baterC3ADas-12-24v-7009-detail
FDMESCYL (2017 Diciembre 28) Federacion de deportes de montantildea Escalada y
senderismo de Castilla y Leon Retrieved from
httpswwwfclmcom20171228nace-primer-sendero-inteligente-espana-
castilla-leon
Google Earth (2020) Retrieved from httpsearthgooglecomweb437516685-
74667982183897115512a53657125248d35y662480933h028419733t0r
Icontec (2018 11 12) NTC 2017 Adoquines de Concreto para Pavimentos Bogotaacute DC
Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) Retrieved
from METROBLOCK httpsmetroblockcomconorma-tecnica-colombiana-ntc-
2017
IDEAM (2014) ideamgovco Retrieved from ideamgovco
httpwwwideamgovcowebtiempo-y-climaradiacion-solar
indiasolarpowercanals (2015 07 02) inbright Retrieved from inbright
httpsinbrightmxblogpostsindiasolarpowercanals
ingrenovables (2014 6 25) ingrenovablesblogspot Retrieved from
ingrenovablesblogspo httpingrenovablesblogspotcom201406el-primer-
canal-solar-del-mundohtml
LEDOVET (2018 02 23) Retrieved from httpswwwledovetcomtipos-de-sensores-de-
movimiento
Lizcano F A (2003) DISENtildeO RACIONAL DE PAVIMENTOS Bogotaacute ESCUELA
COLOMBIANA DE INGENIERIA
Lngalls S (1877) Estados Unidos Patent No 952S6
MAGAZINE T (2020 03 05) TYS MAGAZINE Retrieved from TYS MAGAZINE
httpswwwtysmagazinecomenergy-floor-la-energia-de-tus-pisadas
201
nandwani S s (2005 junio) energia solar conceptos basicos y su utilizacion Retrieved
from httpssistemamidcompaneluploadsbiblioteca2014-06-27_10-14-
37105995pdf
OMPI ORGANIZACION MUNDIAL DE LA PROPIEDAD INTELECTUAL (2015 09 16)
Retrieved from httpswwwwipointipadvantageesdetailsjspid=2590
PAIS E (2020 02 07) EL PAIS Retrieved from EL PAIS
httpselpaiscomccaa20200207madrid1581085171_646387html
Palacios A (2020) Ca COMPARADOR DE ALARMAS Retrieved from
httpswwwcomparadoralarmascomtipos-de-sensores-de-movimiento-cual-
necesitas
PAVEGEN (2017 JUNIO 29) Retrieved from httpspavegencomwp-
contentuploads201905Pavegen-BirdStreetpressreleasepdf
Perdomo C S amp Fandintildeo M E (2020 10 26) Anaacutelisis de las propiedades mecaacutenicas
del concreto transluacutecido elaborado con poliacutemeros y materiales reciclados
Retrieved from Repositorio Universidad Piloto
httprepositoryunipilotoeducohandle20500122779448
Pettit C (1912) Estados Unidos Patent No 573212
Ramos J (2014 11 12) motos pasion Retrieved from motos pasion
httpswwwmotorpasioncomgaleriasolaroad4
Robert G Packard P (1995) Thickness Design for Concrete Pavements on Highways amp
Streets PCA Method Retrieved from
httpsceprofsciviltamuedudzollingerCVEN-637-Fall202004EB109PDF
SampP (2018 10 15) El Blog de la ventilacioacuten eficiente Retrieved from
httpswwwsolerpalaucomes-esblogsensores-movimiento
SLU A E (2015 04 19) Autosolar Retrieved from Autosolar
httpsautosolaresblogaspectos-tecnicosque-es-un-panel-solar
202
SECHAGUA D A (2016) VALORACIOacuteN SOCIOAMBIENTAL DE LA MICROCUENCA
QUEBRADA LA PUNAacute MUNICIPIO AGUA DE DIOS GIRARDOT
SIKA (2018) FLUIDIFICANTE PARA MEZCLAS DE CONCRETO Tocancipa
SOLAR ROADWAYS (2020) Retrieved from httpssolarroadwayscom
SOLAROAD (2016 03 07) NATIONAL GEOGRAPHIC ESPANtildeA Retrieved from
NATIONAL GEOGRAPHIC ESPANtildeA
httpswwwnationalgeographiccomescienciasolaroad-el-carril-bici-hecho-con-
paneles-solares-en-holanda-cumple-su-primer-ano-de-vida_9916
Suaacuterez A L (2018 04 09) PORTAFOLIO Retrieved from PORTAFOLIO
httpswwwportafolioconegociosel-mayor-proyecto-de-energia-eolica-da-sus-
primeros-pasos-516003
Torres O (2020 03 09) Resumen de ASTM Retrieved from
httpbloquesdeconcretocomsvdescargarNormas20ASTMpdf
UPC (2018) Proyecto Educativo Institucional Bogotaacute DC Universidad Piloto de
Colombia
UPME (2015 06 05) Retrieved from
httpwwwnuevalegislacioncomfilessusccdjconcr_upme_281_15pdf
Velares J M (2020 03 09) Academiaedu Retrieved from Academiaedu
httpswwwacademiaedu25432780Especificaciones_de_ASTM_C-33
Xiaodi Hu A N (2017 Abril 21) Effects of tire inclination (turning traffic) and dynamic
loading on Retrieved from
httpswwwsciencedirectcomsciencearticlepiiS199668141630164Xvia3Dih
ub
90
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Distribucioacuten de variables de la Investigacioacuten 98
Figura 2 Sistema de pavimento Solaroad 106
Figura 3 Autopista China de Paneles solares 107
Figura 4 Canal solar en India 108
Figura 5 Baldosa que produce energiacutea eleacutectrica 111
Figura 6 Cruce peatonal inteligente 112
Figura 7 Distribucioacuten de esfuerzos Modelo Boussinesq 127
Figura 8 Esfuerzos que sufren los pavimentos en tres direcciones 128
Figura 9 Huella de la llanta del vehiacuteculo sobre el pavimento 129
Figura 10 Estructura del pavimento AASTHO 1993 132
Figura 11 Evolucioacuten de la resistencia a la flexioacuten en funcioacuten del tiempo 133
Figura 12 Localizacioacuten del Municipio de Agua de Dios Cundinamarca 135
Figura 13 Zona urbana Municipio de Agua de Dios 136
Figura 14 Balneario los Chorros Agua de Dios 137
Figura 15 Prueba de ensayo a Flexo traccioacuten de Adoquines de concreto
(Icontec 2018) 146
Figura 16 Ruta de actividades para el prototipaje de Step by Step 154
Figura 17 Material reciclado (vidrio) 156
91
Figura 18 Trituracioacuten del vidrio con molino de bolas 157
Figura 19 Vidrio pulverizado luego de la trituracioacuten y molienda 157
Figura 20 Tamizado del material 158
Figura 21 Vidrio lavado y secado en horno 158
Figura 22 Diferentes gradaciones de vidrio triturado y molido 159
Figura 23 Agregados para la mezcla de concreto 160
Figura 24 Dosificacioacuten de agregados 161
Figura 25 Desencofrado de prototipos de concreto hidraacuteulico 162
Figura 26 Detalle del adoquiacuten 163
Figura 27 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 164
Figura 28 Detalle del adoquiacuten 3D 164
Figura 29 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 3D 165
Figura 30 Huella de neumaacutetico 167
Figura 31 Vista en planta sendero inteligente 167
Figura 32 Informacioacuten eleacutectrica 169
Figura 33 Formaleta 170
Figura 34 Prototipaje del adoquiacuten 171
Figura 35 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica diacutea 172
Figura 36 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica noche 173
92
Figura 37 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica 173
Figura 38 Curado de muestras de Step by Step 174
Figura 39 Peso de muestras de Step by Step 175
Figura 40 Registro fotograacutefico de las muestras a compresioacuten 178
Figura 41 Resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto 179
Figura 42 Localizacioacuten tramo de prueba 190
Figura 43 Proceso constructivo del Tramo de prueba Step by Step 190
Figura 44 Cableado parte electroacutenica 192
Figura 45 Programacioacuten Arduino uno 193
Figura 46 Introduccioacuten de la programacioacuten al Arduino uno 194
Figura 47 Caja con implementos electroacutenicos sellada 194
Figura 48 Elementos electroacutenicos instalados 195
Figura 49 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar 195
Figura 50 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar en funcionamiento 196
LISTA DE TABLAS
93
Tabla 1 Factor de confiabilidad 130
Tabla 2 Nivel de confiabilidad 131
Tabla 3 Nivel de confiabilidad 133
Tabla 4 Nivel de confiabilidad 134
Tabla 5 Partes de los Adoquines 139
Tabla 6 Geometriacutea del adoquiacuten seguacuten NTC 2017 140
Tabla 7 Requisitos geomeacutetricos de los adoquines 143
Tabla 8 Clasificacioacuten de los adoquines seguacuten su absorcioacuten 148
Tabla 9 Resistencia miacutenima de los adoquines 148
Tabla 10 Resistencia a la abrasioacuten 149
Tabla 11 Franja granulomeacutetrica para arena de prefabricados 150
Tabla 12 Instrumentos empleados para el proyecto 152
Tabla 13 Cronograma de actividades para el prototipaje de Step by Step 155
Tabla 14 Dosificacioacuten para la elaboracioacuten de las muestras 160
Tabla 15 Datos iniciales resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto 176
Tabla 16 Resultados de resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto 177
Tabla 17 Consolidado de la resistencia a la compresioacuten de adoquines de
concreto 179
Tabla 18 Datos iniciales resistencia a la flexo traccioacuten de adoquines de concreto
180
94
Tabla 19 Resultados de resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto
181
Tabla 20 Resultados de moacutedulo de rotura 182
Tabla 21 Resultados Prueba de Absorcioacuten 184
Tabla 22 Costos generales de maquinaria y equipo 185
Tabla 23 Presupuesto general de materiales para el prototipaje 186
Tabla 24 Presupuesto general Tramo de prueba 186
Tabla 25 Cantidades de obra para tramo de prueba 187
INTRODUCCIOacuteN
95
La presente investigacioacuten presenta el disentildeo construccioacuten y validacioacuten en campo de
un adoquiacuten prefabricado bicapa de concreto hidraacuteulico y concreto transluacutecido con un
sistema eleacutectrico en su interior capaz de transformar las energiacuteas renovables (solar
eoacutelica hidraacuteulica etc) en energiacutea eleacutectrica Con el fin de que cuando un peatoacuten transite
con su pisada encienda una luz que estaacute ubicada dentro del prefabricado iluminando
todo el sendero El aprovechamiento de las energiacuteas renovables ha tomado maacutes fuerza
en los uacuteltimos tiempos dado a las consecuencias que el cambio climaacutetico ha traiacutedo para
el planeta es por esto que se debe pensar en la sostenibilidad del mismo
Asiacute por ejemplo en Septiembre de 2019 la Organizacioacuten Meteoroloacutegica Mundial junto
a las principales organizaciones de ciencia climaacutetica adheridas a Naciones Unidas
revelaron en un informe la evidente y creciente brecha que divide los objetivos acordados
para abordar el calentamiento global y la realidad actual del planeta asiacute como de que tan
solo en junio de 2019 se emitieron 50 megatoneladas de carbono a la atmosfera que el
hielo marino del Aacutertico ha disminuido en un 12 por deacutecada desde 1979 hasta 2018
Colombia a traveacutes del Ministerio de Ambiente en 2016 creoacute la Poliacutetica Nacional de
Cambio Climaacutetico que consiste en promover una gestioacuten de cambio climaacutetico que
contribuya a avanzar en una senda de desarrollo resiliente al clima y baja en Carbono
que reduzca los riesgos asociados a las alteraciones por efectos del cambio climaacutetico
Actualmente el Plan Nacional de Desarrollo de nuestro paiacutes propone avanzar hacia la
transicioacuten de actividades productivas comprometidas con la sostenibilidad y la mitigacioacuten
del cambio climaacutetico impulsar las energiacuteas renovables y avanzar en el conocimiento de
escenarios de riesgo actuales y futuros
Colombia cuenta con un parque de generacioacuten de 1677875 MW (a diciembre de
2017) Esta se encuentra dominada por la generacioacuten de energiacutea hidroeleacutectrica que
corresponde al 6988 del total de la capacidad (XM 2017) En segundo lugar se
encuentran las centrales teacutermicas a gas y carboacuten que de manera agregada alcanzan un
porcentaje del 2167 (Teacutermica a gas con una capacidad de 226995 MW equivalente a
un 1353 y a carboacuten con 13653 MW correspondiente a un 814 del total) El
porcentaje restante (845) pertenece a generacioacuten mediante diversas tecnologiacuteas
(Liacutequidos Gas-Liacutequidos Biomasa y Viento la cual cuenta con solo un porcentaje de
011) todos los datos han sido extraiacutedos de la tesis laquoIdentificacioacuten de proyectos con
potencial de generacioacuten de energiacutea eoacutelica como complemento a otras fuentes de
generacioacuten eleacutectrica en el departamento de Boyacaacuteraquo obra de Renata Catalina Siabato
96
Benavides Seguacuten la Unidad de Planeacioacuten Minero Energeacutetica del Ministerio de Minas y
Energiacutea de Colombia actualmente solo hay instalados en el paiacutes 1842 megavatios de
potencia eoacutelica parque Jepiacuterachi (en Uribiacutea Guajira) propiedad de Empresas Puacuteblicas
de Medelliacuten SA Entroacute en operacioacuten en abril de 2004
Para la investigacioacuten de este proyecto se usa la metodologiacutea de tipo cientiacutefico dado a
que para el disentildeo y construccioacuten del prefabricado en concreto de alta resistencia se usan
instrumentos para medir la resistencia del concreto hasta encontrar el disentildeo de mezcla
oacuteptimo para la construccioacuten del prefabricado Es por esto que el inicio del trabajo es
praacutectico porque se debe encontrar la resistencia optima el disentildeo de la forma del
prefabricado y la validacioacuten en laboratorio para finalmente hacer ensayos en campo de
prueba
97
1 PROBLEMA DE INVESTIGACIOacuteN
El Cambio Climaacutetico se ha hecho mucho maacutes notable en los uacuteltimos antildeos quizaacute los
efectos maacutes importantes de esta gran cataacutestrofe natural son la sequiacutea y las altas
temperaturas que afectan principalmente a territorios de clima caacutelido esto se debe a la
accioacuten del ser humano en la tierra donde en eacutepocas anteriores se disponiacutea de los
recursos naturales sin tener alguacuten tipo de restriccioacuten y maacutes aun sin restaurar el dantildeo que
se haciacutea tal vez creyendo que los recursos nunca acabariacutean con el pasar de los antildeos los
gobiernos y diferentes organizaciones mundiales se han planteado objetivos con el fin de
prevenir la accioacuten del cambio climaacutetico entre las que han sido incluidas las energiacuteas
renovables
Tambieacuten se ha visto un decrecimiento de la poblacioacuten en el municipio de Agua de Dios
donde su economiacutea ha caiacutedo y se ha venido apostaacutendole al campo turiacutestico donde se ve
limitado por sus atractivos ya que estos han venido decayendo con el pasar de los antildeos
sin una implementacioacuten de nuevos atractivos
En la zona donde se implementa el proyecto a pesar de ser una de las zonas maacutes
turiacutesticas y reconocidas en Agua de Dios se tiene una gran inseguridad ya que es
concurrida por personas que se dedican a consumir sustancias psicoactivas lo que
conlleva a tener maacutes probabilidades de un ataque por parte de estas personas todo esto
se ve en las horas de la noche donde falta la iluminacioacuten ya que el alumbrado puacuteblico es
escaso casi nulo en esta parte ademaacutes de tener en cuenta los grandes costos por el
alumbrado puacuteblico lo que se vuelve un problema para la comunidad ya que se crea una
dependencia a estos pagos por energiacutea eleacutectrica existiendo energiacuteas alternativas y auto
sostenibles
98
11 PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIOacuteN
Para abordar el disentildeo experimental de esta investigacioacuten es necesario aclarar que
este trabajo pertenece al macro proyecto de investigacioacuten lsquoPrefabricados de Nueva
Generacioacuten para obras de Infraestructura vialrsquo cuyo propoacutesito es disentildear prototipos
prefabricados que incorporen materiales reciclados En el caso de Step by Step se
propone un adoquiacuten peatonal en concreto hidraacuteulica bicapa con un recubrimiento en
concreto transluacutecido compuesto por poliacutemeros y vidrio reciclado
Figura 1 Distribucioacuten de variables de la Investigacioacuten
Fuente los autores
Es asiacute como surge la variable dependiente que es el prototipo para el sendero
inteligente lsquoStep by Steprsquo las variables independientes que seraacuten modificadas en el
Variable Interviniente
Variable Dependiente
Variable Dependiente
Sendero Inteligente
Disentildeo de mezcla
Agregados reciclados
Concreto hidraacuteulico
Geometriacutea
Carga de servicio
Especificiaciones teacutecnicas NTC2017
Resistencia
Compresioacuten
Flexioacuten
Absorcioacuten
99
proceso es el disentildeo de la mezcla la geometriacutea y la resistencia todo esto que se ajuste
a las condiciones del contexto como es el uso de agregados reciclados cementos por
desempentildeo o cementos hidraacuteulicos la carga de servicio y las especificaciones NTC 2017
que regulan tanto la geometriacutea como su resistencia medida a la compresioacuten a flexioacuten y
la absorcioacuten tal como se indica en la Figura 1
Este trabajo de investigacioacuten pertenece al semillero SEUS y forma parte del macro
proyecto lsquoPrefabricados de nueva generacioacuten para obras de Infraestructura Vialrsquo de la
liacutenea de investigacioacuten institucional acuteHaacutebitat Biodiversidad y tecnologiacuteas Sosteniblesrsquo y de
la liacutenea de grupo lsquoInfraestructura y Nuevas Tecnologiacuteasrsquo Enmarcado en la misioacuten de la
Universidad Piloto de Colombia de
ldquoIncorpora a la comunidad acadeacutemica como partiacutecipe en el aacutembito
cientiacutefico inmersa en una cultura de investigacioacuten caracterizada por ser
reflexiva pertinente sistemaacutetica y metoacutedica con el objeto de promover
los desarrollos urbanos y regionales de su aacuterea de influencia en los
aacutembitos nacional e internacional asiacute como los demaacutes prospectados
acorde con los eacutenfasis y campos de accioacuten de la Universidadrdquo (UPC
2018 paacuteg 19)
En consecuencia luego de recibir la carta de aceptacioacuten y agradecimiento de la
Secretariacutea de Planeacioacuten y de instalar el tramo de prueba en el Parque Simoacuten Boliacutevar del
municipio de Agua de Dios se realizaron labores de apropiacioacuten social del conocimiento
como programas de televisioacuten en el canal local H2O Televisioacuten participacioacuten en eventos
cientiacuteficos como el Encuentro de Semilleros TEINCO 2020 entre otras actividades
100
12 PREGUNTA DE INVESTIGACIOacuteN
Alrededor del mundo se estaacuten impulsando proyectos importantes que abarcan el uso
de energiacuteas renovables como una alternativa a la reduccioacuten de contaminacioacuten esto se
ha visto reflejado en la construccioacuten de infraestructura sostenible implementado energiacuteas
renovables como la solar piezoeleacutectrica eoacutelica entre otras tambieacuten en los paiacuteses maacutes
desarrollados se identifica un matrimonio entre las energiacutea renovables y el turismo donde
se combinan con la infraestructura generando impacto positivo en ellos A partir de esto
se formula la siguiente pregunta de investigacioacuten
iquestCoacutemo prototipar un adoquiacuten para pavimento articulado de traacutensito
peatonal que permita iluminar el paso del peatoacuten almacenando la
energiacutea solar que absorbe durante el diacutea para luego convertirla en
iluminacioacuten eleacutectrica en la noche
101
2 JUSTIFICACIOacuteN
Se ha identificado una problemaacutetica ambiental que se incrementa al pasar el tiempo
en el mundo esto por la generacioacuten de contaminantes al utilizar energiacuteas no renovables
ademaacutes en el municipio de Agua de Dios se observa una carencia en infraestructuras que
permitan ser un centro turiacutestico de la regioacuten ya que se ve opacado por los municipios
vecinos resulta de gran importancia generar proyectos los cuales implementen las
energiacuteas renovables y maacutes en el municipio de agua de dios donde es necesario un
desarrollo turiacutestico para el cual se vea sustentado con una infraestructura de intereacutes
generando un desarrollo econoacutemico social cultural y ambiental en el municipio
El proyecto Step by Step sendero inteligente surge de la necesidad de tener
infraestructura innovadora y amigable con el medio ambiente este proyecto trata de un
sendero peatonal el cual se piensa construir por medio de un conjunto de adoquines
disentildeados de forma que permitan obtener una luminiscencia por medio de bombillos led
instalados en el disentildeo y alimentados por medio de energiacutea solar ademaacutes de
implementar en el disentildeo un conjunto de sensores los cuales funcionen armoacutenicamente
con los visitantes prendiendo y apagando al desplazamiento de cada usuario
El proyecto Step by Step es importante para la comunidad del municipio de Agua de
Dios ya que con este proyecto se incentiva el cuidado por el medio ambiente tambieacuten
tiene un impacto positivo directo en la comunidad de la zona ya que se valorizan los
predios y los negocios alrededor de la vereda los chorros al atraer maacutes turistas genera
que tengan un crecimiento econoacutemico ademaacutes de poder utilizar el mismo sendero como
base para diferentes actividades de prestacioacuten de servicios generando nuevos empleos
en el municipio y al mismo tiempo mejorando la calidad de vida de los habitantes
Debido a que en la zona y generalmente en el paiacutes no se implementan los suficientes
proyectos que permitan un desarrollo de la infraestructura de la mano con el medio
ambiente este proyecto aporta en el desarrollo de proyectos futuros en el campo de los
senderos inteligentes primordialmente e infraestructura vial ademaacutes de ser un aporte en
el desarrollo de infraestructura innovadora dirigida al sector turiacutestico todo esto con la
implementacioacuten de energiacutea solar
102
Como consecuencia de la formacioacuten en investigacioacuten de la Universidad Piloto de
Colombia se justifica el proyecto Step by Step que aporta a la comunidad del municipio
de Agua de Dios impactando en su cultura en la parte religiosa con las congregaciones
que se realizan en esta zona y en su historia ya que se revitaliza un lugar emblemaacutetico
para los primeros habitantes del municipio tambieacuten aporta en el aspecto cientiacutefico ya que
la implementacioacuten de las nuevas formas de construccioacuten de concreto incentivan a la
investigacioacuten de las mismas a implementarse en la tecnologiacutea gracias a las energiacutea
renovables utilizadas y el concreto translucido el cual seraacute innovador para el municipio e
impactando beneficiosamente a el desarrollo por medio de la mejora en su turismo y asiacute
mismo en la economiacutea de la poblacioacuten que trabaja en esta zona
El proyecto step by step aporta a la misioacuten institucional por medio de los anaacutelisis a la
poblacioacuten sobre sus necesidades y daacutendole la solucioacuten a estas como lo es la parte
econoacutemica ya que el municipio se encuentra enfocado en la parte turiacutestica como fuente
de dinero generando estabilidad econoacutemica y bienestar en la poblacioacuten que beneficiada
con este proyecto y se puede observar un manejo adecuado del medio ambiento con
energiacuteas renovables
En consecuencia el proyecto Step by Step se articula con la misioacuten de un ingeniero
Unipiloto como una herramienta desarrollada por personas integrales soportado sobre
una soacutelida fundamentacioacuten conceptual que se brindaron en las aacutereas teacutecnicas y
cientiacuteficas a lo largo de la carrera universitaria se ajusta a la realidad del municipio de
Agua de Dios y busca soluciones puntuales en temas sociales ambientales turiacutesticos y
econoacutemicos
103
3 OBJETIVOS
31 OBJETIVO GENERAL
Prototipar y validar en campo un adoquiacuten para pavimento articulado peatonal
prefabricado en concreto hidraacuteulica bicapa y que en su interior tenga una pieza
translucida que sea capaz de transformar la energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica con el
fin de que cuando el peatoacuten transite con su pisada active un sensor y este encienda una
luz led que se encuentra al interior de la pieza de concreto
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Validar en laboratorio un adoquiacuten en concreto hidraacuteulico que se ajuste a las con las
Especificaciones teacutecnicas NTC 2017
Disentildear y validar en laboratorio la geometriacutea del adoquiacuten bicapa usando concreto
transluacutecido (Perdomo C amp Fandintildeo M 2020) y medir su resistencia a la compresioacuten
flexioacuten y la absorcioacuten para luego ser comparado con la NTC 2017
Disentildear y validar en campo el sistema de encendido usando sistemas alternativos
como los paneles solares
104
4 MARCOS DE REFERENCIA
41 MARCO DE ANTECEDENTES
Estudiantes mexicanos del Instituto Tecnoloacutegico de Estudios Superiores Monterrey
(ITESM) campus puebla desarrollaron un proyecto denominado Enegy Floor el cual es
un sistema que aprovecha el flujo de peatones para la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica
es una tecnologiacutea que se instala debajo de los pisos convencionales como las losetas
Seguacuten este proyecto cada vez que una persona pasa sobre el piso soportado por este
desarrollo tecnoloacutegico se activa un dispositivo mecaacutenico que produce cinco watts de
electricidad por cada paso (MAGAZINE 2020)
Los estudiantes artiacutefices de este proyecto expresaron que es una tecnologiacutea amigable
con el medio ambiente puesto que es un dispositivo que se activa con fuerza mecaacutenica
Para su elaboracioacuten los estudiantes usaron aluminio y una loseta que fue elaborada a
basa de poliacutemero ultrarresistente denominado nylamid (MAGAZINE 2020) El factor
diferencial entre el proyecto de los estudiantes mexicanos y Step by Step es que ellos
usan energiacutea mecaacutenica del flujo peatonal Step by Step usa energiacuteas renovables como la
solar
En Rotterdam existe una empresa llamada Energy Floors que antes era conocida
como Club de Baile Sostenible pues dicha empresa estaacute revolucionando el panorama de
la energiacutea sostenible al transformar la energiacutea cineacutetica y mecaacutenica que se produce al
caminar en energiacutea eleacutectrica En 2008 lanzaron su producto Sustainable Dance Floor
(SDF) que utiliza el movimiento de las personas como fuente de energiacutea al convertir la
energiacutea cineacutetica en energiacutea eleacutectrica Con ella se alimentan las luces LED de la pista de
baile creando una atmoacutesfera de discoteca y proporcionando al puacuteblico una experiencia
interactiva Esto es asiacute porque los moacutedulos que integran la pista de baile se flexionan al
ser pisados creando un movimiento que se transforma en energiacutea eleacutectrica por un
pequentildeo generador interno Cada moacutedulo de un tamantildeo de 75x75x20 cm puede producir
hasta 35 vatios de salida sostenida Entre cinco y veinte vatios por persona
(CONSTRUIBLE 2015) Al igual que el proyecto de los estudiantes la diferencia con Step
by Step es que se usa energiacutea mecaacutenica generada por las pisadas de las personas en
este caso en pistas de baile de discotecas
105
El mexicano Joseacute Carlos Rubio Avalos quien es investigador de la Universidad
Michoacana de San Nicolaacutes de Hidalgo buscoacute otra funcioacuten para el cemento el
investigador pensoacute en que el cemento casi siempre estaba expuesto a la radiacioacuten solar
y debiacutea buscar la manera de desarrollar una investigacioacuten innovadora Por esto el material
creado por el investigador consiste en absorber la radiacioacuten ultravioleta durante el diacutea
para luego brilla en la noche (BBC 2016)
El problema que el investigador tuvo es que el cemento es un cuerpo opaco y no
permite el paso de luz por eso estudioacute la composicioacuten del cemento Portland que es el
maacutes usado alrededor del mundo modificoacute la estructura microscoacutepica y con este cambio
logroacute que el material absorbiera los rayos uv El investigador Joseacute Carlos explicoacute en una
entrevista para la BBC Mundo que lo que se busca era permitir el paso y difusioacuten de luz
solar a traveacutes del siacutelice que se encuentra presente en el cemento el siacutelice es el mismo
material con el que se fabrica el vidrio (BBC 2016)
A lo que se refiere en si al proyecto del investigador mexicano es a cambiarle las
propiedades oacutepticas del material para hacerlo fosforescente Es un proceso logrado por
la incorporacioacuten de aditivos los cuales permiten que la luz pase y se pueda observar un
color de la fosforescencia El cemento como es un material orgaacutenico tiene mayor
rendimiento y durabilidad en el proceso (Avalos 2016)
El cemento fosforescente es un material mucho maacutes costoso que un cemento
convencional es por eso que solo se concibe como una capa de recubrimiento para
fachadas de edificios o para la sentildealizacioacuten de viacuteas Este proyecto mexicano es un
proyecto similar a Step by Step pues lo que se busca es hacer uso de las energiacuteas
renovables tambieacuten
En Holanda se construyoacute un proyecto denominada SolaRoad lo que se hizo fue
sustituir el asfalto por un pavimento que integra paneles solares fotovoltaicos ademaacutes de
esto se incluyeron luces led para iluminar el sendero en diacuteas de niebla y un sistema para
calentar la viacutea y evitar la formacioacuten de placas de hielo en invierno en el invierno En el
primer antildeo cumplido de este proyecto se han producido 70 KWh al antildeo por cada metro
cuadrado lo que ha sido suficiente para abastecer a tres viviendas
El primer antildeo de funcionamiento de un tramo de 70 metros ha llevado a los
investigadores a concluir que el proyecto funciona muy bien pero econoacutemicamente aun
no es factible porque en la construccioacuten se invirtieron 3 millones de euros y haciendo la
106
conversioacuten por cada KWh ha hecho un retorno final de tan solo 1862 euros (SOLAROAD
2016)
Figura 2 Sistema de pavimento Solaroad
Fuente (Ramos 2014)
Como se evidencia en la imagen anterior los constructores instalan moacutedulos de
concreto con una capa transparente que permite que la luz se infiltre debajo de dicha
capa se instalas celdas solares que recogen la energiacutea y finalmente son las que sirven
para alimentar el alumbrado puacuteblico la luz del traacutefico y hasta los hogares (SOLAROAD
2016)
El factor diferencial entre Solaroad y Step by Step es que el sendero de Step by Step
hace aprovechamiento de la energiacutea usando un solo panel solar y Solaroad hace uso de
cierta cantidad de moacutedulos solares para ser instalados en todo el tramo
China es uno de los paiacuteses que maacutes estaacute interesado e invierte en el uso de energiacuteas
renovables con el fin de innovar y dominar el mercado de dicha tecnologiacutea es por esto
107
que se disentildeoacute y construyoacute una autopista con paneles solares en la ciudad de Jinan
(Bradsher 2018)
Figura 3 Autopista China de Paneles solares
Fuente (Bradsher K 2018)
Este proyecto es importante nombrarlo en este documento porque destaca el gran
crecimiento que ha tenido el uso de paneles solares en el mundo y de que China uno
de los paiacuteses maacutes desarrollados del mundo esteacute apostando e invirtiendo en el uso de las
energiacuteas renovables
En la India se estaacute revolucionando el mercado de los paneles solares por la
construccioacuten de plantas de energiacutea solar sobre canales de agua esto hace que se
cumplan dos tareas importantes para la preservacioacuten del medio ambiente la primera es
la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica aprovechando la energiacutea solar y la segunda es la
preservacioacuten del liacutequido precioso evitando la evaporacioacuten
108
Figura 4 Canal solar en India
Fuente (ingrenovables 2014)
El Jefe de Gobierno Indio el Sr Narendra Modi inauguraraacute la primera serie de este
proyecto conocido como Canal Proyecto de Energiacutea Solar cuando ponga en marcha un
proyecto piloto de 1 megavatio (MW) que ya se encargoacute en el canal de la rama Narmada
cerca de la aldea Chandrasan de Kadi taluka en el distrito Mesina el martes
(indiasolarpowercanals 2015)
El proyecto de la India es de importancia mencionarlo en este documento dado a su
similar parecido con Step by Step pues los dos hacen uso de la energiacutea solar para
preservas los recursos medio ambientales que cada vez son maacutes escasos es de gran
aporte el conocimiento adquirido en cuanto a la forma en la que se construye el proyecto
para preservar el agua tambieacuten
En 2018 se dijo que La Guajira en Colombia se convertiriacutea en escenario de los grandes
proyectos de generacioacuten de energiacutea eleacutectrica a partir del viento que abasteceraacuten el
Sistema Interconectado Nacional (SIN) en la proacutexima deacutecada (Suaacuterez 2018)
109
A finales de febrero pasado la Autoridad Nacional de Licencias Ambientales (ANLA)
comenzoacute el estudio del que seraacute uno de los parques eoacutelicos representativos que tendraacute
el paiacutes por su tamantildeo y capacidad de produccioacuten y que se sumaraacute a otros que se
montaraacuten en la citada zona (Suaacuterez 2018) Se trata del proyecto de Generacioacuten de
Energiacutea Eoacutelica Alpha que desarrolla la empresa Vientos del Norte que pertenece al
conglomerado portugueacutes Renovatio Group como lo registra el Certificado de Reporte del
Sistema de Informacioacuten sobre Biodiversidad de Colombia (CR-SIB) (Suaacuterez 2018)
Este parque eoacutelico que tendraacute una capacidad de generacioacuten superior a los 200
megavatios (Mw) es la primera iniciativa que evaluacutea la Anla ya que se requiere
autorizacioacuten de la autoridad nacional ambiental despueacutes de los 100 Mw de energiacutea
(Suaacuterez 2018)
Es importante destacar este proyecto de recoleccioacuten de energiacutea eleacutectrica a traveacutes de
la energiacutea eoacutelica en este documento dado a que en este documento y para este proyecto
estamos tratando con todo tipo de energiacuteas renovables aunque es un proyecto que estaacute
en estudios y en traacutemite de licencias con antelacioacuten se sabe que seraacute un boom de
innovacioacuten con respecto a paiacuteses de la regioacuten y que se estaacuten apoyando los proyectos
que abarquen el uso de energiacuteas limpias en el paiacutes Step by Step estaacute pensado para que
funcione con cualquier tipo de energiacutea renovable que se pueda aprovechar
Seguacuten la revista dinero en Barranquilla con el cambio de administracioacuten de alcaldiacutea y
de gobernacioacuten del Atlaacutentico se vienen cambios en temas energeacuteticos para la regioacuten
Caribe pues se sabe desde antildeos atraacutes que Electricaribe tiene millonarias deudas y presta
un servicio deficiente el alcalde Jaime Pumarejo anuncioacute la adjudicacioacuten de los nuevos
operadores para el 20 de Marzo de 2020 tambieacuten dio luces sobre la nueva poliacutetica de
energiacutea en la reciente edicioacuten del Congreso Nacional de Infraestructura en noviembre de
2019 (DINERO 2020)
El alcalde Pumarejo dijo que es un proyecto que estaacute pensado en primera fase para la
autogeneracioacuten de la alcaldiacutea de Barranquilla para luego general y comercializar energiacuteas
renovables (DINERO 2020) El mandatario explicoacute que el desarrollo econoacutemico de la
capital del Atlaacutentico implica contar con energiacuteas de fuentes renovables Estas son
sinoacutenimo ndashseguacuten eacutelndash de maacutes ingresos empleo y resiliencia ante el cambio climaacutetico
(DINERO 2020)
110
Barranquilla es reconocida mundialmente como la capital energeacutetica de Colombia es
por esto que vale la pena mencionar esta clase de proyectos dentro de la redaccioacuten de
este documento porque el uso de energiacuteas renovables va tomando cada vez maacutes fuerza
en nuestro paiacutes y es de gran importancia para nosotros como ingenieros civiles
aprovechar esta oportunidad para crear proyectos innovadores como Step by Step que
hace usos de energiacuteas limpias y se puede implementar en cualquier parte del paiacutes
En Londres existe una empresa llamada Pavegen que es una compantildeiacutea de
tecnologiacutea limpia esta empresa adopta un enfoque innovador hacia la sostenibilidad al
generar energiacutea a partir de algo que la mayoriacutea de la gente hace todos los diacuteas caminar
La compantildeiacutea innovando en la arquitectura inteligente ha presentado la primera lsquovereda
inteligentelsquo del mundo en Londres un camino que transforma el pavimento en un generador
de energiacutea eleacutectrica esto gracias al paso que dan los peatones A diferencia de anteriores
instalaciones en Washington DC y Rio de Janeiro el proyecto en Londres cuenta con su
propia app brindado informacioacuten exacta a los visitantes sobre la energiacutea que estaacuten
generando e incentivando su uso al brindar descuentos en tiendas comerciales por los pasos
que den (ARQUITECTOS 2018)
Seguacuten el CEO de Pavegen Laurance Kemball-Cook quien sentildealoacute que esta es una nueva
aacuterea de produccioacuten de energiacutea una que ofrece muchas posibilidades interesantes laquoCuando
una persona camina genera 5 vatios de energiacutea de forma continua por lo que usted es
como todos somos una fuente de alimentacioacuten de 5 vatios Ahora imagine 10 personas eso
es 50 vatios de energiacutea de forma continua Puede que no parezca una cantidad exorbitante
de energiacutea pero es suficiente para suministrar energiacutea para una serie de necesidades Por
ejemplo la tecnologiacutea se puede utilizar para iluminar caminos a medida que los peatones
caminan sobre ellos lo que podriacutea frenar el crimen (ARQUITECTOS 2018)
111
Figura 5 Baldosa que produce energiacutea eleacutectrica
Fuente Pavegencom
El CEO tambieacuten sentildealoacute que el proyecto es muy importante y puso como ejemplo Grand
Central Station en Londres donde diariamente transitan unas 40000 personas por hora esa
energiacutea que generan esas personas se almacena en bateriacuteas y en la noche se enciende
Asiacute que los municipios las estaciones de tren las oficinas las escuelas en cualquier lugar
con mucha gente caminando son perfectas para el proyecto (ARQUITECTOS 2018)
El proyecto realizado en Londres es muy similar a Step by Step puesto que los dos se
tratan de un sendero inteligente El factor diferencial es que Step by Step convierte la energiacutea
solar en energiacutea eleacutectrica el proyecto de Londres lo que hace es convertir la energiacutea cineacutetica
que generan las personas al caminar en energiacutea eleacutectrica
En Madrid Espantildea se ha unido el Aacuterea de Emprendimiento Empleo e Innovacioacuten quien
ha impulsado el proyecto y el Aacuterea de Medio Ambiente y Movilidad que ha corrido con los
gastos para crear un cruce peatonal inteligente el proyecto se trata de crear un cruce
peatonal inteligente para reducir los accidentes por lo cual se ha escogido una zona poco
luminosa en horas de la noche (PAIS 2020)
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Figura 6 Cruce peatonal inteligente
Fuente (PAIS 2020)
Seguacuten la portavoz de las concejaliacuteas que llevan a cabo el proyecto que cuenta con un
paso de cebra cuenta con una sentildeal lumiacutenica que funciona con sensores y
tecnologiacutea led y que se activa en modo nocturno cuando cruza un peatoacuten Al detectar a
la persona se encienden de forma continua las sentildeales horizontales y los cajones
lumiacutenicos de las sentildeales verticales Cuando no hay nadie el sistema permanece en
reposo (PAIS 2020)
Sobre la construccioacuten y mejoras en la fabricacioacuten e instalacioacuten de adoquines se
conocioacute que Samuel S Lngalls de Chicago en Illinois en el antildeo 1877 patentoacute un adoquiacuten
en concreto con una forma rectangular (Estados Unidos Patente nordm 952S6 1877) Pero
el inventor se dio cuenta que el adoquiacuten patentado presentaba fallas a la hora de su
instalacioacuten por lo que realizoacute un estudio para verificar las fallas y asiacute poder mejorar esto
Para lo cual patentoacute una mejora para la instalacioacuten de los adoquines en donde Samuel
Lngalls dejoacute un paso a paso para evitar que los adoquines se fracturaran con el tiempo
113
la fractura se da en las esquinas y para esto se debe poner cemento en las juntas y
esquinas
De la misma manera que Samuel Lngalls Charles Pettit tambieacuten realizoacute una patente
de la invencioacuten de un adoquiacuten pero dicha patente fue hecha en Greenford en el condado
de Mahoning y el estado de Ohio en el antildeo 1912 En la misma patente deja una guiacutea
praacutectica de instalacioacuten de dichos adoquines Pettit realiza esta invencioacuten para solucionar
la problemaacutetica de que los adoquines se desencajen y en muchas ocasiones presente
pandeo en una viacutea de adoquines estos pandeos generan en algunos casos accidentes
viales Esto lo soluciona garantizando un enclavamiento seguro entre las filas de
adoquines adyacentes y se puede hacer el enclavamiento dado a la forma del adoquiacuten
patentado el enclavamiento entre filas y columnas de adoquines evita el desplazamiento
y el pandeo del pavimento articulado (Estados Unidos Patente nordm 573212 1912)
42 MARCO TEOacuteRICO
Por medio del marco teoacuterico se pone en contexto las bases teoacutericas de la metodologiacutea
realizada para la construccioacuten del sendero inteligente en el cual se explicaran diferentes
tipos de tecnologiacuteas entre las cuales se encuentra la implementacioacuten de la tecnologiacutea de
generacioacuten de energiacutea por medio de componentes electroacutenicos de piezoelectricidad los
cuales aprovechan la energiacutea cineacutetica al caminar convirtieacutendola en energiacutea eleacutectrica
tambieacuten las tecnologiacuteas que utilizan energiacutea eleacutectrica para la construccioacuten de senderos
inteligentes los pavimentos inteligentes que aprovechan la energiacutea solar por medio de
paneles solares instalados en su estructura que aprovechan la energiacutea para los usos en
su entorno o en su misma estructura
Tipos de pavimentos inteligentes
En el mundo al pasar de los tiempos y con la incorporacioacuten de nuevas tecnologiacuteas al
mercado se han realizado diversos tipos de pavimentos los cuales tienen diferentes
caracteriacutesticas utilizando diferentes tipos de energiacuteas siendo las maacutes utilizadas la
piezoelectricidad la energiacutea eleacutectrica y la energiacutea solar
Piezoeleacutectricos
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Uno de estos es el sendero inteligente presentado por pavegen en Londres el 29 de
junio del 2017 llamado Bird Street el cual utiliza la energiacutea piezoeleacutectrica
Bird Street se estaacute asociando con una serie de visionarios tecnoloacutegicos que incluyen
Pavegen Que fabrica una galardonada tecnologiacutea de pisos de generacioacuten de datos y
electricidad La compantildeiacutea del Reino unido ha instalado una matriz de 10 metros
cuadrados que inicialmente enciende luces y sonidos de paacutejaros y tambieacuten proporciona
una fuente de datos de energiacutea Incorporaraacute transmisores bluetooth de baja energiacutea que
le permitiraacuten interactuar con aplicaciones de marca por ejemplo recompensar a los
usuarios con descuentos cupones y recursos educativos para sus pasos en el sistema
pavegen (PAVEGEN 2017)
Este pavimento inteligente con la tecnologiacutea pavegen fue el primero en su tipo ya que
utiliza la energiacutea de las pisadas en el cual logra captar la energiacutea cineacutetica que se produce
al caminar sobre la superficie del pavimento por medio de un sistema en el cual se
posicionan 3 dispositivos en cada esquina de adoquiacuten y al pisarlo gracias al peso propio
del usuario se presionan los 3 a la vez esto ocasiona que el dispositivo descienda
generando electricidad gracias a los principios de la piezoelectricidad los cuales son
contemplados de la siguiente manera
Cuando una presioacuten es aplicada a u material piezoeleacutectrico causa una deformacioacuten
mecaacutenica y a su vez un desplazamiento de cargas Estas cargas son directamente
proporcionales a la presioacuten aplicada Si se ejerce una presioacuten a los extremos del eje polar
se produce polarizacioacuten un flujo de electrones de carga negativa mientras que en el
extremo opuesto se induce una carga positiva (Chacon Cesar Alexander 2012)
La tecnologiacutea para los senderos inteligentes se ha visto fortalecida en los uacuteltimos antildeos
ya que se viene implementando en diferentes proyectos en el mundo como antes se
nombroacute la piezoelectricidad es una de ellas siendo practica ya que funciona con la
presioacuten generada por los usuarios algo que es muy concurrido en un pavimento en ese
orden de ideas esta tecnologiacutea permite que el pavimento sea auto sustentable ya que
gracias a estas presiones se genera energiacutea
Energiacutea que se utiliza de la siguiente forma
La energiacutea proveniente de los pasos es captada por el material piezoeleacutectrico como
anteriormente se analizoacute el cual se encuentra situado al adoquiacuten del pavimento de forma
115
que esta genera corriente alterna la cual por medio de un convertidor se transforma a
corriente directa la cual sirve en este caso para el funcionamiento de los diferentes
aparatos electroacutenicos a traveacutes del sendero inteligente antes de ser enviada la energiacutea es
almacenada en una bateriacutea la cual garantiza que el sendero disponga de energiacutea en todo
momento para posteriormente ser enviada a las innovaciones instaladas con el fin de ser
utilizadas cada vez que un usuario pise los piezoeleacutectricos
Eleacutectrico
Otro tipo de sendero inteligente es el denominado como sendero inteligente de Espantildea
castilla y leoacuten alimentado por energiacutea eleacutectrica el cual tiene las siguientes caracteriacutesticas
El sendero homologado es una instalacioacuten deportiva identificada por las marcas
registradas GRreg PRreg oacute SLreg que se desarrolla preferentemente en medio natural y
sobre viales tradicionales puacuteblicos o privados Es un entramado de caminos sentildealizados
bajo una normas estandarizadas y reconocidas a nivel internacional y que han pasado el
sello de calidad de la federacioacuten de deportes de montantildea escalada y senderismo de
castilla y leoacuten (FDMESCYL 2017)
Los senderos de deportes extremos se realizan en partes rurales mayormente esto
dificulta implementar tecnologiacuteas en estos el sendero de castilla y leoacuten se considera
inteligente ya que se han implementado estas tecnologiacuteas eficientemente durante el
recorrido de los senderos en los deportes extremos los que resaltan son los siguientes
El sendero inteligente incluye obras de gran envergadura como el enlosado de la
totalidad del firme instalacioacuten de puntos de recargas de moacuteviles y dispositivos
electroacutenicos que cuentan con tomas USB y la colocacioacuten de maacutequinas expendedoras de
bebidas y aperitivos Las novedades del nuevo tramo se completan con la posibilidad de
que los senderistas se conecten a una red WIFI gratuita que permite a los usuarios estar
geo localizados en todo momento y monitorizados por los equipos de emergencia de
castilla y leoacuten (FDMESCYL 2017)
El sendero inteligente de Castilla y leoacuten es un beneficio para los turistas y
ciudadanos que concurren en esta zona de Espantildea se evidencia en este sendero
inteligente que cubre gran cantidad de recorrido siendo este para deportes extremos
generando seguridad a los usuarios gracias a las tecnologiacuteas implementadas a traveacutes del
mismo como lo es la interconexioacuten entre los usuarios por medio de wifi gratuito
116
permitiendo tambieacuten el reporte de emergencias a la praacutectica de los deportes extremos a
lo largo del sendero y tambieacuten un sistema de ahorro de energiacutea con farolas que regulan
la cantidad de luz emitida gracias a sensores que permiten captar la cantidad de luz en
el entorno y disminuyeacutendola cuando no sea necesaria
Energiacutea solar
Un tipo de pavimento inteligente es el alimentado por energiacutea solar son las placas de
pavimento solar roadways quienes han hecho investigaciones para generar placas con
paneles de energiacutea solar con el fin de crear pavimentos inteligentes que funciones con
base a esta energiacutea renovable
SOLAR ROADWAYS es un sistema modular de paneles solares que se pueden
caminar y conducir Nuestros paneles solares contienen luces LED para crear liacuteneas de
sentildealizacioacuten sin pintura Contienen elementos calefactores para evitar la acumulacioacuten de
nieve y hielo Los paneles contienen microprocesadores los cuales los hace inteligentes
Esto permite que los paneles se comuniquen entre si una estacioacuten de control central y
los vehiacuteculos (SOLAR ROADWAYS 2020)
La energiacutea solar es una de las maacutes famosas y maacutes utilizadas entre las energiacuteas
renovables ya que el sol genera energiacutea permanente que en su mayoriacutea no es utilizada
por el ser humano los pavimentos tienen contacto con el sol a diario ya que se
encuentran a la intemperie generando una oportunidad de aplicacioacuten de teacutecnicas de
recoleccioacuten de energiacutea solar para asiacute mismo utilizarlo en el entorno y para la estructura
misma del pavimento La captacioacuten de energiacutea solar se realiza por medio de un panel
solar que se instala en la parte superior del pavimento teniendo en cuenta que el panel
solar tiene una resistencia mayor al comuacuten ya que tiene que soportar pesos de todo tipo
de vehiacuteculos seguacuten el profesor shyam s nandwani afirma que
la potencia solar que recibe el planeta tierra (fuera de la atmosfera) es cerca de 173 x
10^12 Kw o una energiacutea de 15x^15 kWh por antildeo Al atravesar la atmosfera cerca de 53
de esta radiacioacuten es reflejada y absorbida por el nitroacutegeno oxigeno ozono dioacutexido de
carbono vapor de agua polvo y las nubes Por lo tanto al pasar esta radiacioacuten por una
distancia de 150 millones de km se reduce esta cantidad y el final el planeta recibe
energiacutea promedio de 3x10^17 kWh al antildeo equivalente a 4000 veces el consumo del
mundo entero en un antildeo (7x10^13 kWhantildeo) o cual nos indica el enorme potencial del
sol (nandwani 2005)
117
Con las nuevas tecnologiacuteas la energiacutea solar se ha ido modernizando e incluyeacutendose
en diferentes proyectos entre estos el pavimento inteligente anterior mente nombrado en
cuanto al funcionamiento se puede afirmar que
Para cualquiera de las aplicaciones de la energiacutea solar la parte principal del sistema
es el COLECTOR ndash el artefacto que capta energiacutea solar y convierte en energiacutea uacutetil ndash sea
en forma caloacuterica o eleacutectrica Para la conversioacuten de energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica se
utilizan CELDAS SOLARES proveniente de los materiales semiconductores ndashtipo silicio
principalmente (nandwani 2005)
Despueacutes de convertir la energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica se procede a poner en
funcionamiento el circuito el cual se debe tener en cuenta que
Dependiendo de la capacidad de almacenamiento de la bateriacutea se puede calcular el
tiempo aproximado de funcionamiento de varios dispositivos y el aacuterea necesaria del panel
solar para usos especiacuteficos Una instalacioacuten ademaacutes requiere controlar el voltaje
mediante un regulador dirigir la corriente hacia una bateriacutea para almacenarla Como la
corriente eleacutectrica producida es directa es necesario para algunas aplicaciones un
inversor para convertirla en alterna (nandwani 2005)
Despueacutes de producir la energiacutea eleacutectrica por medio del panel solar instalado en el
pavimento se transfiere a un control de carga el cual regula la energiacutea con el fin de evitar
dantildeos en la bateriacutea la cual se encuentra en el siguiente paso de la energiacutea esta almacena
la corriente para ser utilizada se encuentra el panel produciendo energiacutea o no todo esto
para ser enviada al alumbrado puacuteblico situado en el pavimento volvieacutendolo auto
sostenible
Moacutedulo de control de carga para bateriacuteas
Moacutedulo de control de carga para bateriacuteas de litio Puede ser programado para
comenzar la carga de voltaje y para finalizarla (ELECTRONICA 2020)
Por ejemplo Configurando 12V como voltaje de inicio y 15V como voltaje de parada
cuando el voltaje este por debajo de 12V el releacute se cerraraacute permitiendo la carga de voltaje
a la bateriacutea cuando el voltaje alcance los 15V o sea mayor el releacute se apagaraacute deteniendo
la carga (ELECTRONICA 2020)
118
Caracteriacutesticas
Voltaje de entrada 10-30V
Precisioacuten del display 01V
Precisioacuten del control 01V
Tipo de salida salida directa
Tolerancia plusmn01V
Dimensiones 82x58x18mm
Regulador de carga de panel solar
El regulador solar o regulador de carga es un dispositivo necesario en la instalacioacuten
solar ya que se encarga de controlar la entrada a las bateriacuteas de la energiacutea generada en
los paneles solares El regulador permite por un lado alargar la vida de la bateriacutea y por
el otro obtener informacioacuten y paraacutemetros del funcionamiento de la instalacioacuten Permite
alargar la vida de las bateriacuteas ya que permite el paso de la electricidad seguacuten el estado
en que se encuentre la bateriacutea en cada momento Por ejemplo cuando esta esteacute a un
nivel de carga inferior al 95 permitiraacute el paso libre de toda la electricidad con el objetivo
de cargarla cuanto antes posible Mientras que si se encuentra en un porcentaje de carga
del 95 al 99 permitiraacute el paso de forma muy controlada que es lo que llamamos carga
de flotacioacuten con el fin de llenar al maacuteximo la bateriacutea Por otra parte si la bateriacutea se
encuentra completamente cargada cortaraacute el paso de corriente para evitar sobrecargas
o un sobrecalentamiento del acumulador Gracias a realizar la carga de esta forma se
evitan problemas en las bateriacuteas solares y se alarga al maacuteximo sus antildeos de vida
(DamiaSolar 2016)
Existen 2 tipos de reguladores de carga el PWM o convencional y el MPPT o
maximizador El uso de uno u otro dependeraacute del tipo de placa solar que utilicemos Si
se tratan de placas solares de 36 o 72 ceacutelulas (paneles de hasta 200W) seraacute suficiente
usar un regulador PWM ya que estas placas tienen un voltaje en el punto de maacutexima
potencia alto Mientras que si usamos placas de 60 ceacutelulas (paneles de potencia superior
a 200W) seraacute de uso obligatorio el regulador MPPT ya que estas placas tiene un voltaje
119
menor pues priorizan el amperaje en lugar del voltaje con lo cual seraacute necesario siempre
un regulador MPPT el cual modula el voltaje del panel y lo adapta a las caracteriacutesticas de
las bateriacuteas conectadas (DamiaSolar 2016)
Los paneles solares de 60 ceacutelulas se conocen popularmente como paneles de red ya
que se utilizaban antiguamente en las huertas solares que se conectaban a la red Para
diferenciar los paneles de red de los paneles convencionales se debe mirar su ficha
teacutecnica impresa en la pegatina posterior del panel El panel de red indicaraacute un valor VMP
de solamente 29V o similar mientras que las placas convencionales o de aislada generan
un VMP aproximado de 36 voltios en las placas de 24V y de 18 voltios en las placas de
12V (DamiaSolar 2016)
Para saber si necesito un regulador de 10A 20A 30A 60A o 80A (A= amperios) se
deberaacute mirar el amperaje del panel indicado como corriente nominal o IMP i multiplicarlo
por el nuacutemero de paneles que queramos instalar en la instalacioacuten solar Por ejemplo en
una instalacioacuten solar de 12V donde se instalen 6 placas de 140W 12V el IMP de este
panel seraacute de 797A Por lo tanto si se disponen de 7 placas se obtendraacute una corriente
maacutexima de 5579 y seraacute necesario usar un regulador solar de 60A Tambieacuten es
importante si en un futuro hay previsto instalar maacutes paneles poner ya de inicio un
regulador de mayor capacidad asiacute cuando se instalen seraacute necesario cambiar este
dispositivo (DamiaSolar 2016)
Bateriacutea Recargable
Tanto los paneles solares como las turbinas eoacutelicas son fuente de energiacutea verde y
renovable pero el problema de estos sistemas de autoabastecimiento eleacutectrico reside en
el almacenamiento Las instalaciones tradicionales proporcionan la energiacutea de manera
inmediata de manera que lo que no se consuma en el momento se pierde y ademaacutes si
el diacutea se nubla o el viento se detiene no es posible obtener suministro
(Ambientesoluciones 2020)
Para resolver este inconveniente este grupo de investigadores ha disentildeado
una bateriacutea de flujo segura y rentable que se puede utilizar tanto de manera domeacutestica
como comercial Estaacute elaborada con materiales de bajo coste que se encuentran en la
tierra de forma habitual como carbono oxiacutegeno nitroacutegeno hidroacutegeno hierro y potasio
Los compuestos no son toacutexicos ni tampoco inflamables (Ambientesoluciones 2020)
120
Los materiales no son toacutexicos son baratos y al estar disueltos en una
abundante cantidad de agua son seguros ya que no puede prenderse
fuego un detalle muy importante cuando se estaacuten almacenando grandes
cantidades de energiacutea eleacutectrica cerca de la gente explica Michael J
Aziz uno de los ingenieros que ha desarrollado el invento
(Ambientesoluciones 2020)
A diferencia de las bateriacuteas de electrodos soacutelidos las bateriacuteas de flujo almacenan la
energiacutea en los liacutequidos contenidos en los tanques externos de manera similar a las pilas
de combustible Los tanques establecen la capacidad de almacenamiento y el hardware
de conversioacuten electroquiacutemica a traveacutes del que se bombean los fluidos establece la
potencia (Ambientesoluciones 2020)
Ambos elementos se pueden personalizar para que cada usuario disponga de la
energiacutea atendiendo a sus necesidades Ademaacutes como la cantidad de energiacutea que puede
guardar aumentar con soacutelo aumentar el tamantildeo de los tanques se puede almacenar
mucha maacutes a un menor coste que los sistemas de bateriacuteas tradicionales
(Ambientesoluciones 2020)
Panel solar
El panel solar es el elemento maacutes conocido de los componentes utilizados en la
implementacioacuten de energiacutea solar se trata de un elemento que aprovecha la energiacutea del
sol para transformarlo en energiacutea eleacutectrica o caloacuterica la cual se puede utilizar de
diferentes maneras en esta transformacioacuten de la energiacutea solar se pueden distinguir
diferentes propoacutesitos de la energiacutea la primera por ejemplo es la utilizacioacuten de esta para
producir agua caliente lo cual se ve generalmente en los hogares y la segunda y una de
las maacutes conocidas son la transformacioacuten de energiacutea por medio de paneles fotovoltaicos
los cuales permiten producir electricidad captando la radiacioacuten solar las cuales recaen en
las ceacutelulas fotovoltaicas del panel solar (SLU 2015)
La energiacutea solar se puede captar de diferentes formas las dos mencionadas
anteriormente permiten entender el funcionamiento y la forma en la que se aprovechan
las radiaciones solares tales como se puede identificar en el siguiente paacuterrafo que nos
muestra el funcionamiento por medio de recoleccioacuten y transformacioacuten en energiacutea caloacuterica
121
En cuanto a las dos formas anteriormente nombradas el sistema de recoleccioacuten de
energiacutea solar uno de estos es por medio del colector solar en el cual tiene un liacutequido en
su interior que tiene la funcioacuten de absorber la radiacioacuten generada por el sol y
posteriormente la convierte en calor por medio de este liacutequido el cual se almacena para
ser utilizado por medio de ductos instalados en conjunto con el servicio de agua ya que
este se convierte en un intercambiador de calor por medio de unos ductos lo que permite
que el recurso hiacutedrico al ser usado tenga la temperatura deseada este ciclo se repite ya
que el liacutequido que funciona como intercambiador de calor retorna al colector solar para
realizar el proceso de nuevo (SLU 2015)
La recoleccioacuten de energiacutea eleacutectrica por medio de paneles solares es la maacutes
conocida en el mundo ya que es la base de esta tecnologiacutea para entender su
funcionamiento se debe comprender sus caracteriacutesticas por medio del siguiente paacuterrafo
se pueden identificar
La recoleccioacuten de energiacutea solar por medio de paneles fotovoltaicos se obtiene
gracias a las celdas que se encuentran en la superficie del panel solar las cuales son
denominadas como ceacutelulas fotovoltaicas estas tienen la capacidad de convertir la
energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica esto es llamado efecto fotovoltaico este efecto provoca
la energiacutea solar (fotones) posteriormente se producen unas cargas positivas y negativas
en unos componentes llamados semiconductores que estaacuten directamente relacionados
con las celdas y tienen distinto tipo y por medio de estos se crea un campo eleacutectrico que
posteriormente permite obtener corriente eleacutectrica (SLU 2015)
El panel solar puede funcionar con diferentes tipos de materiales los cuales
funcionan de una manera similar los maacutes utilizados para producirlos son el arseniuro de
galio (Gas) este es maacutes utilizado en diferentes tipos de aparatos electroacutenicos los cuales
son maacutes complejos y el segundo es el silicio (Si) el cual tiene un costo econoacutemico menor
estos son maacutes faacuteciles de encontrar y por lo mismo son los maacutes utilizados en general
ademaacutes de ser utilizados por la industria microelectroacutenica cuando se evaluacutea el
rendimiento de las celular fotovoltaicas se puede concluir que estas estaacuten ligadas con la
estructura tridimensional en el interior de la laacutemina de silicio (SLU 2015)
El panel solar tiene la funcioacuten de recibir la energiacutea lo cual lo convierte en un
elemento clave a la hora de construir dispositivos que necesiten aprovechar la energiacutea
solar ya que tambieacuten se deben tener en cuenta factores importantes en cuanto al manejo
122
de este tales como son la ubicacioacuten ya que es de vital importancia garantizar que se
aprovecha de la mejor manera la energiacutea proporcionada por el sol esto debido a que se
debe tener en cuenta el movimiento de la tierra alrededor del sol para identificar los
aacutengulos y zonas que permitan optimizar esta recoleccioacuten de energiacutea
Pavimentos articulados
Los pavimentos articulados tienen una caracteriacutestica principal y es que estaacuten
disentildeados con adoquines en su capa superior tambieacuten estaacute compuesta por un cuerpo el
cual contiene una capa de base y sub base con unas caracteriacutesticas de compactacioacuten
ademaacutes de opcionalmente realizar una adaptacioacuten a la sub rasante
Los adoquines son la caracteriacutestica maacutes visible de los pavimentos articulados ya que
estaacuten en su capa superior y son los primeros en tener contacto con los usuarios estos
se disentildean generalmente en forma de bloque macizo lo cuales tienen caracteriacutesticas de
dimensionamiento similares ya que es necesario uniformidad para su instalacioacuten ya que
son prefabricados y se traen al terreno para ser instalados uno tras de otro dejando juntas
entre ellos
Las demaacutes partes que componen el pavimento articulado son constituidas por un sello
de arena el cual se instala entre las juntas de los adoquines con el fin de rellenar pero
tambieacuten aportan un buen funcionamiento del pavimento a flexioacuten y la capacidad portante
de la superficie del pavimento posteriormente se encuentra una capa de arena la cual se
coloca con el fin de instalar los adoquines sobre esta esta arena debe tener una
granulometriacutea optima que permita un flujo libre de agua y la infiltracioacuten ademaacutes que sus
partiacuteculas deben ser resistentes a la degradacioacuten (CASTILLO 2003)
Las capas siguientes son denominadas cuerpo la que se encuentra posteriormente a
la capa de arena es llamada base y es la encargada de proporcionar una mejor capacidad
estructurar y tambieacuten permite un apoyo uniforme del pavimento siguieacutendole por una capa
llamada sub base la cual se encuentra debajo de la base y es utilizada para traacuteficos
medios y altos mayormente ya que para traficas bajos basta con la uacuteltima capa llamada
capa de conformacioacuten esta capa se encuentra entre la sub base y la sub rasante es
instalada para mejorar las caracteriacutesticas del suelo y funciona como plataforma para la
construccioacuten de las anteriores capas (CASTILLO 2003)
123
Sensores de movimiento
Los sensores de movimiento son dispositivos electroacutenicos estos generalmente
funcionan de forma inalaacutembrica y su funcionamiento parte de captar el movimiento para
asiacute enviar informacioacuten a una central de control estos sensores son capaces de registrar
movimientos de un aacuterea determinada y son reconocidos en todo el mundo por su
utilizacioacuten en sistemas de seguridad e iluminacioacuten entre otras funciones (Palacios 2020)
Entre los sensores de movimiento varios tipos y variedades dependiendo de la
utilizacioacuten en cada caso entre los cuales se encuentran los siguientes
Los sensores de regulacioacuten luz crepuscular estos sensores basan su funcionamiento
en aumentar o disminuir la luz del dispositivo luminario relacionado con la luz ambiente
lo cual permite que si la luz ambiente es de mayor intensidad se disminuya la generada
por el dispositivo esto genera que se optimice la eficiencia del sistema de iluminacioacuten al
maacuteximo aprovechando la luz al maacuteximo solo cuando se es necesario este sensor es
utilizado generalmente en exteriores ya que en ese entorno se optimiza mejor su ventaja
al tener directamente la luz del ambiente (LEDOVET 2018)
Los sensores de movimiento de infrarrojos estos sensores basan su funcionamiento
en la utilizacioacuten de luces infrarrojas para identificar cambios caloriacuteficos en el aacuterea de
cobertura predeterminada lo que permite detectar si una persona se mueve dentro de
dicha aacuterea y puede utilizarse como receptor de informacioacuten para seguridad donde se
conectariacutea con otro dispositivo de alerta o tambieacuten combinarlo con un sistema de
iluminacioacuten que genere luz a la presencia de personas (LEDOVET 2018)
Los sensores de presencia ultrasoacutenicos estos sensores basan su funcionamiento en
la utilizacioacuten de ondas ultrasoacutenicas las cuales son generadas por el dispositivo en una
determinada aacuterea las cuales regresan por rebote al ya que chochan con cada objeto
encontrado en el entorno cuando estas ondas regresan y detectan un cambio en su
rebote alertan este cambio activando el sistema con el cual este disentildeado (SampP 2018)
Los sensores combinados estos tipos de sensores son disentildeados con las tecnologiacuteas
anteriormente nombradas ya que estas se pueden combinar con el fin de obtener ventajas
en su funcionamiento estos teniendo en cuenta la importancia ya que se pueden instalar
de forma que aumente el nivel de deteccioacuten como puede ser una combinacioacuten entre las
tres tecnologiacuteas o solo dos de las tres con el fin de aumentar la sensibilidad del sistema
124
informacioacuten recibida ya que se genera una activacioacuten de todo el sistema con la deteccioacuten
de solo uno de los dispositivos tambieacuten se puede lograr el efecto inverso al instalarlos
de forma que se tengan que activar los dos o tres lo que baja la intensidad de deteccioacuten
y le da una mejor flexibilidad en espacios donde no es necesaria tanta seguridad y evitar
incomodidades a los usuarios
En cuanto a la forma de regulacioacuten de estos sensores se encuentran la regulacioacuten
dependiendo del alcance en metros con el que sea disentildeado el sistema esto se realiza
con el fin de solo cubrir la zona donde se requiere la funcioacuten del sensor y no interferir en
otros lugares del mismo entorno donde no es necesario o no se desea interferir otra
forma de regulacioacuten de estos sensores se puede realizar por medio del tiempo ya que se
puede disentildear con el fin de que se active desde que detectan un cuerpo hasta que se
desee que dejen de funcionar con el fin de optimizar el uso buscando la maacutexima eficacia
tambieacuten se mitigara el consumo energeacutetico ya que solo permaneceraacute en funcionamiento
los momentos que sea necesario y por ultimo un tipo de regulacioacuten es con la tecnologiacutea
anteriormente nombrada la crepuscular donde se regula dependiendo de la luz
encontrada en el ambiente solo encendiendo cuando es necesario la luz (SampP 2018)
Concreto translucido
El concreto translucido es un material utilizado de diferentes formas ya que sus
propiedades le permiten aprovechar la luz siendo esta un factor maacutes influyente en las
obra de infraestructura a las que se le implementa este tipo de concreto ya sea para el
aprovechamiento de luz del entorno y asiacute mitigar problemas ambientales o crear maacutes
confort en los usuarios como para generar una estructura combinada con luz artificial
que a su vez tambieacuten se puede combinar con energiacuteas renovables para obtener
beneficios ambientales ademaacutes de poder jugar con las diferentes formas y lugares en los
cuales se puedan construir como estructuras deportivas viacuteas zonas comunes entre otras
donde estas tengan un impacto innovador
El concreto translucido fue patentado por aron losonczi el cual tuvo la idea de unir dos
caracteriacutesticas diferentes como lo es la dureza del concreto y la transparencia de un
material translucido su investigacioacuten se dirigioacute a la implementacioacuten de fibras oacutepticas en
el concreto convencional con el fin de crear productos que permitan construir paredes de
interiores o exteriores suelos iluminados o en proyectos de arte y disentildeo (OMPI
ORGANIZACION MUNDIAL DE LA PROPIEDAD INTELECTUAL 2015)
125
En la actualidad existen dos tipos de concreto translucido que destacan en el
mundo los cuales son el concreto translucido construido con fibra oacuteptica y el concreto
translucido polimeacuterico
Concreto translucido con fibra oacuteptica
El concreto translucido con fibra oacuteptica estaacute compuesto por miles de filamentos de fibra
oacuteptica la cual se agrega al concreto y generalmente tienen un diaacutemetro entre los 2mm y
2 micras para que tenga un buen desempentildeo deben estar orientadas en la misma
direccioacuten esto de un lado al otro de la pieza que se construya generalmente la proporcioacuten
de fibra suministrada al conglomerado es del 4 del volumen de la pieza de concreto
construida en total (ARCUS GLOBAL 2020)
La caracteriacutestica que le da lo translucido al concreto es a implementacioacuten de las fibras
oacutepticas ya que la luz que impacta por una cara del concreto en un extremo de las fibras
oacutepticas acomodadas en la misma direccioacuten generan que la luz se perciba aunque con
una menor intensidad al otro extremo de las fibras oacutepticas en este orden de ideas entre
maacutes intensa sea la luz en la cara donde se realiza el contacto maacutes intenso se veraacute en la
otra cara de la pieza construida (ARCUS GLOBAL 2020)
Otra caracteriacutestica de las piezas construidas con fibras oacutepticas son las sombras
generadas en la cara que se tiene luz ya que estas tambieacuten aparecen en la otra cara del
concreto y se destacan por su contorno lo que le da un plus de esteacutetica y esta
caracteriacutestica del concreto translucido con la luminosidad se puede dar hasta 20 metros
todo gracias a las fibras oacutepticas que contienen en su interior y en cuanto a la parte
estructural no se implementan barras de aceros como se acostumbra en el concreto
convencional si no barras de plaacutestico transparentes y tambieacuten se obtiene una resistencia
similar a la de los concretos tradicionales (ARCUS GLOBAL 2020)
Concreto Translucido Polimeacuterico
El concreto translucido polimeacuterico tiene una composicioacuten que se asemeja mas a la
tradicional la caracteriacutestica que le permite ser translucido es el cambio del cemento
convencional parcial o complementariamente por un conglomerante polimeacuterico
transparente llamado el ilum (ARCUS GLOBAL 2020)
La diferencia entre el anterior concreto desarrollado a partir de fibras oacutepticas y este
desarrollado a partir de ilum es que el ilum permite la entrada de luminiscencia por todas
126
las direcciones esto tambieacuten depende de la dosificacioacuten ya que al agregar el componente
aacuterido pierde un poco esta caracteriacutestica para obtener grandes resultados se debe tener
una granulometriacutea bien cuidada tambieacuten se obtiene que la resistencia a la compresioacuten
de este tipo de concreto translucido puede ser similar o en ocasiones superior a la del
concreto convencional (ARCUS GLOBAL 2020)
Este trabajo de investigacioacuten utiliza el concreto transluacutecido SEUS elaborado con
poliacutemeros y materiales reciclados que seguacuten Perdomo amp Fandintildeo (2020) registra una
buena resistencia a la compresioacuten (44 MPa) cuando se usa aglomerante de resina de
polieacutester insaturado (Perdomo C amp Fandintildeo M 2020)
43 MARCO CONCEPTUAL
Meacutetodos de disentildeo de pavimentos
Meacutetodo racional
El meacutetodo racional muestra la estructura de pavimento como un medio elaacutestico sobre
el cual se coloca una carga la cual genera en la estructura un esfuerzo el cual es aplicado
especiacuteficamente en la capa superior para comprender estos esfuerzos se puede
interpretar a traveacutes de un modelo mecaacutenico el esfuerzo ejercido en la capa superior se
propaga a traveacutes de la estructura y cada vez que avanza en la estructura el esfuerzo es
menor esto quiere decir que si el grosor del medio elaacutestico que soporta los esfuerzos es
mayor mejor soporta los esfuerzos por que maacutes distancia recorre maacutes deacutebil se vuelve el
esfuerzo
Para el dimensionamiento del pavimento por el meacutetodo racional por el modelo
Boussinesq se tiene en cuenta que la presioacuten ejercida por el neumaacutetico o un peatoacuten el
cual ejerce una carga (Lizcano 2003) las cuales generalmente son mayores de lo que
puede soportar un terreno natural por esta razoacuten la calzada disentildeada debe repartir esta
presioacuten con el fin de volverla tolerable y estos modelos siguen las hipoacutetesis encontradas
a continuacioacuten
ldquoLa carga aplicada a la calzada se esquematiza por una presioacuten qₒ sobre un circulo de
radio ϕ como se puede observar en la siguiente figurardquo (Lizcano 2003)
127
ldquoEl suelo soporte requiere elaacutestico modo de Young E2 relacioacuten de poisson v2 este
suelo solo puede resistir sin deformarse exageradamente un esfuerzo vertical admisible
(σ2) inferior presioacuten a ntildea presioacuten qₒ coacutemo se puede observar en la siguiente figurardquo
(Lizcano 2003)
Figura 7 Distribucioacuten de esfuerzos Modelo Boussinesq
Fuente (Boussinesq 2020)
Posteriormente se identifica una profundidad la cual se determina como H esto con el
fin de que la presioacuten vertical se encuentre al final difusa ya que no se puede sobrepasar
el esfuerzo vertical admisible (Sz) el meacutetodo Boussinesq encontroacute una solucioacuten al poner
que en una profundidad z el esfuerzo vertical es de la siguiente manera (Lizcano 2003)
1205902 = 1199020
[
1 minus(119911119886)
3
(1 + (1199112
1198862))
32
]
Donde
σ2= esfuerzo vertical
128
α = radio de la carga de la huella circular o semieje en la direccioacuten x de la carga de
huella eliacuteptica
q = presioacuten de la carga
X Y y Z = coordenadas cartesianas de un punto
Esta nomenclatura aplicada al pavimento se puede representar de la siguiente manera
Figura 8 Esfuerzos que sufren los pavimentos en tres direcciones
Fuente (Lizcano 2003)
Donde
σ2= esfuerzo vertical
σr= esfuerzo radial de traccioacuten
Es= moacutedulo de Young de un masivo semifinito
v= coeficiente de poisson
ͳ= cizallamiento
Las fuerzas anteriormente nombradas ejercidas en el pavimento se pueden observar
en la siguiente grafica donde se puede identificar la forma en la que un neumaacutetico ejerce
presioacuten sobre el pavimento teniendo en cuenta que el neumaacutetico tiene una forma en la
cual se distribuyen las presiones en forma de ovalo por lo cual en cuanto maacutes se acerca
a su centro maacutes fuerte se vuelve esta presioacuten se puede observar como en la uacuteltima fase
los colores son cada vez maacutes intensos esto quiere decir que en ese logar el pavimento
estaacute sometido a maacutes esfuerzo
129
Figura 9 Huella de la llanta del vehiacuteculo sobre el pavimento
Esfuerzos graficados Fuente (Xiaodi Hu 2017)
Meacutetodo AASHTO
El meacutetodo AASHTO llamado asiacute por sus siglas (American Association of State Highway
and Transportation Officials) es caracteriacutestico por ser un meacutetodo de disentildeo semiempirico
donde en sus inicios fue evaluado para pavimentos flexibles pero tambieacuten fue adaptado
para pavimentos articulados ya que cogieron este como base esto conlleva a que
compartan muchas similitudes es importante tener en cuenta que este meacutetodo emplea
unidades las cuales se estiman mediante el traacutefico ejes estaacutendar en unidades inglesas
18 Kips (82 toneladas) (CASTILLO 2003)
La foacutermula base de este meacutetodo es la siguiente
log10(119864119860119871119904 lowast 119865119903)
= 939 lowast log10(119878119873 + 1) minus 02 + (log10 (119875119900 minus 119875119905
119875119900 minus 15) (04 + (
1094
(119878119873 + 1)519)
+ (232 lowast log10 119872119903) minus 807
Donde
EALs= numero de eje de 18 Kips acumulado en el periodo de disentildeo
Fr= factor de confiabilidad del disentildeo 10^(Zr+So)
Zr= fractil estaacutendar de la ley (funcioacuten de R)
So= desviacioacuten estaacutendar
R= nivel de confiabilidad
SN= numero estructural de la capa
Po= serviciabilidad inicial del pavimento
Pt= serviciabilidad final del pavimento
130
Mr= moacutedulo resiliente de la subrasante (psi)
Generalmente la desviacioacuten estaacutendar es recomendada como 045 el factor de
confiabilidad usado en la formula anteriormente nombra se encuentra dependiendo de la
importancia de la viacutea con lo que se debe tener en cuenta las siguientes recomendaciones
para encontrar el Fr
Tabla 1 Factor de confiabilidad
Nivel de confiabilidad
() 119917119929
50 1000
60 1300
70 1721
75 2010
80 2390
85 2929
90 3775
95 5499
99 8527
Fuente (CASTILLO 2003)
Para definir el nivel de confiabilidad con el que se debe disentildear la viacutea se debe tener en
cuenta factores que dan un nivel de importancia dependiendo del tipo de viacutea que se va a
construir en el siguiente cuadro se encuentran los criterios que deben tenerse en cuenta
para poder obtener un nivel de confiabilidad recomendado
131
Tabla 2 Nivel de confiabilidad
Clase de viacutea
Trafico
promedio
diario
Factor de
distribucioacuten por
carril()
Nivel de
confiabilidad
recomendado
()
Arterias o viacuteas principales
Urbana 40000 90 90
Rural 15000 90 85
Colectora principal
Urbana 15000 90 85
Rural 6000 90 80
Colectora
secundaria
Urbana 6000 100 80
Rural 2000 100 80
Comercial Multifamiliar
Urbana 2000 100 75
Fuente (CASTILLO 2003)
Para encontrar el numero estructural de la capa se debe utilizar la siguiente formula
119878119873 = Σ(119886119894 lowast 119905119894)
Donde
ai= coeficiente de capa de la i
ti= espesor de la capa i
La estructura del pavimento disentildeada por el meacutetodo Asshto despueacutes de tener en
cuenta los materiales con los que se van a construir cada capa y el aporte estructural que
se encuentra en cada una de estas con los cuales dependiendo de la necesidad se elige
su espesor quedariacutean de la siguiente manera
132
Figura 10 Estructura del pavimento AASTHO 1993
Fuente Guiacutea para el disentildeo de estructuras de pavimentos AASTHO 1993
Meacutetodo PCA
Para el disentildeo por el meacutetodo PCA se rige principalmente por los siguientes factores
-resistencia del concreto a la flexioacuten denominada como MR
El moacutedulo de rotura denominado como Mr es uno de los factores maacutes importantes en
el disentildeo de pavimentos articulados ya que por medio de este se mide la tensioacuten maacutexima
que puede soportar un espeacutecimen el cual debe ser fallado a flexioacuten esto ejerciendo las
cargas en 3 puntos
El moacutedulo de rotura puede ser obtenido mediante cargas cantiliver en un punto central
en los tercios Una diferencia importante en estos meacutetodos de prueba es que la prueba
de la carga en los tercios da la miacutenima resistencia en el tercio central de la viga ensayada
mientras que los otros dos meacutetodos muestran la resistencia en un solo punto (Robert G
Packard 1995)
Las pruebas anteriormente mencionadas se realizan generalmente a los 7 14 y 28 y
90 diacuteas las pruebas realizadas a los 7 y 14 diacuteas son utilizados generalmente para
recopilar informacioacuten sobre el comportamiento del concreto y control en el trabajo y para
determinar en queacute momento se puede dar apertura al pavimento los ensayos a 28 diacuteas
son comuacutenmente utilizados para los espesores de la capa superior del pavimento y el
133
uacuteltimo ensayo el de los 90 diacuteas son utilizados para el disentildeo de pistas de aterrizaje
(Robert G Packard 1995)
El concreto tiene una la habilidad de ganar resistencia al aumentar los antildeos de vida
esto se puede representar en una graacutefica la cual representa diferentes tipos de ensayos
realizados a vigas de pruebas las cuales fueron curadas en el campo y tambieacuten de varias
partes de hormigos las cuales estaban en servicio lo cual se puede observar a
continuacioacuten
Figura 11 Evolucioacuten de la resistencia a la flexioacuten en funcioacuten del tiempo
Grafica resistencia Fuente (Robert G Packard 1995)
-Resistencia encontrada de la subrasante y la subbase combinadas denominada como
K
El soporte de la subrasante y la subbase es definido en teacuterminos del moacutedulo de
reaccioacuten de la subrasnate (k) de westergaard Es igual a la carga en libras por pulgada
cuadrada sobre el aacuterea de la carga dividido por la deflexioacuten en pulgadas para esa carga
Los valores de k son expresados como libras por pulgada cuadrada por pulgada es decir
como libras por pulgada cubica (pci) (Robert G Packard 1995) En la siguientes dos
tablas se puede observar el efecto de la subbase asiacute encontrando el valor de K donde
se evaluacutean de dos formas una con la subbase no tratada y la otra con la subbase tratada
con cemento
Tabla 3 Nivel de confiabilidad
Valor de k de la subrasante pci
Valor k de la subbase pci
4 Pulg 6 Pulg 9 Pulg 12 Pulg
134
50 65 75 85 110
100 130 140 160 190
200 220 230 270 320
300 320 330 370 430
Valor de k subbase no tratada Fuente (Robert G Packard 1995)
Tabla 4 Nivel de confiabilidad
Valor de k de la subrasante pci
Valor k de la sub-base pci
4 Pulg 6 Pulg 9 Pulg 12 Pulg
50 170 230 310 390
100 280 400 520 640
200 470 640 830 -
Valor de k subbase tratada con cemento Fuente (Robert G Packard 1995)
-los tipos de cargas que soportara el pavimento frecuencia y pesos
Este factor estaacute en unos de los maacutes importantes ya que se determinan las cargas a las
cuales se va a estar expuesta la viacutea durante toda su vida uacutetil y estas cargas son
directamente responsables con los otros factores del espesor de la viacutea y se deben tener
en cuenta tres factores los cuales se pueden observar a continuacioacuten
Trafico promedio diario de todos los vehiacuteculos
Trafico promedio diario de camiones
Cargas axiales de los camiones
-El uacuteltimo factor es el periodo de disentildeo de la viacutea
El periodo de disentildeo de la viacutea generalmente estaacute en 20 antildeos algunas veces maacutes y
otras menos pero todo depende del criterio que se tenga en la caracteriacutesticas que
requiera la viacutea algunos ingenieros dicen que el rango de periodo de disentildeo debe estar
entre 30 y 35 antildeos algunas obras donde sus materiales carecen de defectos se pueden
disentildear hasta maacutes de 40 antildeos pero todos estos periodos de disentildeo se pueden justificar
de acuerdo a la importancia o tambieacuten econoacutemicamente ya que este afecta directamente
al grosor del pavimento ya que al aumentar los antildeos de disentildeo se incrementan los
135
nuacutemeros de ejes estaacutendar que pasaran por la viacutea ademaacutes de los servicios adicionales
durante el periodo (Robert G Packard 1995)
44 MARCO CONTEXTUAL
El tramo de prueba donde se realizaraacute la validacioacuten en campo del sendero inteligente
Step by Step estaacute ubicado en el Parque Simoacuten Boliacutevar del municipio de Agua de Dios
sitio muy concurrido por la poblacioacuten lo que aduce que no solo impacta a traacutefico peatonal
si no que genera atractivo turiacutestico
El municipio tradicionalmente celebra actividades religiosas en el cerro de la cruz en
un ambiente de clima huacutemedo oacuteptimo para realizar actividades luacutedicas con la naturaleza
con gran variedad de especies Sin embargo desde los uacuteltimos 15 antildeos la afluencia de
los habitantes a estas fiestas ha registrado un declive dejando de lado los atractivos de
este sitio como las aguas azufradas a las cuales se dice que fueron la razoacuten de la
denominacioacuten del municipio sumado a una historia basada en el abandono de los
enfermos de Lepra por parte de la sociedad en el tradicional Puente de los Suspiros
Figura 12 Localizacioacuten del Municipio de Agua de Dios Cundinamarca
Fuente web httpswwwgooglecommaps 2020
El municipio Agua de Dios se encuentra ubicado en el departamento de Cundinamarca
en la zona del alto magdalena donde sus municipios vecinos son Girardot a 26 km al
noreste Tocaima a 15 km al noroeste y Nilo a 8km al sur del municipio Este municipio
136
con un poco maacutes 10000 habitantes (DANE 2018) y que se encuentra a una distancia
total de 124 kiloacutemetros de la Capital del paiacutes Bogotaacute es un municipio pequentildeo de veranos
largos muy calientes y bochornosos los inviernos son cortos Seguacuten el IDEAM la
temperatura media anual de agua de Dios se encuentra entre 26degC y 28degC (IDEAM
2014)
Figura 13 Zona urbana Municipio de Agua de Dios
Fuente web httpswwwgooglecommaps 2020
Al sur oriente se localiza el parque ecoturiacutestico los chorros (ver Figura 14) lugar que
cuenta con una historia enriquecedora desde la fundacioacuten del municipio y que
actualmente se encuentra en un estado de deterioro Pese a que se encuentran diferentes
tipos de especies de aacuterboles y animales lo convierten en sitio turiacutestico rodeado de
balnearios y zonas de comida con un clima extraordinario y con una riqueza cultural a
nivel nacional siendo un sitio propicio para implementar el Step by Step a futuro
137
Figura 14 Balneario los Chorros Agua de Dios
Fuente (Alcaldia de Agua de Dios 2019)
Seguacuten el IDEAM la radiacioacuten solar que emite el Sol se propaga en todas las direcciones
a traveacutes del espacio esa energiacutea es el motor que determina la dinaacutemica de procesos
atmosfeacutericos y de clima La radiacioacuten solar nos proporciona efectos fisioloacutegicos positivos
tales como estimular la siacutentesis de vitamina D que previene el raquitismos y osteoporosis
favorece la circulacioacuten sanguiacutenea actuando en algunos tratamientos en algunas
dermatosis y estimula en algunos casos la siacutentesis de los neurotransmisores cerebrales
responsables del estado aniacutemico (IDEAM 2014) Por esto estaacute encargado de medir la
radiacioacuten solar a nivel nacional argumentando que es importante principalmente como
una de las fuentes alternativas de energiacutea en la generacioacuten de electricidad ademaacutes de
que ayuda a un sin nuacutemero de aplicaciones para crear modelos de prediccioacuten del tiempo
y el clima (IDEAM 2014)
El portal ACCUWEATHER de internet cuenta con alta tecnologiacutea y esta actualizado
cada diacutea sobre datos de clima viento lluvias en cualquier lugar del mundo El sitio web
dice que en el municipio de Agua de Dios se encuentra un historial de temperaturas que
estaacuten entre los 9degC y los 32degC asiacute como hay raacutefagas de viendo que superan los 10
kiloacutemetros por hora (accuweather 2020)
Asiacute mismo cuenta con la microcuenca de la quebrada la Punaacute y esta a su vez hace
parte de la subcuenca del Rio Bogotaacute Cuenca mayor del Rio Magdalena (SECHAGUA
2016) se cuentan con estudios medio ambientales que referencian al municipio y del cual
se pueden tener en cuenta para los datos de precipitacioacuten de lluvias sobre el municipio
138
Seguacuten la Corporacioacuten Autoacutenoma Regional de Cundinamarca CAR en el municipio se
encuentra la estacioacuten meteoroloacutegica de precipitacioacuten denominada Las Violetas Dicha
estacioacuten recoge informacioacuten importante para dar a conocer un valor puntual climaacutetico de
la zona de estudio y con estos datos se pueden evaluar otros factores que sirven para la
agricultura y demaacutes Dichos valores de precipitacioacuten son para los puntos de control para
altitudes de 0 a 1000 metros sobre el nivel del mar
Agua de Dios dentro de un escenario neutro se encuentra en el intervalo de
precipitacioacuten 186 miliacutemetros a 1656 miliacutemetros Bajo un escenario donde se presenta el
fenoacutemeno de El Nintildeo en un intervalo que va desde 264 miliacutemetros hasta 1933
miliacutemetros Y por uacuteltimo bajo un escenario en el que se presenta el fenoacutemeno de La Nintildea
en un intervalo que va desde 436 miliacutemetros hasta 2192 miliacutemetros (CAR 2015)
Teniendo en cuenta los datos anteriores y otros tomados en periodos maacutes largos de
tiempo la CAR hace un anaacutelisis espacial de la precipitacioacuten sobre los municipios que
hacen parte de la jurisdiccioacuten de la CAR Dicho lo anterior el anaacutelisis muestra un reacutegimen
de lluvias bimodal lo que quiere decir que se presentan dos temporadas de lluvias altas
y dos temporadas de lluvias de baja intensidad durante el antildeo la primera temporada de
lluvias se presenta en los meses de diciembre enero y febrero al mismo tiempo se
presentan diferencias en sus cantidades de lluvias espacialmente los menores
voluacutemenes de lluvia se presentan en la cuenca del Rio Bogotaacute donde oscilan en promedio
de 11 y 40 mm mensuales La segunda temporada de lluvias menos intensa se presenta
en los meses de junio Julio y agosto los valores maacutes bajos de lluvias se presentan en la
Cuenca del Rio Bogotaacute donde oscilan de 19 a 42 mm La primera temporada de
voluacutemenes altos de lluvias se presenta en los meses de marzo abril y mayo donde los
valores se encuentran entre 200 y 400 mm mensuales La segunda temporada de lluvias
altas se dan en los meses de septiembre octubre y noviembre los voluacutemenes de lluvia
se encuentran entre 150 y 340 mm mensuales acumulados (CAR 2015)
En consecuencia la temporada de lluvias bajas se concentra en seis meses del antildeo
meses que son importantes para el turismo en todas las regiones del paiacutes Se evidencia
la temporada de fin de antildeo y de mitad de antildeo que son importantes porque la mayoriacutea de
las personas se encuentra en temporada de vacaciones y el municipio de Agua de Dios
durante esa eacutepoca es visitado por ciudadanos de todas las regiones
139
45 MARCO LEGAL
La norma que establece las especificaciones teacutecnicas para el control de calidad de
adoquines de concreto hidraacuteulico en Colombia es la Norma Teacutecnica Colombiana (NTC)
2017 para construir pavimentos articulados tanto para traacutefico peatonal como traacutefico
vehicular asiacute como tambieacuten la descripcioacuten de los materiales que se usan para su
fabricacioacuten
Si se desean caracteriacutesticas diferentes a las que exige la norma estas deben ser
especificadas antes de iniciar el disentildeo del adoquiacuten
A continuacioacuten se muestran unas tablas donde se refleja lo que exige la norma teacutecnica
colombiana NTC 2017 en cuanto al disentildeo de adoquines Ademaacutes de esto la informacioacuten
se sustenta con informacioacuten tomada del Instituto para el Desarrollo Urbano de Bogotaacute la
norma internacional ASTM la norma del Instituto Nacional de Viacuteas (INVIAS)
Tabla 5 Partes de los Adoquines
PARTE ESPECIFICACION ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Cara de desgaste
NTC 2017 Parte superior del adoquiacuten la cual queda al aire en su instalacioacuten
Soporta directamente el transito
Capa superior capa superficial
NTC 2017 Capa que conforma la cara de desgaste en adoquines bicapa
No todos los adoquines son bicapa
Capa inferior NTC 2017
Capa ubicada debajo de la capa superficial en adoquiacuten bicapa Constituye la mayoriacutea de la masa de los mismos
No todos los adoquines son bicapa
Cara de apoyo
NTC 2017 Cara inferior del adoquiacuten
Cara que queda en contacto con la capa de arena en su instalacioacuten
Superficie de referencia
NTC 2017
En adoquines no biselados es la superficie que corresponde a la cara de desgaste En adoquines biselados corresponde a la
140
cara de desgaste sin tomar en cuenta el volumen del prisma sustraiacutedo por el bisel
Forma
NTC 2017
Poliacutegono que define la cara de desgaste y la cara de apoyo y que a su vez determina el prisma recto que le da volumen al adoquiacuten
Arista NTC 2017 Liacutenea de interseccioacuten entre dos planos o caras
Hace referencia a lo que conforma la cara de desgaste y las paredes
Arista de Laacutepiz
NTC 2017
Arista de forma redondeada con radio de35 mm aproximadamente
Se le da forma redondeada en el proceso de fabricacioacuten
Bisel NTC 2017
Perfil inclinado a 45deg aproximadamente en adoquiacuten biselado o parcialmente biselado
Se considera como parte del bisel la franja generada por las rebabas verticales una vez retiradas
Separador NTC 2017
Salientes verticales (nervaduras placas) generadas en las paredes del adoquiacuten para garantizar la separacioacuten
Se hace con el fin de que las juntas se puedan llenar de arena
FUENTE Informacioacuten propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 de
2004-02-05 y el Instituto de Desarrollo Urbano (IDU)
Tabla 6 Geometriacutea del adoquiacuten seguacuten NTC 2017
DIMENSIONES ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Espesor Dimensioacuten perpendicular a la cara de desgaste
141
Medida desde la cara de desgaste hasta la capa inferior
Espesor estaacutendar (ee)
Espesor tomado de manera anaacuteloga del espesor real
Lo especifica el productor
Espesor real (er) Espesor del adoquiacuten Medido en cada espeacutecimen
Espesor real promedio (er) del espeacutecimen
Promedio de cuatro mediciones del espesor real
Las cuatro mediciones son en el mismo espeacutecimen
Espesor real promedio (er) de la muestra
Promedio de valores del espesor real promedio del espeacutecimen
Se calcula con la cantidad de especiacutemenes de la muestra
Espesor de la capa superficial (ecs) del espeacutecimen
Espesor miacutenimo de la capa superficial en adoquines bicapa
Se mide con relacioacuten a la superficie de referencia
Espesor de la capa superficial (ecs) de la muestra
Promedio de valores del espesor de la capa superficial del espeacutecimen
Se calcula con la cantidad de especiacutemenes para la muestra
Longitud Dimensioacuten del adoquiacuten en direccioacuten del eje mayor del aacutengulo inscrito
No se incluyen separadores
Longitud estaacutendar (le)
Longitud tomada de manera anaacuteloga de la longitud real
Se especifica por el fabricante
Longitud nominal (ln)
Suma de la longitud estaacutendar maacutes el ancho estaacutendar
Longitud real (lr) Es la longitud del adoquiacuten Longitud medida directamente en cada espeacutecimen
Longitud real promedio (lr) del espeacutecimen
Promedio de dos mediciones de la longitud real
Longitudes medidas para cada espeacutecimen
Longitud real promedio (lr) de la muestra
Promedio de los valores de la longitud real promedio del espeacutecimen
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Ancho Medicioacuten del adoquiacuten en direccioacuten del eje menor del rectaacutengulo inscrito
No se incluyen separadores
142
Ancho estaacutendar (ae)
Ancho tomado de manera anaacuteloga del ancho real
Se especifica por el fabricante
Ancho nominal (an)
Suma del ancho estaacutendar maacutes el ancho de la junta estaacutendar
Ancho real (ar) Es el ancho del adoquiacuten Se mide directamente sobre cada espeacutecimen
Ancho real promedio (ar) del espeacutecimen
Promedio de dos mediciones del ancho real
Medidas para cada espeacutecimen
Ancho real promedio (ar) de la muestra
Es el promedio del ancho real promedio del espeacutecimen
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Ancho del rectaacutengulo inscrito (ai)
Dimensioacuten del eje menor del rectaacutengulo inscrito
Proyeccioacuten horizontal del bisel (phb)
Proyeccioacuten del perfil del bisel sobre la superficie de referencia
Incluye la franja por rebaba si existe
Proyeccioacuten vertical del bisel (pvb)
Proyeccioacuten del perfil del bisel sobre la pared del adoquiacuten
Incluye la franja por rebaba si existe
Ancho de los separadores (as)
Dimensioacuten transversal de los separadores en el plano de la pared del adoquiacuten
Espesor de los separadores (as)
Dimensioacuten de los separadores en sentido perpendicular a la pared del adoquiacuten
Espesor de los separadores promedio (es) del espeacutecimen
Promedio de los valores del espesor de los separadores
Medidos para cada espeacutecimen
Espesor de los separadores promedio (es) de la muestra
Promedio de los valores del espesor de los separadores promedio
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Fuente Propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 publicada 2004-02-
05
143
Tabla 7 Requisitos geomeacutetricos de los adoquines
REQUISITOS ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Longitud nominal (ln)
No debe ser mayor a 250 mm ni menor a 50 mm
Por lo general se encuentra entre 100 mm y 250 mm
Ancho nominal (an)
No debe ser menor a 50 mm Por lo general se recomienda 80 mm
Espesor estaacutendar (ee)
No debe ser menor a 60 mm Se recomienda espesores para uso peatonal no menor a 60 mm y a vehicular no menor a 80 mm
Junta estaacutendar Deber ser de 2 mm Si es mayor se considera malformacioacuten
Relacioacuten entre longitud nominal y ancho nominal
Debe ser menor o igual a 4 No se aplica a unidad complementaria o especial
Relacioacuten entre longitud nominal y espesor estaacutendar
Debe ser menor o igual a 4 No se aplica a unidad complementaria o especial
Tolerancias en la longitud real y ancho real
Cada par de mediciones no debe diferir entre si en maacutes de 15 mm
Mediciones tomadas sobre la cara de desgaste y sobre la cara de apoyo
Tolerancias en la longitud real promedia y ancho real promedia
Cada espeacutecimen de la muestra no deben diferir de la longitud estaacutendar y ancho estaacutendar en maacutes de 15mm
Mediciones tomadas en cada espeacutecimen de la muestra
Tolerancias en espesor real y espesor estaacutendar
Las mediciones del espesor real no deben diferir del espesor estaacutendar en maacutes de 2 mm
Adoquines con acabado plano o junta falsa
Aristas
Para las aristas en adoquines no biselados se aceptan desportilladuras con una dimensioacuten no mayor a 3 mm
Desportilladuras mayores a 3 mm se consideran defectos
Bisel
Debe tener igual forma y perfil en toda la longitud Tanto proyeccioacuten horizontal (phb) y proyeccioacuten vertical (pvh) debe ser miacutenimo 3 mm y maacuteximo 7 mm
Rango La diferencia entre la mayor y la menor de las mediciones de phb
Medidas tomas para cada espeacutecimen de la muestra
144
y pvh no debe ser mayor de 15mm
Separadores
En cada pared del adoquiacuten se debe tener un separador por adoquiacuten seguacuten el patroacuten de instalacioacuten Ancho de separador debe estar entre 4 mm y 15 mm Espesor del separador debe ser 2 mm maacutes o menos 05 mm
Solo aplica para adoquines con separadores descritos anteriormente
Capa superficial Espesor de la capa superficial (ecs) debe ser al menos 8 mm
Solo se aplica para adoquines bicapa En ninguacuten momento durante su uso o en el ensayo a flexo traccioacuten se debe presentar desprendimiento total y parcial de las dos capas
Fuente Propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 publicada 2004-02-
05
451 ABSORCION DE AGUA
Seguacuten la Norma Teacutecnica Colombiana ICONTEC 2017 lo adoquines de concreto al
momento de salir de la faacutebrica deben presentar una absorcioacuten de agua (Aa) menor o
igual al 7 como valor promedio de los especiacutemenes de la muestra y menor o igual a 8rdquo
para cada adoquiacuten individual (Icontec 2018)
Equipo
Para realizar las mediciones de las dimensiones del adoquiacuten se debe contar con un
calibrador de aguja con divisiones cada 01mm (Icontec 2018)
Para realizar ensayo de absorcioacuten de agua se usan los cinco especiacutemenes de la
muestra despueacutes de haberles medido las dimensiones exceptuando la del espesor de la
capa superficial y a los que posteriormente se les va a realizar ensayo a flexo traccioacuten
(Icontec 2018) Las masas se deben registrar con una balanza con una sensibilidad de
1 gramo
Y un horno ventilado con una temperatura controlada entre 100 C y 115 C y con un
volumen de al menos 25 veces el de los especiacutemenes que se van a secar al mismo
tiempo (Icontec 2018)
145
Procedimiento
Todos los especiacutemenes de la muestra se deben secar simultaacuteneamente en un horno
ventilado a una temperatura entre 100 C y 115 C Deben quedar separados entre si y de
cualquier superficie caliente como miacutenimo 25 mm Se deben secar hasta obtener una
masa sema (ms) constante despueacutes de un periodo miacutenimo de secado de 24 horas y
hasta que en dos pesajes sucesivos a intervalos de 2 horas la masa presente una
disminucioacuten de menos del 02 con respecto a la masa anterior (Icontec 2018)
Saturacioacuten
Para el ensayo los especiacutemenes deben ser sumergidos en agua durante 24 horas a
una temperatura que debe encontrarse entre 15 C y 27 C Debe haber un volumen de
agua suficiente para que entre la superficie y la cara del adoquiacuten haya una medida entre
25 mm y 50 mm No se deben poner especiacutemenes sobre otros (Icontec 2018)
Caacutelculos
Se debe usar la siguiente ecuacioacuten para hallar el porcentaje de absorcioacuten de agua del
espeacutecimen (Icontec 2018)
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899 (119860119886) =(119872ℎ minus 119872119904)
119872119904lowast 100
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
452 RESISTENCIA A LA FLEXO TRACCION (MODULO DE ROTURA)
ESPECIMENES DE ENSAYO
Los especiacutemenes a usar son unidades a las que ya les fue evaluada la apariencia las
dimensiones y hallado el porcentaje de absorcioacuten de agua Deben ser unidades
completas Las unidades son sometidas al ensayo a flexo traccioacuten con el fin de halla el
146
Modulo de Rotura (MR) Las unidades deben permanecer sumergidas en el agua durante
24 horas antes del ensayo se sacan y se dejan escurrir durante un minuto luego se
secan con un pantildeo seco para someterlas a ensayo (Icontec 2018)
EQUIPO
La maacutequina de ensayo para la determinacioacuten de la resistencia a la flexo traccioacuten debe
ser capaz de aplicar cargas de 20 KN (Icontec 2018)
Figura 15 Prueba de ensayo a Flexo traccioacuten de Adoquines de concreto (Icontec
2018)
147
Fuente Editada por los autores de (Icontec 2018)
Procedimiento
El espeacutecimen saturado y superficialmente seco se coloca sobre la maacutequina de ensayo
con la cara de desgaste hacia arriba de manera que el elemento superior de la maquina
coincida con el eje menor del rectaacutengulo inscrito sobre la cara de desgaste y los apoyos
inferiores coincida con una liacutenea paralela 10 mm adentro de los lados menores del
rectaacutengulo inscrito (Icontec 2018)
La maacutequina de ensayo debe aplicar la carga a una velocidad tal que produzca un
aumento cercano a 05MPas quiere decir que un tiempo de ensayo de 10 segundos
para 5 MPas El valor calculado se debe expresar en la unidad equivalente a MPa con
exactitud de 01 MPa (Icontec 2018)
Aparte de la Norma Teacutecnica Colombiana (NTC) 2017 que es la norma que rige la
fabricacioacuten y el uso de adoquines existe la norma American Society of Testing Materials
(ASTM) es una asociacioacuten que se encarga de medir la resistencia de los materiales para
la construccioacuten dicha norma es la base para crear las normas de nuestro paiacutes por eso
148
es de gran importancia hacer mencioacuten de ella en este documento y a las normas que se
abarcan (Icontec 2018)
A continuacioacuten algunas de las normas ASTM para adoquines en concreto
ASTM C-936 absorcioacuten flexo traccioacuten y abrasioacuten (Icontec 2018)
Absorcioacuten maacutexima a la humedad la cual dice que la absorcioacuten promedio de las
muestras ensayadas no seraacute mayor del 5 con ninguacuten resultado individual mayor del 7
(Torres 2020)
clasifica a los adoquines en tipo A B Y C seguacuten cuadro
Tabla 8 Clasificacioacuten de los adoquines seguacuten su absorcioacuten
Clase
Absorcioacuten ( en de masa)
Promedio de 3
adoquines miacutenimo
Valor maacuteximo
individual
A le7 77
B le9 99
C le9 99
Fuente (Icontec 2018)
Ensayos a la flexo traccioacuten (moacutedulo de rotura) seguacuten norma ASTM C-936 promedio
459 kgcm2 individual 367Kgcm2 no se realiza en nuestro caso al menos que sea una
peticioacuten especial del cliente consiste en someter el adoquiacuten a una carga puntual para
medir su capacidad elaacutestica antes de romperse (Torres 2020)
Clasificacioacuten de los adoquines por su uso 1- Clase A uso industrial y traacutensito pesado
350 kgcm2 2- Clase b uso transito liviano 250 kgcm2 3- Clase c uso peatonales y
espacios puacuteblicos menores de 250 kgcm2
Tabla 9 Resistencia miacutenima de los adoquines
Clase Espesor miacutenimo
del adoquiacuten (mm)
Resistencia miacutenima a flexioacuten del adoquiacuten Mpa
(kgcm2)
Promedio de 3
adoquines
Miacutenimo de adoquiacuten
individual
149
A 54(55) 46(468)
B 41(42) 35(357)
C 41(42) 35(357)
Ensayo a la Abrasioacuten Es una prueba al desgaste que en algunos proyectos exigen
como referente para medir la perdida de volumen del aacuterea sometida (Torres 2020)
Tabla 10 Resistencia a la abrasioacuten
Meacutetodo de Ensayo Valor
Mediante arena y disco
metaacutelico ancho le23 mm
Ensayo de Bohme le20000 mm35000 mm2
Fuente (Icontec 2018)
ASTM C 33 Esta norma indica coacutemo hacer concreto y que elementos deben agregarse
para prepararlo y usarlo Los agregados tratados en la norma son tanto finos como
gruesos En la norma los agregados finos estaacuten definidos como arena natural arena
elaborada o una combinacioacuten de ambas Los agregados gruesos se definen como grava
grava triturada escombros horneados y enfriados por aire concreto triturado de cemento
hidraacuteulico (Velares 2020)
Tambieacuten establece los liacutemites sobre sustancias perjudiciales o nocivas de agregado
de concreto fino Por ejemplo hay liacutemites en la cantidad de terrones de arcilla y partiacuteculas
deleznables (piezas pequentildeas de agregado que se descomponen faacutecilmente) Eacutestas se
limitan a 30 por ciento o menos de la masa total El agregado extremadamente ligero
tambieacuten se limita a 30 por ciento o menos de la masa total y el carboacuten y lignito se limitan
a 50 por ciento o menos Cualquiera de estos elementos puede hacer que el concreto
pierda fuerza y se deteriore de forma maacutes raacutepida (Velares 2020)
ASTM C-140 Dicha norma se refiere al ensayo de absorcioacuten de agua dejando un
valor menor al 5 para la absorcioacuten promedio por muestra y de 7 para valores
individuales
ASTM C-979 Especificaciones sobre el uso de pigmentos
150
ASTM C-144 Requerimientos de granulometriacutea
Tabla 11 Franja granulomeacutetrica para arena de prefabricados
TAMIZ
PORCENTAJE QUE PASA
ARENA NATURAL
ARENA MANUFACTURADA
No 4 (475mm) 100 100
No 8 (236mm) 95-100 95-100
No 16 (118mm) 70-100 70-100
No 30 (0600 mm) 40-55 40-100
No 50 (0300 mm) 13-35 13-58
No 100 (0150mm) 2--15 10--15
No 200 (0075 mm) 0 0-10
Fuente (Icontec 2018)
En Colombia existen algunas leyes que promueven el uso de energiacuteas renovables
pero tambieacuten esas mismas leyes las regulan La ley maacutes importante en el paiacutes
colombiano es la Ley 1775 de mayo de 2014 dicha ley dice que se promueve y regula el
desarrollo y el uso de las fuentes de energiacuteas renovables no convencionales en especial
las que son renovables Promueve su integracioacuten al mercado eleacutectrico la participacioacuten
en zonas vulnerables y en otros usos energeacuteticos que aportan para el desarrollo
sostenible del paiacutes (COLOMBIA 2014)
La ley 1775 de 2014 y que promueve y regula el uso de energiacuteas renovables a su vez
es regulada por la Resolucioacuten 281 del 5 de Junio de 2015 que dictoacute el director general de
la Unidad de Planeacioacuten Minero Energeacutetica (UPME) la resolucioacuten dice que por medio de
la cual se regula la integracioacuten de energiacuteas renovables no convencionales al sistema
energeacutetico del paiacutes estable el marco legal y los instrumentos para la promocioacuten el
desarrollo y la utilizacioacuten de fuentes no convencionales de energiacutea (FNCE) (UPME 2015)
La UPME realizo anaacutelisis teacutecnicos y econoacutemicos consignados en el documento
ldquoANALISIS PARA LA DEFINICION DEL LIMITE MAXIMO DE POTENCIA DE LA
AUTOGENERACION A PEQUENtildeA ESCALA EN EL SISTEMA INTERCONECTADO
151
NACIONAL (SIN)rdquo y que estos sirvieron para la definicioacuten del liacutemite de que trata la
resolucioacuten Que resuelve que
ldquoARTICULO PRIMERO El liacutemite maacuteximo de potencia de la autogeneracioacuten a pequentildea
escala seraacute un (1) MW y corresponderaacute a la capacidad instalada del sistema de
generacioacuten del autogeneradorrdquo (UPME 2015)
152
5 DISENtildeO METODOLOacuteGICO
Este proyecto de investigacioacuten se realizaraacute bajo las condiciones espaciales
medioambientales de Girardot Ciudad y Regioacuten en coordinacioacuten en la sede de la Unidad
de ensayos e investigacioacuten del semillero de investigacioacuten SEUS donde se gestoacute y que
hace parte del macroproyecto ldquoPREFABRICADOS DE NUEVA GENERACIOacuteNrdquo
51 INSTRUMENTOS
La instrumentacioacuten que se emplea en el desarrollo de este proyecto de investigacioacuten
son propiedad del laboratorio PC Disentildeos y Construccioacuten SAS y que se pueden usar
gracias al convenio interinstitucional con la Universidad Piloto de Colombia SAM ldquoUnidad
de ensayos e investigacioacutenrdquo y el laboratorio
De igual forma se usan como patrones de medida lo que especifica la norma
colombiana para construccioacuten de edificaciones Sismo Resistentes NSR-10 Los
procedimientos de cada ensayo se ajustaron de acuerdo a las normas teacutecnicas
colombianas como las ICONTEC y homologada de la norma internacional ASTM
Tabla 12 Instrumentos empleados para el proyecto
INSTRUMENTO MUESTRA PROCEDIMIENTO
Juego de tamices y balanza 01
gr
Granulometriacutea mediante
uso de tamices
ASTM C136-01
NTC 77
Mesa de flujo y moldes para
cubos
Fluidez de morteros de
cemento hidraacuteulico ASTM C-230
Equipo de concretos
Mezcladora (trompo) balanzas
palustres varilla punta roma
cilindros de acero
Toma de muestras de
concreto y fabricacioacuten de
adoquines
ASTM C172-10
NTC 454
Formaleta para adoquiacuten
Fabricacioacuten de
especiacutemenes para
ensayos y tramo de
prueba
NSR-10
Prototipo disentildeado
por los autores
Prensa hidraacuteulica para ensayo a
compresioacuten
ASTM C392005
NTC 673
153
Compresioacuten de cilindros
de concreto y
especiacutemenes de adoquiacuten
Prensa hidraacuteulica para ensayo a
flexo traccioacuten
Ensayo a flexo traccioacuten
de especiacutemenes de
muestra
Horno para ensayo de
absorcioacuten y para secado
Ensayo de absorcioacuten y
secado de las muestras
Entrevista Comunidad Municipio
Agua de Dios
Canal comunitario
H20 TV
FUENTE Los autores 2020
154
6 PROCEDIMIENTO
Aquiacute seriacutea bueno que incluyeran un paacuterrafo contando de que se trata el procedimiento
de la investigacioacuten
Figura 16 Ruta de actividades para el prototipaje de Step by Step
Fuente Los autores octubre 2020
61 CRONOGRAMA
El horario de trabajo en campo es acordado entre los autores dado al nuevo ajuste por
las restricciones por la pandemia haciendo una articulacioacuten con la sede la Unidades de
ensayos e investigaciones del semillero SEUS Fabricando los adoquines en casa y
Caracteriza-cioacuten de
agregados
bull Arena
bullCemento
bullGravilla
Disentildeo de mezclas
bullDosificacioacuten
bullConcreto translucido
Disentildeo de prototipo
bullFormaleta
bullGeometriacutea
bullPeso
ResistenciabullFabricacioacuten de muestra
bullEnsayos a muestras
155
realizando los ensayos bajo las normas teacutecnicas y de bioseguridad en la sede del
laboratorio
Para cumplir cumplir con los objetivos de este proyecto de investigacioacuten se acuerda el
siguiente cronograma
Tabla 13 Cronograma de actividades para el prototipaje de Step by Step
Fases y sus actividades Responsables Fechas de
ejecucioacuten
Recursos a
utilizar
Formulacioacuten Marlon Barrera
Fabio Viancha nov-19 Laboratorio
Caracterizacioacuten de
agregados (ensayos de
laboratorio)
Marlon Barrera
Fabio Viancha feb-20 Laboratorio
Disentildeo de mezcla- adoquiacuten
de prueba 1
Marlon Barrera
Fabio Viancha mar-20 Laboratorio
Compresioacuten de cilindros-
Resistencias
Marlon Barrera
Fabio Viancha
Abril- Mayo
2020 Laboratorio
Mezcla con materiales
reciclados
Marlon Barrera
Fabio Viancha Junio-Julio 2020 Laboratorio
Elaboracioacuten de documento Marlon Barrera
Fabio Viancha
Agosto-Sept-
Oct 2020 Biblioteca
156
7 CAPITULO 1 PROTOTIPAJE DEL ADOQUIacuteN
Como se ha mencionado se va a usar material reciclado para el disentildeo de mezcla
siendo el principal material reciclado el vidrio molido Dicho material se muele dentro del
laboratorio haciendo uso de la maacutequina de los aacutengeles El procedimiento para moler el
vidrio molido comienza pesando 5000 gramos de vidrio partido en una balanza digital
como se muestra en la siguiente imagen
Figura 17 Material reciclado (vidrio)
Fuente Los autores 2020
Luego de pesar el material se debe hacer uso de la maacutequina de los aacutengeles se
introduce el vidrio dentro de la maquina con todas las esferas de acero se pone a
funcionar la maquina durante 17 minutos
157
Figura 18 Trituracioacuten del vidrio con molino de bolas
Fuente Los autores octubre 2020
Cuando pasan los 17 minutos de tiempo de la maquina en funcionamiento esta debe
ser apagada para descargarla el vidrio ya molido se descarga sobre la bandeja de la
maacutequina
Figura 19 Vidrio pulverizado luego de la trituracioacuten y molienda
Fuente Los autores 2020
158
Luego el material se debe tamizar haciendo uso del tamiz frac12 que tiene aberturas en su malla de un diaacutemetro de 125 miliacutemetros y maacutes abajo el tamiz nuacutemero 4 que tiene aberturas en su malla de un diaacutemetro de 475 miliacutemetros
Figura 20 Tamizado del material
Fuente Los autores octubre 2020
El material a usar es el que pasa el tamiz frac12 y el que queda retenido en el tamiz nuacutemero 4 Luego el material se debe lavar usando el tamiz nuacutemero 200 para que no se pierda material
Figura 21 Vidrio lavado y secado en horno
Vidrio lavado Fuente Los autores octubre 2020
159
Luego el vidrio se debe poner a secar durante 24 horas en un horno a una temperatura de 115degC Finalmente el vidrio molido y limpio en su totalidad se almacena en canecas como se muestra en las siguientes imaacutegenes a la espera de tener el adoquiacuten con concreto convencional para luego hacer la mezcla del concreto translucido El vidrio molido queda del mismo tamantildeo de la grava y de una arena entonces en el concreto translucido este material reciclado hace el reemplazo
Figura 22 Diferentes gradaciones de vidrio triturado y molido
Fuente Los autores octubre 2020
Para la mezcla del concreto convencional se usaron agregados como la grava de
planta de diaacutemetro frac12 pulgada y a arena gris de planta asiacute como tambieacuten se usa cemento
de uso general marca Argos
La caracterizacioacuten de los materiales como la grava y la arena tuvo que realizarse de
manera remota por medio de reuniones virtuales entre los autores y la tutora de esta
investigacioacuten que por su experiencia profesional supo de queacute materiales se trataban y
se hizo una caracterizacioacuten basados en su experiencia Esto se realizoacute debido a las
restricciones de movilidad dadas por la pandemia mundial vivida en el antildeo en curso
La caracterizacioacuten del cemento de uso general marca argos se tomoacute con datos y
experimentos que ya se han realizado en el laboratorio de investigacioacuten de ante mano
se sabe que el cemento tiene un buen comportamiento con buenas caracteriacutesticas
mecaacutenicas que ayudan a que la resistencia del concreto buscada de sus resultados
160
Figura 23 Agregados para la mezcla de concreto
Fuente Los autores septiembre 2020
Teniendo la caracterizacioacuten de los materiales agregados se procede a realizar el
disentildeo de mezcla Se busca que los especiacutemenes del adoquiacuten tengan una resistencia
total a los 28 diacuteas de 4000 psi por lo que para el volumen de los adoquines que se van
a fundir se hace el siguiente disentildeo de mezcla
Tabla 14 Dosificacioacuten para la elaboracioacuten de las muestras
Material Unidad Cantidad
Cemento Kg 17
Agua Kg 85
Agregado grueso Kg 30
Agregado fino Kg 26
Aditivo cm3 170
Se aclara que el agregado grueso se refiere a la grava y el agregado fino a la arena
161
El aditivo que se usa para la mezcla es Sika Fluid es un aditivo proporcionado por el
laboratorio de PC Disentildeos y construccioacuten SAS Este aditivo es liacutequido y lo que hace es
permitir que la mezcla de concreto sea maacutes fluida y trabajable sin la necesidad de usar
maacutes agua ademaacutes de esto mejora la resistencia del concreto es todas las edades y
disminuye la permeabilidad del mismo
Este aditivo tiene tres usos plastificante reductor de agua y economizador de
cemento Como plastificante ayuda a obtener mezclas maacutes fluidas se adiciona a una
mezcla de concreto y se consigue que se incremente el asentamiento (SIKA 2018)
Como reductor de agua al adicionarlo a la mezcla sin variar el asentamiento se reduce
el agua y se incrementa la resistencia (SIKA 2018) Como economizador de cemento
ese incremento en resistencia se puede aprovechar reduciendo la cantidad de cemento
y se reducen los gastos (SIKA 2018) Para realizar la mezcla de concreto con el disentildeo
de mezcla obtenido primero se pesan los materiales haciendo uso de una balanza para
personas como la que se muestra en la imagen a continuacioacuten
Figura 24 Dosificacioacuten de agregados
Fuente 2020
Masa de agregados Homogenizacioacuten en seco
Mezclado Elaboracioacuten de muestras
162
Al pesar los agregados estos se vaciacutean sobre una batea y se mezclan en seco de una
manera uniforme para que la mezcla quede homogeacutenea eso se realiza usando uso de
una pala Finalmente se moja la mezcla con la cantidad de agua mezclada con el aditivo
estipulada en el disentildeo de mezcla y se revuelve dentro de la batea de una manera
uniforme buscando que la mezcla de concreto quede homogeacutenea Seguido se procede a
realizar es a untar la formaleta de acpm y vaciar el concreto sobre ella para fundir los
adoquines Se espera un diacutea despueacutes de la fundida para desencofrar y proceder a curar
los adoquines en una caneca de agua como se muestra en las siguientes imaacutegenes
Figura 25 Desencofrado de prototipos de concreto hidraacuteulico
Fuente los autores 2020
En la imagen anterior se logra evidenciar la forma de cada adoquiacuten el orificio del medio
es por donde se instalaraacuten los cables hacia la pieza de forma trapezoidal donde iraacute la luz
led y el concreto translucido
Desencofrado de muestras Curado de muestras
163
8 CAPITULO 2 DISENtildeO GEOMEacuteTRICO DEL PAVIMENTO ARTICULADO
Disentildeo de adoquiacuten
Como primera medida se realizoacute un disentildeo de la forma del adoquiacuten prefabricado el
cual se escogioacute de forma rectangular y con las especificaciones mostradas en las
siguientes imaacutegenes donde se adjunta el modelo haciendo uso de programas de disentildeo
como AutoCAD en las cuales encontramos
Detalle de adoquiacuten
Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida
Detalle del adoquiacuten 3D
Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 3D
Figura 26 Detalle del adoquiacuten
Fuente los autores 2020
164
Figura 27 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida
Fuente los autores septiembre 2020
Figura 28 Detalle del adoquiacuten 3D
Fuente los autores 2020
CINTA DE LUCES LED
PIEZA DE CONCRETO TRANSLUCIDO
CABLEADO
COLORCARACTERISTICO
165
Figura 29 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 3D
Fuente los autores septiembre 2020
En las figuras anteriores se identifica el disentildeo de adoquiacuten individualmente donde
se puede observar un espesor de 8 cm en cuanto a su espesor total en las caras
exteriores un espesor de 2 cm en el concreto translucido el cual se puede observar en
el medio del adoquiacuten tambieacuten unas dimensiones en cuanto a su largo y ancho de 25 cm
y 15 cm respectivamente en el concreto convencional y en su interior la pieza translucida
las dimensiones en cuanto a su largo y ancho son de 16 cm y 8 cm respectivamente por
uacuteltimo en las imaacutegenes se puede observar un agujero en el medio del adoquiacuten que
atraviesa el concreto convencional por el cual pasariacutea el cableado que permitiriacutea conectar
los adoquines al sistema de sensores y de energiacutea solar u adaptable a otras energiacuteas
166
Para definir teoacutericamente las propiedades del adoquiacuten y tener una base que nos
permita tener en cuenta caracteriacutesticas como el espesor teniendo en cuenta la resistencia
a la compresioacuten y flexioacuten esto aplicando el meacutetodo racional despejando la formula
principal anteriormente nombrada
1205902 = 1199020
[
1 minus(119911119886)
3
(1 + (1199112
1198862))
32
]
1205902 = 2942
[
1 minus(
0080025
)3
(1 + (0082
00252))
32
]
1205902 = 87124 119873
Donde
σ2= esfuerzo vertical
en esfuerzo vertical es el resultado de la operacioacuten anterior donde el resultado despueacutes
de despejar fue de 87124 newton
α = radio de la carga de la huella circular o semieje en la direccioacuten x de la carga de
huella eliacuteptica donde se realizoacute un estudio de una llanta promedio donde se pintoacute y se
dibujoacute la huella con el fin de conocer el radio teniendo un resultado de 25 cm de radio la
huella realizada se puede observar en la siguiente imagen
167
Figura 30 Huella de neumaacutetico
Fuente los autores 2020
qo = presioacuten de la carga encontrada en el puente por medio de una estimacioacuten la cual
contiene el peso promedio de una persona el cual es de 63 kg pero tambieacuten se tiene en
cuenta si la persona se desplaza en cicla ya que cabe la posibilidad aunque es peatonal
y tenemos un factor de seguridad estimado de 3 veces el peso promedio lo cual nos dariacutea
un peso maacuteximo de 300 kg lo cual en cuanto a la carga multiplicaacutendolo por la gravedad
tendriacuteamos 2942 N
X Y y Z = coordenadas cartesianas de un punto es encontrada gracias a la estructura
del pavimento ya que ese desplazamiento de la energiacutea en el eje z en el caso de este
sendero es de 8 cm el cual es el espesor del adoquiacuten este solo descansa en una capa
de arena
Disentildeo de Tramo
Despueacutes de disentildear el adoquiacuten como unidad se procedioacute a disentildear un tramo el cual
como antes se nombroacute un sitio ideal para el desarrollo del mismo es la vereda los chorros
por lo cual se decidioacute para obtener una adaptabilidad al terreno y un disentildeo que sea
atractivo y el resultado de este tramo con los adoquines propuestos se puede observar
en la siguiente imagen
Figura 31 Vista en planta sendero inteligente
168
Fuente los autores 2020
Como se puede observar en la Figura 31 se obtiene una vista en planta la cual tiene
un disentildeo intercalado con una armoniacutea en los colores caracteriacutesticos del adoquiacuten que le
permite al sendero inteligente ser tener un impacto el cual genere un acercamiento de los
turistas y comunidad en general tambieacuten el tramo contiene unas dimensiones tentativas
de 17 metros y de 293 metros en cuanto a su ancho y largo respectivamente
169
Posterior mente se realizoacute un plano esquemaacutetico donde se observan las tuberiacuteas y
cableado electro a implementar en el disentildeo del sendero inteligente donde se encuentra
una red eleacutectrica guiada por tuberiacuteas en la parte inferior que conduce el cableado hasta
el sistema que compone la alimentacioacuten con energiacutea solar el cual se puede observar a
continuacioacuten
Figura 32 Informacioacuten eleacutectrica
Fuente los autores 2020
170
Disentildeo de formaleta
Al tener los materiales necesarios con su respectiva caracterizacioacuten el siguiente paso
fue realizar el disentildeo y la construccioacuten de la formaleta en la cual se fundiriacutea la parte
construida con concreto del adoquiacuten esta se puede observar a continuacioacuten
Figura 33 Formaleta
Fuente los autores 2020
En la Figura 33 se puede observar la formaleta construida en madera de un buen
grosor ya que se necesita una buena esta resistencia la cual fue disentildeada con unos
trozos de madera de 2 cm de espesor el cual deja el espacio para la posterior adicioacuten del
concreto translucido tambieacuten se puede observar un cilindro de madera el cual permite
dejar el espacio para la conexioacuten de la luz led
Construccioacuten de adoquines
Despueacutes de tener construida la formaleta y con los materiales listos el siguiente
paso es realizar la mezcla del concreto convencional para vaciarlos en la formaleta ya
preparada tal como se puede observar a continuacioacuten
171
Figura 34 Prototipaje del adoquiacuten
Fuente los autores 2020
Mezcla Concreto hidraacuteulico Vaciado del concreto
Pasantes de cables Desecofrado de pasantes
Adoquiacuten parte inferior Adoquines con pasantes
Concreto transluacutecido Adoquines bicapa
172
Posteriormente se realizoacute el vaciado del concreto convencional en la formaleta
preparada con su respectivo vibrado y las diferentes teacutecnicas que permiten tener un
concreto de buena finalmente cuando el concreto tiene una consistencia considerable y
teniendo en cuenta el entorno se procede a desencofrar los adoquines y retirar los
implementos instalados en el medio para permitir el paso del cableado (ver Figura 34)
Despueacutes de tener los adoquines desencofrados el siguiente paso es apartas los que
van a ser sometidos a pruebas de compresioacuten y flexioacuten dejaacutendolos sumergidos durante
el tiempo estipulado en el siguiente capiacutetulo donde algunos son fallados con y otros sin
concreto translucido ademaacutes de apartar los 14 adoquines del tramo de prueba los cuales
fueron fundidos con el concreto translucido instalando previamente una cinta de luz led
la cual tiene un cableado interno como anteriormente se nombroacute tambieacuten cabe resaltar
que el conglomerado de la pieza translucida estaacute constituida por agregado preparado con
vidrio el cual se tara de diferentes tamantildeos para realizar la mezcla que le otorga a la pieza
las propiedades translucidas
Por uacuteltimo se realiza la prueba del circuito eleacutectrico el resultado es que todos
funcionaron correctamente tal como se pueden observar en la Figura 35 durante el diacutea y
en la Figura 36 durante la noche
Figura 35 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica diacutea
Fuente los autores octubre 2020
173
Figura 36 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica noche
Fuente los autores 2020
Finalmente se prosiguioacute a aplicar la pintura para darle el color caracteriacutestico a cada
adoquiacuten tal como se puede observar a continuacioacuten
Figura 37 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica
Fuente los autores 2020
174
9 CAPITULO 3 RESISTENCIA MECAacuteNICA
Para realizar los ensayos de resistencia y cumplir con las especificaciones y
caracteriacutesticas que tiene la normar colombiana NTC 2017 en el apartado del marco legal
se fabricaron 40 adoquines estos se fundieron en 4 diacuteas diferentes debido a que la
capacidad de la formaleta solo es para 10 adoquines Se fabricaron con el mismo disentildeo
de mezcla
Al desencofrar 10 adoquines estos entraban en proceso de curado en una caneca de
55 galones de capacidad a la espera de tener toda la cantidad de adoquines fabricada y
esta a su vez poder ser trasladados a las instalaciones del laboratorio PC Disentildeos y
Construccioacuten SAS donde inmediatamente entran a continuar el proceso de curado en
una piscina como se muestra en la imagen a continuacioacuten
Figura 38 Curado de muestras de Step by Step
Fuente Los autores 2020
175
A los especiacutemenes de la muestra se les realizan ensayos de resistencia a la
compresioacuten ensayo de resistencia a flexo traccioacuten esto con el fin de conocer el moacutedulo
de rotura (MR) y garantizar que los especiacutemenes cumplan con el miacutenimo que requiere la
norma aparte se realiza ensayo de absorcioacuten de agua para evitar dantildeos en eacutepocas de
lluvias Se deja claro en este documento que no se realiza ensayo de abrasioacuten dado a
que es un prototipo que seraacute usado en andenes y senderos peatonales en ninguacuten caso
y bajo ninguna circunstancia los especiacutemenes podraacuten ser expuestos por el traacutensito de
automotores
Al completarse los diacuteas de las edades de maduracioacuten del concreto los adoquines se
deben dejar secar luego se procede a tomar medidas tres anchos tres largos y el
espesor asiacute como tambieacuten se deben pesar antes de realizar el ensayo
Figura 39 Peso de muestras de Step by Step
Peso de adoquiacuten Fuente Los autores septiembre 2020
Al haberles tomado el peso y las medidas correspondientes se procede a poner el
espeacutecimen de manera cuidadosa sobre la prensa hidraacuteulica de manera que quede
centrado y bien puesto Se realiza el ensayo y se anotan los resultados para los caacutelculos
176
correspondientes Este proceso debe repetirse para todos los especiacutemenes de la muestra
que se tengan para ensayo el diacutea seguacuten corresponda
Tabla 15 Datos iniciales resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo
Fecha
Toma
Fecha Rotur
a
Edad
Ancho Largo Rectaacutengulo
Inscrito
a1 a2 a3 L1 L2 L3 Anch
o Larg
o
mm
mm
mm
mm mm
mm
mm mm
S-1 C 8-sep 15-sep 7
diacuteas 145 146 146 250 250 249 90 170
S-1 C 8-sep 15-sep 7
diacuteas 154 154 155 250 250 250 90 170
S-1 C 8-sep 22-sep 14
diacuteas 152 152 153 250 250 250 90 170
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 153 153 153 249 249 250 90 170
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 153 153 152 251 251 251 90 170
S-2 C 9-sep 16-sep 7
diacuteas 148 149 148
2515
252 251 90 170
S-2 C 9-sep 16-sep 7
diacuteas 153 153 153 252 252 251 90 170
S-2 C 9-sep 23-sep 14
diacuteas 155 154 154 249 249 250 90 170
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 150 150 150 250 251 250 90 170
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 152 152 151 252 252 253 90 170
S-3 C 10-sep
17-sep 7
diacuteas 152 153 156 256 254 253 90 170
S-3 C 10-sep
17-sep 7
diacuteas 150 150 150 250 250 249 90 170
S-3 C 10-sep
24-sep 14
diacuteas 150 149 149 252 251 251 90 170
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 150 154 255 255 254 90 170
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 151 152 249 251 252 90 170
177
S-4 C 11-sep
18-sep 7
diacuteas 159 149 150 253 253 253 90 170
S-4 C 11-sep
18-sep 7
diacuteas 153 153 152 251 251 252 90 170
S-4 C 11-sep
25-sep 14
diacuteas 150 150 151 253 253 252 90 170
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 152 153 153 253 252 252 90 170
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 155 152 150 251 251 252 90 170
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Tabla 16 Resultados de resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo Aacuterea
rectaacutengulo Inscrito (mmsup2)
W (gr)
Carga maacutexima
(kN) Resistencia
S-1 C 15300 6752 3684 1749 MPa
2536 psi
S-1 C 15300 6885 3991 1714 MPa
2486 psi
S-1 C 15300 6810 4579 2010 MPa
2915 psi
S-1 C 15300 6908 4491 1966 MPa
2851 psi
S-1 C 15300 6641 454 1972 MPa
2861 psi
S-2 C 15300 6831 4624 2101 MPa
3048 psi
S-2 C 15300 6821 4974 2144 MPa
3109 psi
S-2 C 15300 6977 5695 2457 MPa
3563 psi
S-2 C 15300 6874 5213 2343 MPa
3398 psi
S-2 C 15300 7021 5379 2342 MPa
3396 psi
S-3 C 15300 7417 415 1745 MPa
2531 psi
S-3 C 15300 6929 4346 1962 MPa
2846 psi
178
S-3 C 15300 6963 3889 1749 MPa
2537 psi
S-3 C 15300 7022 4301 1844 MPa
2674 psi
S-3 C 15300 6960 4691 2073 MPa
3006 psi
S-4 C 15300 7114 3771 1617 MPa
2345 psi
S-4 C 15300 7255 504 2185 MPa
3169 psi
S-4 C 15300 7385 5357 2362 MPa
3425 psi
S-4 C 15300 6990 4991 2149 MPa
3117 psi
S-4 C 15300 7223 4791 2084 MPa
3023 psi
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Figura 40 Registro fotograacutefico de las muestras a compresioacuten
Fuente Los autores 2020
Para calcular la resistencia de la muestra total se deben calcular promedios primero
un promedio de los resultados de las pruebas a 7 diacuteas luego promedio con los resultados
de las pruebas a 14 diacuteas y por uacuteltimo un promedio con los resultados de las pruebas a 28
diacuteas
Finalmente los resultados son los siguientes
Compresioacuten de muestras Fractura de muestras
179
Tabla 17 Consolidado de la resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Edad Resistencia
7 diacuteas 2759 psi
14 diacuteas 3110 psi
28 diacuteas 3041 psi
Fuente Los autores octubre 2020
Para el ensayo de resistencia a la flexotraccioacuten tambieacuten es necesario tomar tres
medidas de ancho tres medidas de largo el espesor y el peso
El espeacutecimen debe ponerse cuidadosamente sobre la maacutequina de ensayo de rotura al
tercio medio se debe dejar el apoyo superior en la mitad exacta del espeacutecimen y los
apoyos inferiores deben quedar de manera que a los dos costados se tenga la misma
medida desde donde se encuentra el apoyo hasta el final del espeacutecimen se procede a
realizar el ensayo y se anotan los resultados para los caacutelculos correspondientes
Figura 41 Resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto
Fuente Los autores septiembre 2020
180
Tabla 18 Datos iniciales resistencia a la flexo traccioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo Fecha Toma
Fecha Rotura
Edad
Ancho Largo Espesor
a1 a2 a3 L1 L2 L3 er
mm mm mm mm mm mm mm
S-1 C 8-sep 15-sep
7 diacuteas
149 149 150 252 252 252 100
S-1 C 8-sep 15-sep
7 diacuteas
152 152 151 250 250 250 100
S-1 C 8-sep 22-sep
14 diacuteas
152 152 151 250 251 251 100
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 150 150 150 149 250 250 100
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 149 149 150 150 250 250 100
S-2 C 9-sep 16-sep
7 diacuteas
151 151 151 250 250 250 100
S-2 C 9-sep 16-sep
7 diacuteas
150 150 149 249 250 249 100
S-2 C 9-sep 23-sep
14 diacuteas
149 149 149 150 252 252 100
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 151 151 151 150 251 251 100
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 152 153 153 251 251 251 100
S-3 C 10-sep
17-sep
7 diacuteas
152 152 153 246 249 250 100
S-3 C 10-sep
17-sep
7 diacuteas
154 153 151 252 252 253 100
S-3 C 10-sep
24-sep
14 diacuteas
153 153 154 254 254 254 100
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 152 152 153 253 254 253 100
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 152 152 250 250 251 100
S-4 C 11-sep
18-sep
7 diacuteas
150 150 151 252 252 253 100
S-4 C 11-sep
18-sep
7 diacuteas
154 155 153 252 253 252 100
S-4 C 11-sep
25-sep
14 diacuteas
151 151 152 250 251 251 100
181
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 151 152 152 253 253 253 100
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 153 152 151 253 253 255 100
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Tabla 19 Resultados de resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo W (Peso)
Longitud entre
apoyos
Carga maacutexima
Moacutedulo de Rotura
6620 165 176 583 MPa
S-1 C 6467 165 111 362 MPa
S-1 C 6845 165 191 623 MPa
S-1 C 6717 165 2385 787 MPa
S-1 C 6716 165 25 829 MPa
S-1 C 6885 165 2075 680 MPa
S-2 C 6807 165 1835 607 MPa
S-2 C 6792 165 2205 733 MPa
S-2 C 6917 165 2395 785 MPa
S-2 C 6977 165 2255 731 MPa
S-2 C 7145 165 213 692 MPa
S-3 C 6904 165 1885 611 MPa
S-3 C 7120 165 1815 586 MPa
S-3 C 7138 165 1855 603 MPa
S-3 C 6918 165 179 584 MPa
S-3 C 7327 165 162 533 MPa
S-4 C 7181 165 194 624 MPa
S-4 C 7117 165 227 743 MPa
S-4 C 6950 165 1771 578 MPa
S-4 C 6923 165 1725 562 MPa
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
182
La maacutequina de ensayo de resistencia a flexo traccioacuten arroja un dato de carga puntual
en Kilo Newton se deben hacer las conversiones correspondientes para tener el
resultado de moacutedulo de rotura (MR) en MPa
Para calcular el moacutedulo de rotura (MR) de la muestra total se deben calcular
promedios primero un promedio de los resultados de las pruebas a 7 diacuteas luego
promedio con los resultados de las pruebas a 14 diacuteas y por uacuteltimo un promedio con los
resultados de las pruebas a 28 diacuteas
Finalmente los resultados son los siguientes
Tabla 20 Resultados de moacutedulo de rotura
Edad MR
7 diacuteas 59 MPa
14 diacuteas 67 MPa
28 diacuteas 68 MPa
Fuente Los autores 2020
Los resultados del moacutedulo de rotura cumplen y garantizan la norma NTC 2017 dado
a que como se explicoacute en el apartado del marco legal el resultado de moacutedulo de rotura
para cada espeacutecimen debe ser 38 MPa y como se observa en la tabla de resultados los
valores se encuentran claramente por encima de ese valor para toda la muestra y el
promedio el resultado debe ser miacutenimo 42 MPa teniendo un resultado total de moacutedulo
de rotura a los 28 diacuteas de 11 Mpa por lo que claramente se garantiza el cumplimiento
de esta caracteriacutestica
La norma especiacutefica que se pueden dejar moacutedulos de rotura mayores a los que se
especifican
ABSORCION
Para realizar el ensayo de absorcioacuten se toman 8 especiacutemenes a los que ya se les ha
realizado el ensayo de flexo traccioacuten El ensayo de absorcioacuten inicia tomando los
especiacutemenes de la muestra para tomar un peso inicial tal cual estaacuten luego se colocan
183
en el horno durante 24 horas a una temperatura de entre 100 degC y 115degC al pasar las
24 horas deben ser sacados se dejan enfriar y se toma el peso que es el peso seco
(Ms)
Luego de tomar el peso seco se toman los especiacutemenes y se sumergen en agua
durante 24 horas a una temperatura de entre 15degC y 27degC al pasar el tiempo de
saturacioacuten y haciendo uso de un alambre se toma el peso que es el peso sumergido
(Ma) Finalmente se deben sacar del agua los especiacutemenes y se deben dejar escurrir
durante un minuto luego se seca su superficie con un pantildeuelo y se toma el peso del
espeacutecimen lo que es el peso sumergido con superficie seca (Mh)
Al tener los resultados de los pesos se procede a realizar los caacutelculos
correspondientes
Se debe iniciar reemplazando para hallar el valor de la absorcioacuten (Aa) en kgm3 de
la siguiente manera
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899(119860119886)119896119892
1198983=
(119872ℎ minus 119872119904)
119872ℎ minus 119872119886lowast 1000
Luego se calcula el porcentaje de absorcioacuten de la siguiente manera
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899 (119860119886) =(119872ℎ minus 119872119904)
119872119904lowast 100
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
Finalmente se calcula la densidad del espeacutecimen seco lo cual se realiza usando la
siguiente formula
119863119890119899119904119894119889119886119889 (119863)1198921199031198881198983 =(119872119904 minus 119872ℎ)
119872119886
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
184
Ma Masa inmersa en agua y suspendida del espeacutecimen en gramos
Al realizar los caacutelculos correspondientes se obtienen los siguientes resultados
Tabla 21 Resultados Prueba de Absorcioacuten
Coacutedigo Peso Seco
Peso Saturado
SS
Aa ()
Densidad
1C 6417 gr 6506 gr 14 2001grcmsup3
3 8732 gr 8780 gr 05 2086grcmsup3
5 6040 gr 6070 gr 05 2076grcmsup3
7 6449 gr 6466 gr 03 2143grcmsup3
9 3760 gr 3782 gr 06 2062grcmsup3
11 13247
gr 13275 gr
02 2105grcmsup3
13 10067
gr 10166 gr
10 2069grcmsup3
15 9641 gr 9689 gr 05 2145grcmsup3
Fuente Los autores 2020
El valor promedio de Absorcioacuten (Aa) de la muestra es 060 como se evidencioacute
en el apartado del marco legal el valor promedio de la muestra no debe superar el 7
para lo cual la muestra cumple el requisito de absorcioacuten que exige la norma NTC 2017
185
10 CAPITULO 4 COSTOS
Desde que se comienza con la planificacioacuten del proyecto se lleva una bitaacutecora en
donde se van anotando con fechas cada uno de los insumos requeridos para la ejecucioacuten
del proyecto desde la etapa inicial con el disentildeo de formaletas hasta la etapa final con la
construccioacuten del sendero inteligente
Cabe resaltar que como se contaba con recursos limitados a raiacutez de la pandemia
generada por el Covid-19 la mayoriacutea de las herramientas utilizadas en el proyecto fueron
prestadas solo fue de gran importancia construir la formaleta para el prototipo de adoquiacuten
como se muestra en la siguiente tabla
Tabla 22 Costos generales de maquinaria y equipo
Herramientas empleadas Step by Step
Herramientas cantidad valor unitario valor total
Batea 1
pala 1
Palustre 1
Baldes 1
Balanza 1
Llana de madera 1
Caneca de 55Galones
1
Formaleta 1 $ 110000 $ 110000
Fuente los autores 2020
Para las pruebas y ensayos de laboratorio fue necesario la construccioacuten de 40
adoquines para los cuales fueron requeridos los siguientes materiales con sus precios
respectivos
186
Tabla 23 Presupuesto general de materiales para el prototipaje
Materiales empleados step by step Adoquines de prueba
Materiales cantidad valor unitario valor total
Agregado Grueso 2 bogados $ 8000 $ 16000
Agregado Fino 2 bogados $ 7000 $ 14000
Cemento 2 bultos $ 25500 $ 51000
Aditivo 1 $ 5840 $ 5840
Resina Ortoftalica 2 botellas $ 15000 $ 30000
Catalizador 2 $ 2000 $ 4000
Agua $ 5000 $ 5000
Vidrio 2000 gramos $ 8500 $ 17000
Pigmento 2 $ 3000 $ 6000
Acpm $ 2000 $ 2000
TOTAL $ 150840
Fuente los autores 2020
Finalmente y despueacutes de las pruebas garantizando que se cumpliera la normativa se
construyen los adoquines que son requeridos para la construccioacuten del tramo de prueba
para lo cual fue necesario llevar los siguientes costos en bitaacutecora
Tabla 24 Presupuesto general Tramo de prueba
Adoquines para tramo de prueba
Materiales Cantidad Valor unitario Valor total
Arena 25 baldes $ 1100 $ 27500
Grava 25 baldes $ 1100 $ 27500 Aditivo 1 $ 5840 $ 5840
Pigmento 2 $ 3000 $ 6000 Vidrio 2000 gramos $ 8500 $ 17000
Resina ortoftalica 2 botellas $ 15000 $ 30000 Catalizador 2 $ 2000 $ 4000
Aditivo 1 $ 2200 $ 2200 Cemento 2550 Kg $ 13000 $ 13000
Luz led 250 metros $ 13000 $ 32500
187
Cable 2 metros $ 500 $ 1000 TOTAL $ 117040
Cabe la pena aclarar que el costo total es para veinte adoquines por lo que el precio
total por unidad de adoquiacuten es de $5842 pero para el tramo de prueba solo fueron
necesarios catorce adoquines por lo que para el costo total del sendero solo se tiene en
cuenta el costo de los catorce adoquines y no de los veinte ya que los seis restantes se
usaron para ensayos de laboratorio con el concreto translucido
Despueacutes de haber realizado todos los ensayos y de garantizar que el prototipo del
adoquiacuten cumpliera con la normativa se procede a disentildear y construir el tramo de prueba
para lo cual se realizoacute un presupuesto de obra en donde se incluyen todos los insumos
y materiales usados para el tramo con sus respectivos costos
Tabla 25 Cantidades de obra para tramo de prueba
Iacutetem Actividad Und Cant VUnit Vtotal
1 Excavacioacuten Manual zanja en tierra H=04m
m3 04 $ 30000
$ 30000
2 Relleno en recebo para subbase
Bogado 3 $ 4500
$ 13500
3 Capa de arena para sentar adoquines
Bogado 1 $ 8500
$ 8500
4 Concreto para bordes y caja de elementos electroacutenicos
m3 0012 $ 22500
$ 270
5 Adoquines UND 14 $ 5842
$ 81788
6 Arduino uno UND 1 $ 31900
$ 31900
7 Releacute cuatro puertos UND 1 $ 11700
$ 11700
8 Bateriacutea 40 Ah UND 1 $ 322000
$ 322000
9 Panel solar 55W UND 1 $ 280000
$ 280000
10 Regulador de carga UND 1 $ 51500
$ 51500
11 Inversor de Carga UND 1 $ 70000
$ 70000
188
12 Fuente de 110v a 12v UND 2 $ 15000
$ 30000
13 Sensor ultrasonido UND 2 $ 7100
$ 14200
14 Conectores HM UND 20 $ 3000
$ 60000
15 Conectores MM UND 20 $ 3000
$ 60000
TOTAL $ 1065358
Fuente los autores 2020
Como se evidencia en la tabla anterior el costo del sendero de prueba es de $1065358
es de importancia aclarar que como se contaba con la limitacioacuten de recursos solo se
pudo hacer la construccioacuten del sendero inteligente haciendo uso de catorce adoquines
pero que los elementos electroacutenicos que componen el sistema fotovoltaico para la
recoleccioacuten de energiacutea y los sensores que se encuentran en el sendero funcionan para
un sendero maacutes largo y ancho si asiacute se requiere lo que quiere decir que si se desea
construir un sendero inteligente Step by Step de 3 metros de largo por 1 metro de ancho
no es necesario adquirir un sistema fotovoltaico maacutes costoso
Finalmente al costo del tramo de prueba se le debe sumar el costo de los adoquines
que fueron necesarios para los ensayos previos el cual fue de $150840 maacutes el costo de
mano de obra que fue de $200000 para que finalmente el costo a lo que este proyecto
se refiere en su totalidad es de $1416198
189
190
11 VALIDACIOacuteN EN CAMPO TRAMO DE PRUEBA
Con el fin de prototipar el proyecto Step by Step se realizoacute un tramo de prueba en el
municipio de Agua de Dios el cual se acogioacute en conjunto con la alcaldiacutea municipal la cual
nos otorgoacute el permiso y expreso el beneficio del proyecto para la comunidad y su intereacutes
en el por medio de un oficio
El tramo de prueba se construyoacute en el parque Simoacuten Boliacutevar en el municipio de Agua
de Dios el cual es muy concurrido ya que es el segundo parque maacutes importante del
municipio su localizacioacuten se puede observar a continuacioacuten por medio de una imagen
tomada de la plataforma satelital google maps
Figura 42 Localizacioacuten tramo de prueba
Fuente (Google Earth 2020)
Como se puede observar en la imagen anterior el parque boliacutevar se encuentra ente la
carrera 11- 12 y entre la calle 11 ndash 12 al lado de la biblioteca municipal del municipio de
Agua de Dios Despueacutes de escoger el lugar donde se va a instalar se prosiguioacute a escoger
en que parte del parque se instala por lo cual se escogioacute en el centro del parque en
terreno natural enseguida del lugar donde se realizan ejercicios se puede observar en la
siguiente imagen
Se realizoacute una excavacioacuten manual por parte de los autores la cual tuvo unas
dimensiones de 1 metro de ancho por 1 metro de largo por 41 cm de profundidad el cual
se puede observar en la siguiente imagen
Figura 43 Proceso constructivo del Tramo de prueba Step by Step
191
Fuente los autores 2020
Excavacioacuten Profundidad de excavacioacuten
Sub base compactada Arena
Instalacioacuten eleacutectrica Instalacioacuten de adoquines
Confinamiento lateral
192
Despueacutes de realizar la excavacioacuten se prosiguioacute a rellenar y compactar con recebo el
cual tiene un espesor de 30 cm para mejorar las condiciones del terreno Posteriormente
al relleno con recebo se prosigue a poner la capa de arena que sirve como cama para la
instalacioacuten de adoquines la cual tiene un espesor de 3 cm El siguiente paso es realizar
una nivelacioacuten de la arena y con la cama totalmente plana se acomodan los adoquines
como se disentildearon anteriormente con el cableado de los adoquines sacaacutendolos por el
lado escogido por el terreno Posteriormente a tener los adoquines instalados con el
cableado eleacutectrico se prosiguioacute a fundir concreto con el fin de mejorar la esteacutetica del tramo
de prueba ademaacutes de realizar la estructura donde se dejaraacuten fijas las cajas eleacutectricas en
un bordillo de concreto
Posteriormente a la instalacioacuten integral del tramo de prueba el siguiente paso es
realizar la parte electroacutenica del tramo de prueba la cual viene alimentada por energiacutea
solar la cual se activa por medio de sensores instalados en el bordillo anteriormente
mencionado los cuales trabajan en conjunto con Arduino uno y un moacutedulo releacute de cuatro
canales lo cual viene de la siguiente manera en el esquema observado a continuacioacuten
Figura 44 Cableado parte electroacutenica
Fuente los autores 2020
En la imagen anterior se puede observar el cableado electroacutenico el cual consta de 2
sensores ultrasonido los cuales van conectados al Arduino uno el cual estaacute encargado
de enviar la informacioacuten al moacutedulo releacute para posteriormente el alumbrado de los
adoquines instalados anteriormente
Despueacutes de realizar el cableado el siguiente paso es realizar la programacioacuten del
arduino uno la cual consiste en recibir la informacioacuten de los sensores al detectar un
cambio en un campo estimado de 60 cm estos comenzaacutendose a contar despueacutes de 20
193
cm los cuales son los que se estiman desde el bordillo y posteriormente esta informacioacuten
ordena en conjunto con el moacutedulo releacute al encendido de la luz led instalada en los
adoquines los cuales se encenderaacuten en grupos de a 6 cada grupo instalado a un sensor
esta programacioacuten se puede observar en la siguiente imagen
Figura 45 Programacioacuten Arduino uno
Fuente los autores 2020
Despueacutes de tener lista la programacioacuten el siguiente paso es introducir esta
programacioacuten por medio de la aplicacioacuten oficial de Arduino y un cable que es otorgado
en la compra del Arduino esta instruccioacuten se puede observar en la siguiente imagen
194
Figura 46 Introduccioacuten de la programacioacuten al Arduino uno
Fuente los autores 2020
Posteriormente a tener los componentes electroacutenicos funcionando en conjunto con los
sensores el siguiente paso es la instalacioacuten en el tramo de prueba en donde se introducen
en una caja eleacutectrica la cual se impermeabiliza completamente y se introduce en una
estructura de concreto construida que funciona como capa protectora para las cajas con
los implementos electroacutenicos esto se puede observar a continuacioacuten
Figura 47 Caja con implementos electroacutenicos sellada
Fuente los autores noviembre 2020
195
Figura 48 Elementos electroacutenicos instalados
Fuente los autores noviembre 2020
El siguiente paso fue conectar los componentes electroacutenicos anteriormente nombrados
con la fuente de energiacutea la cual es proporcionada por un panel solar el cual viene
conectado por medio de un cableado esto se puede observar a continuacioacuten donde se
encuentra el panel solar y el sendero inteligente Step by Step recolectando energiacutea en el
diacutea tomaacutendola del sol para posteriormente ser aprovechada en la noche para hacer
funcionar la iluminacioacuten del sendero
Figura 49 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar
Fuente los autores noviembre 2020
Por uacuteltimo se encuentra el prototipo del sendero inteligente Step by Step en
funcionamiento el cual es encendido a las 6 pm y se pone a disposicioacuten de la comunidad
196
donde se observoacute un gran impacto en todas las personas que transitan este parque del
municipio de Agua de Dios en las siguientes imaacutegenes se puede observar el sendero
inteligente funcionando con la energiacutea solar recolectada durante el diacutea y en disposicioacuten
de los usuarios
Figura 50 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar en funcionamiento
Fuente los autores 2020
1 2
3 4
5 6
197
12 CONCLUSIONES
Al culminar el proceso de disentildeo prototipaje y validacioacuten en campo del sendero
inteligente Step by Step se concluye que la adherencia entre el concreto hidraacuteulico y el
concreto transluacutecido elaborados con materiales reciclados en un adoquiacuten bicapa para
traacutefico peatonal en las dimensiones propuestas de la Figura 28 registra una resistencia
a la compresioacuten de 3000 psi un moacutedulo de rotura de 68 MPa valores que seguacuten las
notas teacutecnicas colombianas son admisibles
La forma innovadora permite usar el concreto translucido como un conductor de luz
que da diferentes tonalidades de acuerdo al pigmento usado lo que no solo mantiene la
resistencia del prototipo sino que mediante una conexioacuten de circuitos entre los adoquines
contiguos asegura la iluminacioacuten del sendero la resistencia y durabilidad ante las cargas
de traacutefico peatonal
El sistema eleacutectrico mediante un sistema fotovoltaico permite el almacenamiento de
energiacutea suficiente para mantener la funcionalidad de los sensores durante toda la noche
de manera que el sendero ubicado en el parque Simoacuten Boliacutevar del Municipio de Agua de
Dios-Cundinamarca genera un impacto en la comunidad favorable certificado por la
Alcaldiacutea municipal y los habitantes del municipio
Luego de la transmisioacuten del programa de televisioacuten local como una actividad de
apropiacioacuten social del conocimiento realizado por los autores y la tutora en el canal de
televisioacuten local H2O Tv la comunidad en general recibioacute con agrado la tecnologiacutea
prestando intereacutes en instalarlo en diferentes lugares turiacutesticos de Agua de Dios
La translucidez de las piezas del pavimento peatonal con el pigmento azul fue
aceptada por la comunidad como un nuevo emblema del municipio ya que su reflejo y
luminosidad es una alegoriacutea al nombre lsquoAgua de Diosrsquo marcando un nuevo hito en el
municipio que deja atraacutes la historia triste de las aguas azufradas y una enfermedad
incurable por un nuevo camino llamado por el Semillero SEUS Step by Step Sendero
Inteligente
198
13 BIBLIOGRAFIacuteA
accuweather (2020) accuweathercom Retrieved from accuweathercom
httpswwwaccuweathercomescoagua-de-dios102159current-
weather102159
Alcaldia de Agua de Dios (2019 08 08) Retrieved from httpwwwaguadedios-
cundinamarcagovcoturismolos-chorros
Ambientesoluciones (2020) Ambientesolucionescom Retrieved from
Ambientesolucionescom
httpswwwambientesolucionescomsitiocontenidos_mophpit=5675
ARCUS GLOBAL (2020 10 21) Retrieved from httpswwwarcus-
globalcomwpconcreto-translucido-existe
ARQUITECTOS S (2018 05 20) Sala de Arquitectos Retrieved from Sala de
Arquitectos La compantildeiacutea innovando en la arquitectura inteligente ha presentado
la primera lsquovereda inteligentelsquo del mundo en Londres un camino que transforma el
pavimento en un generador de energiacutea eleacutectrica esto gracias al paso que dan los
peatones A diferencia de
Avalos J C (2016 07 29) BBC MUNDO Retrieved from BBC MUNDO
httpswwwbbccommundonoticias-36662912
BBC (2016 6 29) BBC MUNDO Retrieved from BBC MUNDO
httpswwwbbccommundonoticias-36662912
Boussinesq (2020 16 10) Google Retrieved from
httpswwwgooglecomsearchq=difusion+del+esfuerzo+pavimentosamptbm=isch
ampved=2ahUKEwij9quT87nsAhWENFkKHXP-DXUQ2-
cCegQIABAAampoq=difusion+del+esfuerzo+pavimentosampgs_lcp=CgNpbWcQA1C_
gwFY1I4BYMiQAWgAcAB4AIABpQKIAf4QkgEFMC40LjaYAQCgAQGqAQtnd3Mt
d2l6LWltZ8ABAQamps
Bradsher (2018 6 13) new York Times Espantildeol Retrieved from new York Times
Espantildeol httpswwwnytimescomes20180613espanolenergia-solar-
autopista-chinahtml
199
Bradsher K (2018 06 13) THE NEW YORK TIMES Retrieved from THE NEW YORK
TIMES httpswwwnytimescomes20180613espanolenergia-solar-autopista-
chinahtml
CAR (2015) ESTUDIO PARA LA DETERMINACIOacuteN DE MOacuteDULOS DE CONSUMO
DEL RECURSO HIDRICO
CASTILLO X A (2003) DISENtildeO DE PAVIMENTOS ARTICULADOS PARA TRAFICO
MEDIO Y ALTO Retrieved from
httpsrepositoriouniandeseducobitstreamhandle199220919u245809pdf
Chacon Cesar Alexander C J (2012 OCTUBRE 16) TECNURA UNIVERSIDAD
DISTRITAL FRANCISCO JOSEacute DE CALDAS COLOMBIA Retrieved from
httpswwwredalycorgpdf2570257025147010pdf
COLOMBIA C D (2014 05 13) fedebiocombustibles Retrieved from
fedebiocombustibles httpwwwfedebiocombustiblescomfiles1715pdf
CONSTRUIBLE (2015 03 11) Construccioacuten Sostenible Retrieved from Construccioacuten
Sostenible httpswwwconstruiblees20150311energy-floors-genera-
electricidad-a-partir-de-la-energia-de-la-pisada
DamiaSolar (2016 03 19) DamiaSolar Retrieved from DamiaSolar
httpswwwdamiasolarcomactualidadblogarticulos-sobre-la-energia-solar-y-
sus-componentesque-regulador-solar-
necesito_1~text=El20regulador20solar20o20reguladorgenerada20e
n20los20paneles20solares
DANE (2018) danegovco Retrieved from danegovco
httpswwwdanegovcoindexphplista-de-resultados-de-
busquedasearchword=poblacion20agua20de20dios20cundinamarcaampse
archphrase=all
DINERO R (2020 03 05) REVISTA DINERO Retrieved from REVISTA DINERO
httpswwwdinerocomempresasarticulocual-capital-de-colombia-tendra-la-
primera-empresa-publica-de-energias-renovables282296
200
ELECTRONICA I (2020) I+D ELECTRONICA Retrieved from I+D ELECTRONICA
httpswwwdidacticaselectronicascomindexphpbaterias-
cargadorescargadores-1mC3B3dulo-de-control-de-carga-para-
baterC3ADas-12-24v-7009-detail
FDMESCYL (2017 Diciembre 28) Federacion de deportes de montantildea Escalada y
senderismo de Castilla y Leon Retrieved from
httpswwwfclmcom20171228nace-primer-sendero-inteligente-espana-
castilla-leon
Google Earth (2020) Retrieved from httpsearthgooglecomweb437516685-
74667982183897115512a53657125248d35y662480933h028419733t0r
Icontec (2018 11 12) NTC 2017 Adoquines de Concreto para Pavimentos Bogotaacute DC
Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) Retrieved
from METROBLOCK httpsmetroblockcomconorma-tecnica-colombiana-ntc-
2017
IDEAM (2014) ideamgovco Retrieved from ideamgovco
httpwwwideamgovcowebtiempo-y-climaradiacion-solar
indiasolarpowercanals (2015 07 02) inbright Retrieved from inbright
httpsinbrightmxblogpostsindiasolarpowercanals
ingrenovables (2014 6 25) ingrenovablesblogspot Retrieved from
ingrenovablesblogspo httpingrenovablesblogspotcom201406el-primer-
canal-solar-del-mundohtml
LEDOVET (2018 02 23) Retrieved from httpswwwledovetcomtipos-de-sensores-de-
movimiento
Lizcano F A (2003) DISENtildeO RACIONAL DE PAVIMENTOS Bogotaacute ESCUELA
COLOMBIANA DE INGENIERIA
Lngalls S (1877) Estados Unidos Patent No 952S6
MAGAZINE T (2020 03 05) TYS MAGAZINE Retrieved from TYS MAGAZINE
httpswwwtysmagazinecomenergy-floor-la-energia-de-tus-pisadas
201
nandwani S s (2005 junio) energia solar conceptos basicos y su utilizacion Retrieved
from httpssistemamidcompaneluploadsbiblioteca2014-06-27_10-14-
37105995pdf
OMPI ORGANIZACION MUNDIAL DE LA PROPIEDAD INTELECTUAL (2015 09 16)
Retrieved from httpswwwwipointipadvantageesdetailsjspid=2590
PAIS E (2020 02 07) EL PAIS Retrieved from EL PAIS
httpselpaiscomccaa20200207madrid1581085171_646387html
Palacios A (2020) Ca COMPARADOR DE ALARMAS Retrieved from
httpswwwcomparadoralarmascomtipos-de-sensores-de-movimiento-cual-
necesitas
PAVEGEN (2017 JUNIO 29) Retrieved from httpspavegencomwp-
contentuploads201905Pavegen-BirdStreetpressreleasepdf
Perdomo C S amp Fandintildeo M E (2020 10 26) Anaacutelisis de las propiedades mecaacutenicas
del concreto transluacutecido elaborado con poliacutemeros y materiales reciclados
Retrieved from Repositorio Universidad Piloto
httprepositoryunipilotoeducohandle20500122779448
Pettit C (1912) Estados Unidos Patent No 573212
Ramos J (2014 11 12) motos pasion Retrieved from motos pasion
httpswwwmotorpasioncomgaleriasolaroad4
Robert G Packard P (1995) Thickness Design for Concrete Pavements on Highways amp
Streets PCA Method Retrieved from
httpsceprofsciviltamuedudzollingerCVEN-637-Fall202004EB109PDF
SampP (2018 10 15) El Blog de la ventilacioacuten eficiente Retrieved from
httpswwwsolerpalaucomes-esblogsensores-movimiento
SLU A E (2015 04 19) Autosolar Retrieved from Autosolar
httpsautosolaresblogaspectos-tecnicosque-es-un-panel-solar
202
SECHAGUA D A (2016) VALORACIOacuteN SOCIOAMBIENTAL DE LA MICROCUENCA
QUEBRADA LA PUNAacute MUNICIPIO AGUA DE DIOS GIRARDOT
SIKA (2018) FLUIDIFICANTE PARA MEZCLAS DE CONCRETO Tocancipa
SOLAR ROADWAYS (2020) Retrieved from httpssolarroadwayscom
SOLAROAD (2016 03 07) NATIONAL GEOGRAPHIC ESPANtildeA Retrieved from
NATIONAL GEOGRAPHIC ESPANtildeA
httpswwwnationalgeographiccomescienciasolaroad-el-carril-bici-hecho-con-
paneles-solares-en-holanda-cumple-su-primer-ano-de-vida_9916
Suaacuterez A L (2018 04 09) PORTAFOLIO Retrieved from PORTAFOLIO
httpswwwportafolioconegociosel-mayor-proyecto-de-energia-eolica-da-sus-
primeros-pasos-516003
Torres O (2020 03 09) Resumen de ASTM Retrieved from
httpbloquesdeconcretocomsvdescargarNormas20ASTMpdf
UPC (2018) Proyecto Educativo Institucional Bogotaacute DC Universidad Piloto de
Colombia
UPME (2015 06 05) Retrieved from
httpwwwnuevalegislacioncomfilessusccdjconcr_upme_281_15pdf
Velares J M (2020 03 09) Academiaedu Retrieved from Academiaedu
httpswwwacademiaedu25432780Especificaciones_de_ASTM_C-33
Xiaodi Hu A N (2017 Abril 21) Effects of tire inclination (turning traffic) and dynamic
loading on Retrieved from
httpswwwsciencedirectcomsciencearticlepiiS199668141630164Xvia3Dih
ub
91
Figura 18 Trituracioacuten del vidrio con molino de bolas 157
Figura 19 Vidrio pulverizado luego de la trituracioacuten y molienda 157
Figura 20 Tamizado del material 158
Figura 21 Vidrio lavado y secado en horno 158
Figura 22 Diferentes gradaciones de vidrio triturado y molido 159
Figura 23 Agregados para la mezcla de concreto 160
Figura 24 Dosificacioacuten de agregados 161
Figura 25 Desencofrado de prototipos de concreto hidraacuteulico 162
Figura 26 Detalle del adoquiacuten 163
Figura 27 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 164
Figura 28 Detalle del adoquiacuten 3D 164
Figura 29 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 3D 165
Figura 30 Huella de neumaacutetico 167
Figura 31 Vista en planta sendero inteligente 167
Figura 32 Informacioacuten eleacutectrica 169
Figura 33 Formaleta 170
Figura 34 Prototipaje del adoquiacuten 171
Figura 35 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica diacutea 172
Figura 36 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica noche 173
92
Figura 37 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica 173
Figura 38 Curado de muestras de Step by Step 174
Figura 39 Peso de muestras de Step by Step 175
Figura 40 Registro fotograacutefico de las muestras a compresioacuten 178
Figura 41 Resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto 179
Figura 42 Localizacioacuten tramo de prueba 190
Figura 43 Proceso constructivo del Tramo de prueba Step by Step 190
Figura 44 Cableado parte electroacutenica 192
Figura 45 Programacioacuten Arduino uno 193
Figura 46 Introduccioacuten de la programacioacuten al Arduino uno 194
Figura 47 Caja con implementos electroacutenicos sellada 194
Figura 48 Elementos electroacutenicos instalados 195
Figura 49 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar 195
Figura 50 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar en funcionamiento 196
LISTA DE TABLAS
93
Tabla 1 Factor de confiabilidad 130
Tabla 2 Nivel de confiabilidad 131
Tabla 3 Nivel de confiabilidad 133
Tabla 4 Nivel de confiabilidad 134
Tabla 5 Partes de los Adoquines 139
Tabla 6 Geometriacutea del adoquiacuten seguacuten NTC 2017 140
Tabla 7 Requisitos geomeacutetricos de los adoquines 143
Tabla 8 Clasificacioacuten de los adoquines seguacuten su absorcioacuten 148
Tabla 9 Resistencia miacutenima de los adoquines 148
Tabla 10 Resistencia a la abrasioacuten 149
Tabla 11 Franja granulomeacutetrica para arena de prefabricados 150
Tabla 12 Instrumentos empleados para el proyecto 152
Tabla 13 Cronograma de actividades para el prototipaje de Step by Step 155
Tabla 14 Dosificacioacuten para la elaboracioacuten de las muestras 160
Tabla 15 Datos iniciales resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto 176
Tabla 16 Resultados de resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto 177
Tabla 17 Consolidado de la resistencia a la compresioacuten de adoquines de
concreto 179
Tabla 18 Datos iniciales resistencia a la flexo traccioacuten de adoquines de concreto
180
94
Tabla 19 Resultados de resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto
181
Tabla 20 Resultados de moacutedulo de rotura 182
Tabla 21 Resultados Prueba de Absorcioacuten 184
Tabla 22 Costos generales de maquinaria y equipo 185
Tabla 23 Presupuesto general de materiales para el prototipaje 186
Tabla 24 Presupuesto general Tramo de prueba 186
Tabla 25 Cantidades de obra para tramo de prueba 187
INTRODUCCIOacuteN
95
La presente investigacioacuten presenta el disentildeo construccioacuten y validacioacuten en campo de
un adoquiacuten prefabricado bicapa de concreto hidraacuteulico y concreto transluacutecido con un
sistema eleacutectrico en su interior capaz de transformar las energiacuteas renovables (solar
eoacutelica hidraacuteulica etc) en energiacutea eleacutectrica Con el fin de que cuando un peatoacuten transite
con su pisada encienda una luz que estaacute ubicada dentro del prefabricado iluminando
todo el sendero El aprovechamiento de las energiacuteas renovables ha tomado maacutes fuerza
en los uacuteltimos tiempos dado a las consecuencias que el cambio climaacutetico ha traiacutedo para
el planeta es por esto que se debe pensar en la sostenibilidad del mismo
Asiacute por ejemplo en Septiembre de 2019 la Organizacioacuten Meteoroloacutegica Mundial junto
a las principales organizaciones de ciencia climaacutetica adheridas a Naciones Unidas
revelaron en un informe la evidente y creciente brecha que divide los objetivos acordados
para abordar el calentamiento global y la realidad actual del planeta asiacute como de que tan
solo en junio de 2019 se emitieron 50 megatoneladas de carbono a la atmosfera que el
hielo marino del Aacutertico ha disminuido en un 12 por deacutecada desde 1979 hasta 2018
Colombia a traveacutes del Ministerio de Ambiente en 2016 creoacute la Poliacutetica Nacional de
Cambio Climaacutetico que consiste en promover una gestioacuten de cambio climaacutetico que
contribuya a avanzar en una senda de desarrollo resiliente al clima y baja en Carbono
que reduzca los riesgos asociados a las alteraciones por efectos del cambio climaacutetico
Actualmente el Plan Nacional de Desarrollo de nuestro paiacutes propone avanzar hacia la
transicioacuten de actividades productivas comprometidas con la sostenibilidad y la mitigacioacuten
del cambio climaacutetico impulsar las energiacuteas renovables y avanzar en el conocimiento de
escenarios de riesgo actuales y futuros
Colombia cuenta con un parque de generacioacuten de 1677875 MW (a diciembre de
2017) Esta se encuentra dominada por la generacioacuten de energiacutea hidroeleacutectrica que
corresponde al 6988 del total de la capacidad (XM 2017) En segundo lugar se
encuentran las centrales teacutermicas a gas y carboacuten que de manera agregada alcanzan un
porcentaje del 2167 (Teacutermica a gas con una capacidad de 226995 MW equivalente a
un 1353 y a carboacuten con 13653 MW correspondiente a un 814 del total) El
porcentaje restante (845) pertenece a generacioacuten mediante diversas tecnologiacuteas
(Liacutequidos Gas-Liacutequidos Biomasa y Viento la cual cuenta con solo un porcentaje de
011) todos los datos han sido extraiacutedos de la tesis laquoIdentificacioacuten de proyectos con
potencial de generacioacuten de energiacutea eoacutelica como complemento a otras fuentes de
generacioacuten eleacutectrica en el departamento de Boyacaacuteraquo obra de Renata Catalina Siabato
96
Benavides Seguacuten la Unidad de Planeacioacuten Minero Energeacutetica del Ministerio de Minas y
Energiacutea de Colombia actualmente solo hay instalados en el paiacutes 1842 megavatios de
potencia eoacutelica parque Jepiacuterachi (en Uribiacutea Guajira) propiedad de Empresas Puacuteblicas
de Medelliacuten SA Entroacute en operacioacuten en abril de 2004
Para la investigacioacuten de este proyecto se usa la metodologiacutea de tipo cientiacutefico dado a
que para el disentildeo y construccioacuten del prefabricado en concreto de alta resistencia se usan
instrumentos para medir la resistencia del concreto hasta encontrar el disentildeo de mezcla
oacuteptimo para la construccioacuten del prefabricado Es por esto que el inicio del trabajo es
praacutectico porque se debe encontrar la resistencia optima el disentildeo de la forma del
prefabricado y la validacioacuten en laboratorio para finalmente hacer ensayos en campo de
prueba
97
1 PROBLEMA DE INVESTIGACIOacuteN
El Cambio Climaacutetico se ha hecho mucho maacutes notable en los uacuteltimos antildeos quizaacute los
efectos maacutes importantes de esta gran cataacutestrofe natural son la sequiacutea y las altas
temperaturas que afectan principalmente a territorios de clima caacutelido esto se debe a la
accioacuten del ser humano en la tierra donde en eacutepocas anteriores se disponiacutea de los
recursos naturales sin tener alguacuten tipo de restriccioacuten y maacutes aun sin restaurar el dantildeo que
se haciacutea tal vez creyendo que los recursos nunca acabariacutean con el pasar de los antildeos los
gobiernos y diferentes organizaciones mundiales se han planteado objetivos con el fin de
prevenir la accioacuten del cambio climaacutetico entre las que han sido incluidas las energiacuteas
renovables
Tambieacuten se ha visto un decrecimiento de la poblacioacuten en el municipio de Agua de Dios
donde su economiacutea ha caiacutedo y se ha venido apostaacutendole al campo turiacutestico donde se ve
limitado por sus atractivos ya que estos han venido decayendo con el pasar de los antildeos
sin una implementacioacuten de nuevos atractivos
En la zona donde se implementa el proyecto a pesar de ser una de las zonas maacutes
turiacutesticas y reconocidas en Agua de Dios se tiene una gran inseguridad ya que es
concurrida por personas que se dedican a consumir sustancias psicoactivas lo que
conlleva a tener maacutes probabilidades de un ataque por parte de estas personas todo esto
se ve en las horas de la noche donde falta la iluminacioacuten ya que el alumbrado puacuteblico es
escaso casi nulo en esta parte ademaacutes de tener en cuenta los grandes costos por el
alumbrado puacuteblico lo que se vuelve un problema para la comunidad ya que se crea una
dependencia a estos pagos por energiacutea eleacutectrica existiendo energiacuteas alternativas y auto
sostenibles
98
11 PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIOacuteN
Para abordar el disentildeo experimental de esta investigacioacuten es necesario aclarar que
este trabajo pertenece al macro proyecto de investigacioacuten lsquoPrefabricados de Nueva
Generacioacuten para obras de Infraestructura vialrsquo cuyo propoacutesito es disentildear prototipos
prefabricados que incorporen materiales reciclados En el caso de Step by Step se
propone un adoquiacuten peatonal en concreto hidraacuteulica bicapa con un recubrimiento en
concreto transluacutecido compuesto por poliacutemeros y vidrio reciclado
Figura 1 Distribucioacuten de variables de la Investigacioacuten
Fuente los autores
Es asiacute como surge la variable dependiente que es el prototipo para el sendero
inteligente lsquoStep by Steprsquo las variables independientes que seraacuten modificadas en el
Variable Interviniente
Variable Dependiente
Variable Dependiente
Sendero Inteligente
Disentildeo de mezcla
Agregados reciclados
Concreto hidraacuteulico
Geometriacutea
Carga de servicio
Especificiaciones teacutecnicas NTC2017
Resistencia
Compresioacuten
Flexioacuten
Absorcioacuten
99
proceso es el disentildeo de la mezcla la geometriacutea y la resistencia todo esto que se ajuste
a las condiciones del contexto como es el uso de agregados reciclados cementos por
desempentildeo o cementos hidraacuteulicos la carga de servicio y las especificaciones NTC 2017
que regulan tanto la geometriacutea como su resistencia medida a la compresioacuten a flexioacuten y
la absorcioacuten tal como se indica en la Figura 1
Este trabajo de investigacioacuten pertenece al semillero SEUS y forma parte del macro
proyecto lsquoPrefabricados de nueva generacioacuten para obras de Infraestructura Vialrsquo de la
liacutenea de investigacioacuten institucional acuteHaacutebitat Biodiversidad y tecnologiacuteas Sosteniblesrsquo y de
la liacutenea de grupo lsquoInfraestructura y Nuevas Tecnologiacuteasrsquo Enmarcado en la misioacuten de la
Universidad Piloto de Colombia de
ldquoIncorpora a la comunidad acadeacutemica como partiacutecipe en el aacutembito
cientiacutefico inmersa en una cultura de investigacioacuten caracterizada por ser
reflexiva pertinente sistemaacutetica y metoacutedica con el objeto de promover
los desarrollos urbanos y regionales de su aacuterea de influencia en los
aacutembitos nacional e internacional asiacute como los demaacutes prospectados
acorde con los eacutenfasis y campos de accioacuten de la Universidadrdquo (UPC
2018 paacuteg 19)
En consecuencia luego de recibir la carta de aceptacioacuten y agradecimiento de la
Secretariacutea de Planeacioacuten y de instalar el tramo de prueba en el Parque Simoacuten Boliacutevar del
municipio de Agua de Dios se realizaron labores de apropiacioacuten social del conocimiento
como programas de televisioacuten en el canal local H2O Televisioacuten participacioacuten en eventos
cientiacuteficos como el Encuentro de Semilleros TEINCO 2020 entre otras actividades
100
12 PREGUNTA DE INVESTIGACIOacuteN
Alrededor del mundo se estaacuten impulsando proyectos importantes que abarcan el uso
de energiacuteas renovables como una alternativa a la reduccioacuten de contaminacioacuten esto se
ha visto reflejado en la construccioacuten de infraestructura sostenible implementado energiacuteas
renovables como la solar piezoeleacutectrica eoacutelica entre otras tambieacuten en los paiacuteses maacutes
desarrollados se identifica un matrimonio entre las energiacutea renovables y el turismo donde
se combinan con la infraestructura generando impacto positivo en ellos A partir de esto
se formula la siguiente pregunta de investigacioacuten
iquestCoacutemo prototipar un adoquiacuten para pavimento articulado de traacutensito
peatonal que permita iluminar el paso del peatoacuten almacenando la
energiacutea solar que absorbe durante el diacutea para luego convertirla en
iluminacioacuten eleacutectrica en la noche
101
2 JUSTIFICACIOacuteN
Se ha identificado una problemaacutetica ambiental que se incrementa al pasar el tiempo
en el mundo esto por la generacioacuten de contaminantes al utilizar energiacuteas no renovables
ademaacutes en el municipio de Agua de Dios se observa una carencia en infraestructuras que
permitan ser un centro turiacutestico de la regioacuten ya que se ve opacado por los municipios
vecinos resulta de gran importancia generar proyectos los cuales implementen las
energiacuteas renovables y maacutes en el municipio de agua de dios donde es necesario un
desarrollo turiacutestico para el cual se vea sustentado con una infraestructura de intereacutes
generando un desarrollo econoacutemico social cultural y ambiental en el municipio
El proyecto Step by Step sendero inteligente surge de la necesidad de tener
infraestructura innovadora y amigable con el medio ambiente este proyecto trata de un
sendero peatonal el cual se piensa construir por medio de un conjunto de adoquines
disentildeados de forma que permitan obtener una luminiscencia por medio de bombillos led
instalados en el disentildeo y alimentados por medio de energiacutea solar ademaacutes de
implementar en el disentildeo un conjunto de sensores los cuales funcionen armoacutenicamente
con los visitantes prendiendo y apagando al desplazamiento de cada usuario
El proyecto Step by Step es importante para la comunidad del municipio de Agua de
Dios ya que con este proyecto se incentiva el cuidado por el medio ambiente tambieacuten
tiene un impacto positivo directo en la comunidad de la zona ya que se valorizan los
predios y los negocios alrededor de la vereda los chorros al atraer maacutes turistas genera
que tengan un crecimiento econoacutemico ademaacutes de poder utilizar el mismo sendero como
base para diferentes actividades de prestacioacuten de servicios generando nuevos empleos
en el municipio y al mismo tiempo mejorando la calidad de vida de los habitantes
Debido a que en la zona y generalmente en el paiacutes no se implementan los suficientes
proyectos que permitan un desarrollo de la infraestructura de la mano con el medio
ambiente este proyecto aporta en el desarrollo de proyectos futuros en el campo de los
senderos inteligentes primordialmente e infraestructura vial ademaacutes de ser un aporte en
el desarrollo de infraestructura innovadora dirigida al sector turiacutestico todo esto con la
implementacioacuten de energiacutea solar
102
Como consecuencia de la formacioacuten en investigacioacuten de la Universidad Piloto de
Colombia se justifica el proyecto Step by Step que aporta a la comunidad del municipio
de Agua de Dios impactando en su cultura en la parte religiosa con las congregaciones
que se realizan en esta zona y en su historia ya que se revitaliza un lugar emblemaacutetico
para los primeros habitantes del municipio tambieacuten aporta en el aspecto cientiacutefico ya que
la implementacioacuten de las nuevas formas de construccioacuten de concreto incentivan a la
investigacioacuten de las mismas a implementarse en la tecnologiacutea gracias a las energiacutea
renovables utilizadas y el concreto translucido el cual seraacute innovador para el municipio e
impactando beneficiosamente a el desarrollo por medio de la mejora en su turismo y asiacute
mismo en la economiacutea de la poblacioacuten que trabaja en esta zona
El proyecto step by step aporta a la misioacuten institucional por medio de los anaacutelisis a la
poblacioacuten sobre sus necesidades y daacutendole la solucioacuten a estas como lo es la parte
econoacutemica ya que el municipio se encuentra enfocado en la parte turiacutestica como fuente
de dinero generando estabilidad econoacutemica y bienestar en la poblacioacuten que beneficiada
con este proyecto y se puede observar un manejo adecuado del medio ambiento con
energiacuteas renovables
En consecuencia el proyecto Step by Step se articula con la misioacuten de un ingeniero
Unipiloto como una herramienta desarrollada por personas integrales soportado sobre
una soacutelida fundamentacioacuten conceptual que se brindaron en las aacutereas teacutecnicas y
cientiacuteficas a lo largo de la carrera universitaria se ajusta a la realidad del municipio de
Agua de Dios y busca soluciones puntuales en temas sociales ambientales turiacutesticos y
econoacutemicos
103
3 OBJETIVOS
31 OBJETIVO GENERAL
Prototipar y validar en campo un adoquiacuten para pavimento articulado peatonal
prefabricado en concreto hidraacuteulica bicapa y que en su interior tenga una pieza
translucida que sea capaz de transformar la energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica con el
fin de que cuando el peatoacuten transite con su pisada active un sensor y este encienda una
luz led que se encuentra al interior de la pieza de concreto
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Validar en laboratorio un adoquiacuten en concreto hidraacuteulico que se ajuste a las con las
Especificaciones teacutecnicas NTC 2017
Disentildear y validar en laboratorio la geometriacutea del adoquiacuten bicapa usando concreto
transluacutecido (Perdomo C amp Fandintildeo M 2020) y medir su resistencia a la compresioacuten
flexioacuten y la absorcioacuten para luego ser comparado con la NTC 2017
Disentildear y validar en campo el sistema de encendido usando sistemas alternativos
como los paneles solares
104
4 MARCOS DE REFERENCIA
41 MARCO DE ANTECEDENTES
Estudiantes mexicanos del Instituto Tecnoloacutegico de Estudios Superiores Monterrey
(ITESM) campus puebla desarrollaron un proyecto denominado Enegy Floor el cual es
un sistema que aprovecha el flujo de peatones para la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica
es una tecnologiacutea que se instala debajo de los pisos convencionales como las losetas
Seguacuten este proyecto cada vez que una persona pasa sobre el piso soportado por este
desarrollo tecnoloacutegico se activa un dispositivo mecaacutenico que produce cinco watts de
electricidad por cada paso (MAGAZINE 2020)
Los estudiantes artiacutefices de este proyecto expresaron que es una tecnologiacutea amigable
con el medio ambiente puesto que es un dispositivo que se activa con fuerza mecaacutenica
Para su elaboracioacuten los estudiantes usaron aluminio y una loseta que fue elaborada a
basa de poliacutemero ultrarresistente denominado nylamid (MAGAZINE 2020) El factor
diferencial entre el proyecto de los estudiantes mexicanos y Step by Step es que ellos
usan energiacutea mecaacutenica del flujo peatonal Step by Step usa energiacuteas renovables como la
solar
En Rotterdam existe una empresa llamada Energy Floors que antes era conocida
como Club de Baile Sostenible pues dicha empresa estaacute revolucionando el panorama de
la energiacutea sostenible al transformar la energiacutea cineacutetica y mecaacutenica que se produce al
caminar en energiacutea eleacutectrica En 2008 lanzaron su producto Sustainable Dance Floor
(SDF) que utiliza el movimiento de las personas como fuente de energiacutea al convertir la
energiacutea cineacutetica en energiacutea eleacutectrica Con ella se alimentan las luces LED de la pista de
baile creando una atmoacutesfera de discoteca y proporcionando al puacuteblico una experiencia
interactiva Esto es asiacute porque los moacutedulos que integran la pista de baile se flexionan al
ser pisados creando un movimiento que se transforma en energiacutea eleacutectrica por un
pequentildeo generador interno Cada moacutedulo de un tamantildeo de 75x75x20 cm puede producir
hasta 35 vatios de salida sostenida Entre cinco y veinte vatios por persona
(CONSTRUIBLE 2015) Al igual que el proyecto de los estudiantes la diferencia con Step
by Step es que se usa energiacutea mecaacutenica generada por las pisadas de las personas en
este caso en pistas de baile de discotecas
105
El mexicano Joseacute Carlos Rubio Avalos quien es investigador de la Universidad
Michoacana de San Nicolaacutes de Hidalgo buscoacute otra funcioacuten para el cemento el
investigador pensoacute en que el cemento casi siempre estaba expuesto a la radiacioacuten solar
y debiacutea buscar la manera de desarrollar una investigacioacuten innovadora Por esto el material
creado por el investigador consiste en absorber la radiacioacuten ultravioleta durante el diacutea
para luego brilla en la noche (BBC 2016)
El problema que el investigador tuvo es que el cemento es un cuerpo opaco y no
permite el paso de luz por eso estudioacute la composicioacuten del cemento Portland que es el
maacutes usado alrededor del mundo modificoacute la estructura microscoacutepica y con este cambio
logroacute que el material absorbiera los rayos uv El investigador Joseacute Carlos explicoacute en una
entrevista para la BBC Mundo que lo que se busca era permitir el paso y difusioacuten de luz
solar a traveacutes del siacutelice que se encuentra presente en el cemento el siacutelice es el mismo
material con el que se fabrica el vidrio (BBC 2016)
A lo que se refiere en si al proyecto del investigador mexicano es a cambiarle las
propiedades oacutepticas del material para hacerlo fosforescente Es un proceso logrado por
la incorporacioacuten de aditivos los cuales permiten que la luz pase y se pueda observar un
color de la fosforescencia El cemento como es un material orgaacutenico tiene mayor
rendimiento y durabilidad en el proceso (Avalos 2016)
El cemento fosforescente es un material mucho maacutes costoso que un cemento
convencional es por eso que solo se concibe como una capa de recubrimiento para
fachadas de edificios o para la sentildealizacioacuten de viacuteas Este proyecto mexicano es un
proyecto similar a Step by Step pues lo que se busca es hacer uso de las energiacuteas
renovables tambieacuten
En Holanda se construyoacute un proyecto denominada SolaRoad lo que se hizo fue
sustituir el asfalto por un pavimento que integra paneles solares fotovoltaicos ademaacutes de
esto se incluyeron luces led para iluminar el sendero en diacuteas de niebla y un sistema para
calentar la viacutea y evitar la formacioacuten de placas de hielo en invierno en el invierno En el
primer antildeo cumplido de este proyecto se han producido 70 KWh al antildeo por cada metro
cuadrado lo que ha sido suficiente para abastecer a tres viviendas
El primer antildeo de funcionamiento de un tramo de 70 metros ha llevado a los
investigadores a concluir que el proyecto funciona muy bien pero econoacutemicamente aun
no es factible porque en la construccioacuten se invirtieron 3 millones de euros y haciendo la
106
conversioacuten por cada KWh ha hecho un retorno final de tan solo 1862 euros (SOLAROAD
2016)
Figura 2 Sistema de pavimento Solaroad
Fuente (Ramos 2014)
Como se evidencia en la imagen anterior los constructores instalan moacutedulos de
concreto con una capa transparente que permite que la luz se infiltre debajo de dicha
capa se instalas celdas solares que recogen la energiacutea y finalmente son las que sirven
para alimentar el alumbrado puacuteblico la luz del traacutefico y hasta los hogares (SOLAROAD
2016)
El factor diferencial entre Solaroad y Step by Step es que el sendero de Step by Step
hace aprovechamiento de la energiacutea usando un solo panel solar y Solaroad hace uso de
cierta cantidad de moacutedulos solares para ser instalados en todo el tramo
China es uno de los paiacuteses que maacutes estaacute interesado e invierte en el uso de energiacuteas
renovables con el fin de innovar y dominar el mercado de dicha tecnologiacutea es por esto
107
que se disentildeoacute y construyoacute una autopista con paneles solares en la ciudad de Jinan
(Bradsher 2018)
Figura 3 Autopista China de Paneles solares
Fuente (Bradsher K 2018)
Este proyecto es importante nombrarlo en este documento porque destaca el gran
crecimiento que ha tenido el uso de paneles solares en el mundo y de que China uno
de los paiacuteses maacutes desarrollados del mundo esteacute apostando e invirtiendo en el uso de las
energiacuteas renovables
En la India se estaacute revolucionando el mercado de los paneles solares por la
construccioacuten de plantas de energiacutea solar sobre canales de agua esto hace que se
cumplan dos tareas importantes para la preservacioacuten del medio ambiente la primera es
la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica aprovechando la energiacutea solar y la segunda es la
preservacioacuten del liacutequido precioso evitando la evaporacioacuten
108
Figura 4 Canal solar en India
Fuente (ingrenovables 2014)
El Jefe de Gobierno Indio el Sr Narendra Modi inauguraraacute la primera serie de este
proyecto conocido como Canal Proyecto de Energiacutea Solar cuando ponga en marcha un
proyecto piloto de 1 megavatio (MW) que ya se encargoacute en el canal de la rama Narmada
cerca de la aldea Chandrasan de Kadi taluka en el distrito Mesina el martes
(indiasolarpowercanals 2015)
El proyecto de la India es de importancia mencionarlo en este documento dado a su
similar parecido con Step by Step pues los dos hacen uso de la energiacutea solar para
preservas los recursos medio ambientales que cada vez son maacutes escasos es de gran
aporte el conocimiento adquirido en cuanto a la forma en la que se construye el proyecto
para preservar el agua tambieacuten
En 2018 se dijo que La Guajira en Colombia se convertiriacutea en escenario de los grandes
proyectos de generacioacuten de energiacutea eleacutectrica a partir del viento que abasteceraacuten el
Sistema Interconectado Nacional (SIN) en la proacutexima deacutecada (Suaacuterez 2018)
109
A finales de febrero pasado la Autoridad Nacional de Licencias Ambientales (ANLA)
comenzoacute el estudio del que seraacute uno de los parques eoacutelicos representativos que tendraacute
el paiacutes por su tamantildeo y capacidad de produccioacuten y que se sumaraacute a otros que se
montaraacuten en la citada zona (Suaacuterez 2018) Se trata del proyecto de Generacioacuten de
Energiacutea Eoacutelica Alpha que desarrolla la empresa Vientos del Norte que pertenece al
conglomerado portugueacutes Renovatio Group como lo registra el Certificado de Reporte del
Sistema de Informacioacuten sobre Biodiversidad de Colombia (CR-SIB) (Suaacuterez 2018)
Este parque eoacutelico que tendraacute una capacidad de generacioacuten superior a los 200
megavatios (Mw) es la primera iniciativa que evaluacutea la Anla ya que se requiere
autorizacioacuten de la autoridad nacional ambiental despueacutes de los 100 Mw de energiacutea
(Suaacuterez 2018)
Es importante destacar este proyecto de recoleccioacuten de energiacutea eleacutectrica a traveacutes de
la energiacutea eoacutelica en este documento dado a que en este documento y para este proyecto
estamos tratando con todo tipo de energiacuteas renovables aunque es un proyecto que estaacute
en estudios y en traacutemite de licencias con antelacioacuten se sabe que seraacute un boom de
innovacioacuten con respecto a paiacuteses de la regioacuten y que se estaacuten apoyando los proyectos
que abarquen el uso de energiacuteas limpias en el paiacutes Step by Step estaacute pensado para que
funcione con cualquier tipo de energiacutea renovable que se pueda aprovechar
Seguacuten la revista dinero en Barranquilla con el cambio de administracioacuten de alcaldiacutea y
de gobernacioacuten del Atlaacutentico se vienen cambios en temas energeacuteticos para la regioacuten
Caribe pues se sabe desde antildeos atraacutes que Electricaribe tiene millonarias deudas y presta
un servicio deficiente el alcalde Jaime Pumarejo anuncioacute la adjudicacioacuten de los nuevos
operadores para el 20 de Marzo de 2020 tambieacuten dio luces sobre la nueva poliacutetica de
energiacutea en la reciente edicioacuten del Congreso Nacional de Infraestructura en noviembre de
2019 (DINERO 2020)
El alcalde Pumarejo dijo que es un proyecto que estaacute pensado en primera fase para la
autogeneracioacuten de la alcaldiacutea de Barranquilla para luego general y comercializar energiacuteas
renovables (DINERO 2020) El mandatario explicoacute que el desarrollo econoacutemico de la
capital del Atlaacutentico implica contar con energiacuteas de fuentes renovables Estas son
sinoacutenimo ndashseguacuten eacutelndash de maacutes ingresos empleo y resiliencia ante el cambio climaacutetico
(DINERO 2020)
110
Barranquilla es reconocida mundialmente como la capital energeacutetica de Colombia es
por esto que vale la pena mencionar esta clase de proyectos dentro de la redaccioacuten de
este documento porque el uso de energiacuteas renovables va tomando cada vez maacutes fuerza
en nuestro paiacutes y es de gran importancia para nosotros como ingenieros civiles
aprovechar esta oportunidad para crear proyectos innovadores como Step by Step que
hace usos de energiacuteas limpias y se puede implementar en cualquier parte del paiacutes
En Londres existe una empresa llamada Pavegen que es una compantildeiacutea de
tecnologiacutea limpia esta empresa adopta un enfoque innovador hacia la sostenibilidad al
generar energiacutea a partir de algo que la mayoriacutea de la gente hace todos los diacuteas caminar
La compantildeiacutea innovando en la arquitectura inteligente ha presentado la primera lsquovereda
inteligentelsquo del mundo en Londres un camino que transforma el pavimento en un generador
de energiacutea eleacutectrica esto gracias al paso que dan los peatones A diferencia de anteriores
instalaciones en Washington DC y Rio de Janeiro el proyecto en Londres cuenta con su
propia app brindado informacioacuten exacta a los visitantes sobre la energiacutea que estaacuten
generando e incentivando su uso al brindar descuentos en tiendas comerciales por los pasos
que den (ARQUITECTOS 2018)
Seguacuten el CEO de Pavegen Laurance Kemball-Cook quien sentildealoacute que esta es una nueva
aacuterea de produccioacuten de energiacutea una que ofrece muchas posibilidades interesantes laquoCuando
una persona camina genera 5 vatios de energiacutea de forma continua por lo que usted es
como todos somos una fuente de alimentacioacuten de 5 vatios Ahora imagine 10 personas eso
es 50 vatios de energiacutea de forma continua Puede que no parezca una cantidad exorbitante
de energiacutea pero es suficiente para suministrar energiacutea para una serie de necesidades Por
ejemplo la tecnologiacutea se puede utilizar para iluminar caminos a medida que los peatones
caminan sobre ellos lo que podriacutea frenar el crimen (ARQUITECTOS 2018)
111
Figura 5 Baldosa que produce energiacutea eleacutectrica
Fuente Pavegencom
El CEO tambieacuten sentildealoacute que el proyecto es muy importante y puso como ejemplo Grand
Central Station en Londres donde diariamente transitan unas 40000 personas por hora esa
energiacutea que generan esas personas se almacena en bateriacuteas y en la noche se enciende
Asiacute que los municipios las estaciones de tren las oficinas las escuelas en cualquier lugar
con mucha gente caminando son perfectas para el proyecto (ARQUITECTOS 2018)
El proyecto realizado en Londres es muy similar a Step by Step puesto que los dos se
tratan de un sendero inteligente El factor diferencial es que Step by Step convierte la energiacutea
solar en energiacutea eleacutectrica el proyecto de Londres lo que hace es convertir la energiacutea cineacutetica
que generan las personas al caminar en energiacutea eleacutectrica
En Madrid Espantildea se ha unido el Aacuterea de Emprendimiento Empleo e Innovacioacuten quien
ha impulsado el proyecto y el Aacuterea de Medio Ambiente y Movilidad que ha corrido con los
gastos para crear un cruce peatonal inteligente el proyecto se trata de crear un cruce
peatonal inteligente para reducir los accidentes por lo cual se ha escogido una zona poco
luminosa en horas de la noche (PAIS 2020)
112
Figura 6 Cruce peatonal inteligente
Fuente (PAIS 2020)
Seguacuten la portavoz de las concejaliacuteas que llevan a cabo el proyecto que cuenta con un
paso de cebra cuenta con una sentildeal lumiacutenica que funciona con sensores y
tecnologiacutea led y que se activa en modo nocturno cuando cruza un peatoacuten Al detectar a
la persona se encienden de forma continua las sentildeales horizontales y los cajones
lumiacutenicos de las sentildeales verticales Cuando no hay nadie el sistema permanece en
reposo (PAIS 2020)
Sobre la construccioacuten y mejoras en la fabricacioacuten e instalacioacuten de adoquines se
conocioacute que Samuel S Lngalls de Chicago en Illinois en el antildeo 1877 patentoacute un adoquiacuten
en concreto con una forma rectangular (Estados Unidos Patente nordm 952S6 1877) Pero
el inventor se dio cuenta que el adoquiacuten patentado presentaba fallas a la hora de su
instalacioacuten por lo que realizoacute un estudio para verificar las fallas y asiacute poder mejorar esto
Para lo cual patentoacute una mejora para la instalacioacuten de los adoquines en donde Samuel
Lngalls dejoacute un paso a paso para evitar que los adoquines se fracturaran con el tiempo
113
la fractura se da en las esquinas y para esto se debe poner cemento en las juntas y
esquinas
De la misma manera que Samuel Lngalls Charles Pettit tambieacuten realizoacute una patente
de la invencioacuten de un adoquiacuten pero dicha patente fue hecha en Greenford en el condado
de Mahoning y el estado de Ohio en el antildeo 1912 En la misma patente deja una guiacutea
praacutectica de instalacioacuten de dichos adoquines Pettit realiza esta invencioacuten para solucionar
la problemaacutetica de que los adoquines se desencajen y en muchas ocasiones presente
pandeo en una viacutea de adoquines estos pandeos generan en algunos casos accidentes
viales Esto lo soluciona garantizando un enclavamiento seguro entre las filas de
adoquines adyacentes y se puede hacer el enclavamiento dado a la forma del adoquiacuten
patentado el enclavamiento entre filas y columnas de adoquines evita el desplazamiento
y el pandeo del pavimento articulado (Estados Unidos Patente nordm 573212 1912)
42 MARCO TEOacuteRICO
Por medio del marco teoacuterico se pone en contexto las bases teoacutericas de la metodologiacutea
realizada para la construccioacuten del sendero inteligente en el cual se explicaran diferentes
tipos de tecnologiacuteas entre las cuales se encuentra la implementacioacuten de la tecnologiacutea de
generacioacuten de energiacutea por medio de componentes electroacutenicos de piezoelectricidad los
cuales aprovechan la energiacutea cineacutetica al caminar convirtieacutendola en energiacutea eleacutectrica
tambieacuten las tecnologiacuteas que utilizan energiacutea eleacutectrica para la construccioacuten de senderos
inteligentes los pavimentos inteligentes que aprovechan la energiacutea solar por medio de
paneles solares instalados en su estructura que aprovechan la energiacutea para los usos en
su entorno o en su misma estructura
Tipos de pavimentos inteligentes
En el mundo al pasar de los tiempos y con la incorporacioacuten de nuevas tecnologiacuteas al
mercado se han realizado diversos tipos de pavimentos los cuales tienen diferentes
caracteriacutesticas utilizando diferentes tipos de energiacuteas siendo las maacutes utilizadas la
piezoelectricidad la energiacutea eleacutectrica y la energiacutea solar
Piezoeleacutectricos
114
Uno de estos es el sendero inteligente presentado por pavegen en Londres el 29 de
junio del 2017 llamado Bird Street el cual utiliza la energiacutea piezoeleacutectrica
Bird Street se estaacute asociando con una serie de visionarios tecnoloacutegicos que incluyen
Pavegen Que fabrica una galardonada tecnologiacutea de pisos de generacioacuten de datos y
electricidad La compantildeiacutea del Reino unido ha instalado una matriz de 10 metros
cuadrados que inicialmente enciende luces y sonidos de paacutejaros y tambieacuten proporciona
una fuente de datos de energiacutea Incorporaraacute transmisores bluetooth de baja energiacutea que
le permitiraacuten interactuar con aplicaciones de marca por ejemplo recompensar a los
usuarios con descuentos cupones y recursos educativos para sus pasos en el sistema
pavegen (PAVEGEN 2017)
Este pavimento inteligente con la tecnologiacutea pavegen fue el primero en su tipo ya que
utiliza la energiacutea de las pisadas en el cual logra captar la energiacutea cineacutetica que se produce
al caminar sobre la superficie del pavimento por medio de un sistema en el cual se
posicionan 3 dispositivos en cada esquina de adoquiacuten y al pisarlo gracias al peso propio
del usuario se presionan los 3 a la vez esto ocasiona que el dispositivo descienda
generando electricidad gracias a los principios de la piezoelectricidad los cuales son
contemplados de la siguiente manera
Cuando una presioacuten es aplicada a u material piezoeleacutectrico causa una deformacioacuten
mecaacutenica y a su vez un desplazamiento de cargas Estas cargas son directamente
proporcionales a la presioacuten aplicada Si se ejerce una presioacuten a los extremos del eje polar
se produce polarizacioacuten un flujo de electrones de carga negativa mientras que en el
extremo opuesto se induce una carga positiva (Chacon Cesar Alexander 2012)
La tecnologiacutea para los senderos inteligentes se ha visto fortalecida en los uacuteltimos antildeos
ya que se viene implementando en diferentes proyectos en el mundo como antes se
nombroacute la piezoelectricidad es una de ellas siendo practica ya que funciona con la
presioacuten generada por los usuarios algo que es muy concurrido en un pavimento en ese
orden de ideas esta tecnologiacutea permite que el pavimento sea auto sustentable ya que
gracias a estas presiones se genera energiacutea
Energiacutea que se utiliza de la siguiente forma
La energiacutea proveniente de los pasos es captada por el material piezoeleacutectrico como
anteriormente se analizoacute el cual se encuentra situado al adoquiacuten del pavimento de forma
115
que esta genera corriente alterna la cual por medio de un convertidor se transforma a
corriente directa la cual sirve en este caso para el funcionamiento de los diferentes
aparatos electroacutenicos a traveacutes del sendero inteligente antes de ser enviada la energiacutea es
almacenada en una bateriacutea la cual garantiza que el sendero disponga de energiacutea en todo
momento para posteriormente ser enviada a las innovaciones instaladas con el fin de ser
utilizadas cada vez que un usuario pise los piezoeleacutectricos
Eleacutectrico
Otro tipo de sendero inteligente es el denominado como sendero inteligente de Espantildea
castilla y leoacuten alimentado por energiacutea eleacutectrica el cual tiene las siguientes caracteriacutesticas
El sendero homologado es una instalacioacuten deportiva identificada por las marcas
registradas GRreg PRreg oacute SLreg que se desarrolla preferentemente en medio natural y
sobre viales tradicionales puacuteblicos o privados Es un entramado de caminos sentildealizados
bajo una normas estandarizadas y reconocidas a nivel internacional y que han pasado el
sello de calidad de la federacioacuten de deportes de montantildea escalada y senderismo de
castilla y leoacuten (FDMESCYL 2017)
Los senderos de deportes extremos se realizan en partes rurales mayormente esto
dificulta implementar tecnologiacuteas en estos el sendero de castilla y leoacuten se considera
inteligente ya que se han implementado estas tecnologiacuteas eficientemente durante el
recorrido de los senderos en los deportes extremos los que resaltan son los siguientes
El sendero inteligente incluye obras de gran envergadura como el enlosado de la
totalidad del firme instalacioacuten de puntos de recargas de moacuteviles y dispositivos
electroacutenicos que cuentan con tomas USB y la colocacioacuten de maacutequinas expendedoras de
bebidas y aperitivos Las novedades del nuevo tramo se completan con la posibilidad de
que los senderistas se conecten a una red WIFI gratuita que permite a los usuarios estar
geo localizados en todo momento y monitorizados por los equipos de emergencia de
castilla y leoacuten (FDMESCYL 2017)
El sendero inteligente de Castilla y leoacuten es un beneficio para los turistas y
ciudadanos que concurren en esta zona de Espantildea se evidencia en este sendero
inteligente que cubre gran cantidad de recorrido siendo este para deportes extremos
generando seguridad a los usuarios gracias a las tecnologiacuteas implementadas a traveacutes del
mismo como lo es la interconexioacuten entre los usuarios por medio de wifi gratuito
116
permitiendo tambieacuten el reporte de emergencias a la praacutectica de los deportes extremos a
lo largo del sendero y tambieacuten un sistema de ahorro de energiacutea con farolas que regulan
la cantidad de luz emitida gracias a sensores que permiten captar la cantidad de luz en
el entorno y disminuyeacutendola cuando no sea necesaria
Energiacutea solar
Un tipo de pavimento inteligente es el alimentado por energiacutea solar son las placas de
pavimento solar roadways quienes han hecho investigaciones para generar placas con
paneles de energiacutea solar con el fin de crear pavimentos inteligentes que funciones con
base a esta energiacutea renovable
SOLAR ROADWAYS es un sistema modular de paneles solares que se pueden
caminar y conducir Nuestros paneles solares contienen luces LED para crear liacuteneas de
sentildealizacioacuten sin pintura Contienen elementos calefactores para evitar la acumulacioacuten de
nieve y hielo Los paneles contienen microprocesadores los cuales los hace inteligentes
Esto permite que los paneles se comuniquen entre si una estacioacuten de control central y
los vehiacuteculos (SOLAR ROADWAYS 2020)
La energiacutea solar es una de las maacutes famosas y maacutes utilizadas entre las energiacuteas
renovables ya que el sol genera energiacutea permanente que en su mayoriacutea no es utilizada
por el ser humano los pavimentos tienen contacto con el sol a diario ya que se
encuentran a la intemperie generando una oportunidad de aplicacioacuten de teacutecnicas de
recoleccioacuten de energiacutea solar para asiacute mismo utilizarlo en el entorno y para la estructura
misma del pavimento La captacioacuten de energiacutea solar se realiza por medio de un panel
solar que se instala en la parte superior del pavimento teniendo en cuenta que el panel
solar tiene una resistencia mayor al comuacuten ya que tiene que soportar pesos de todo tipo
de vehiacuteculos seguacuten el profesor shyam s nandwani afirma que
la potencia solar que recibe el planeta tierra (fuera de la atmosfera) es cerca de 173 x
10^12 Kw o una energiacutea de 15x^15 kWh por antildeo Al atravesar la atmosfera cerca de 53
de esta radiacioacuten es reflejada y absorbida por el nitroacutegeno oxigeno ozono dioacutexido de
carbono vapor de agua polvo y las nubes Por lo tanto al pasar esta radiacioacuten por una
distancia de 150 millones de km se reduce esta cantidad y el final el planeta recibe
energiacutea promedio de 3x10^17 kWh al antildeo equivalente a 4000 veces el consumo del
mundo entero en un antildeo (7x10^13 kWhantildeo) o cual nos indica el enorme potencial del
sol (nandwani 2005)
117
Con las nuevas tecnologiacuteas la energiacutea solar se ha ido modernizando e incluyeacutendose
en diferentes proyectos entre estos el pavimento inteligente anterior mente nombrado en
cuanto al funcionamiento se puede afirmar que
Para cualquiera de las aplicaciones de la energiacutea solar la parte principal del sistema
es el COLECTOR ndash el artefacto que capta energiacutea solar y convierte en energiacutea uacutetil ndash sea
en forma caloacuterica o eleacutectrica Para la conversioacuten de energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica se
utilizan CELDAS SOLARES proveniente de los materiales semiconductores ndashtipo silicio
principalmente (nandwani 2005)
Despueacutes de convertir la energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica se procede a poner en
funcionamiento el circuito el cual se debe tener en cuenta que
Dependiendo de la capacidad de almacenamiento de la bateriacutea se puede calcular el
tiempo aproximado de funcionamiento de varios dispositivos y el aacuterea necesaria del panel
solar para usos especiacuteficos Una instalacioacuten ademaacutes requiere controlar el voltaje
mediante un regulador dirigir la corriente hacia una bateriacutea para almacenarla Como la
corriente eleacutectrica producida es directa es necesario para algunas aplicaciones un
inversor para convertirla en alterna (nandwani 2005)
Despueacutes de producir la energiacutea eleacutectrica por medio del panel solar instalado en el
pavimento se transfiere a un control de carga el cual regula la energiacutea con el fin de evitar
dantildeos en la bateriacutea la cual se encuentra en el siguiente paso de la energiacutea esta almacena
la corriente para ser utilizada se encuentra el panel produciendo energiacutea o no todo esto
para ser enviada al alumbrado puacuteblico situado en el pavimento volvieacutendolo auto
sostenible
Moacutedulo de control de carga para bateriacuteas
Moacutedulo de control de carga para bateriacuteas de litio Puede ser programado para
comenzar la carga de voltaje y para finalizarla (ELECTRONICA 2020)
Por ejemplo Configurando 12V como voltaje de inicio y 15V como voltaje de parada
cuando el voltaje este por debajo de 12V el releacute se cerraraacute permitiendo la carga de voltaje
a la bateriacutea cuando el voltaje alcance los 15V o sea mayor el releacute se apagaraacute deteniendo
la carga (ELECTRONICA 2020)
118
Caracteriacutesticas
Voltaje de entrada 10-30V
Precisioacuten del display 01V
Precisioacuten del control 01V
Tipo de salida salida directa
Tolerancia plusmn01V
Dimensiones 82x58x18mm
Regulador de carga de panel solar
El regulador solar o regulador de carga es un dispositivo necesario en la instalacioacuten
solar ya que se encarga de controlar la entrada a las bateriacuteas de la energiacutea generada en
los paneles solares El regulador permite por un lado alargar la vida de la bateriacutea y por
el otro obtener informacioacuten y paraacutemetros del funcionamiento de la instalacioacuten Permite
alargar la vida de las bateriacuteas ya que permite el paso de la electricidad seguacuten el estado
en que se encuentre la bateriacutea en cada momento Por ejemplo cuando esta esteacute a un
nivel de carga inferior al 95 permitiraacute el paso libre de toda la electricidad con el objetivo
de cargarla cuanto antes posible Mientras que si se encuentra en un porcentaje de carga
del 95 al 99 permitiraacute el paso de forma muy controlada que es lo que llamamos carga
de flotacioacuten con el fin de llenar al maacuteximo la bateriacutea Por otra parte si la bateriacutea se
encuentra completamente cargada cortaraacute el paso de corriente para evitar sobrecargas
o un sobrecalentamiento del acumulador Gracias a realizar la carga de esta forma se
evitan problemas en las bateriacuteas solares y se alarga al maacuteximo sus antildeos de vida
(DamiaSolar 2016)
Existen 2 tipos de reguladores de carga el PWM o convencional y el MPPT o
maximizador El uso de uno u otro dependeraacute del tipo de placa solar que utilicemos Si
se tratan de placas solares de 36 o 72 ceacutelulas (paneles de hasta 200W) seraacute suficiente
usar un regulador PWM ya que estas placas tienen un voltaje en el punto de maacutexima
potencia alto Mientras que si usamos placas de 60 ceacutelulas (paneles de potencia superior
a 200W) seraacute de uso obligatorio el regulador MPPT ya que estas placas tiene un voltaje
119
menor pues priorizan el amperaje en lugar del voltaje con lo cual seraacute necesario siempre
un regulador MPPT el cual modula el voltaje del panel y lo adapta a las caracteriacutesticas de
las bateriacuteas conectadas (DamiaSolar 2016)
Los paneles solares de 60 ceacutelulas se conocen popularmente como paneles de red ya
que se utilizaban antiguamente en las huertas solares que se conectaban a la red Para
diferenciar los paneles de red de los paneles convencionales se debe mirar su ficha
teacutecnica impresa en la pegatina posterior del panel El panel de red indicaraacute un valor VMP
de solamente 29V o similar mientras que las placas convencionales o de aislada generan
un VMP aproximado de 36 voltios en las placas de 24V y de 18 voltios en las placas de
12V (DamiaSolar 2016)
Para saber si necesito un regulador de 10A 20A 30A 60A o 80A (A= amperios) se
deberaacute mirar el amperaje del panel indicado como corriente nominal o IMP i multiplicarlo
por el nuacutemero de paneles que queramos instalar en la instalacioacuten solar Por ejemplo en
una instalacioacuten solar de 12V donde se instalen 6 placas de 140W 12V el IMP de este
panel seraacute de 797A Por lo tanto si se disponen de 7 placas se obtendraacute una corriente
maacutexima de 5579 y seraacute necesario usar un regulador solar de 60A Tambieacuten es
importante si en un futuro hay previsto instalar maacutes paneles poner ya de inicio un
regulador de mayor capacidad asiacute cuando se instalen seraacute necesario cambiar este
dispositivo (DamiaSolar 2016)
Bateriacutea Recargable
Tanto los paneles solares como las turbinas eoacutelicas son fuente de energiacutea verde y
renovable pero el problema de estos sistemas de autoabastecimiento eleacutectrico reside en
el almacenamiento Las instalaciones tradicionales proporcionan la energiacutea de manera
inmediata de manera que lo que no se consuma en el momento se pierde y ademaacutes si
el diacutea se nubla o el viento se detiene no es posible obtener suministro
(Ambientesoluciones 2020)
Para resolver este inconveniente este grupo de investigadores ha disentildeado
una bateriacutea de flujo segura y rentable que se puede utilizar tanto de manera domeacutestica
como comercial Estaacute elaborada con materiales de bajo coste que se encuentran en la
tierra de forma habitual como carbono oxiacutegeno nitroacutegeno hidroacutegeno hierro y potasio
Los compuestos no son toacutexicos ni tampoco inflamables (Ambientesoluciones 2020)
120
Los materiales no son toacutexicos son baratos y al estar disueltos en una
abundante cantidad de agua son seguros ya que no puede prenderse
fuego un detalle muy importante cuando se estaacuten almacenando grandes
cantidades de energiacutea eleacutectrica cerca de la gente explica Michael J
Aziz uno de los ingenieros que ha desarrollado el invento
(Ambientesoluciones 2020)
A diferencia de las bateriacuteas de electrodos soacutelidos las bateriacuteas de flujo almacenan la
energiacutea en los liacutequidos contenidos en los tanques externos de manera similar a las pilas
de combustible Los tanques establecen la capacidad de almacenamiento y el hardware
de conversioacuten electroquiacutemica a traveacutes del que se bombean los fluidos establece la
potencia (Ambientesoluciones 2020)
Ambos elementos se pueden personalizar para que cada usuario disponga de la
energiacutea atendiendo a sus necesidades Ademaacutes como la cantidad de energiacutea que puede
guardar aumentar con soacutelo aumentar el tamantildeo de los tanques se puede almacenar
mucha maacutes a un menor coste que los sistemas de bateriacuteas tradicionales
(Ambientesoluciones 2020)
Panel solar
El panel solar es el elemento maacutes conocido de los componentes utilizados en la
implementacioacuten de energiacutea solar se trata de un elemento que aprovecha la energiacutea del
sol para transformarlo en energiacutea eleacutectrica o caloacuterica la cual se puede utilizar de
diferentes maneras en esta transformacioacuten de la energiacutea solar se pueden distinguir
diferentes propoacutesitos de la energiacutea la primera por ejemplo es la utilizacioacuten de esta para
producir agua caliente lo cual se ve generalmente en los hogares y la segunda y una de
las maacutes conocidas son la transformacioacuten de energiacutea por medio de paneles fotovoltaicos
los cuales permiten producir electricidad captando la radiacioacuten solar las cuales recaen en
las ceacutelulas fotovoltaicas del panel solar (SLU 2015)
La energiacutea solar se puede captar de diferentes formas las dos mencionadas
anteriormente permiten entender el funcionamiento y la forma en la que se aprovechan
las radiaciones solares tales como se puede identificar en el siguiente paacuterrafo que nos
muestra el funcionamiento por medio de recoleccioacuten y transformacioacuten en energiacutea caloacuterica
121
En cuanto a las dos formas anteriormente nombradas el sistema de recoleccioacuten de
energiacutea solar uno de estos es por medio del colector solar en el cual tiene un liacutequido en
su interior que tiene la funcioacuten de absorber la radiacioacuten generada por el sol y
posteriormente la convierte en calor por medio de este liacutequido el cual se almacena para
ser utilizado por medio de ductos instalados en conjunto con el servicio de agua ya que
este se convierte en un intercambiador de calor por medio de unos ductos lo que permite
que el recurso hiacutedrico al ser usado tenga la temperatura deseada este ciclo se repite ya
que el liacutequido que funciona como intercambiador de calor retorna al colector solar para
realizar el proceso de nuevo (SLU 2015)
La recoleccioacuten de energiacutea eleacutectrica por medio de paneles solares es la maacutes
conocida en el mundo ya que es la base de esta tecnologiacutea para entender su
funcionamiento se debe comprender sus caracteriacutesticas por medio del siguiente paacuterrafo
se pueden identificar
La recoleccioacuten de energiacutea solar por medio de paneles fotovoltaicos se obtiene
gracias a las celdas que se encuentran en la superficie del panel solar las cuales son
denominadas como ceacutelulas fotovoltaicas estas tienen la capacidad de convertir la
energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica esto es llamado efecto fotovoltaico este efecto provoca
la energiacutea solar (fotones) posteriormente se producen unas cargas positivas y negativas
en unos componentes llamados semiconductores que estaacuten directamente relacionados
con las celdas y tienen distinto tipo y por medio de estos se crea un campo eleacutectrico que
posteriormente permite obtener corriente eleacutectrica (SLU 2015)
El panel solar puede funcionar con diferentes tipos de materiales los cuales
funcionan de una manera similar los maacutes utilizados para producirlos son el arseniuro de
galio (Gas) este es maacutes utilizado en diferentes tipos de aparatos electroacutenicos los cuales
son maacutes complejos y el segundo es el silicio (Si) el cual tiene un costo econoacutemico menor
estos son maacutes faacuteciles de encontrar y por lo mismo son los maacutes utilizados en general
ademaacutes de ser utilizados por la industria microelectroacutenica cuando se evaluacutea el
rendimiento de las celular fotovoltaicas se puede concluir que estas estaacuten ligadas con la
estructura tridimensional en el interior de la laacutemina de silicio (SLU 2015)
El panel solar tiene la funcioacuten de recibir la energiacutea lo cual lo convierte en un
elemento clave a la hora de construir dispositivos que necesiten aprovechar la energiacutea
solar ya que tambieacuten se deben tener en cuenta factores importantes en cuanto al manejo
122
de este tales como son la ubicacioacuten ya que es de vital importancia garantizar que se
aprovecha de la mejor manera la energiacutea proporcionada por el sol esto debido a que se
debe tener en cuenta el movimiento de la tierra alrededor del sol para identificar los
aacutengulos y zonas que permitan optimizar esta recoleccioacuten de energiacutea
Pavimentos articulados
Los pavimentos articulados tienen una caracteriacutestica principal y es que estaacuten
disentildeados con adoquines en su capa superior tambieacuten estaacute compuesta por un cuerpo el
cual contiene una capa de base y sub base con unas caracteriacutesticas de compactacioacuten
ademaacutes de opcionalmente realizar una adaptacioacuten a la sub rasante
Los adoquines son la caracteriacutestica maacutes visible de los pavimentos articulados ya que
estaacuten en su capa superior y son los primeros en tener contacto con los usuarios estos
se disentildean generalmente en forma de bloque macizo lo cuales tienen caracteriacutesticas de
dimensionamiento similares ya que es necesario uniformidad para su instalacioacuten ya que
son prefabricados y se traen al terreno para ser instalados uno tras de otro dejando juntas
entre ellos
Las demaacutes partes que componen el pavimento articulado son constituidas por un sello
de arena el cual se instala entre las juntas de los adoquines con el fin de rellenar pero
tambieacuten aportan un buen funcionamiento del pavimento a flexioacuten y la capacidad portante
de la superficie del pavimento posteriormente se encuentra una capa de arena la cual se
coloca con el fin de instalar los adoquines sobre esta esta arena debe tener una
granulometriacutea optima que permita un flujo libre de agua y la infiltracioacuten ademaacutes que sus
partiacuteculas deben ser resistentes a la degradacioacuten (CASTILLO 2003)
Las capas siguientes son denominadas cuerpo la que se encuentra posteriormente a
la capa de arena es llamada base y es la encargada de proporcionar una mejor capacidad
estructurar y tambieacuten permite un apoyo uniforme del pavimento siguieacutendole por una capa
llamada sub base la cual se encuentra debajo de la base y es utilizada para traacuteficos
medios y altos mayormente ya que para traficas bajos basta con la uacuteltima capa llamada
capa de conformacioacuten esta capa se encuentra entre la sub base y la sub rasante es
instalada para mejorar las caracteriacutesticas del suelo y funciona como plataforma para la
construccioacuten de las anteriores capas (CASTILLO 2003)
123
Sensores de movimiento
Los sensores de movimiento son dispositivos electroacutenicos estos generalmente
funcionan de forma inalaacutembrica y su funcionamiento parte de captar el movimiento para
asiacute enviar informacioacuten a una central de control estos sensores son capaces de registrar
movimientos de un aacuterea determinada y son reconocidos en todo el mundo por su
utilizacioacuten en sistemas de seguridad e iluminacioacuten entre otras funciones (Palacios 2020)
Entre los sensores de movimiento varios tipos y variedades dependiendo de la
utilizacioacuten en cada caso entre los cuales se encuentran los siguientes
Los sensores de regulacioacuten luz crepuscular estos sensores basan su funcionamiento
en aumentar o disminuir la luz del dispositivo luminario relacionado con la luz ambiente
lo cual permite que si la luz ambiente es de mayor intensidad se disminuya la generada
por el dispositivo esto genera que se optimice la eficiencia del sistema de iluminacioacuten al
maacuteximo aprovechando la luz al maacuteximo solo cuando se es necesario este sensor es
utilizado generalmente en exteriores ya que en ese entorno se optimiza mejor su ventaja
al tener directamente la luz del ambiente (LEDOVET 2018)
Los sensores de movimiento de infrarrojos estos sensores basan su funcionamiento
en la utilizacioacuten de luces infrarrojas para identificar cambios caloriacuteficos en el aacuterea de
cobertura predeterminada lo que permite detectar si una persona se mueve dentro de
dicha aacuterea y puede utilizarse como receptor de informacioacuten para seguridad donde se
conectariacutea con otro dispositivo de alerta o tambieacuten combinarlo con un sistema de
iluminacioacuten que genere luz a la presencia de personas (LEDOVET 2018)
Los sensores de presencia ultrasoacutenicos estos sensores basan su funcionamiento en
la utilizacioacuten de ondas ultrasoacutenicas las cuales son generadas por el dispositivo en una
determinada aacuterea las cuales regresan por rebote al ya que chochan con cada objeto
encontrado en el entorno cuando estas ondas regresan y detectan un cambio en su
rebote alertan este cambio activando el sistema con el cual este disentildeado (SampP 2018)
Los sensores combinados estos tipos de sensores son disentildeados con las tecnologiacuteas
anteriormente nombradas ya que estas se pueden combinar con el fin de obtener ventajas
en su funcionamiento estos teniendo en cuenta la importancia ya que se pueden instalar
de forma que aumente el nivel de deteccioacuten como puede ser una combinacioacuten entre las
tres tecnologiacuteas o solo dos de las tres con el fin de aumentar la sensibilidad del sistema
124
informacioacuten recibida ya que se genera una activacioacuten de todo el sistema con la deteccioacuten
de solo uno de los dispositivos tambieacuten se puede lograr el efecto inverso al instalarlos
de forma que se tengan que activar los dos o tres lo que baja la intensidad de deteccioacuten
y le da una mejor flexibilidad en espacios donde no es necesaria tanta seguridad y evitar
incomodidades a los usuarios
En cuanto a la forma de regulacioacuten de estos sensores se encuentran la regulacioacuten
dependiendo del alcance en metros con el que sea disentildeado el sistema esto se realiza
con el fin de solo cubrir la zona donde se requiere la funcioacuten del sensor y no interferir en
otros lugares del mismo entorno donde no es necesario o no se desea interferir otra
forma de regulacioacuten de estos sensores se puede realizar por medio del tiempo ya que se
puede disentildear con el fin de que se active desde que detectan un cuerpo hasta que se
desee que dejen de funcionar con el fin de optimizar el uso buscando la maacutexima eficacia
tambieacuten se mitigara el consumo energeacutetico ya que solo permaneceraacute en funcionamiento
los momentos que sea necesario y por ultimo un tipo de regulacioacuten es con la tecnologiacutea
anteriormente nombrada la crepuscular donde se regula dependiendo de la luz
encontrada en el ambiente solo encendiendo cuando es necesario la luz (SampP 2018)
Concreto translucido
El concreto translucido es un material utilizado de diferentes formas ya que sus
propiedades le permiten aprovechar la luz siendo esta un factor maacutes influyente en las
obra de infraestructura a las que se le implementa este tipo de concreto ya sea para el
aprovechamiento de luz del entorno y asiacute mitigar problemas ambientales o crear maacutes
confort en los usuarios como para generar una estructura combinada con luz artificial
que a su vez tambieacuten se puede combinar con energiacuteas renovables para obtener
beneficios ambientales ademaacutes de poder jugar con las diferentes formas y lugares en los
cuales se puedan construir como estructuras deportivas viacuteas zonas comunes entre otras
donde estas tengan un impacto innovador
El concreto translucido fue patentado por aron losonczi el cual tuvo la idea de unir dos
caracteriacutesticas diferentes como lo es la dureza del concreto y la transparencia de un
material translucido su investigacioacuten se dirigioacute a la implementacioacuten de fibras oacutepticas en
el concreto convencional con el fin de crear productos que permitan construir paredes de
interiores o exteriores suelos iluminados o en proyectos de arte y disentildeo (OMPI
ORGANIZACION MUNDIAL DE LA PROPIEDAD INTELECTUAL 2015)
125
En la actualidad existen dos tipos de concreto translucido que destacan en el
mundo los cuales son el concreto translucido construido con fibra oacuteptica y el concreto
translucido polimeacuterico
Concreto translucido con fibra oacuteptica
El concreto translucido con fibra oacuteptica estaacute compuesto por miles de filamentos de fibra
oacuteptica la cual se agrega al concreto y generalmente tienen un diaacutemetro entre los 2mm y
2 micras para que tenga un buen desempentildeo deben estar orientadas en la misma
direccioacuten esto de un lado al otro de la pieza que se construya generalmente la proporcioacuten
de fibra suministrada al conglomerado es del 4 del volumen de la pieza de concreto
construida en total (ARCUS GLOBAL 2020)
La caracteriacutestica que le da lo translucido al concreto es a implementacioacuten de las fibras
oacutepticas ya que la luz que impacta por una cara del concreto en un extremo de las fibras
oacutepticas acomodadas en la misma direccioacuten generan que la luz se perciba aunque con
una menor intensidad al otro extremo de las fibras oacutepticas en este orden de ideas entre
maacutes intensa sea la luz en la cara donde se realiza el contacto maacutes intenso se veraacute en la
otra cara de la pieza construida (ARCUS GLOBAL 2020)
Otra caracteriacutestica de las piezas construidas con fibras oacutepticas son las sombras
generadas en la cara que se tiene luz ya que estas tambieacuten aparecen en la otra cara del
concreto y se destacan por su contorno lo que le da un plus de esteacutetica y esta
caracteriacutestica del concreto translucido con la luminosidad se puede dar hasta 20 metros
todo gracias a las fibras oacutepticas que contienen en su interior y en cuanto a la parte
estructural no se implementan barras de aceros como se acostumbra en el concreto
convencional si no barras de plaacutestico transparentes y tambieacuten se obtiene una resistencia
similar a la de los concretos tradicionales (ARCUS GLOBAL 2020)
Concreto Translucido Polimeacuterico
El concreto translucido polimeacuterico tiene una composicioacuten que se asemeja mas a la
tradicional la caracteriacutestica que le permite ser translucido es el cambio del cemento
convencional parcial o complementariamente por un conglomerante polimeacuterico
transparente llamado el ilum (ARCUS GLOBAL 2020)
La diferencia entre el anterior concreto desarrollado a partir de fibras oacutepticas y este
desarrollado a partir de ilum es que el ilum permite la entrada de luminiscencia por todas
126
las direcciones esto tambieacuten depende de la dosificacioacuten ya que al agregar el componente
aacuterido pierde un poco esta caracteriacutestica para obtener grandes resultados se debe tener
una granulometriacutea bien cuidada tambieacuten se obtiene que la resistencia a la compresioacuten
de este tipo de concreto translucido puede ser similar o en ocasiones superior a la del
concreto convencional (ARCUS GLOBAL 2020)
Este trabajo de investigacioacuten utiliza el concreto transluacutecido SEUS elaborado con
poliacutemeros y materiales reciclados que seguacuten Perdomo amp Fandintildeo (2020) registra una
buena resistencia a la compresioacuten (44 MPa) cuando se usa aglomerante de resina de
polieacutester insaturado (Perdomo C amp Fandintildeo M 2020)
43 MARCO CONCEPTUAL
Meacutetodos de disentildeo de pavimentos
Meacutetodo racional
El meacutetodo racional muestra la estructura de pavimento como un medio elaacutestico sobre
el cual se coloca una carga la cual genera en la estructura un esfuerzo el cual es aplicado
especiacuteficamente en la capa superior para comprender estos esfuerzos se puede
interpretar a traveacutes de un modelo mecaacutenico el esfuerzo ejercido en la capa superior se
propaga a traveacutes de la estructura y cada vez que avanza en la estructura el esfuerzo es
menor esto quiere decir que si el grosor del medio elaacutestico que soporta los esfuerzos es
mayor mejor soporta los esfuerzos por que maacutes distancia recorre maacutes deacutebil se vuelve el
esfuerzo
Para el dimensionamiento del pavimento por el meacutetodo racional por el modelo
Boussinesq se tiene en cuenta que la presioacuten ejercida por el neumaacutetico o un peatoacuten el
cual ejerce una carga (Lizcano 2003) las cuales generalmente son mayores de lo que
puede soportar un terreno natural por esta razoacuten la calzada disentildeada debe repartir esta
presioacuten con el fin de volverla tolerable y estos modelos siguen las hipoacutetesis encontradas
a continuacioacuten
ldquoLa carga aplicada a la calzada se esquematiza por una presioacuten qₒ sobre un circulo de
radio ϕ como se puede observar en la siguiente figurardquo (Lizcano 2003)
127
ldquoEl suelo soporte requiere elaacutestico modo de Young E2 relacioacuten de poisson v2 este
suelo solo puede resistir sin deformarse exageradamente un esfuerzo vertical admisible
(σ2) inferior presioacuten a ntildea presioacuten qₒ coacutemo se puede observar en la siguiente figurardquo
(Lizcano 2003)
Figura 7 Distribucioacuten de esfuerzos Modelo Boussinesq
Fuente (Boussinesq 2020)
Posteriormente se identifica una profundidad la cual se determina como H esto con el
fin de que la presioacuten vertical se encuentre al final difusa ya que no se puede sobrepasar
el esfuerzo vertical admisible (Sz) el meacutetodo Boussinesq encontroacute una solucioacuten al poner
que en una profundidad z el esfuerzo vertical es de la siguiente manera (Lizcano 2003)
1205902 = 1199020
[
1 minus(119911119886)
3
(1 + (1199112
1198862))
32
]
Donde
σ2= esfuerzo vertical
128
α = radio de la carga de la huella circular o semieje en la direccioacuten x de la carga de
huella eliacuteptica
q = presioacuten de la carga
X Y y Z = coordenadas cartesianas de un punto
Esta nomenclatura aplicada al pavimento se puede representar de la siguiente manera
Figura 8 Esfuerzos que sufren los pavimentos en tres direcciones
Fuente (Lizcano 2003)
Donde
σ2= esfuerzo vertical
σr= esfuerzo radial de traccioacuten
Es= moacutedulo de Young de un masivo semifinito
v= coeficiente de poisson
ͳ= cizallamiento
Las fuerzas anteriormente nombradas ejercidas en el pavimento se pueden observar
en la siguiente grafica donde se puede identificar la forma en la que un neumaacutetico ejerce
presioacuten sobre el pavimento teniendo en cuenta que el neumaacutetico tiene una forma en la
cual se distribuyen las presiones en forma de ovalo por lo cual en cuanto maacutes se acerca
a su centro maacutes fuerte se vuelve esta presioacuten se puede observar como en la uacuteltima fase
los colores son cada vez maacutes intensos esto quiere decir que en ese logar el pavimento
estaacute sometido a maacutes esfuerzo
129
Figura 9 Huella de la llanta del vehiacuteculo sobre el pavimento
Esfuerzos graficados Fuente (Xiaodi Hu 2017)
Meacutetodo AASHTO
El meacutetodo AASHTO llamado asiacute por sus siglas (American Association of State Highway
and Transportation Officials) es caracteriacutestico por ser un meacutetodo de disentildeo semiempirico
donde en sus inicios fue evaluado para pavimentos flexibles pero tambieacuten fue adaptado
para pavimentos articulados ya que cogieron este como base esto conlleva a que
compartan muchas similitudes es importante tener en cuenta que este meacutetodo emplea
unidades las cuales se estiman mediante el traacutefico ejes estaacutendar en unidades inglesas
18 Kips (82 toneladas) (CASTILLO 2003)
La foacutermula base de este meacutetodo es la siguiente
log10(119864119860119871119904 lowast 119865119903)
= 939 lowast log10(119878119873 + 1) minus 02 + (log10 (119875119900 minus 119875119905
119875119900 minus 15) (04 + (
1094
(119878119873 + 1)519)
+ (232 lowast log10 119872119903) minus 807
Donde
EALs= numero de eje de 18 Kips acumulado en el periodo de disentildeo
Fr= factor de confiabilidad del disentildeo 10^(Zr+So)
Zr= fractil estaacutendar de la ley (funcioacuten de R)
So= desviacioacuten estaacutendar
R= nivel de confiabilidad
SN= numero estructural de la capa
Po= serviciabilidad inicial del pavimento
Pt= serviciabilidad final del pavimento
130
Mr= moacutedulo resiliente de la subrasante (psi)
Generalmente la desviacioacuten estaacutendar es recomendada como 045 el factor de
confiabilidad usado en la formula anteriormente nombra se encuentra dependiendo de la
importancia de la viacutea con lo que se debe tener en cuenta las siguientes recomendaciones
para encontrar el Fr
Tabla 1 Factor de confiabilidad
Nivel de confiabilidad
() 119917119929
50 1000
60 1300
70 1721
75 2010
80 2390
85 2929
90 3775
95 5499
99 8527
Fuente (CASTILLO 2003)
Para definir el nivel de confiabilidad con el que se debe disentildear la viacutea se debe tener en
cuenta factores que dan un nivel de importancia dependiendo del tipo de viacutea que se va a
construir en el siguiente cuadro se encuentran los criterios que deben tenerse en cuenta
para poder obtener un nivel de confiabilidad recomendado
131
Tabla 2 Nivel de confiabilidad
Clase de viacutea
Trafico
promedio
diario
Factor de
distribucioacuten por
carril()
Nivel de
confiabilidad
recomendado
()
Arterias o viacuteas principales
Urbana 40000 90 90
Rural 15000 90 85
Colectora principal
Urbana 15000 90 85
Rural 6000 90 80
Colectora
secundaria
Urbana 6000 100 80
Rural 2000 100 80
Comercial Multifamiliar
Urbana 2000 100 75
Fuente (CASTILLO 2003)
Para encontrar el numero estructural de la capa se debe utilizar la siguiente formula
119878119873 = Σ(119886119894 lowast 119905119894)
Donde
ai= coeficiente de capa de la i
ti= espesor de la capa i
La estructura del pavimento disentildeada por el meacutetodo Asshto despueacutes de tener en
cuenta los materiales con los que se van a construir cada capa y el aporte estructural que
se encuentra en cada una de estas con los cuales dependiendo de la necesidad se elige
su espesor quedariacutean de la siguiente manera
132
Figura 10 Estructura del pavimento AASTHO 1993
Fuente Guiacutea para el disentildeo de estructuras de pavimentos AASTHO 1993
Meacutetodo PCA
Para el disentildeo por el meacutetodo PCA se rige principalmente por los siguientes factores
-resistencia del concreto a la flexioacuten denominada como MR
El moacutedulo de rotura denominado como Mr es uno de los factores maacutes importantes en
el disentildeo de pavimentos articulados ya que por medio de este se mide la tensioacuten maacutexima
que puede soportar un espeacutecimen el cual debe ser fallado a flexioacuten esto ejerciendo las
cargas en 3 puntos
El moacutedulo de rotura puede ser obtenido mediante cargas cantiliver en un punto central
en los tercios Una diferencia importante en estos meacutetodos de prueba es que la prueba
de la carga en los tercios da la miacutenima resistencia en el tercio central de la viga ensayada
mientras que los otros dos meacutetodos muestran la resistencia en un solo punto (Robert G
Packard 1995)
Las pruebas anteriormente mencionadas se realizan generalmente a los 7 14 y 28 y
90 diacuteas las pruebas realizadas a los 7 y 14 diacuteas son utilizados generalmente para
recopilar informacioacuten sobre el comportamiento del concreto y control en el trabajo y para
determinar en queacute momento se puede dar apertura al pavimento los ensayos a 28 diacuteas
son comuacutenmente utilizados para los espesores de la capa superior del pavimento y el
133
uacuteltimo ensayo el de los 90 diacuteas son utilizados para el disentildeo de pistas de aterrizaje
(Robert G Packard 1995)
El concreto tiene una la habilidad de ganar resistencia al aumentar los antildeos de vida
esto se puede representar en una graacutefica la cual representa diferentes tipos de ensayos
realizados a vigas de pruebas las cuales fueron curadas en el campo y tambieacuten de varias
partes de hormigos las cuales estaban en servicio lo cual se puede observar a
continuacioacuten
Figura 11 Evolucioacuten de la resistencia a la flexioacuten en funcioacuten del tiempo
Grafica resistencia Fuente (Robert G Packard 1995)
-Resistencia encontrada de la subrasante y la subbase combinadas denominada como
K
El soporte de la subrasante y la subbase es definido en teacuterminos del moacutedulo de
reaccioacuten de la subrasnate (k) de westergaard Es igual a la carga en libras por pulgada
cuadrada sobre el aacuterea de la carga dividido por la deflexioacuten en pulgadas para esa carga
Los valores de k son expresados como libras por pulgada cuadrada por pulgada es decir
como libras por pulgada cubica (pci) (Robert G Packard 1995) En la siguientes dos
tablas se puede observar el efecto de la subbase asiacute encontrando el valor de K donde
se evaluacutean de dos formas una con la subbase no tratada y la otra con la subbase tratada
con cemento
Tabla 3 Nivel de confiabilidad
Valor de k de la subrasante pci
Valor k de la subbase pci
4 Pulg 6 Pulg 9 Pulg 12 Pulg
134
50 65 75 85 110
100 130 140 160 190
200 220 230 270 320
300 320 330 370 430
Valor de k subbase no tratada Fuente (Robert G Packard 1995)
Tabla 4 Nivel de confiabilidad
Valor de k de la subrasante pci
Valor k de la sub-base pci
4 Pulg 6 Pulg 9 Pulg 12 Pulg
50 170 230 310 390
100 280 400 520 640
200 470 640 830 -
Valor de k subbase tratada con cemento Fuente (Robert G Packard 1995)
-los tipos de cargas que soportara el pavimento frecuencia y pesos
Este factor estaacute en unos de los maacutes importantes ya que se determinan las cargas a las
cuales se va a estar expuesta la viacutea durante toda su vida uacutetil y estas cargas son
directamente responsables con los otros factores del espesor de la viacutea y se deben tener
en cuenta tres factores los cuales se pueden observar a continuacioacuten
Trafico promedio diario de todos los vehiacuteculos
Trafico promedio diario de camiones
Cargas axiales de los camiones
-El uacuteltimo factor es el periodo de disentildeo de la viacutea
El periodo de disentildeo de la viacutea generalmente estaacute en 20 antildeos algunas veces maacutes y
otras menos pero todo depende del criterio que se tenga en la caracteriacutesticas que
requiera la viacutea algunos ingenieros dicen que el rango de periodo de disentildeo debe estar
entre 30 y 35 antildeos algunas obras donde sus materiales carecen de defectos se pueden
disentildear hasta maacutes de 40 antildeos pero todos estos periodos de disentildeo se pueden justificar
de acuerdo a la importancia o tambieacuten econoacutemicamente ya que este afecta directamente
al grosor del pavimento ya que al aumentar los antildeos de disentildeo se incrementan los
135
nuacutemeros de ejes estaacutendar que pasaran por la viacutea ademaacutes de los servicios adicionales
durante el periodo (Robert G Packard 1995)
44 MARCO CONTEXTUAL
El tramo de prueba donde se realizaraacute la validacioacuten en campo del sendero inteligente
Step by Step estaacute ubicado en el Parque Simoacuten Boliacutevar del municipio de Agua de Dios
sitio muy concurrido por la poblacioacuten lo que aduce que no solo impacta a traacutefico peatonal
si no que genera atractivo turiacutestico
El municipio tradicionalmente celebra actividades religiosas en el cerro de la cruz en
un ambiente de clima huacutemedo oacuteptimo para realizar actividades luacutedicas con la naturaleza
con gran variedad de especies Sin embargo desde los uacuteltimos 15 antildeos la afluencia de
los habitantes a estas fiestas ha registrado un declive dejando de lado los atractivos de
este sitio como las aguas azufradas a las cuales se dice que fueron la razoacuten de la
denominacioacuten del municipio sumado a una historia basada en el abandono de los
enfermos de Lepra por parte de la sociedad en el tradicional Puente de los Suspiros
Figura 12 Localizacioacuten del Municipio de Agua de Dios Cundinamarca
Fuente web httpswwwgooglecommaps 2020
El municipio Agua de Dios se encuentra ubicado en el departamento de Cundinamarca
en la zona del alto magdalena donde sus municipios vecinos son Girardot a 26 km al
noreste Tocaima a 15 km al noroeste y Nilo a 8km al sur del municipio Este municipio
136
con un poco maacutes 10000 habitantes (DANE 2018) y que se encuentra a una distancia
total de 124 kiloacutemetros de la Capital del paiacutes Bogotaacute es un municipio pequentildeo de veranos
largos muy calientes y bochornosos los inviernos son cortos Seguacuten el IDEAM la
temperatura media anual de agua de Dios se encuentra entre 26degC y 28degC (IDEAM
2014)
Figura 13 Zona urbana Municipio de Agua de Dios
Fuente web httpswwwgooglecommaps 2020
Al sur oriente se localiza el parque ecoturiacutestico los chorros (ver Figura 14) lugar que
cuenta con una historia enriquecedora desde la fundacioacuten del municipio y que
actualmente se encuentra en un estado de deterioro Pese a que se encuentran diferentes
tipos de especies de aacuterboles y animales lo convierten en sitio turiacutestico rodeado de
balnearios y zonas de comida con un clima extraordinario y con una riqueza cultural a
nivel nacional siendo un sitio propicio para implementar el Step by Step a futuro
137
Figura 14 Balneario los Chorros Agua de Dios
Fuente (Alcaldia de Agua de Dios 2019)
Seguacuten el IDEAM la radiacioacuten solar que emite el Sol se propaga en todas las direcciones
a traveacutes del espacio esa energiacutea es el motor que determina la dinaacutemica de procesos
atmosfeacutericos y de clima La radiacioacuten solar nos proporciona efectos fisioloacutegicos positivos
tales como estimular la siacutentesis de vitamina D que previene el raquitismos y osteoporosis
favorece la circulacioacuten sanguiacutenea actuando en algunos tratamientos en algunas
dermatosis y estimula en algunos casos la siacutentesis de los neurotransmisores cerebrales
responsables del estado aniacutemico (IDEAM 2014) Por esto estaacute encargado de medir la
radiacioacuten solar a nivel nacional argumentando que es importante principalmente como
una de las fuentes alternativas de energiacutea en la generacioacuten de electricidad ademaacutes de
que ayuda a un sin nuacutemero de aplicaciones para crear modelos de prediccioacuten del tiempo
y el clima (IDEAM 2014)
El portal ACCUWEATHER de internet cuenta con alta tecnologiacutea y esta actualizado
cada diacutea sobre datos de clima viento lluvias en cualquier lugar del mundo El sitio web
dice que en el municipio de Agua de Dios se encuentra un historial de temperaturas que
estaacuten entre los 9degC y los 32degC asiacute como hay raacutefagas de viendo que superan los 10
kiloacutemetros por hora (accuweather 2020)
Asiacute mismo cuenta con la microcuenca de la quebrada la Punaacute y esta a su vez hace
parte de la subcuenca del Rio Bogotaacute Cuenca mayor del Rio Magdalena (SECHAGUA
2016) se cuentan con estudios medio ambientales que referencian al municipio y del cual
se pueden tener en cuenta para los datos de precipitacioacuten de lluvias sobre el municipio
138
Seguacuten la Corporacioacuten Autoacutenoma Regional de Cundinamarca CAR en el municipio se
encuentra la estacioacuten meteoroloacutegica de precipitacioacuten denominada Las Violetas Dicha
estacioacuten recoge informacioacuten importante para dar a conocer un valor puntual climaacutetico de
la zona de estudio y con estos datos se pueden evaluar otros factores que sirven para la
agricultura y demaacutes Dichos valores de precipitacioacuten son para los puntos de control para
altitudes de 0 a 1000 metros sobre el nivel del mar
Agua de Dios dentro de un escenario neutro se encuentra en el intervalo de
precipitacioacuten 186 miliacutemetros a 1656 miliacutemetros Bajo un escenario donde se presenta el
fenoacutemeno de El Nintildeo en un intervalo que va desde 264 miliacutemetros hasta 1933
miliacutemetros Y por uacuteltimo bajo un escenario en el que se presenta el fenoacutemeno de La Nintildea
en un intervalo que va desde 436 miliacutemetros hasta 2192 miliacutemetros (CAR 2015)
Teniendo en cuenta los datos anteriores y otros tomados en periodos maacutes largos de
tiempo la CAR hace un anaacutelisis espacial de la precipitacioacuten sobre los municipios que
hacen parte de la jurisdiccioacuten de la CAR Dicho lo anterior el anaacutelisis muestra un reacutegimen
de lluvias bimodal lo que quiere decir que se presentan dos temporadas de lluvias altas
y dos temporadas de lluvias de baja intensidad durante el antildeo la primera temporada de
lluvias se presenta en los meses de diciembre enero y febrero al mismo tiempo se
presentan diferencias en sus cantidades de lluvias espacialmente los menores
voluacutemenes de lluvia se presentan en la cuenca del Rio Bogotaacute donde oscilan en promedio
de 11 y 40 mm mensuales La segunda temporada de lluvias menos intensa se presenta
en los meses de junio Julio y agosto los valores maacutes bajos de lluvias se presentan en la
Cuenca del Rio Bogotaacute donde oscilan de 19 a 42 mm La primera temporada de
voluacutemenes altos de lluvias se presenta en los meses de marzo abril y mayo donde los
valores se encuentran entre 200 y 400 mm mensuales La segunda temporada de lluvias
altas se dan en los meses de septiembre octubre y noviembre los voluacutemenes de lluvia
se encuentran entre 150 y 340 mm mensuales acumulados (CAR 2015)
En consecuencia la temporada de lluvias bajas se concentra en seis meses del antildeo
meses que son importantes para el turismo en todas las regiones del paiacutes Se evidencia
la temporada de fin de antildeo y de mitad de antildeo que son importantes porque la mayoriacutea de
las personas se encuentra en temporada de vacaciones y el municipio de Agua de Dios
durante esa eacutepoca es visitado por ciudadanos de todas las regiones
139
45 MARCO LEGAL
La norma que establece las especificaciones teacutecnicas para el control de calidad de
adoquines de concreto hidraacuteulico en Colombia es la Norma Teacutecnica Colombiana (NTC)
2017 para construir pavimentos articulados tanto para traacutefico peatonal como traacutefico
vehicular asiacute como tambieacuten la descripcioacuten de los materiales que se usan para su
fabricacioacuten
Si se desean caracteriacutesticas diferentes a las que exige la norma estas deben ser
especificadas antes de iniciar el disentildeo del adoquiacuten
A continuacioacuten se muestran unas tablas donde se refleja lo que exige la norma teacutecnica
colombiana NTC 2017 en cuanto al disentildeo de adoquines Ademaacutes de esto la informacioacuten
se sustenta con informacioacuten tomada del Instituto para el Desarrollo Urbano de Bogotaacute la
norma internacional ASTM la norma del Instituto Nacional de Viacuteas (INVIAS)
Tabla 5 Partes de los Adoquines
PARTE ESPECIFICACION ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Cara de desgaste
NTC 2017 Parte superior del adoquiacuten la cual queda al aire en su instalacioacuten
Soporta directamente el transito
Capa superior capa superficial
NTC 2017 Capa que conforma la cara de desgaste en adoquines bicapa
No todos los adoquines son bicapa
Capa inferior NTC 2017
Capa ubicada debajo de la capa superficial en adoquiacuten bicapa Constituye la mayoriacutea de la masa de los mismos
No todos los adoquines son bicapa
Cara de apoyo
NTC 2017 Cara inferior del adoquiacuten
Cara que queda en contacto con la capa de arena en su instalacioacuten
Superficie de referencia
NTC 2017
En adoquines no biselados es la superficie que corresponde a la cara de desgaste En adoquines biselados corresponde a la
140
cara de desgaste sin tomar en cuenta el volumen del prisma sustraiacutedo por el bisel
Forma
NTC 2017
Poliacutegono que define la cara de desgaste y la cara de apoyo y que a su vez determina el prisma recto que le da volumen al adoquiacuten
Arista NTC 2017 Liacutenea de interseccioacuten entre dos planos o caras
Hace referencia a lo que conforma la cara de desgaste y las paredes
Arista de Laacutepiz
NTC 2017
Arista de forma redondeada con radio de35 mm aproximadamente
Se le da forma redondeada en el proceso de fabricacioacuten
Bisel NTC 2017
Perfil inclinado a 45deg aproximadamente en adoquiacuten biselado o parcialmente biselado
Se considera como parte del bisel la franja generada por las rebabas verticales una vez retiradas
Separador NTC 2017
Salientes verticales (nervaduras placas) generadas en las paredes del adoquiacuten para garantizar la separacioacuten
Se hace con el fin de que las juntas se puedan llenar de arena
FUENTE Informacioacuten propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 de
2004-02-05 y el Instituto de Desarrollo Urbano (IDU)
Tabla 6 Geometriacutea del adoquiacuten seguacuten NTC 2017
DIMENSIONES ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Espesor Dimensioacuten perpendicular a la cara de desgaste
141
Medida desde la cara de desgaste hasta la capa inferior
Espesor estaacutendar (ee)
Espesor tomado de manera anaacuteloga del espesor real
Lo especifica el productor
Espesor real (er) Espesor del adoquiacuten Medido en cada espeacutecimen
Espesor real promedio (er) del espeacutecimen
Promedio de cuatro mediciones del espesor real
Las cuatro mediciones son en el mismo espeacutecimen
Espesor real promedio (er) de la muestra
Promedio de valores del espesor real promedio del espeacutecimen
Se calcula con la cantidad de especiacutemenes de la muestra
Espesor de la capa superficial (ecs) del espeacutecimen
Espesor miacutenimo de la capa superficial en adoquines bicapa
Se mide con relacioacuten a la superficie de referencia
Espesor de la capa superficial (ecs) de la muestra
Promedio de valores del espesor de la capa superficial del espeacutecimen
Se calcula con la cantidad de especiacutemenes para la muestra
Longitud Dimensioacuten del adoquiacuten en direccioacuten del eje mayor del aacutengulo inscrito
No se incluyen separadores
Longitud estaacutendar (le)
Longitud tomada de manera anaacuteloga de la longitud real
Se especifica por el fabricante
Longitud nominal (ln)
Suma de la longitud estaacutendar maacutes el ancho estaacutendar
Longitud real (lr) Es la longitud del adoquiacuten Longitud medida directamente en cada espeacutecimen
Longitud real promedio (lr) del espeacutecimen
Promedio de dos mediciones de la longitud real
Longitudes medidas para cada espeacutecimen
Longitud real promedio (lr) de la muestra
Promedio de los valores de la longitud real promedio del espeacutecimen
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Ancho Medicioacuten del adoquiacuten en direccioacuten del eje menor del rectaacutengulo inscrito
No se incluyen separadores
142
Ancho estaacutendar (ae)
Ancho tomado de manera anaacuteloga del ancho real
Se especifica por el fabricante
Ancho nominal (an)
Suma del ancho estaacutendar maacutes el ancho de la junta estaacutendar
Ancho real (ar) Es el ancho del adoquiacuten Se mide directamente sobre cada espeacutecimen
Ancho real promedio (ar) del espeacutecimen
Promedio de dos mediciones del ancho real
Medidas para cada espeacutecimen
Ancho real promedio (ar) de la muestra
Es el promedio del ancho real promedio del espeacutecimen
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Ancho del rectaacutengulo inscrito (ai)
Dimensioacuten del eje menor del rectaacutengulo inscrito
Proyeccioacuten horizontal del bisel (phb)
Proyeccioacuten del perfil del bisel sobre la superficie de referencia
Incluye la franja por rebaba si existe
Proyeccioacuten vertical del bisel (pvb)
Proyeccioacuten del perfil del bisel sobre la pared del adoquiacuten
Incluye la franja por rebaba si existe
Ancho de los separadores (as)
Dimensioacuten transversal de los separadores en el plano de la pared del adoquiacuten
Espesor de los separadores (as)
Dimensioacuten de los separadores en sentido perpendicular a la pared del adoquiacuten
Espesor de los separadores promedio (es) del espeacutecimen
Promedio de los valores del espesor de los separadores
Medidos para cada espeacutecimen
Espesor de los separadores promedio (es) de la muestra
Promedio de los valores del espesor de los separadores promedio
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Fuente Propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 publicada 2004-02-
05
143
Tabla 7 Requisitos geomeacutetricos de los adoquines
REQUISITOS ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Longitud nominal (ln)
No debe ser mayor a 250 mm ni menor a 50 mm
Por lo general se encuentra entre 100 mm y 250 mm
Ancho nominal (an)
No debe ser menor a 50 mm Por lo general se recomienda 80 mm
Espesor estaacutendar (ee)
No debe ser menor a 60 mm Se recomienda espesores para uso peatonal no menor a 60 mm y a vehicular no menor a 80 mm
Junta estaacutendar Deber ser de 2 mm Si es mayor se considera malformacioacuten
Relacioacuten entre longitud nominal y ancho nominal
Debe ser menor o igual a 4 No se aplica a unidad complementaria o especial
Relacioacuten entre longitud nominal y espesor estaacutendar
Debe ser menor o igual a 4 No se aplica a unidad complementaria o especial
Tolerancias en la longitud real y ancho real
Cada par de mediciones no debe diferir entre si en maacutes de 15 mm
Mediciones tomadas sobre la cara de desgaste y sobre la cara de apoyo
Tolerancias en la longitud real promedia y ancho real promedia
Cada espeacutecimen de la muestra no deben diferir de la longitud estaacutendar y ancho estaacutendar en maacutes de 15mm
Mediciones tomadas en cada espeacutecimen de la muestra
Tolerancias en espesor real y espesor estaacutendar
Las mediciones del espesor real no deben diferir del espesor estaacutendar en maacutes de 2 mm
Adoquines con acabado plano o junta falsa
Aristas
Para las aristas en adoquines no biselados se aceptan desportilladuras con una dimensioacuten no mayor a 3 mm
Desportilladuras mayores a 3 mm se consideran defectos
Bisel
Debe tener igual forma y perfil en toda la longitud Tanto proyeccioacuten horizontal (phb) y proyeccioacuten vertical (pvh) debe ser miacutenimo 3 mm y maacuteximo 7 mm
Rango La diferencia entre la mayor y la menor de las mediciones de phb
Medidas tomas para cada espeacutecimen de la muestra
144
y pvh no debe ser mayor de 15mm
Separadores
En cada pared del adoquiacuten se debe tener un separador por adoquiacuten seguacuten el patroacuten de instalacioacuten Ancho de separador debe estar entre 4 mm y 15 mm Espesor del separador debe ser 2 mm maacutes o menos 05 mm
Solo aplica para adoquines con separadores descritos anteriormente
Capa superficial Espesor de la capa superficial (ecs) debe ser al menos 8 mm
Solo se aplica para adoquines bicapa En ninguacuten momento durante su uso o en el ensayo a flexo traccioacuten se debe presentar desprendimiento total y parcial de las dos capas
Fuente Propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 publicada 2004-02-
05
451 ABSORCION DE AGUA
Seguacuten la Norma Teacutecnica Colombiana ICONTEC 2017 lo adoquines de concreto al
momento de salir de la faacutebrica deben presentar una absorcioacuten de agua (Aa) menor o
igual al 7 como valor promedio de los especiacutemenes de la muestra y menor o igual a 8rdquo
para cada adoquiacuten individual (Icontec 2018)
Equipo
Para realizar las mediciones de las dimensiones del adoquiacuten se debe contar con un
calibrador de aguja con divisiones cada 01mm (Icontec 2018)
Para realizar ensayo de absorcioacuten de agua se usan los cinco especiacutemenes de la
muestra despueacutes de haberles medido las dimensiones exceptuando la del espesor de la
capa superficial y a los que posteriormente se les va a realizar ensayo a flexo traccioacuten
(Icontec 2018) Las masas se deben registrar con una balanza con una sensibilidad de
1 gramo
Y un horno ventilado con una temperatura controlada entre 100 C y 115 C y con un
volumen de al menos 25 veces el de los especiacutemenes que se van a secar al mismo
tiempo (Icontec 2018)
145
Procedimiento
Todos los especiacutemenes de la muestra se deben secar simultaacuteneamente en un horno
ventilado a una temperatura entre 100 C y 115 C Deben quedar separados entre si y de
cualquier superficie caliente como miacutenimo 25 mm Se deben secar hasta obtener una
masa sema (ms) constante despueacutes de un periodo miacutenimo de secado de 24 horas y
hasta que en dos pesajes sucesivos a intervalos de 2 horas la masa presente una
disminucioacuten de menos del 02 con respecto a la masa anterior (Icontec 2018)
Saturacioacuten
Para el ensayo los especiacutemenes deben ser sumergidos en agua durante 24 horas a
una temperatura que debe encontrarse entre 15 C y 27 C Debe haber un volumen de
agua suficiente para que entre la superficie y la cara del adoquiacuten haya una medida entre
25 mm y 50 mm No se deben poner especiacutemenes sobre otros (Icontec 2018)
Caacutelculos
Se debe usar la siguiente ecuacioacuten para hallar el porcentaje de absorcioacuten de agua del
espeacutecimen (Icontec 2018)
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899 (119860119886) =(119872ℎ minus 119872119904)
119872119904lowast 100
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
452 RESISTENCIA A LA FLEXO TRACCION (MODULO DE ROTURA)
ESPECIMENES DE ENSAYO
Los especiacutemenes a usar son unidades a las que ya les fue evaluada la apariencia las
dimensiones y hallado el porcentaje de absorcioacuten de agua Deben ser unidades
completas Las unidades son sometidas al ensayo a flexo traccioacuten con el fin de halla el
146
Modulo de Rotura (MR) Las unidades deben permanecer sumergidas en el agua durante
24 horas antes del ensayo se sacan y se dejan escurrir durante un minuto luego se
secan con un pantildeo seco para someterlas a ensayo (Icontec 2018)
EQUIPO
La maacutequina de ensayo para la determinacioacuten de la resistencia a la flexo traccioacuten debe
ser capaz de aplicar cargas de 20 KN (Icontec 2018)
Figura 15 Prueba de ensayo a Flexo traccioacuten de Adoquines de concreto (Icontec
2018)
147
Fuente Editada por los autores de (Icontec 2018)
Procedimiento
El espeacutecimen saturado y superficialmente seco se coloca sobre la maacutequina de ensayo
con la cara de desgaste hacia arriba de manera que el elemento superior de la maquina
coincida con el eje menor del rectaacutengulo inscrito sobre la cara de desgaste y los apoyos
inferiores coincida con una liacutenea paralela 10 mm adentro de los lados menores del
rectaacutengulo inscrito (Icontec 2018)
La maacutequina de ensayo debe aplicar la carga a una velocidad tal que produzca un
aumento cercano a 05MPas quiere decir que un tiempo de ensayo de 10 segundos
para 5 MPas El valor calculado se debe expresar en la unidad equivalente a MPa con
exactitud de 01 MPa (Icontec 2018)
Aparte de la Norma Teacutecnica Colombiana (NTC) 2017 que es la norma que rige la
fabricacioacuten y el uso de adoquines existe la norma American Society of Testing Materials
(ASTM) es una asociacioacuten que se encarga de medir la resistencia de los materiales para
la construccioacuten dicha norma es la base para crear las normas de nuestro paiacutes por eso
148
es de gran importancia hacer mencioacuten de ella en este documento y a las normas que se
abarcan (Icontec 2018)
A continuacioacuten algunas de las normas ASTM para adoquines en concreto
ASTM C-936 absorcioacuten flexo traccioacuten y abrasioacuten (Icontec 2018)
Absorcioacuten maacutexima a la humedad la cual dice que la absorcioacuten promedio de las
muestras ensayadas no seraacute mayor del 5 con ninguacuten resultado individual mayor del 7
(Torres 2020)
clasifica a los adoquines en tipo A B Y C seguacuten cuadro
Tabla 8 Clasificacioacuten de los adoquines seguacuten su absorcioacuten
Clase
Absorcioacuten ( en de masa)
Promedio de 3
adoquines miacutenimo
Valor maacuteximo
individual
A le7 77
B le9 99
C le9 99
Fuente (Icontec 2018)
Ensayos a la flexo traccioacuten (moacutedulo de rotura) seguacuten norma ASTM C-936 promedio
459 kgcm2 individual 367Kgcm2 no se realiza en nuestro caso al menos que sea una
peticioacuten especial del cliente consiste en someter el adoquiacuten a una carga puntual para
medir su capacidad elaacutestica antes de romperse (Torres 2020)
Clasificacioacuten de los adoquines por su uso 1- Clase A uso industrial y traacutensito pesado
350 kgcm2 2- Clase b uso transito liviano 250 kgcm2 3- Clase c uso peatonales y
espacios puacuteblicos menores de 250 kgcm2
Tabla 9 Resistencia miacutenima de los adoquines
Clase Espesor miacutenimo
del adoquiacuten (mm)
Resistencia miacutenima a flexioacuten del adoquiacuten Mpa
(kgcm2)
Promedio de 3
adoquines
Miacutenimo de adoquiacuten
individual
149
A 54(55) 46(468)
B 41(42) 35(357)
C 41(42) 35(357)
Ensayo a la Abrasioacuten Es una prueba al desgaste que en algunos proyectos exigen
como referente para medir la perdida de volumen del aacuterea sometida (Torres 2020)
Tabla 10 Resistencia a la abrasioacuten
Meacutetodo de Ensayo Valor
Mediante arena y disco
metaacutelico ancho le23 mm
Ensayo de Bohme le20000 mm35000 mm2
Fuente (Icontec 2018)
ASTM C 33 Esta norma indica coacutemo hacer concreto y que elementos deben agregarse
para prepararlo y usarlo Los agregados tratados en la norma son tanto finos como
gruesos En la norma los agregados finos estaacuten definidos como arena natural arena
elaborada o una combinacioacuten de ambas Los agregados gruesos se definen como grava
grava triturada escombros horneados y enfriados por aire concreto triturado de cemento
hidraacuteulico (Velares 2020)
Tambieacuten establece los liacutemites sobre sustancias perjudiciales o nocivas de agregado
de concreto fino Por ejemplo hay liacutemites en la cantidad de terrones de arcilla y partiacuteculas
deleznables (piezas pequentildeas de agregado que se descomponen faacutecilmente) Eacutestas se
limitan a 30 por ciento o menos de la masa total El agregado extremadamente ligero
tambieacuten se limita a 30 por ciento o menos de la masa total y el carboacuten y lignito se limitan
a 50 por ciento o menos Cualquiera de estos elementos puede hacer que el concreto
pierda fuerza y se deteriore de forma maacutes raacutepida (Velares 2020)
ASTM C-140 Dicha norma se refiere al ensayo de absorcioacuten de agua dejando un
valor menor al 5 para la absorcioacuten promedio por muestra y de 7 para valores
individuales
ASTM C-979 Especificaciones sobre el uso de pigmentos
150
ASTM C-144 Requerimientos de granulometriacutea
Tabla 11 Franja granulomeacutetrica para arena de prefabricados
TAMIZ
PORCENTAJE QUE PASA
ARENA NATURAL
ARENA MANUFACTURADA
No 4 (475mm) 100 100
No 8 (236mm) 95-100 95-100
No 16 (118mm) 70-100 70-100
No 30 (0600 mm) 40-55 40-100
No 50 (0300 mm) 13-35 13-58
No 100 (0150mm) 2--15 10--15
No 200 (0075 mm) 0 0-10
Fuente (Icontec 2018)
En Colombia existen algunas leyes que promueven el uso de energiacuteas renovables
pero tambieacuten esas mismas leyes las regulan La ley maacutes importante en el paiacutes
colombiano es la Ley 1775 de mayo de 2014 dicha ley dice que se promueve y regula el
desarrollo y el uso de las fuentes de energiacuteas renovables no convencionales en especial
las que son renovables Promueve su integracioacuten al mercado eleacutectrico la participacioacuten
en zonas vulnerables y en otros usos energeacuteticos que aportan para el desarrollo
sostenible del paiacutes (COLOMBIA 2014)
La ley 1775 de 2014 y que promueve y regula el uso de energiacuteas renovables a su vez
es regulada por la Resolucioacuten 281 del 5 de Junio de 2015 que dictoacute el director general de
la Unidad de Planeacioacuten Minero Energeacutetica (UPME) la resolucioacuten dice que por medio de
la cual se regula la integracioacuten de energiacuteas renovables no convencionales al sistema
energeacutetico del paiacutes estable el marco legal y los instrumentos para la promocioacuten el
desarrollo y la utilizacioacuten de fuentes no convencionales de energiacutea (FNCE) (UPME 2015)
La UPME realizo anaacutelisis teacutecnicos y econoacutemicos consignados en el documento
ldquoANALISIS PARA LA DEFINICION DEL LIMITE MAXIMO DE POTENCIA DE LA
AUTOGENERACION A PEQUENtildeA ESCALA EN EL SISTEMA INTERCONECTADO
151
NACIONAL (SIN)rdquo y que estos sirvieron para la definicioacuten del liacutemite de que trata la
resolucioacuten Que resuelve que
ldquoARTICULO PRIMERO El liacutemite maacuteximo de potencia de la autogeneracioacuten a pequentildea
escala seraacute un (1) MW y corresponderaacute a la capacidad instalada del sistema de
generacioacuten del autogeneradorrdquo (UPME 2015)
152
5 DISENtildeO METODOLOacuteGICO
Este proyecto de investigacioacuten se realizaraacute bajo las condiciones espaciales
medioambientales de Girardot Ciudad y Regioacuten en coordinacioacuten en la sede de la Unidad
de ensayos e investigacioacuten del semillero de investigacioacuten SEUS donde se gestoacute y que
hace parte del macroproyecto ldquoPREFABRICADOS DE NUEVA GENERACIOacuteNrdquo
51 INSTRUMENTOS
La instrumentacioacuten que se emplea en el desarrollo de este proyecto de investigacioacuten
son propiedad del laboratorio PC Disentildeos y Construccioacuten SAS y que se pueden usar
gracias al convenio interinstitucional con la Universidad Piloto de Colombia SAM ldquoUnidad
de ensayos e investigacioacutenrdquo y el laboratorio
De igual forma se usan como patrones de medida lo que especifica la norma
colombiana para construccioacuten de edificaciones Sismo Resistentes NSR-10 Los
procedimientos de cada ensayo se ajustaron de acuerdo a las normas teacutecnicas
colombianas como las ICONTEC y homologada de la norma internacional ASTM
Tabla 12 Instrumentos empleados para el proyecto
INSTRUMENTO MUESTRA PROCEDIMIENTO
Juego de tamices y balanza 01
gr
Granulometriacutea mediante
uso de tamices
ASTM C136-01
NTC 77
Mesa de flujo y moldes para
cubos
Fluidez de morteros de
cemento hidraacuteulico ASTM C-230
Equipo de concretos
Mezcladora (trompo) balanzas
palustres varilla punta roma
cilindros de acero
Toma de muestras de
concreto y fabricacioacuten de
adoquines
ASTM C172-10
NTC 454
Formaleta para adoquiacuten
Fabricacioacuten de
especiacutemenes para
ensayos y tramo de
prueba
NSR-10
Prototipo disentildeado
por los autores
Prensa hidraacuteulica para ensayo a
compresioacuten
ASTM C392005
NTC 673
153
Compresioacuten de cilindros
de concreto y
especiacutemenes de adoquiacuten
Prensa hidraacuteulica para ensayo a
flexo traccioacuten
Ensayo a flexo traccioacuten
de especiacutemenes de
muestra
Horno para ensayo de
absorcioacuten y para secado
Ensayo de absorcioacuten y
secado de las muestras
Entrevista Comunidad Municipio
Agua de Dios
Canal comunitario
H20 TV
FUENTE Los autores 2020
154
6 PROCEDIMIENTO
Aquiacute seriacutea bueno que incluyeran un paacuterrafo contando de que se trata el procedimiento
de la investigacioacuten
Figura 16 Ruta de actividades para el prototipaje de Step by Step
Fuente Los autores octubre 2020
61 CRONOGRAMA
El horario de trabajo en campo es acordado entre los autores dado al nuevo ajuste por
las restricciones por la pandemia haciendo una articulacioacuten con la sede la Unidades de
ensayos e investigaciones del semillero SEUS Fabricando los adoquines en casa y
Caracteriza-cioacuten de
agregados
bull Arena
bullCemento
bullGravilla
Disentildeo de mezclas
bullDosificacioacuten
bullConcreto translucido
Disentildeo de prototipo
bullFormaleta
bullGeometriacutea
bullPeso
ResistenciabullFabricacioacuten de muestra
bullEnsayos a muestras
155
realizando los ensayos bajo las normas teacutecnicas y de bioseguridad en la sede del
laboratorio
Para cumplir cumplir con los objetivos de este proyecto de investigacioacuten se acuerda el
siguiente cronograma
Tabla 13 Cronograma de actividades para el prototipaje de Step by Step
Fases y sus actividades Responsables Fechas de
ejecucioacuten
Recursos a
utilizar
Formulacioacuten Marlon Barrera
Fabio Viancha nov-19 Laboratorio
Caracterizacioacuten de
agregados (ensayos de
laboratorio)
Marlon Barrera
Fabio Viancha feb-20 Laboratorio
Disentildeo de mezcla- adoquiacuten
de prueba 1
Marlon Barrera
Fabio Viancha mar-20 Laboratorio
Compresioacuten de cilindros-
Resistencias
Marlon Barrera
Fabio Viancha
Abril- Mayo
2020 Laboratorio
Mezcla con materiales
reciclados
Marlon Barrera
Fabio Viancha Junio-Julio 2020 Laboratorio
Elaboracioacuten de documento Marlon Barrera
Fabio Viancha
Agosto-Sept-
Oct 2020 Biblioteca
156
7 CAPITULO 1 PROTOTIPAJE DEL ADOQUIacuteN
Como se ha mencionado se va a usar material reciclado para el disentildeo de mezcla
siendo el principal material reciclado el vidrio molido Dicho material se muele dentro del
laboratorio haciendo uso de la maacutequina de los aacutengeles El procedimiento para moler el
vidrio molido comienza pesando 5000 gramos de vidrio partido en una balanza digital
como se muestra en la siguiente imagen
Figura 17 Material reciclado (vidrio)
Fuente Los autores 2020
Luego de pesar el material se debe hacer uso de la maacutequina de los aacutengeles se
introduce el vidrio dentro de la maquina con todas las esferas de acero se pone a
funcionar la maquina durante 17 minutos
157
Figura 18 Trituracioacuten del vidrio con molino de bolas
Fuente Los autores octubre 2020
Cuando pasan los 17 minutos de tiempo de la maquina en funcionamiento esta debe
ser apagada para descargarla el vidrio ya molido se descarga sobre la bandeja de la
maacutequina
Figura 19 Vidrio pulverizado luego de la trituracioacuten y molienda
Fuente Los autores 2020
158
Luego el material se debe tamizar haciendo uso del tamiz frac12 que tiene aberturas en su malla de un diaacutemetro de 125 miliacutemetros y maacutes abajo el tamiz nuacutemero 4 que tiene aberturas en su malla de un diaacutemetro de 475 miliacutemetros
Figura 20 Tamizado del material
Fuente Los autores octubre 2020
El material a usar es el que pasa el tamiz frac12 y el que queda retenido en el tamiz nuacutemero 4 Luego el material se debe lavar usando el tamiz nuacutemero 200 para que no se pierda material
Figura 21 Vidrio lavado y secado en horno
Vidrio lavado Fuente Los autores octubre 2020
159
Luego el vidrio se debe poner a secar durante 24 horas en un horno a una temperatura de 115degC Finalmente el vidrio molido y limpio en su totalidad se almacena en canecas como se muestra en las siguientes imaacutegenes a la espera de tener el adoquiacuten con concreto convencional para luego hacer la mezcla del concreto translucido El vidrio molido queda del mismo tamantildeo de la grava y de una arena entonces en el concreto translucido este material reciclado hace el reemplazo
Figura 22 Diferentes gradaciones de vidrio triturado y molido
Fuente Los autores octubre 2020
Para la mezcla del concreto convencional se usaron agregados como la grava de
planta de diaacutemetro frac12 pulgada y a arena gris de planta asiacute como tambieacuten se usa cemento
de uso general marca Argos
La caracterizacioacuten de los materiales como la grava y la arena tuvo que realizarse de
manera remota por medio de reuniones virtuales entre los autores y la tutora de esta
investigacioacuten que por su experiencia profesional supo de queacute materiales se trataban y
se hizo una caracterizacioacuten basados en su experiencia Esto se realizoacute debido a las
restricciones de movilidad dadas por la pandemia mundial vivida en el antildeo en curso
La caracterizacioacuten del cemento de uso general marca argos se tomoacute con datos y
experimentos que ya se han realizado en el laboratorio de investigacioacuten de ante mano
se sabe que el cemento tiene un buen comportamiento con buenas caracteriacutesticas
mecaacutenicas que ayudan a que la resistencia del concreto buscada de sus resultados
160
Figura 23 Agregados para la mezcla de concreto
Fuente Los autores septiembre 2020
Teniendo la caracterizacioacuten de los materiales agregados se procede a realizar el
disentildeo de mezcla Se busca que los especiacutemenes del adoquiacuten tengan una resistencia
total a los 28 diacuteas de 4000 psi por lo que para el volumen de los adoquines que se van
a fundir se hace el siguiente disentildeo de mezcla
Tabla 14 Dosificacioacuten para la elaboracioacuten de las muestras
Material Unidad Cantidad
Cemento Kg 17
Agua Kg 85
Agregado grueso Kg 30
Agregado fino Kg 26
Aditivo cm3 170
Se aclara que el agregado grueso se refiere a la grava y el agregado fino a la arena
161
El aditivo que se usa para la mezcla es Sika Fluid es un aditivo proporcionado por el
laboratorio de PC Disentildeos y construccioacuten SAS Este aditivo es liacutequido y lo que hace es
permitir que la mezcla de concreto sea maacutes fluida y trabajable sin la necesidad de usar
maacutes agua ademaacutes de esto mejora la resistencia del concreto es todas las edades y
disminuye la permeabilidad del mismo
Este aditivo tiene tres usos plastificante reductor de agua y economizador de
cemento Como plastificante ayuda a obtener mezclas maacutes fluidas se adiciona a una
mezcla de concreto y se consigue que se incremente el asentamiento (SIKA 2018)
Como reductor de agua al adicionarlo a la mezcla sin variar el asentamiento se reduce
el agua y se incrementa la resistencia (SIKA 2018) Como economizador de cemento
ese incremento en resistencia se puede aprovechar reduciendo la cantidad de cemento
y se reducen los gastos (SIKA 2018) Para realizar la mezcla de concreto con el disentildeo
de mezcla obtenido primero se pesan los materiales haciendo uso de una balanza para
personas como la que se muestra en la imagen a continuacioacuten
Figura 24 Dosificacioacuten de agregados
Fuente 2020
Masa de agregados Homogenizacioacuten en seco
Mezclado Elaboracioacuten de muestras
162
Al pesar los agregados estos se vaciacutean sobre una batea y se mezclan en seco de una
manera uniforme para que la mezcla quede homogeacutenea eso se realiza usando uso de
una pala Finalmente se moja la mezcla con la cantidad de agua mezclada con el aditivo
estipulada en el disentildeo de mezcla y se revuelve dentro de la batea de una manera
uniforme buscando que la mezcla de concreto quede homogeacutenea Seguido se procede a
realizar es a untar la formaleta de acpm y vaciar el concreto sobre ella para fundir los
adoquines Se espera un diacutea despueacutes de la fundida para desencofrar y proceder a curar
los adoquines en una caneca de agua como se muestra en las siguientes imaacutegenes
Figura 25 Desencofrado de prototipos de concreto hidraacuteulico
Fuente los autores 2020
En la imagen anterior se logra evidenciar la forma de cada adoquiacuten el orificio del medio
es por donde se instalaraacuten los cables hacia la pieza de forma trapezoidal donde iraacute la luz
led y el concreto translucido
Desencofrado de muestras Curado de muestras
163
8 CAPITULO 2 DISENtildeO GEOMEacuteTRICO DEL PAVIMENTO ARTICULADO
Disentildeo de adoquiacuten
Como primera medida se realizoacute un disentildeo de la forma del adoquiacuten prefabricado el
cual se escogioacute de forma rectangular y con las especificaciones mostradas en las
siguientes imaacutegenes donde se adjunta el modelo haciendo uso de programas de disentildeo
como AutoCAD en las cuales encontramos
Detalle de adoquiacuten
Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida
Detalle del adoquiacuten 3D
Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 3D
Figura 26 Detalle del adoquiacuten
Fuente los autores 2020
164
Figura 27 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida
Fuente los autores septiembre 2020
Figura 28 Detalle del adoquiacuten 3D
Fuente los autores 2020
CINTA DE LUCES LED
PIEZA DE CONCRETO TRANSLUCIDO
CABLEADO
COLORCARACTERISTICO
165
Figura 29 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 3D
Fuente los autores septiembre 2020
En las figuras anteriores se identifica el disentildeo de adoquiacuten individualmente donde
se puede observar un espesor de 8 cm en cuanto a su espesor total en las caras
exteriores un espesor de 2 cm en el concreto translucido el cual se puede observar en
el medio del adoquiacuten tambieacuten unas dimensiones en cuanto a su largo y ancho de 25 cm
y 15 cm respectivamente en el concreto convencional y en su interior la pieza translucida
las dimensiones en cuanto a su largo y ancho son de 16 cm y 8 cm respectivamente por
uacuteltimo en las imaacutegenes se puede observar un agujero en el medio del adoquiacuten que
atraviesa el concreto convencional por el cual pasariacutea el cableado que permitiriacutea conectar
los adoquines al sistema de sensores y de energiacutea solar u adaptable a otras energiacuteas
166
Para definir teoacutericamente las propiedades del adoquiacuten y tener una base que nos
permita tener en cuenta caracteriacutesticas como el espesor teniendo en cuenta la resistencia
a la compresioacuten y flexioacuten esto aplicando el meacutetodo racional despejando la formula
principal anteriormente nombrada
1205902 = 1199020
[
1 minus(119911119886)
3
(1 + (1199112
1198862))
32
]
1205902 = 2942
[
1 minus(
0080025
)3
(1 + (0082
00252))
32
]
1205902 = 87124 119873
Donde
σ2= esfuerzo vertical
en esfuerzo vertical es el resultado de la operacioacuten anterior donde el resultado despueacutes
de despejar fue de 87124 newton
α = radio de la carga de la huella circular o semieje en la direccioacuten x de la carga de
huella eliacuteptica donde se realizoacute un estudio de una llanta promedio donde se pintoacute y se
dibujoacute la huella con el fin de conocer el radio teniendo un resultado de 25 cm de radio la
huella realizada se puede observar en la siguiente imagen
167
Figura 30 Huella de neumaacutetico
Fuente los autores 2020
qo = presioacuten de la carga encontrada en el puente por medio de una estimacioacuten la cual
contiene el peso promedio de una persona el cual es de 63 kg pero tambieacuten se tiene en
cuenta si la persona se desplaza en cicla ya que cabe la posibilidad aunque es peatonal
y tenemos un factor de seguridad estimado de 3 veces el peso promedio lo cual nos dariacutea
un peso maacuteximo de 300 kg lo cual en cuanto a la carga multiplicaacutendolo por la gravedad
tendriacuteamos 2942 N
X Y y Z = coordenadas cartesianas de un punto es encontrada gracias a la estructura
del pavimento ya que ese desplazamiento de la energiacutea en el eje z en el caso de este
sendero es de 8 cm el cual es el espesor del adoquiacuten este solo descansa en una capa
de arena
Disentildeo de Tramo
Despueacutes de disentildear el adoquiacuten como unidad se procedioacute a disentildear un tramo el cual
como antes se nombroacute un sitio ideal para el desarrollo del mismo es la vereda los chorros
por lo cual se decidioacute para obtener una adaptabilidad al terreno y un disentildeo que sea
atractivo y el resultado de este tramo con los adoquines propuestos se puede observar
en la siguiente imagen
Figura 31 Vista en planta sendero inteligente
168
Fuente los autores 2020
Como se puede observar en la Figura 31 se obtiene una vista en planta la cual tiene
un disentildeo intercalado con una armoniacutea en los colores caracteriacutesticos del adoquiacuten que le
permite al sendero inteligente ser tener un impacto el cual genere un acercamiento de los
turistas y comunidad en general tambieacuten el tramo contiene unas dimensiones tentativas
de 17 metros y de 293 metros en cuanto a su ancho y largo respectivamente
169
Posterior mente se realizoacute un plano esquemaacutetico donde se observan las tuberiacuteas y
cableado electro a implementar en el disentildeo del sendero inteligente donde se encuentra
una red eleacutectrica guiada por tuberiacuteas en la parte inferior que conduce el cableado hasta
el sistema que compone la alimentacioacuten con energiacutea solar el cual se puede observar a
continuacioacuten
Figura 32 Informacioacuten eleacutectrica
Fuente los autores 2020
170
Disentildeo de formaleta
Al tener los materiales necesarios con su respectiva caracterizacioacuten el siguiente paso
fue realizar el disentildeo y la construccioacuten de la formaleta en la cual se fundiriacutea la parte
construida con concreto del adoquiacuten esta se puede observar a continuacioacuten
Figura 33 Formaleta
Fuente los autores 2020
En la Figura 33 se puede observar la formaleta construida en madera de un buen
grosor ya que se necesita una buena esta resistencia la cual fue disentildeada con unos
trozos de madera de 2 cm de espesor el cual deja el espacio para la posterior adicioacuten del
concreto translucido tambieacuten se puede observar un cilindro de madera el cual permite
dejar el espacio para la conexioacuten de la luz led
Construccioacuten de adoquines
Despueacutes de tener construida la formaleta y con los materiales listos el siguiente
paso es realizar la mezcla del concreto convencional para vaciarlos en la formaleta ya
preparada tal como se puede observar a continuacioacuten
171
Figura 34 Prototipaje del adoquiacuten
Fuente los autores 2020
Mezcla Concreto hidraacuteulico Vaciado del concreto
Pasantes de cables Desecofrado de pasantes
Adoquiacuten parte inferior Adoquines con pasantes
Concreto transluacutecido Adoquines bicapa
172
Posteriormente se realizoacute el vaciado del concreto convencional en la formaleta
preparada con su respectivo vibrado y las diferentes teacutecnicas que permiten tener un
concreto de buena finalmente cuando el concreto tiene una consistencia considerable y
teniendo en cuenta el entorno se procede a desencofrar los adoquines y retirar los
implementos instalados en el medio para permitir el paso del cableado (ver Figura 34)
Despueacutes de tener los adoquines desencofrados el siguiente paso es apartas los que
van a ser sometidos a pruebas de compresioacuten y flexioacuten dejaacutendolos sumergidos durante
el tiempo estipulado en el siguiente capiacutetulo donde algunos son fallados con y otros sin
concreto translucido ademaacutes de apartar los 14 adoquines del tramo de prueba los cuales
fueron fundidos con el concreto translucido instalando previamente una cinta de luz led
la cual tiene un cableado interno como anteriormente se nombroacute tambieacuten cabe resaltar
que el conglomerado de la pieza translucida estaacute constituida por agregado preparado con
vidrio el cual se tara de diferentes tamantildeos para realizar la mezcla que le otorga a la pieza
las propiedades translucidas
Por uacuteltimo se realiza la prueba del circuito eleacutectrico el resultado es que todos
funcionaron correctamente tal como se pueden observar en la Figura 35 durante el diacutea y
en la Figura 36 durante la noche
Figura 35 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica diacutea
Fuente los autores octubre 2020
173
Figura 36 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica noche
Fuente los autores 2020
Finalmente se prosiguioacute a aplicar la pintura para darle el color caracteriacutestico a cada
adoquiacuten tal como se puede observar a continuacioacuten
Figura 37 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica
Fuente los autores 2020
174
9 CAPITULO 3 RESISTENCIA MECAacuteNICA
Para realizar los ensayos de resistencia y cumplir con las especificaciones y
caracteriacutesticas que tiene la normar colombiana NTC 2017 en el apartado del marco legal
se fabricaron 40 adoquines estos se fundieron en 4 diacuteas diferentes debido a que la
capacidad de la formaleta solo es para 10 adoquines Se fabricaron con el mismo disentildeo
de mezcla
Al desencofrar 10 adoquines estos entraban en proceso de curado en una caneca de
55 galones de capacidad a la espera de tener toda la cantidad de adoquines fabricada y
esta a su vez poder ser trasladados a las instalaciones del laboratorio PC Disentildeos y
Construccioacuten SAS donde inmediatamente entran a continuar el proceso de curado en
una piscina como se muestra en la imagen a continuacioacuten
Figura 38 Curado de muestras de Step by Step
Fuente Los autores 2020
175
A los especiacutemenes de la muestra se les realizan ensayos de resistencia a la
compresioacuten ensayo de resistencia a flexo traccioacuten esto con el fin de conocer el moacutedulo
de rotura (MR) y garantizar que los especiacutemenes cumplan con el miacutenimo que requiere la
norma aparte se realiza ensayo de absorcioacuten de agua para evitar dantildeos en eacutepocas de
lluvias Se deja claro en este documento que no se realiza ensayo de abrasioacuten dado a
que es un prototipo que seraacute usado en andenes y senderos peatonales en ninguacuten caso
y bajo ninguna circunstancia los especiacutemenes podraacuten ser expuestos por el traacutensito de
automotores
Al completarse los diacuteas de las edades de maduracioacuten del concreto los adoquines se
deben dejar secar luego se procede a tomar medidas tres anchos tres largos y el
espesor asiacute como tambieacuten se deben pesar antes de realizar el ensayo
Figura 39 Peso de muestras de Step by Step
Peso de adoquiacuten Fuente Los autores septiembre 2020
Al haberles tomado el peso y las medidas correspondientes se procede a poner el
espeacutecimen de manera cuidadosa sobre la prensa hidraacuteulica de manera que quede
centrado y bien puesto Se realiza el ensayo y se anotan los resultados para los caacutelculos
176
correspondientes Este proceso debe repetirse para todos los especiacutemenes de la muestra
que se tengan para ensayo el diacutea seguacuten corresponda
Tabla 15 Datos iniciales resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo
Fecha
Toma
Fecha Rotur
a
Edad
Ancho Largo Rectaacutengulo
Inscrito
a1 a2 a3 L1 L2 L3 Anch
o Larg
o
mm
mm
mm
mm mm
mm
mm mm
S-1 C 8-sep 15-sep 7
diacuteas 145 146 146 250 250 249 90 170
S-1 C 8-sep 15-sep 7
diacuteas 154 154 155 250 250 250 90 170
S-1 C 8-sep 22-sep 14
diacuteas 152 152 153 250 250 250 90 170
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 153 153 153 249 249 250 90 170
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 153 153 152 251 251 251 90 170
S-2 C 9-sep 16-sep 7
diacuteas 148 149 148
2515
252 251 90 170
S-2 C 9-sep 16-sep 7
diacuteas 153 153 153 252 252 251 90 170
S-2 C 9-sep 23-sep 14
diacuteas 155 154 154 249 249 250 90 170
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 150 150 150 250 251 250 90 170
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 152 152 151 252 252 253 90 170
S-3 C 10-sep
17-sep 7
diacuteas 152 153 156 256 254 253 90 170
S-3 C 10-sep
17-sep 7
diacuteas 150 150 150 250 250 249 90 170
S-3 C 10-sep
24-sep 14
diacuteas 150 149 149 252 251 251 90 170
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 150 154 255 255 254 90 170
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 151 152 249 251 252 90 170
177
S-4 C 11-sep
18-sep 7
diacuteas 159 149 150 253 253 253 90 170
S-4 C 11-sep
18-sep 7
diacuteas 153 153 152 251 251 252 90 170
S-4 C 11-sep
25-sep 14
diacuteas 150 150 151 253 253 252 90 170
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 152 153 153 253 252 252 90 170
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 155 152 150 251 251 252 90 170
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Tabla 16 Resultados de resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo Aacuterea
rectaacutengulo Inscrito (mmsup2)
W (gr)
Carga maacutexima
(kN) Resistencia
S-1 C 15300 6752 3684 1749 MPa
2536 psi
S-1 C 15300 6885 3991 1714 MPa
2486 psi
S-1 C 15300 6810 4579 2010 MPa
2915 psi
S-1 C 15300 6908 4491 1966 MPa
2851 psi
S-1 C 15300 6641 454 1972 MPa
2861 psi
S-2 C 15300 6831 4624 2101 MPa
3048 psi
S-2 C 15300 6821 4974 2144 MPa
3109 psi
S-2 C 15300 6977 5695 2457 MPa
3563 psi
S-2 C 15300 6874 5213 2343 MPa
3398 psi
S-2 C 15300 7021 5379 2342 MPa
3396 psi
S-3 C 15300 7417 415 1745 MPa
2531 psi
S-3 C 15300 6929 4346 1962 MPa
2846 psi
178
S-3 C 15300 6963 3889 1749 MPa
2537 psi
S-3 C 15300 7022 4301 1844 MPa
2674 psi
S-3 C 15300 6960 4691 2073 MPa
3006 psi
S-4 C 15300 7114 3771 1617 MPa
2345 psi
S-4 C 15300 7255 504 2185 MPa
3169 psi
S-4 C 15300 7385 5357 2362 MPa
3425 psi
S-4 C 15300 6990 4991 2149 MPa
3117 psi
S-4 C 15300 7223 4791 2084 MPa
3023 psi
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Figura 40 Registro fotograacutefico de las muestras a compresioacuten
Fuente Los autores 2020
Para calcular la resistencia de la muestra total se deben calcular promedios primero
un promedio de los resultados de las pruebas a 7 diacuteas luego promedio con los resultados
de las pruebas a 14 diacuteas y por uacuteltimo un promedio con los resultados de las pruebas a 28
diacuteas
Finalmente los resultados son los siguientes
Compresioacuten de muestras Fractura de muestras
179
Tabla 17 Consolidado de la resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Edad Resistencia
7 diacuteas 2759 psi
14 diacuteas 3110 psi
28 diacuteas 3041 psi
Fuente Los autores octubre 2020
Para el ensayo de resistencia a la flexotraccioacuten tambieacuten es necesario tomar tres
medidas de ancho tres medidas de largo el espesor y el peso
El espeacutecimen debe ponerse cuidadosamente sobre la maacutequina de ensayo de rotura al
tercio medio se debe dejar el apoyo superior en la mitad exacta del espeacutecimen y los
apoyos inferiores deben quedar de manera que a los dos costados se tenga la misma
medida desde donde se encuentra el apoyo hasta el final del espeacutecimen se procede a
realizar el ensayo y se anotan los resultados para los caacutelculos correspondientes
Figura 41 Resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto
Fuente Los autores septiembre 2020
180
Tabla 18 Datos iniciales resistencia a la flexo traccioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo Fecha Toma
Fecha Rotura
Edad
Ancho Largo Espesor
a1 a2 a3 L1 L2 L3 er
mm mm mm mm mm mm mm
S-1 C 8-sep 15-sep
7 diacuteas
149 149 150 252 252 252 100
S-1 C 8-sep 15-sep
7 diacuteas
152 152 151 250 250 250 100
S-1 C 8-sep 22-sep
14 diacuteas
152 152 151 250 251 251 100
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 150 150 150 149 250 250 100
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 149 149 150 150 250 250 100
S-2 C 9-sep 16-sep
7 diacuteas
151 151 151 250 250 250 100
S-2 C 9-sep 16-sep
7 diacuteas
150 150 149 249 250 249 100
S-2 C 9-sep 23-sep
14 diacuteas
149 149 149 150 252 252 100
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 151 151 151 150 251 251 100
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 152 153 153 251 251 251 100
S-3 C 10-sep
17-sep
7 diacuteas
152 152 153 246 249 250 100
S-3 C 10-sep
17-sep
7 diacuteas
154 153 151 252 252 253 100
S-3 C 10-sep
24-sep
14 diacuteas
153 153 154 254 254 254 100
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 152 152 153 253 254 253 100
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 152 152 250 250 251 100
S-4 C 11-sep
18-sep
7 diacuteas
150 150 151 252 252 253 100
S-4 C 11-sep
18-sep
7 diacuteas
154 155 153 252 253 252 100
S-4 C 11-sep
25-sep
14 diacuteas
151 151 152 250 251 251 100
181
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 151 152 152 253 253 253 100
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 153 152 151 253 253 255 100
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Tabla 19 Resultados de resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo W (Peso)
Longitud entre
apoyos
Carga maacutexima
Moacutedulo de Rotura
6620 165 176 583 MPa
S-1 C 6467 165 111 362 MPa
S-1 C 6845 165 191 623 MPa
S-1 C 6717 165 2385 787 MPa
S-1 C 6716 165 25 829 MPa
S-1 C 6885 165 2075 680 MPa
S-2 C 6807 165 1835 607 MPa
S-2 C 6792 165 2205 733 MPa
S-2 C 6917 165 2395 785 MPa
S-2 C 6977 165 2255 731 MPa
S-2 C 7145 165 213 692 MPa
S-3 C 6904 165 1885 611 MPa
S-3 C 7120 165 1815 586 MPa
S-3 C 7138 165 1855 603 MPa
S-3 C 6918 165 179 584 MPa
S-3 C 7327 165 162 533 MPa
S-4 C 7181 165 194 624 MPa
S-4 C 7117 165 227 743 MPa
S-4 C 6950 165 1771 578 MPa
S-4 C 6923 165 1725 562 MPa
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
182
La maacutequina de ensayo de resistencia a flexo traccioacuten arroja un dato de carga puntual
en Kilo Newton se deben hacer las conversiones correspondientes para tener el
resultado de moacutedulo de rotura (MR) en MPa
Para calcular el moacutedulo de rotura (MR) de la muestra total se deben calcular
promedios primero un promedio de los resultados de las pruebas a 7 diacuteas luego
promedio con los resultados de las pruebas a 14 diacuteas y por uacuteltimo un promedio con los
resultados de las pruebas a 28 diacuteas
Finalmente los resultados son los siguientes
Tabla 20 Resultados de moacutedulo de rotura
Edad MR
7 diacuteas 59 MPa
14 diacuteas 67 MPa
28 diacuteas 68 MPa
Fuente Los autores 2020
Los resultados del moacutedulo de rotura cumplen y garantizan la norma NTC 2017 dado
a que como se explicoacute en el apartado del marco legal el resultado de moacutedulo de rotura
para cada espeacutecimen debe ser 38 MPa y como se observa en la tabla de resultados los
valores se encuentran claramente por encima de ese valor para toda la muestra y el
promedio el resultado debe ser miacutenimo 42 MPa teniendo un resultado total de moacutedulo
de rotura a los 28 diacuteas de 11 Mpa por lo que claramente se garantiza el cumplimiento
de esta caracteriacutestica
La norma especiacutefica que se pueden dejar moacutedulos de rotura mayores a los que se
especifican
ABSORCION
Para realizar el ensayo de absorcioacuten se toman 8 especiacutemenes a los que ya se les ha
realizado el ensayo de flexo traccioacuten El ensayo de absorcioacuten inicia tomando los
especiacutemenes de la muestra para tomar un peso inicial tal cual estaacuten luego se colocan
183
en el horno durante 24 horas a una temperatura de entre 100 degC y 115degC al pasar las
24 horas deben ser sacados se dejan enfriar y se toma el peso que es el peso seco
(Ms)
Luego de tomar el peso seco se toman los especiacutemenes y se sumergen en agua
durante 24 horas a una temperatura de entre 15degC y 27degC al pasar el tiempo de
saturacioacuten y haciendo uso de un alambre se toma el peso que es el peso sumergido
(Ma) Finalmente se deben sacar del agua los especiacutemenes y se deben dejar escurrir
durante un minuto luego se seca su superficie con un pantildeuelo y se toma el peso del
espeacutecimen lo que es el peso sumergido con superficie seca (Mh)
Al tener los resultados de los pesos se procede a realizar los caacutelculos
correspondientes
Se debe iniciar reemplazando para hallar el valor de la absorcioacuten (Aa) en kgm3 de
la siguiente manera
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899(119860119886)119896119892
1198983=
(119872ℎ minus 119872119904)
119872ℎ minus 119872119886lowast 1000
Luego se calcula el porcentaje de absorcioacuten de la siguiente manera
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899 (119860119886) =(119872ℎ minus 119872119904)
119872119904lowast 100
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
Finalmente se calcula la densidad del espeacutecimen seco lo cual se realiza usando la
siguiente formula
119863119890119899119904119894119889119886119889 (119863)1198921199031198881198983 =(119872119904 minus 119872ℎ)
119872119886
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
184
Ma Masa inmersa en agua y suspendida del espeacutecimen en gramos
Al realizar los caacutelculos correspondientes se obtienen los siguientes resultados
Tabla 21 Resultados Prueba de Absorcioacuten
Coacutedigo Peso Seco
Peso Saturado
SS
Aa ()
Densidad
1C 6417 gr 6506 gr 14 2001grcmsup3
3 8732 gr 8780 gr 05 2086grcmsup3
5 6040 gr 6070 gr 05 2076grcmsup3
7 6449 gr 6466 gr 03 2143grcmsup3
9 3760 gr 3782 gr 06 2062grcmsup3
11 13247
gr 13275 gr
02 2105grcmsup3
13 10067
gr 10166 gr
10 2069grcmsup3
15 9641 gr 9689 gr 05 2145grcmsup3
Fuente Los autores 2020
El valor promedio de Absorcioacuten (Aa) de la muestra es 060 como se evidencioacute
en el apartado del marco legal el valor promedio de la muestra no debe superar el 7
para lo cual la muestra cumple el requisito de absorcioacuten que exige la norma NTC 2017
185
10 CAPITULO 4 COSTOS
Desde que se comienza con la planificacioacuten del proyecto se lleva una bitaacutecora en
donde se van anotando con fechas cada uno de los insumos requeridos para la ejecucioacuten
del proyecto desde la etapa inicial con el disentildeo de formaletas hasta la etapa final con la
construccioacuten del sendero inteligente
Cabe resaltar que como se contaba con recursos limitados a raiacutez de la pandemia
generada por el Covid-19 la mayoriacutea de las herramientas utilizadas en el proyecto fueron
prestadas solo fue de gran importancia construir la formaleta para el prototipo de adoquiacuten
como se muestra en la siguiente tabla
Tabla 22 Costos generales de maquinaria y equipo
Herramientas empleadas Step by Step
Herramientas cantidad valor unitario valor total
Batea 1
pala 1
Palustre 1
Baldes 1
Balanza 1
Llana de madera 1
Caneca de 55Galones
1
Formaleta 1 $ 110000 $ 110000
Fuente los autores 2020
Para las pruebas y ensayos de laboratorio fue necesario la construccioacuten de 40
adoquines para los cuales fueron requeridos los siguientes materiales con sus precios
respectivos
186
Tabla 23 Presupuesto general de materiales para el prototipaje
Materiales empleados step by step Adoquines de prueba
Materiales cantidad valor unitario valor total
Agregado Grueso 2 bogados $ 8000 $ 16000
Agregado Fino 2 bogados $ 7000 $ 14000
Cemento 2 bultos $ 25500 $ 51000
Aditivo 1 $ 5840 $ 5840
Resina Ortoftalica 2 botellas $ 15000 $ 30000
Catalizador 2 $ 2000 $ 4000
Agua $ 5000 $ 5000
Vidrio 2000 gramos $ 8500 $ 17000
Pigmento 2 $ 3000 $ 6000
Acpm $ 2000 $ 2000
TOTAL $ 150840
Fuente los autores 2020
Finalmente y despueacutes de las pruebas garantizando que se cumpliera la normativa se
construyen los adoquines que son requeridos para la construccioacuten del tramo de prueba
para lo cual fue necesario llevar los siguientes costos en bitaacutecora
Tabla 24 Presupuesto general Tramo de prueba
Adoquines para tramo de prueba
Materiales Cantidad Valor unitario Valor total
Arena 25 baldes $ 1100 $ 27500
Grava 25 baldes $ 1100 $ 27500 Aditivo 1 $ 5840 $ 5840
Pigmento 2 $ 3000 $ 6000 Vidrio 2000 gramos $ 8500 $ 17000
Resina ortoftalica 2 botellas $ 15000 $ 30000 Catalizador 2 $ 2000 $ 4000
Aditivo 1 $ 2200 $ 2200 Cemento 2550 Kg $ 13000 $ 13000
Luz led 250 metros $ 13000 $ 32500
187
Cable 2 metros $ 500 $ 1000 TOTAL $ 117040
Cabe la pena aclarar que el costo total es para veinte adoquines por lo que el precio
total por unidad de adoquiacuten es de $5842 pero para el tramo de prueba solo fueron
necesarios catorce adoquines por lo que para el costo total del sendero solo se tiene en
cuenta el costo de los catorce adoquines y no de los veinte ya que los seis restantes se
usaron para ensayos de laboratorio con el concreto translucido
Despueacutes de haber realizado todos los ensayos y de garantizar que el prototipo del
adoquiacuten cumpliera con la normativa se procede a disentildear y construir el tramo de prueba
para lo cual se realizoacute un presupuesto de obra en donde se incluyen todos los insumos
y materiales usados para el tramo con sus respectivos costos
Tabla 25 Cantidades de obra para tramo de prueba
Iacutetem Actividad Und Cant VUnit Vtotal
1 Excavacioacuten Manual zanja en tierra H=04m
m3 04 $ 30000
$ 30000
2 Relleno en recebo para subbase
Bogado 3 $ 4500
$ 13500
3 Capa de arena para sentar adoquines
Bogado 1 $ 8500
$ 8500
4 Concreto para bordes y caja de elementos electroacutenicos
m3 0012 $ 22500
$ 270
5 Adoquines UND 14 $ 5842
$ 81788
6 Arduino uno UND 1 $ 31900
$ 31900
7 Releacute cuatro puertos UND 1 $ 11700
$ 11700
8 Bateriacutea 40 Ah UND 1 $ 322000
$ 322000
9 Panel solar 55W UND 1 $ 280000
$ 280000
10 Regulador de carga UND 1 $ 51500
$ 51500
11 Inversor de Carga UND 1 $ 70000
$ 70000
188
12 Fuente de 110v a 12v UND 2 $ 15000
$ 30000
13 Sensor ultrasonido UND 2 $ 7100
$ 14200
14 Conectores HM UND 20 $ 3000
$ 60000
15 Conectores MM UND 20 $ 3000
$ 60000
TOTAL $ 1065358
Fuente los autores 2020
Como se evidencia en la tabla anterior el costo del sendero de prueba es de $1065358
es de importancia aclarar que como se contaba con la limitacioacuten de recursos solo se
pudo hacer la construccioacuten del sendero inteligente haciendo uso de catorce adoquines
pero que los elementos electroacutenicos que componen el sistema fotovoltaico para la
recoleccioacuten de energiacutea y los sensores que se encuentran en el sendero funcionan para
un sendero maacutes largo y ancho si asiacute se requiere lo que quiere decir que si se desea
construir un sendero inteligente Step by Step de 3 metros de largo por 1 metro de ancho
no es necesario adquirir un sistema fotovoltaico maacutes costoso
Finalmente al costo del tramo de prueba se le debe sumar el costo de los adoquines
que fueron necesarios para los ensayos previos el cual fue de $150840 maacutes el costo de
mano de obra que fue de $200000 para que finalmente el costo a lo que este proyecto
se refiere en su totalidad es de $1416198
189
190
11 VALIDACIOacuteN EN CAMPO TRAMO DE PRUEBA
Con el fin de prototipar el proyecto Step by Step se realizoacute un tramo de prueba en el
municipio de Agua de Dios el cual se acogioacute en conjunto con la alcaldiacutea municipal la cual
nos otorgoacute el permiso y expreso el beneficio del proyecto para la comunidad y su intereacutes
en el por medio de un oficio
El tramo de prueba se construyoacute en el parque Simoacuten Boliacutevar en el municipio de Agua
de Dios el cual es muy concurrido ya que es el segundo parque maacutes importante del
municipio su localizacioacuten se puede observar a continuacioacuten por medio de una imagen
tomada de la plataforma satelital google maps
Figura 42 Localizacioacuten tramo de prueba
Fuente (Google Earth 2020)
Como se puede observar en la imagen anterior el parque boliacutevar se encuentra ente la
carrera 11- 12 y entre la calle 11 ndash 12 al lado de la biblioteca municipal del municipio de
Agua de Dios Despueacutes de escoger el lugar donde se va a instalar se prosiguioacute a escoger
en que parte del parque se instala por lo cual se escogioacute en el centro del parque en
terreno natural enseguida del lugar donde se realizan ejercicios se puede observar en la
siguiente imagen
Se realizoacute una excavacioacuten manual por parte de los autores la cual tuvo unas
dimensiones de 1 metro de ancho por 1 metro de largo por 41 cm de profundidad el cual
se puede observar en la siguiente imagen
Figura 43 Proceso constructivo del Tramo de prueba Step by Step
191
Fuente los autores 2020
Excavacioacuten Profundidad de excavacioacuten
Sub base compactada Arena
Instalacioacuten eleacutectrica Instalacioacuten de adoquines
Confinamiento lateral
192
Despueacutes de realizar la excavacioacuten se prosiguioacute a rellenar y compactar con recebo el
cual tiene un espesor de 30 cm para mejorar las condiciones del terreno Posteriormente
al relleno con recebo se prosigue a poner la capa de arena que sirve como cama para la
instalacioacuten de adoquines la cual tiene un espesor de 3 cm El siguiente paso es realizar
una nivelacioacuten de la arena y con la cama totalmente plana se acomodan los adoquines
como se disentildearon anteriormente con el cableado de los adoquines sacaacutendolos por el
lado escogido por el terreno Posteriormente a tener los adoquines instalados con el
cableado eleacutectrico se prosiguioacute a fundir concreto con el fin de mejorar la esteacutetica del tramo
de prueba ademaacutes de realizar la estructura donde se dejaraacuten fijas las cajas eleacutectricas en
un bordillo de concreto
Posteriormente a la instalacioacuten integral del tramo de prueba el siguiente paso es
realizar la parte electroacutenica del tramo de prueba la cual viene alimentada por energiacutea
solar la cual se activa por medio de sensores instalados en el bordillo anteriormente
mencionado los cuales trabajan en conjunto con Arduino uno y un moacutedulo releacute de cuatro
canales lo cual viene de la siguiente manera en el esquema observado a continuacioacuten
Figura 44 Cableado parte electroacutenica
Fuente los autores 2020
En la imagen anterior se puede observar el cableado electroacutenico el cual consta de 2
sensores ultrasonido los cuales van conectados al Arduino uno el cual estaacute encargado
de enviar la informacioacuten al moacutedulo releacute para posteriormente el alumbrado de los
adoquines instalados anteriormente
Despueacutes de realizar el cableado el siguiente paso es realizar la programacioacuten del
arduino uno la cual consiste en recibir la informacioacuten de los sensores al detectar un
cambio en un campo estimado de 60 cm estos comenzaacutendose a contar despueacutes de 20
193
cm los cuales son los que se estiman desde el bordillo y posteriormente esta informacioacuten
ordena en conjunto con el moacutedulo releacute al encendido de la luz led instalada en los
adoquines los cuales se encenderaacuten en grupos de a 6 cada grupo instalado a un sensor
esta programacioacuten se puede observar en la siguiente imagen
Figura 45 Programacioacuten Arduino uno
Fuente los autores 2020
Despueacutes de tener lista la programacioacuten el siguiente paso es introducir esta
programacioacuten por medio de la aplicacioacuten oficial de Arduino y un cable que es otorgado
en la compra del Arduino esta instruccioacuten se puede observar en la siguiente imagen
194
Figura 46 Introduccioacuten de la programacioacuten al Arduino uno
Fuente los autores 2020
Posteriormente a tener los componentes electroacutenicos funcionando en conjunto con los
sensores el siguiente paso es la instalacioacuten en el tramo de prueba en donde se introducen
en una caja eleacutectrica la cual se impermeabiliza completamente y se introduce en una
estructura de concreto construida que funciona como capa protectora para las cajas con
los implementos electroacutenicos esto se puede observar a continuacioacuten
Figura 47 Caja con implementos electroacutenicos sellada
Fuente los autores noviembre 2020
195
Figura 48 Elementos electroacutenicos instalados
Fuente los autores noviembre 2020
El siguiente paso fue conectar los componentes electroacutenicos anteriormente nombrados
con la fuente de energiacutea la cual es proporcionada por un panel solar el cual viene
conectado por medio de un cableado esto se puede observar a continuacioacuten donde se
encuentra el panel solar y el sendero inteligente Step by Step recolectando energiacutea en el
diacutea tomaacutendola del sol para posteriormente ser aprovechada en la noche para hacer
funcionar la iluminacioacuten del sendero
Figura 49 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar
Fuente los autores noviembre 2020
Por uacuteltimo se encuentra el prototipo del sendero inteligente Step by Step en
funcionamiento el cual es encendido a las 6 pm y se pone a disposicioacuten de la comunidad
196
donde se observoacute un gran impacto en todas las personas que transitan este parque del
municipio de Agua de Dios en las siguientes imaacutegenes se puede observar el sendero
inteligente funcionando con la energiacutea solar recolectada durante el diacutea y en disposicioacuten
de los usuarios
Figura 50 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar en funcionamiento
Fuente los autores 2020
1 2
3 4
5 6
197
12 CONCLUSIONES
Al culminar el proceso de disentildeo prototipaje y validacioacuten en campo del sendero
inteligente Step by Step se concluye que la adherencia entre el concreto hidraacuteulico y el
concreto transluacutecido elaborados con materiales reciclados en un adoquiacuten bicapa para
traacutefico peatonal en las dimensiones propuestas de la Figura 28 registra una resistencia
a la compresioacuten de 3000 psi un moacutedulo de rotura de 68 MPa valores que seguacuten las
notas teacutecnicas colombianas son admisibles
La forma innovadora permite usar el concreto translucido como un conductor de luz
que da diferentes tonalidades de acuerdo al pigmento usado lo que no solo mantiene la
resistencia del prototipo sino que mediante una conexioacuten de circuitos entre los adoquines
contiguos asegura la iluminacioacuten del sendero la resistencia y durabilidad ante las cargas
de traacutefico peatonal
El sistema eleacutectrico mediante un sistema fotovoltaico permite el almacenamiento de
energiacutea suficiente para mantener la funcionalidad de los sensores durante toda la noche
de manera que el sendero ubicado en el parque Simoacuten Boliacutevar del Municipio de Agua de
Dios-Cundinamarca genera un impacto en la comunidad favorable certificado por la
Alcaldiacutea municipal y los habitantes del municipio
Luego de la transmisioacuten del programa de televisioacuten local como una actividad de
apropiacioacuten social del conocimiento realizado por los autores y la tutora en el canal de
televisioacuten local H2O Tv la comunidad en general recibioacute con agrado la tecnologiacutea
prestando intereacutes en instalarlo en diferentes lugares turiacutesticos de Agua de Dios
La translucidez de las piezas del pavimento peatonal con el pigmento azul fue
aceptada por la comunidad como un nuevo emblema del municipio ya que su reflejo y
luminosidad es una alegoriacutea al nombre lsquoAgua de Diosrsquo marcando un nuevo hito en el
municipio que deja atraacutes la historia triste de las aguas azufradas y una enfermedad
incurable por un nuevo camino llamado por el Semillero SEUS Step by Step Sendero
Inteligente
198
13 BIBLIOGRAFIacuteA
accuweather (2020) accuweathercom Retrieved from accuweathercom
httpswwwaccuweathercomescoagua-de-dios102159current-
weather102159
Alcaldia de Agua de Dios (2019 08 08) Retrieved from httpwwwaguadedios-
cundinamarcagovcoturismolos-chorros
Ambientesoluciones (2020) Ambientesolucionescom Retrieved from
Ambientesolucionescom
httpswwwambientesolucionescomsitiocontenidos_mophpit=5675
ARCUS GLOBAL (2020 10 21) Retrieved from httpswwwarcus-
globalcomwpconcreto-translucido-existe
ARQUITECTOS S (2018 05 20) Sala de Arquitectos Retrieved from Sala de
Arquitectos La compantildeiacutea innovando en la arquitectura inteligente ha presentado
la primera lsquovereda inteligentelsquo del mundo en Londres un camino que transforma el
pavimento en un generador de energiacutea eleacutectrica esto gracias al paso que dan los
peatones A diferencia de
Avalos J C (2016 07 29) BBC MUNDO Retrieved from BBC MUNDO
httpswwwbbccommundonoticias-36662912
BBC (2016 6 29) BBC MUNDO Retrieved from BBC MUNDO
httpswwwbbccommundonoticias-36662912
Boussinesq (2020 16 10) Google Retrieved from
httpswwwgooglecomsearchq=difusion+del+esfuerzo+pavimentosamptbm=isch
ampved=2ahUKEwij9quT87nsAhWENFkKHXP-DXUQ2-
cCegQIABAAampoq=difusion+del+esfuerzo+pavimentosampgs_lcp=CgNpbWcQA1C_
gwFY1I4BYMiQAWgAcAB4AIABpQKIAf4QkgEFMC40LjaYAQCgAQGqAQtnd3Mt
d2l6LWltZ8ABAQamps
Bradsher (2018 6 13) new York Times Espantildeol Retrieved from new York Times
Espantildeol httpswwwnytimescomes20180613espanolenergia-solar-
autopista-chinahtml
199
Bradsher K (2018 06 13) THE NEW YORK TIMES Retrieved from THE NEW YORK
TIMES httpswwwnytimescomes20180613espanolenergia-solar-autopista-
chinahtml
CAR (2015) ESTUDIO PARA LA DETERMINACIOacuteN DE MOacuteDULOS DE CONSUMO
DEL RECURSO HIDRICO
CASTILLO X A (2003) DISENtildeO DE PAVIMENTOS ARTICULADOS PARA TRAFICO
MEDIO Y ALTO Retrieved from
httpsrepositoriouniandeseducobitstreamhandle199220919u245809pdf
Chacon Cesar Alexander C J (2012 OCTUBRE 16) TECNURA UNIVERSIDAD
DISTRITAL FRANCISCO JOSEacute DE CALDAS COLOMBIA Retrieved from
httpswwwredalycorgpdf2570257025147010pdf
COLOMBIA C D (2014 05 13) fedebiocombustibles Retrieved from
fedebiocombustibles httpwwwfedebiocombustiblescomfiles1715pdf
CONSTRUIBLE (2015 03 11) Construccioacuten Sostenible Retrieved from Construccioacuten
Sostenible httpswwwconstruiblees20150311energy-floors-genera-
electricidad-a-partir-de-la-energia-de-la-pisada
DamiaSolar (2016 03 19) DamiaSolar Retrieved from DamiaSolar
httpswwwdamiasolarcomactualidadblogarticulos-sobre-la-energia-solar-y-
sus-componentesque-regulador-solar-
necesito_1~text=El20regulador20solar20o20reguladorgenerada20e
n20los20paneles20solares
DANE (2018) danegovco Retrieved from danegovco
httpswwwdanegovcoindexphplista-de-resultados-de-
busquedasearchword=poblacion20agua20de20dios20cundinamarcaampse
archphrase=all
DINERO R (2020 03 05) REVISTA DINERO Retrieved from REVISTA DINERO
httpswwwdinerocomempresasarticulocual-capital-de-colombia-tendra-la-
primera-empresa-publica-de-energias-renovables282296
200
ELECTRONICA I (2020) I+D ELECTRONICA Retrieved from I+D ELECTRONICA
httpswwwdidacticaselectronicascomindexphpbaterias-
cargadorescargadores-1mC3B3dulo-de-control-de-carga-para-
baterC3ADas-12-24v-7009-detail
FDMESCYL (2017 Diciembre 28) Federacion de deportes de montantildea Escalada y
senderismo de Castilla y Leon Retrieved from
httpswwwfclmcom20171228nace-primer-sendero-inteligente-espana-
castilla-leon
Google Earth (2020) Retrieved from httpsearthgooglecomweb437516685-
74667982183897115512a53657125248d35y662480933h028419733t0r
Icontec (2018 11 12) NTC 2017 Adoquines de Concreto para Pavimentos Bogotaacute DC
Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) Retrieved
from METROBLOCK httpsmetroblockcomconorma-tecnica-colombiana-ntc-
2017
IDEAM (2014) ideamgovco Retrieved from ideamgovco
httpwwwideamgovcowebtiempo-y-climaradiacion-solar
indiasolarpowercanals (2015 07 02) inbright Retrieved from inbright
httpsinbrightmxblogpostsindiasolarpowercanals
ingrenovables (2014 6 25) ingrenovablesblogspot Retrieved from
ingrenovablesblogspo httpingrenovablesblogspotcom201406el-primer-
canal-solar-del-mundohtml
LEDOVET (2018 02 23) Retrieved from httpswwwledovetcomtipos-de-sensores-de-
movimiento
Lizcano F A (2003) DISENtildeO RACIONAL DE PAVIMENTOS Bogotaacute ESCUELA
COLOMBIANA DE INGENIERIA
Lngalls S (1877) Estados Unidos Patent No 952S6
MAGAZINE T (2020 03 05) TYS MAGAZINE Retrieved from TYS MAGAZINE
httpswwwtysmagazinecomenergy-floor-la-energia-de-tus-pisadas
201
nandwani S s (2005 junio) energia solar conceptos basicos y su utilizacion Retrieved
from httpssistemamidcompaneluploadsbiblioteca2014-06-27_10-14-
37105995pdf
OMPI ORGANIZACION MUNDIAL DE LA PROPIEDAD INTELECTUAL (2015 09 16)
Retrieved from httpswwwwipointipadvantageesdetailsjspid=2590
PAIS E (2020 02 07) EL PAIS Retrieved from EL PAIS
httpselpaiscomccaa20200207madrid1581085171_646387html
Palacios A (2020) Ca COMPARADOR DE ALARMAS Retrieved from
httpswwwcomparadoralarmascomtipos-de-sensores-de-movimiento-cual-
necesitas
PAVEGEN (2017 JUNIO 29) Retrieved from httpspavegencomwp-
contentuploads201905Pavegen-BirdStreetpressreleasepdf
Perdomo C S amp Fandintildeo M E (2020 10 26) Anaacutelisis de las propiedades mecaacutenicas
del concreto transluacutecido elaborado con poliacutemeros y materiales reciclados
Retrieved from Repositorio Universidad Piloto
httprepositoryunipilotoeducohandle20500122779448
Pettit C (1912) Estados Unidos Patent No 573212
Ramos J (2014 11 12) motos pasion Retrieved from motos pasion
httpswwwmotorpasioncomgaleriasolaroad4
Robert G Packard P (1995) Thickness Design for Concrete Pavements on Highways amp
Streets PCA Method Retrieved from
httpsceprofsciviltamuedudzollingerCVEN-637-Fall202004EB109PDF
SampP (2018 10 15) El Blog de la ventilacioacuten eficiente Retrieved from
httpswwwsolerpalaucomes-esblogsensores-movimiento
SLU A E (2015 04 19) Autosolar Retrieved from Autosolar
httpsautosolaresblogaspectos-tecnicosque-es-un-panel-solar
202
SECHAGUA D A (2016) VALORACIOacuteN SOCIOAMBIENTAL DE LA MICROCUENCA
QUEBRADA LA PUNAacute MUNICIPIO AGUA DE DIOS GIRARDOT
SIKA (2018) FLUIDIFICANTE PARA MEZCLAS DE CONCRETO Tocancipa
SOLAR ROADWAYS (2020) Retrieved from httpssolarroadwayscom
SOLAROAD (2016 03 07) NATIONAL GEOGRAPHIC ESPANtildeA Retrieved from
NATIONAL GEOGRAPHIC ESPANtildeA
httpswwwnationalgeographiccomescienciasolaroad-el-carril-bici-hecho-con-
paneles-solares-en-holanda-cumple-su-primer-ano-de-vida_9916
Suaacuterez A L (2018 04 09) PORTAFOLIO Retrieved from PORTAFOLIO
httpswwwportafolioconegociosel-mayor-proyecto-de-energia-eolica-da-sus-
primeros-pasos-516003
Torres O (2020 03 09) Resumen de ASTM Retrieved from
httpbloquesdeconcretocomsvdescargarNormas20ASTMpdf
UPC (2018) Proyecto Educativo Institucional Bogotaacute DC Universidad Piloto de
Colombia
UPME (2015 06 05) Retrieved from
httpwwwnuevalegislacioncomfilessusccdjconcr_upme_281_15pdf
Velares J M (2020 03 09) Academiaedu Retrieved from Academiaedu
httpswwwacademiaedu25432780Especificaciones_de_ASTM_C-33
Xiaodi Hu A N (2017 Abril 21) Effects of tire inclination (turning traffic) and dynamic
loading on Retrieved from
httpswwwsciencedirectcomsciencearticlepiiS199668141630164Xvia3Dih
ub
92
Figura 37 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica 173
Figura 38 Curado de muestras de Step by Step 174
Figura 39 Peso de muestras de Step by Step 175
Figura 40 Registro fotograacutefico de las muestras a compresioacuten 178
Figura 41 Resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto 179
Figura 42 Localizacioacuten tramo de prueba 190
Figura 43 Proceso constructivo del Tramo de prueba Step by Step 190
Figura 44 Cableado parte electroacutenica 192
Figura 45 Programacioacuten Arduino uno 193
Figura 46 Introduccioacuten de la programacioacuten al Arduino uno 194
Figura 47 Caja con implementos electroacutenicos sellada 194
Figura 48 Elementos electroacutenicos instalados 195
Figura 49 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar 195
Figura 50 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar en funcionamiento 196
LISTA DE TABLAS
93
Tabla 1 Factor de confiabilidad 130
Tabla 2 Nivel de confiabilidad 131
Tabla 3 Nivel de confiabilidad 133
Tabla 4 Nivel de confiabilidad 134
Tabla 5 Partes de los Adoquines 139
Tabla 6 Geometriacutea del adoquiacuten seguacuten NTC 2017 140
Tabla 7 Requisitos geomeacutetricos de los adoquines 143
Tabla 8 Clasificacioacuten de los adoquines seguacuten su absorcioacuten 148
Tabla 9 Resistencia miacutenima de los adoquines 148
Tabla 10 Resistencia a la abrasioacuten 149
Tabla 11 Franja granulomeacutetrica para arena de prefabricados 150
Tabla 12 Instrumentos empleados para el proyecto 152
Tabla 13 Cronograma de actividades para el prototipaje de Step by Step 155
Tabla 14 Dosificacioacuten para la elaboracioacuten de las muestras 160
Tabla 15 Datos iniciales resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto 176
Tabla 16 Resultados de resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto 177
Tabla 17 Consolidado de la resistencia a la compresioacuten de adoquines de
concreto 179
Tabla 18 Datos iniciales resistencia a la flexo traccioacuten de adoquines de concreto
180
94
Tabla 19 Resultados de resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto
181
Tabla 20 Resultados de moacutedulo de rotura 182
Tabla 21 Resultados Prueba de Absorcioacuten 184
Tabla 22 Costos generales de maquinaria y equipo 185
Tabla 23 Presupuesto general de materiales para el prototipaje 186
Tabla 24 Presupuesto general Tramo de prueba 186
Tabla 25 Cantidades de obra para tramo de prueba 187
INTRODUCCIOacuteN
95
La presente investigacioacuten presenta el disentildeo construccioacuten y validacioacuten en campo de
un adoquiacuten prefabricado bicapa de concreto hidraacuteulico y concreto transluacutecido con un
sistema eleacutectrico en su interior capaz de transformar las energiacuteas renovables (solar
eoacutelica hidraacuteulica etc) en energiacutea eleacutectrica Con el fin de que cuando un peatoacuten transite
con su pisada encienda una luz que estaacute ubicada dentro del prefabricado iluminando
todo el sendero El aprovechamiento de las energiacuteas renovables ha tomado maacutes fuerza
en los uacuteltimos tiempos dado a las consecuencias que el cambio climaacutetico ha traiacutedo para
el planeta es por esto que se debe pensar en la sostenibilidad del mismo
Asiacute por ejemplo en Septiembre de 2019 la Organizacioacuten Meteoroloacutegica Mundial junto
a las principales organizaciones de ciencia climaacutetica adheridas a Naciones Unidas
revelaron en un informe la evidente y creciente brecha que divide los objetivos acordados
para abordar el calentamiento global y la realidad actual del planeta asiacute como de que tan
solo en junio de 2019 se emitieron 50 megatoneladas de carbono a la atmosfera que el
hielo marino del Aacutertico ha disminuido en un 12 por deacutecada desde 1979 hasta 2018
Colombia a traveacutes del Ministerio de Ambiente en 2016 creoacute la Poliacutetica Nacional de
Cambio Climaacutetico que consiste en promover una gestioacuten de cambio climaacutetico que
contribuya a avanzar en una senda de desarrollo resiliente al clima y baja en Carbono
que reduzca los riesgos asociados a las alteraciones por efectos del cambio climaacutetico
Actualmente el Plan Nacional de Desarrollo de nuestro paiacutes propone avanzar hacia la
transicioacuten de actividades productivas comprometidas con la sostenibilidad y la mitigacioacuten
del cambio climaacutetico impulsar las energiacuteas renovables y avanzar en el conocimiento de
escenarios de riesgo actuales y futuros
Colombia cuenta con un parque de generacioacuten de 1677875 MW (a diciembre de
2017) Esta se encuentra dominada por la generacioacuten de energiacutea hidroeleacutectrica que
corresponde al 6988 del total de la capacidad (XM 2017) En segundo lugar se
encuentran las centrales teacutermicas a gas y carboacuten que de manera agregada alcanzan un
porcentaje del 2167 (Teacutermica a gas con una capacidad de 226995 MW equivalente a
un 1353 y a carboacuten con 13653 MW correspondiente a un 814 del total) El
porcentaje restante (845) pertenece a generacioacuten mediante diversas tecnologiacuteas
(Liacutequidos Gas-Liacutequidos Biomasa y Viento la cual cuenta con solo un porcentaje de
011) todos los datos han sido extraiacutedos de la tesis laquoIdentificacioacuten de proyectos con
potencial de generacioacuten de energiacutea eoacutelica como complemento a otras fuentes de
generacioacuten eleacutectrica en el departamento de Boyacaacuteraquo obra de Renata Catalina Siabato
96
Benavides Seguacuten la Unidad de Planeacioacuten Minero Energeacutetica del Ministerio de Minas y
Energiacutea de Colombia actualmente solo hay instalados en el paiacutes 1842 megavatios de
potencia eoacutelica parque Jepiacuterachi (en Uribiacutea Guajira) propiedad de Empresas Puacuteblicas
de Medelliacuten SA Entroacute en operacioacuten en abril de 2004
Para la investigacioacuten de este proyecto se usa la metodologiacutea de tipo cientiacutefico dado a
que para el disentildeo y construccioacuten del prefabricado en concreto de alta resistencia se usan
instrumentos para medir la resistencia del concreto hasta encontrar el disentildeo de mezcla
oacuteptimo para la construccioacuten del prefabricado Es por esto que el inicio del trabajo es
praacutectico porque se debe encontrar la resistencia optima el disentildeo de la forma del
prefabricado y la validacioacuten en laboratorio para finalmente hacer ensayos en campo de
prueba
97
1 PROBLEMA DE INVESTIGACIOacuteN
El Cambio Climaacutetico se ha hecho mucho maacutes notable en los uacuteltimos antildeos quizaacute los
efectos maacutes importantes de esta gran cataacutestrofe natural son la sequiacutea y las altas
temperaturas que afectan principalmente a territorios de clima caacutelido esto se debe a la
accioacuten del ser humano en la tierra donde en eacutepocas anteriores se disponiacutea de los
recursos naturales sin tener alguacuten tipo de restriccioacuten y maacutes aun sin restaurar el dantildeo que
se haciacutea tal vez creyendo que los recursos nunca acabariacutean con el pasar de los antildeos los
gobiernos y diferentes organizaciones mundiales se han planteado objetivos con el fin de
prevenir la accioacuten del cambio climaacutetico entre las que han sido incluidas las energiacuteas
renovables
Tambieacuten se ha visto un decrecimiento de la poblacioacuten en el municipio de Agua de Dios
donde su economiacutea ha caiacutedo y se ha venido apostaacutendole al campo turiacutestico donde se ve
limitado por sus atractivos ya que estos han venido decayendo con el pasar de los antildeos
sin una implementacioacuten de nuevos atractivos
En la zona donde se implementa el proyecto a pesar de ser una de las zonas maacutes
turiacutesticas y reconocidas en Agua de Dios se tiene una gran inseguridad ya que es
concurrida por personas que se dedican a consumir sustancias psicoactivas lo que
conlleva a tener maacutes probabilidades de un ataque por parte de estas personas todo esto
se ve en las horas de la noche donde falta la iluminacioacuten ya que el alumbrado puacuteblico es
escaso casi nulo en esta parte ademaacutes de tener en cuenta los grandes costos por el
alumbrado puacuteblico lo que se vuelve un problema para la comunidad ya que se crea una
dependencia a estos pagos por energiacutea eleacutectrica existiendo energiacuteas alternativas y auto
sostenibles
98
11 PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIOacuteN
Para abordar el disentildeo experimental de esta investigacioacuten es necesario aclarar que
este trabajo pertenece al macro proyecto de investigacioacuten lsquoPrefabricados de Nueva
Generacioacuten para obras de Infraestructura vialrsquo cuyo propoacutesito es disentildear prototipos
prefabricados que incorporen materiales reciclados En el caso de Step by Step se
propone un adoquiacuten peatonal en concreto hidraacuteulica bicapa con un recubrimiento en
concreto transluacutecido compuesto por poliacutemeros y vidrio reciclado
Figura 1 Distribucioacuten de variables de la Investigacioacuten
Fuente los autores
Es asiacute como surge la variable dependiente que es el prototipo para el sendero
inteligente lsquoStep by Steprsquo las variables independientes que seraacuten modificadas en el
Variable Interviniente
Variable Dependiente
Variable Dependiente
Sendero Inteligente
Disentildeo de mezcla
Agregados reciclados
Concreto hidraacuteulico
Geometriacutea
Carga de servicio
Especificiaciones teacutecnicas NTC2017
Resistencia
Compresioacuten
Flexioacuten
Absorcioacuten
99
proceso es el disentildeo de la mezcla la geometriacutea y la resistencia todo esto que se ajuste
a las condiciones del contexto como es el uso de agregados reciclados cementos por
desempentildeo o cementos hidraacuteulicos la carga de servicio y las especificaciones NTC 2017
que regulan tanto la geometriacutea como su resistencia medida a la compresioacuten a flexioacuten y
la absorcioacuten tal como se indica en la Figura 1
Este trabajo de investigacioacuten pertenece al semillero SEUS y forma parte del macro
proyecto lsquoPrefabricados de nueva generacioacuten para obras de Infraestructura Vialrsquo de la
liacutenea de investigacioacuten institucional acuteHaacutebitat Biodiversidad y tecnologiacuteas Sosteniblesrsquo y de
la liacutenea de grupo lsquoInfraestructura y Nuevas Tecnologiacuteasrsquo Enmarcado en la misioacuten de la
Universidad Piloto de Colombia de
ldquoIncorpora a la comunidad acadeacutemica como partiacutecipe en el aacutembito
cientiacutefico inmersa en una cultura de investigacioacuten caracterizada por ser
reflexiva pertinente sistemaacutetica y metoacutedica con el objeto de promover
los desarrollos urbanos y regionales de su aacuterea de influencia en los
aacutembitos nacional e internacional asiacute como los demaacutes prospectados
acorde con los eacutenfasis y campos de accioacuten de la Universidadrdquo (UPC
2018 paacuteg 19)
En consecuencia luego de recibir la carta de aceptacioacuten y agradecimiento de la
Secretariacutea de Planeacioacuten y de instalar el tramo de prueba en el Parque Simoacuten Boliacutevar del
municipio de Agua de Dios se realizaron labores de apropiacioacuten social del conocimiento
como programas de televisioacuten en el canal local H2O Televisioacuten participacioacuten en eventos
cientiacuteficos como el Encuentro de Semilleros TEINCO 2020 entre otras actividades
100
12 PREGUNTA DE INVESTIGACIOacuteN
Alrededor del mundo se estaacuten impulsando proyectos importantes que abarcan el uso
de energiacuteas renovables como una alternativa a la reduccioacuten de contaminacioacuten esto se
ha visto reflejado en la construccioacuten de infraestructura sostenible implementado energiacuteas
renovables como la solar piezoeleacutectrica eoacutelica entre otras tambieacuten en los paiacuteses maacutes
desarrollados se identifica un matrimonio entre las energiacutea renovables y el turismo donde
se combinan con la infraestructura generando impacto positivo en ellos A partir de esto
se formula la siguiente pregunta de investigacioacuten
iquestCoacutemo prototipar un adoquiacuten para pavimento articulado de traacutensito
peatonal que permita iluminar el paso del peatoacuten almacenando la
energiacutea solar que absorbe durante el diacutea para luego convertirla en
iluminacioacuten eleacutectrica en la noche
101
2 JUSTIFICACIOacuteN
Se ha identificado una problemaacutetica ambiental que se incrementa al pasar el tiempo
en el mundo esto por la generacioacuten de contaminantes al utilizar energiacuteas no renovables
ademaacutes en el municipio de Agua de Dios se observa una carencia en infraestructuras que
permitan ser un centro turiacutestico de la regioacuten ya que se ve opacado por los municipios
vecinos resulta de gran importancia generar proyectos los cuales implementen las
energiacuteas renovables y maacutes en el municipio de agua de dios donde es necesario un
desarrollo turiacutestico para el cual se vea sustentado con una infraestructura de intereacutes
generando un desarrollo econoacutemico social cultural y ambiental en el municipio
El proyecto Step by Step sendero inteligente surge de la necesidad de tener
infraestructura innovadora y amigable con el medio ambiente este proyecto trata de un
sendero peatonal el cual se piensa construir por medio de un conjunto de adoquines
disentildeados de forma que permitan obtener una luminiscencia por medio de bombillos led
instalados en el disentildeo y alimentados por medio de energiacutea solar ademaacutes de
implementar en el disentildeo un conjunto de sensores los cuales funcionen armoacutenicamente
con los visitantes prendiendo y apagando al desplazamiento de cada usuario
El proyecto Step by Step es importante para la comunidad del municipio de Agua de
Dios ya que con este proyecto se incentiva el cuidado por el medio ambiente tambieacuten
tiene un impacto positivo directo en la comunidad de la zona ya que se valorizan los
predios y los negocios alrededor de la vereda los chorros al atraer maacutes turistas genera
que tengan un crecimiento econoacutemico ademaacutes de poder utilizar el mismo sendero como
base para diferentes actividades de prestacioacuten de servicios generando nuevos empleos
en el municipio y al mismo tiempo mejorando la calidad de vida de los habitantes
Debido a que en la zona y generalmente en el paiacutes no se implementan los suficientes
proyectos que permitan un desarrollo de la infraestructura de la mano con el medio
ambiente este proyecto aporta en el desarrollo de proyectos futuros en el campo de los
senderos inteligentes primordialmente e infraestructura vial ademaacutes de ser un aporte en
el desarrollo de infraestructura innovadora dirigida al sector turiacutestico todo esto con la
implementacioacuten de energiacutea solar
102
Como consecuencia de la formacioacuten en investigacioacuten de la Universidad Piloto de
Colombia se justifica el proyecto Step by Step que aporta a la comunidad del municipio
de Agua de Dios impactando en su cultura en la parte religiosa con las congregaciones
que se realizan en esta zona y en su historia ya que se revitaliza un lugar emblemaacutetico
para los primeros habitantes del municipio tambieacuten aporta en el aspecto cientiacutefico ya que
la implementacioacuten de las nuevas formas de construccioacuten de concreto incentivan a la
investigacioacuten de las mismas a implementarse en la tecnologiacutea gracias a las energiacutea
renovables utilizadas y el concreto translucido el cual seraacute innovador para el municipio e
impactando beneficiosamente a el desarrollo por medio de la mejora en su turismo y asiacute
mismo en la economiacutea de la poblacioacuten que trabaja en esta zona
El proyecto step by step aporta a la misioacuten institucional por medio de los anaacutelisis a la
poblacioacuten sobre sus necesidades y daacutendole la solucioacuten a estas como lo es la parte
econoacutemica ya que el municipio se encuentra enfocado en la parte turiacutestica como fuente
de dinero generando estabilidad econoacutemica y bienestar en la poblacioacuten que beneficiada
con este proyecto y se puede observar un manejo adecuado del medio ambiento con
energiacuteas renovables
En consecuencia el proyecto Step by Step se articula con la misioacuten de un ingeniero
Unipiloto como una herramienta desarrollada por personas integrales soportado sobre
una soacutelida fundamentacioacuten conceptual que se brindaron en las aacutereas teacutecnicas y
cientiacuteficas a lo largo de la carrera universitaria se ajusta a la realidad del municipio de
Agua de Dios y busca soluciones puntuales en temas sociales ambientales turiacutesticos y
econoacutemicos
103
3 OBJETIVOS
31 OBJETIVO GENERAL
Prototipar y validar en campo un adoquiacuten para pavimento articulado peatonal
prefabricado en concreto hidraacuteulica bicapa y que en su interior tenga una pieza
translucida que sea capaz de transformar la energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica con el
fin de que cuando el peatoacuten transite con su pisada active un sensor y este encienda una
luz led que se encuentra al interior de la pieza de concreto
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Validar en laboratorio un adoquiacuten en concreto hidraacuteulico que se ajuste a las con las
Especificaciones teacutecnicas NTC 2017
Disentildear y validar en laboratorio la geometriacutea del adoquiacuten bicapa usando concreto
transluacutecido (Perdomo C amp Fandintildeo M 2020) y medir su resistencia a la compresioacuten
flexioacuten y la absorcioacuten para luego ser comparado con la NTC 2017
Disentildear y validar en campo el sistema de encendido usando sistemas alternativos
como los paneles solares
104
4 MARCOS DE REFERENCIA
41 MARCO DE ANTECEDENTES
Estudiantes mexicanos del Instituto Tecnoloacutegico de Estudios Superiores Monterrey
(ITESM) campus puebla desarrollaron un proyecto denominado Enegy Floor el cual es
un sistema que aprovecha el flujo de peatones para la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica
es una tecnologiacutea que se instala debajo de los pisos convencionales como las losetas
Seguacuten este proyecto cada vez que una persona pasa sobre el piso soportado por este
desarrollo tecnoloacutegico se activa un dispositivo mecaacutenico que produce cinco watts de
electricidad por cada paso (MAGAZINE 2020)
Los estudiantes artiacutefices de este proyecto expresaron que es una tecnologiacutea amigable
con el medio ambiente puesto que es un dispositivo que se activa con fuerza mecaacutenica
Para su elaboracioacuten los estudiantes usaron aluminio y una loseta que fue elaborada a
basa de poliacutemero ultrarresistente denominado nylamid (MAGAZINE 2020) El factor
diferencial entre el proyecto de los estudiantes mexicanos y Step by Step es que ellos
usan energiacutea mecaacutenica del flujo peatonal Step by Step usa energiacuteas renovables como la
solar
En Rotterdam existe una empresa llamada Energy Floors que antes era conocida
como Club de Baile Sostenible pues dicha empresa estaacute revolucionando el panorama de
la energiacutea sostenible al transformar la energiacutea cineacutetica y mecaacutenica que se produce al
caminar en energiacutea eleacutectrica En 2008 lanzaron su producto Sustainable Dance Floor
(SDF) que utiliza el movimiento de las personas como fuente de energiacutea al convertir la
energiacutea cineacutetica en energiacutea eleacutectrica Con ella se alimentan las luces LED de la pista de
baile creando una atmoacutesfera de discoteca y proporcionando al puacuteblico una experiencia
interactiva Esto es asiacute porque los moacutedulos que integran la pista de baile se flexionan al
ser pisados creando un movimiento que se transforma en energiacutea eleacutectrica por un
pequentildeo generador interno Cada moacutedulo de un tamantildeo de 75x75x20 cm puede producir
hasta 35 vatios de salida sostenida Entre cinco y veinte vatios por persona
(CONSTRUIBLE 2015) Al igual que el proyecto de los estudiantes la diferencia con Step
by Step es que se usa energiacutea mecaacutenica generada por las pisadas de las personas en
este caso en pistas de baile de discotecas
105
El mexicano Joseacute Carlos Rubio Avalos quien es investigador de la Universidad
Michoacana de San Nicolaacutes de Hidalgo buscoacute otra funcioacuten para el cemento el
investigador pensoacute en que el cemento casi siempre estaba expuesto a la radiacioacuten solar
y debiacutea buscar la manera de desarrollar una investigacioacuten innovadora Por esto el material
creado por el investigador consiste en absorber la radiacioacuten ultravioleta durante el diacutea
para luego brilla en la noche (BBC 2016)
El problema que el investigador tuvo es que el cemento es un cuerpo opaco y no
permite el paso de luz por eso estudioacute la composicioacuten del cemento Portland que es el
maacutes usado alrededor del mundo modificoacute la estructura microscoacutepica y con este cambio
logroacute que el material absorbiera los rayos uv El investigador Joseacute Carlos explicoacute en una
entrevista para la BBC Mundo que lo que se busca era permitir el paso y difusioacuten de luz
solar a traveacutes del siacutelice que se encuentra presente en el cemento el siacutelice es el mismo
material con el que se fabrica el vidrio (BBC 2016)
A lo que se refiere en si al proyecto del investigador mexicano es a cambiarle las
propiedades oacutepticas del material para hacerlo fosforescente Es un proceso logrado por
la incorporacioacuten de aditivos los cuales permiten que la luz pase y se pueda observar un
color de la fosforescencia El cemento como es un material orgaacutenico tiene mayor
rendimiento y durabilidad en el proceso (Avalos 2016)
El cemento fosforescente es un material mucho maacutes costoso que un cemento
convencional es por eso que solo se concibe como una capa de recubrimiento para
fachadas de edificios o para la sentildealizacioacuten de viacuteas Este proyecto mexicano es un
proyecto similar a Step by Step pues lo que se busca es hacer uso de las energiacuteas
renovables tambieacuten
En Holanda se construyoacute un proyecto denominada SolaRoad lo que se hizo fue
sustituir el asfalto por un pavimento que integra paneles solares fotovoltaicos ademaacutes de
esto se incluyeron luces led para iluminar el sendero en diacuteas de niebla y un sistema para
calentar la viacutea y evitar la formacioacuten de placas de hielo en invierno en el invierno En el
primer antildeo cumplido de este proyecto se han producido 70 KWh al antildeo por cada metro
cuadrado lo que ha sido suficiente para abastecer a tres viviendas
El primer antildeo de funcionamiento de un tramo de 70 metros ha llevado a los
investigadores a concluir que el proyecto funciona muy bien pero econoacutemicamente aun
no es factible porque en la construccioacuten se invirtieron 3 millones de euros y haciendo la
106
conversioacuten por cada KWh ha hecho un retorno final de tan solo 1862 euros (SOLAROAD
2016)
Figura 2 Sistema de pavimento Solaroad
Fuente (Ramos 2014)
Como se evidencia en la imagen anterior los constructores instalan moacutedulos de
concreto con una capa transparente que permite que la luz se infiltre debajo de dicha
capa se instalas celdas solares que recogen la energiacutea y finalmente son las que sirven
para alimentar el alumbrado puacuteblico la luz del traacutefico y hasta los hogares (SOLAROAD
2016)
El factor diferencial entre Solaroad y Step by Step es que el sendero de Step by Step
hace aprovechamiento de la energiacutea usando un solo panel solar y Solaroad hace uso de
cierta cantidad de moacutedulos solares para ser instalados en todo el tramo
China es uno de los paiacuteses que maacutes estaacute interesado e invierte en el uso de energiacuteas
renovables con el fin de innovar y dominar el mercado de dicha tecnologiacutea es por esto
107
que se disentildeoacute y construyoacute una autopista con paneles solares en la ciudad de Jinan
(Bradsher 2018)
Figura 3 Autopista China de Paneles solares
Fuente (Bradsher K 2018)
Este proyecto es importante nombrarlo en este documento porque destaca el gran
crecimiento que ha tenido el uso de paneles solares en el mundo y de que China uno
de los paiacuteses maacutes desarrollados del mundo esteacute apostando e invirtiendo en el uso de las
energiacuteas renovables
En la India se estaacute revolucionando el mercado de los paneles solares por la
construccioacuten de plantas de energiacutea solar sobre canales de agua esto hace que se
cumplan dos tareas importantes para la preservacioacuten del medio ambiente la primera es
la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica aprovechando la energiacutea solar y la segunda es la
preservacioacuten del liacutequido precioso evitando la evaporacioacuten
108
Figura 4 Canal solar en India
Fuente (ingrenovables 2014)
El Jefe de Gobierno Indio el Sr Narendra Modi inauguraraacute la primera serie de este
proyecto conocido como Canal Proyecto de Energiacutea Solar cuando ponga en marcha un
proyecto piloto de 1 megavatio (MW) que ya se encargoacute en el canal de la rama Narmada
cerca de la aldea Chandrasan de Kadi taluka en el distrito Mesina el martes
(indiasolarpowercanals 2015)
El proyecto de la India es de importancia mencionarlo en este documento dado a su
similar parecido con Step by Step pues los dos hacen uso de la energiacutea solar para
preservas los recursos medio ambientales que cada vez son maacutes escasos es de gran
aporte el conocimiento adquirido en cuanto a la forma en la que se construye el proyecto
para preservar el agua tambieacuten
En 2018 se dijo que La Guajira en Colombia se convertiriacutea en escenario de los grandes
proyectos de generacioacuten de energiacutea eleacutectrica a partir del viento que abasteceraacuten el
Sistema Interconectado Nacional (SIN) en la proacutexima deacutecada (Suaacuterez 2018)
109
A finales de febrero pasado la Autoridad Nacional de Licencias Ambientales (ANLA)
comenzoacute el estudio del que seraacute uno de los parques eoacutelicos representativos que tendraacute
el paiacutes por su tamantildeo y capacidad de produccioacuten y que se sumaraacute a otros que se
montaraacuten en la citada zona (Suaacuterez 2018) Se trata del proyecto de Generacioacuten de
Energiacutea Eoacutelica Alpha que desarrolla la empresa Vientos del Norte que pertenece al
conglomerado portugueacutes Renovatio Group como lo registra el Certificado de Reporte del
Sistema de Informacioacuten sobre Biodiversidad de Colombia (CR-SIB) (Suaacuterez 2018)
Este parque eoacutelico que tendraacute una capacidad de generacioacuten superior a los 200
megavatios (Mw) es la primera iniciativa que evaluacutea la Anla ya que se requiere
autorizacioacuten de la autoridad nacional ambiental despueacutes de los 100 Mw de energiacutea
(Suaacuterez 2018)
Es importante destacar este proyecto de recoleccioacuten de energiacutea eleacutectrica a traveacutes de
la energiacutea eoacutelica en este documento dado a que en este documento y para este proyecto
estamos tratando con todo tipo de energiacuteas renovables aunque es un proyecto que estaacute
en estudios y en traacutemite de licencias con antelacioacuten se sabe que seraacute un boom de
innovacioacuten con respecto a paiacuteses de la regioacuten y que se estaacuten apoyando los proyectos
que abarquen el uso de energiacuteas limpias en el paiacutes Step by Step estaacute pensado para que
funcione con cualquier tipo de energiacutea renovable que se pueda aprovechar
Seguacuten la revista dinero en Barranquilla con el cambio de administracioacuten de alcaldiacutea y
de gobernacioacuten del Atlaacutentico se vienen cambios en temas energeacuteticos para la regioacuten
Caribe pues se sabe desde antildeos atraacutes que Electricaribe tiene millonarias deudas y presta
un servicio deficiente el alcalde Jaime Pumarejo anuncioacute la adjudicacioacuten de los nuevos
operadores para el 20 de Marzo de 2020 tambieacuten dio luces sobre la nueva poliacutetica de
energiacutea en la reciente edicioacuten del Congreso Nacional de Infraestructura en noviembre de
2019 (DINERO 2020)
El alcalde Pumarejo dijo que es un proyecto que estaacute pensado en primera fase para la
autogeneracioacuten de la alcaldiacutea de Barranquilla para luego general y comercializar energiacuteas
renovables (DINERO 2020) El mandatario explicoacute que el desarrollo econoacutemico de la
capital del Atlaacutentico implica contar con energiacuteas de fuentes renovables Estas son
sinoacutenimo ndashseguacuten eacutelndash de maacutes ingresos empleo y resiliencia ante el cambio climaacutetico
(DINERO 2020)
110
Barranquilla es reconocida mundialmente como la capital energeacutetica de Colombia es
por esto que vale la pena mencionar esta clase de proyectos dentro de la redaccioacuten de
este documento porque el uso de energiacuteas renovables va tomando cada vez maacutes fuerza
en nuestro paiacutes y es de gran importancia para nosotros como ingenieros civiles
aprovechar esta oportunidad para crear proyectos innovadores como Step by Step que
hace usos de energiacuteas limpias y se puede implementar en cualquier parte del paiacutes
En Londres existe una empresa llamada Pavegen que es una compantildeiacutea de
tecnologiacutea limpia esta empresa adopta un enfoque innovador hacia la sostenibilidad al
generar energiacutea a partir de algo que la mayoriacutea de la gente hace todos los diacuteas caminar
La compantildeiacutea innovando en la arquitectura inteligente ha presentado la primera lsquovereda
inteligentelsquo del mundo en Londres un camino que transforma el pavimento en un generador
de energiacutea eleacutectrica esto gracias al paso que dan los peatones A diferencia de anteriores
instalaciones en Washington DC y Rio de Janeiro el proyecto en Londres cuenta con su
propia app brindado informacioacuten exacta a los visitantes sobre la energiacutea que estaacuten
generando e incentivando su uso al brindar descuentos en tiendas comerciales por los pasos
que den (ARQUITECTOS 2018)
Seguacuten el CEO de Pavegen Laurance Kemball-Cook quien sentildealoacute que esta es una nueva
aacuterea de produccioacuten de energiacutea una que ofrece muchas posibilidades interesantes laquoCuando
una persona camina genera 5 vatios de energiacutea de forma continua por lo que usted es
como todos somos una fuente de alimentacioacuten de 5 vatios Ahora imagine 10 personas eso
es 50 vatios de energiacutea de forma continua Puede que no parezca una cantidad exorbitante
de energiacutea pero es suficiente para suministrar energiacutea para una serie de necesidades Por
ejemplo la tecnologiacutea se puede utilizar para iluminar caminos a medida que los peatones
caminan sobre ellos lo que podriacutea frenar el crimen (ARQUITECTOS 2018)
111
Figura 5 Baldosa que produce energiacutea eleacutectrica
Fuente Pavegencom
El CEO tambieacuten sentildealoacute que el proyecto es muy importante y puso como ejemplo Grand
Central Station en Londres donde diariamente transitan unas 40000 personas por hora esa
energiacutea que generan esas personas se almacena en bateriacuteas y en la noche se enciende
Asiacute que los municipios las estaciones de tren las oficinas las escuelas en cualquier lugar
con mucha gente caminando son perfectas para el proyecto (ARQUITECTOS 2018)
El proyecto realizado en Londres es muy similar a Step by Step puesto que los dos se
tratan de un sendero inteligente El factor diferencial es que Step by Step convierte la energiacutea
solar en energiacutea eleacutectrica el proyecto de Londres lo que hace es convertir la energiacutea cineacutetica
que generan las personas al caminar en energiacutea eleacutectrica
En Madrid Espantildea se ha unido el Aacuterea de Emprendimiento Empleo e Innovacioacuten quien
ha impulsado el proyecto y el Aacuterea de Medio Ambiente y Movilidad que ha corrido con los
gastos para crear un cruce peatonal inteligente el proyecto se trata de crear un cruce
peatonal inteligente para reducir los accidentes por lo cual se ha escogido una zona poco
luminosa en horas de la noche (PAIS 2020)
112
Figura 6 Cruce peatonal inteligente
Fuente (PAIS 2020)
Seguacuten la portavoz de las concejaliacuteas que llevan a cabo el proyecto que cuenta con un
paso de cebra cuenta con una sentildeal lumiacutenica que funciona con sensores y
tecnologiacutea led y que se activa en modo nocturno cuando cruza un peatoacuten Al detectar a
la persona se encienden de forma continua las sentildeales horizontales y los cajones
lumiacutenicos de las sentildeales verticales Cuando no hay nadie el sistema permanece en
reposo (PAIS 2020)
Sobre la construccioacuten y mejoras en la fabricacioacuten e instalacioacuten de adoquines se
conocioacute que Samuel S Lngalls de Chicago en Illinois en el antildeo 1877 patentoacute un adoquiacuten
en concreto con una forma rectangular (Estados Unidos Patente nordm 952S6 1877) Pero
el inventor se dio cuenta que el adoquiacuten patentado presentaba fallas a la hora de su
instalacioacuten por lo que realizoacute un estudio para verificar las fallas y asiacute poder mejorar esto
Para lo cual patentoacute una mejora para la instalacioacuten de los adoquines en donde Samuel
Lngalls dejoacute un paso a paso para evitar que los adoquines se fracturaran con el tiempo
113
la fractura se da en las esquinas y para esto se debe poner cemento en las juntas y
esquinas
De la misma manera que Samuel Lngalls Charles Pettit tambieacuten realizoacute una patente
de la invencioacuten de un adoquiacuten pero dicha patente fue hecha en Greenford en el condado
de Mahoning y el estado de Ohio en el antildeo 1912 En la misma patente deja una guiacutea
praacutectica de instalacioacuten de dichos adoquines Pettit realiza esta invencioacuten para solucionar
la problemaacutetica de que los adoquines se desencajen y en muchas ocasiones presente
pandeo en una viacutea de adoquines estos pandeos generan en algunos casos accidentes
viales Esto lo soluciona garantizando un enclavamiento seguro entre las filas de
adoquines adyacentes y se puede hacer el enclavamiento dado a la forma del adoquiacuten
patentado el enclavamiento entre filas y columnas de adoquines evita el desplazamiento
y el pandeo del pavimento articulado (Estados Unidos Patente nordm 573212 1912)
42 MARCO TEOacuteRICO
Por medio del marco teoacuterico se pone en contexto las bases teoacutericas de la metodologiacutea
realizada para la construccioacuten del sendero inteligente en el cual se explicaran diferentes
tipos de tecnologiacuteas entre las cuales se encuentra la implementacioacuten de la tecnologiacutea de
generacioacuten de energiacutea por medio de componentes electroacutenicos de piezoelectricidad los
cuales aprovechan la energiacutea cineacutetica al caminar convirtieacutendola en energiacutea eleacutectrica
tambieacuten las tecnologiacuteas que utilizan energiacutea eleacutectrica para la construccioacuten de senderos
inteligentes los pavimentos inteligentes que aprovechan la energiacutea solar por medio de
paneles solares instalados en su estructura que aprovechan la energiacutea para los usos en
su entorno o en su misma estructura
Tipos de pavimentos inteligentes
En el mundo al pasar de los tiempos y con la incorporacioacuten de nuevas tecnologiacuteas al
mercado se han realizado diversos tipos de pavimentos los cuales tienen diferentes
caracteriacutesticas utilizando diferentes tipos de energiacuteas siendo las maacutes utilizadas la
piezoelectricidad la energiacutea eleacutectrica y la energiacutea solar
Piezoeleacutectricos
114
Uno de estos es el sendero inteligente presentado por pavegen en Londres el 29 de
junio del 2017 llamado Bird Street el cual utiliza la energiacutea piezoeleacutectrica
Bird Street se estaacute asociando con una serie de visionarios tecnoloacutegicos que incluyen
Pavegen Que fabrica una galardonada tecnologiacutea de pisos de generacioacuten de datos y
electricidad La compantildeiacutea del Reino unido ha instalado una matriz de 10 metros
cuadrados que inicialmente enciende luces y sonidos de paacutejaros y tambieacuten proporciona
una fuente de datos de energiacutea Incorporaraacute transmisores bluetooth de baja energiacutea que
le permitiraacuten interactuar con aplicaciones de marca por ejemplo recompensar a los
usuarios con descuentos cupones y recursos educativos para sus pasos en el sistema
pavegen (PAVEGEN 2017)
Este pavimento inteligente con la tecnologiacutea pavegen fue el primero en su tipo ya que
utiliza la energiacutea de las pisadas en el cual logra captar la energiacutea cineacutetica que se produce
al caminar sobre la superficie del pavimento por medio de un sistema en el cual se
posicionan 3 dispositivos en cada esquina de adoquiacuten y al pisarlo gracias al peso propio
del usuario se presionan los 3 a la vez esto ocasiona que el dispositivo descienda
generando electricidad gracias a los principios de la piezoelectricidad los cuales son
contemplados de la siguiente manera
Cuando una presioacuten es aplicada a u material piezoeleacutectrico causa una deformacioacuten
mecaacutenica y a su vez un desplazamiento de cargas Estas cargas son directamente
proporcionales a la presioacuten aplicada Si se ejerce una presioacuten a los extremos del eje polar
se produce polarizacioacuten un flujo de electrones de carga negativa mientras que en el
extremo opuesto se induce una carga positiva (Chacon Cesar Alexander 2012)
La tecnologiacutea para los senderos inteligentes se ha visto fortalecida en los uacuteltimos antildeos
ya que se viene implementando en diferentes proyectos en el mundo como antes se
nombroacute la piezoelectricidad es una de ellas siendo practica ya que funciona con la
presioacuten generada por los usuarios algo que es muy concurrido en un pavimento en ese
orden de ideas esta tecnologiacutea permite que el pavimento sea auto sustentable ya que
gracias a estas presiones se genera energiacutea
Energiacutea que se utiliza de la siguiente forma
La energiacutea proveniente de los pasos es captada por el material piezoeleacutectrico como
anteriormente se analizoacute el cual se encuentra situado al adoquiacuten del pavimento de forma
115
que esta genera corriente alterna la cual por medio de un convertidor se transforma a
corriente directa la cual sirve en este caso para el funcionamiento de los diferentes
aparatos electroacutenicos a traveacutes del sendero inteligente antes de ser enviada la energiacutea es
almacenada en una bateriacutea la cual garantiza que el sendero disponga de energiacutea en todo
momento para posteriormente ser enviada a las innovaciones instaladas con el fin de ser
utilizadas cada vez que un usuario pise los piezoeleacutectricos
Eleacutectrico
Otro tipo de sendero inteligente es el denominado como sendero inteligente de Espantildea
castilla y leoacuten alimentado por energiacutea eleacutectrica el cual tiene las siguientes caracteriacutesticas
El sendero homologado es una instalacioacuten deportiva identificada por las marcas
registradas GRreg PRreg oacute SLreg que se desarrolla preferentemente en medio natural y
sobre viales tradicionales puacuteblicos o privados Es un entramado de caminos sentildealizados
bajo una normas estandarizadas y reconocidas a nivel internacional y que han pasado el
sello de calidad de la federacioacuten de deportes de montantildea escalada y senderismo de
castilla y leoacuten (FDMESCYL 2017)
Los senderos de deportes extremos se realizan en partes rurales mayormente esto
dificulta implementar tecnologiacuteas en estos el sendero de castilla y leoacuten se considera
inteligente ya que se han implementado estas tecnologiacuteas eficientemente durante el
recorrido de los senderos en los deportes extremos los que resaltan son los siguientes
El sendero inteligente incluye obras de gran envergadura como el enlosado de la
totalidad del firme instalacioacuten de puntos de recargas de moacuteviles y dispositivos
electroacutenicos que cuentan con tomas USB y la colocacioacuten de maacutequinas expendedoras de
bebidas y aperitivos Las novedades del nuevo tramo se completan con la posibilidad de
que los senderistas se conecten a una red WIFI gratuita que permite a los usuarios estar
geo localizados en todo momento y monitorizados por los equipos de emergencia de
castilla y leoacuten (FDMESCYL 2017)
El sendero inteligente de Castilla y leoacuten es un beneficio para los turistas y
ciudadanos que concurren en esta zona de Espantildea se evidencia en este sendero
inteligente que cubre gran cantidad de recorrido siendo este para deportes extremos
generando seguridad a los usuarios gracias a las tecnologiacuteas implementadas a traveacutes del
mismo como lo es la interconexioacuten entre los usuarios por medio de wifi gratuito
116
permitiendo tambieacuten el reporte de emergencias a la praacutectica de los deportes extremos a
lo largo del sendero y tambieacuten un sistema de ahorro de energiacutea con farolas que regulan
la cantidad de luz emitida gracias a sensores que permiten captar la cantidad de luz en
el entorno y disminuyeacutendola cuando no sea necesaria
Energiacutea solar
Un tipo de pavimento inteligente es el alimentado por energiacutea solar son las placas de
pavimento solar roadways quienes han hecho investigaciones para generar placas con
paneles de energiacutea solar con el fin de crear pavimentos inteligentes que funciones con
base a esta energiacutea renovable
SOLAR ROADWAYS es un sistema modular de paneles solares que se pueden
caminar y conducir Nuestros paneles solares contienen luces LED para crear liacuteneas de
sentildealizacioacuten sin pintura Contienen elementos calefactores para evitar la acumulacioacuten de
nieve y hielo Los paneles contienen microprocesadores los cuales los hace inteligentes
Esto permite que los paneles se comuniquen entre si una estacioacuten de control central y
los vehiacuteculos (SOLAR ROADWAYS 2020)
La energiacutea solar es una de las maacutes famosas y maacutes utilizadas entre las energiacuteas
renovables ya que el sol genera energiacutea permanente que en su mayoriacutea no es utilizada
por el ser humano los pavimentos tienen contacto con el sol a diario ya que se
encuentran a la intemperie generando una oportunidad de aplicacioacuten de teacutecnicas de
recoleccioacuten de energiacutea solar para asiacute mismo utilizarlo en el entorno y para la estructura
misma del pavimento La captacioacuten de energiacutea solar se realiza por medio de un panel
solar que se instala en la parte superior del pavimento teniendo en cuenta que el panel
solar tiene una resistencia mayor al comuacuten ya que tiene que soportar pesos de todo tipo
de vehiacuteculos seguacuten el profesor shyam s nandwani afirma que
la potencia solar que recibe el planeta tierra (fuera de la atmosfera) es cerca de 173 x
10^12 Kw o una energiacutea de 15x^15 kWh por antildeo Al atravesar la atmosfera cerca de 53
de esta radiacioacuten es reflejada y absorbida por el nitroacutegeno oxigeno ozono dioacutexido de
carbono vapor de agua polvo y las nubes Por lo tanto al pasar esta radiacioacuten por una
distancia de 150 millones de km se reduce esta cantidad y el final el planeta recibe
energiacutea promedio de 3x10^17 kWh al antildeo equivalente a 4000 veces el consumo del
mundo entero en un antildeo (7x10^13 kWhantildeo) o cual nos indica el enorme potencial del
sol (nandwani 2005)
117
Con las nuevas tecnologiacuteas la energiacutea solar se ha ido modernizando e incluyeacutendose
en diferentes proyectos entre estos el pavimento inteligente anterior mente nombrado en
cuanto al funcionamiento se puede afirmar que
Para cualquiera de las aplicaciones de la energiacutea solar la parte principal del sistema
es el COLECTOR ndash el artefacto que capta energiacutea solar y convierte en energiacutea uacutetil ndash sea
en forma caloacuterica o eleacutectrica Para la conversioacuten de energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica se
utilizan CELDAS SOLARES proveniente de los materiales semiconductores ndashtipo silicio
principalmente (nandwani 2005)
Despueacutes de convertir la energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica se procede a poner en
funcionamiento el circuito el cual se debe tener en cuenta que
Dependiendo de la capacidad de almacenamiento de la bateriacutea se puede calcular el
tiempo aproximado de funcionamiento de varios dispositivos y el aacuterea necesaria del panel
solar para usos especiacuteficos Una instalacioacuten ademaacutes requiere controlar el voltaje
mediante un regulador dirigir la corriente hacia una bateriacutea para almacenarla Como la
corriente eleacutectrica producida es directa es necesario para algunas aplicaciones un
inversor para convertirla en alterna (nandwani 2005)
Despueacutes de producir la energiacutea eleacutectrica por medio del panel solar instalado en el
pavimento se transfiere a un control de carga el cual regula la energiacutea con el fin de evitar
dantildeos en la bateriacutea la cual se encuentra en el siguiente paso de la energiacutea esta almacena
la corriente para ser utilizada se encuentra el panel produciendo energiacutea o no todo esto
para ser enviada al alumbrado puacuteblico situado en el pavimento volvieacutendolo auto
sostenible
Moacutedulo de control de carga para bateriacuteas
Moacutedulo de control de carga para bateriacuteas de litio Puede ser programado para
comenzar la carga de voltaje y para finalizarla (ELECTRONICA 2020)
Por ejemplo Configurando 12V como voltaje de inicio y 15V como voltaje de parada
cuando el voltaje este por debajo de 12V el releacute se cerraraacute permitiendo la carga de voltaje
a la bateriacutea cuando el voltaje alcance los 15V o sea mayor el releacute se apagaraacute deteniendo
la carga (ELECTRONICA 2020)
118
Caracteriacutesticas
Voltaje de entrada 10-30V
Precisioacuten del display 01V
Precisioacuten del control 01V
Tipo de salida salida directa
Tolerancia plusmn01V
Dimensiones 82x58x18mm
Regulador de carga de panel solar
El regulador solar o regulador de carga es un dispositivo necesario en la instalacioacuten
solar ya que se encarga de controlar la entrada a las bateriacuteas de la energiacutea generada en
los paneles solares El regulador permite por un lado alargar la vida de la bateriacutea y por
el otro obtener informacioacuten y paraacutemetros del funcionamiento de la instalacioacuten Permite
alargar la vida de las bateriacuteas ya que permite el paso de la electricidad seguacuten el estado
en que se encuentre la bateriacutea en cada momento Por ejemplo cuando esta esteacute a un
nivel de carga inferior al 95 permitiraacute el paso libre de toda la electricidad con el objetivo
de cargarla cuanto antes posible Mientras que si se encuentra en un porcentaje de carga
del 95 al 99 permitiraacute el paso de forma muy controlada que es lo que llamamos carga
de flotacioacuten con el fin de llenar al maacuteximo la bateriacutea Por otra parte si la bateriacutea se
encuentra completamente cargada cortaraacute el paso de corriente para evitar sobrecargas
o un sobrecalentamiento del acumulador Gracias a realizar la carga de esta forma se
evitan problemas en las bateriacuteas solares y se alarga al maacuteximo sus antildeos de vida
(DamiaSolar 2016)
Existen 2 tipos de reguladores de carga el PWM o convencional y el MPPT o
maximizador El uso de uno u otro dependeraacute del tipo de placa solar que utilicemos Si
se tratan de placas solares de 36 o 72 ceacutelulas (paneles de hasta 200W) seraacute suficiente
usar un regulador PWM ya que estas placas tienen un voltaje en el punto de maacutexima
potencia alto Mientras que si usamos placas de 60 ceacutelulas (paneles de potencia superior
a 200W) seraacute de uso obligatorio el regulador MPPT ya que estas placas tiene un voltaje
119
menor pues priorizan el amperaje en lugar del voltaje con lo cual seraacute necesario siempre
un regulador MPPT el cual modula el voltaje del panel y lo adapta a las caracteriacutesticas de
las bateriacuteas conectadas (DamiaSolar 2016)
Los paneles solares de 60 ceacutelulas se conocen popularmente como paneles de red ya
que se utilizaban antiguamente en las huertas solares que se conectaban a la red Para
diferenciar los paneles de red de los paneles convencionales se debe mirar su ficha
teacutecnica impresa en la pegatina posterior del panel El panel de red indicaraacute un valor VMP
de solamente 29V o similar mientras que las placas convencionales o de aislada generan
un VMP aproximado de 36 voltios en las placas de 24V y de 18 voltios en las placas de
12V (DamiaSolar 2016)
Para saber si necesito un regulador de 10A 20A 30A 60A o 80A (A= amperios) se
deberaacute mirar el amperaje del panel indicado como corriente nominal o IMP i multiplicarlo
por el nuacutemero de paneles que queramos instalar en la instalacioacuten solar Por ejemplo en
una instalacioacuten solar de 12V donde se instalen 6 placas de 140W 12V el IMP de este
panel seraacute de 797A Por lo tanto si se disponen de 7 placas se obtendraacute una corriente
maacutexima de 5579 y seraacute necesario usar un regulador solar de 60A Tambieacuten es
importante si en un futuro hay previsto instalar maacutes paneles poner ya de inicio un
regulador de mayor capacidad asiacute cuando se instalen seraacute necesario cambiar este
dispositivo (DamiaSolar 2016)
Bateriacutea Recargable
Tanto los paneles solares como las turbinas eoacutelicas son fuente de energiacutea verde y
renovable pero el problema de estos sistemas de autoabastecimiento eleacutectrico reside en
el almacenamiento Las instalaciones tradicionales proporcionan la energiacutea de manera
inmediata de manera que lo que no se consuma en el momento se pierde y ademaacutes si
el diacutea se nubla o el viento se detiene no es posible obtener suministro
(Ambientesoluciones 2020)
Para resolver este inconveniente este grupo de investigadores ha disentildeado
una bateriacutea de flujo segura y rentable que se puede utilizar tanto de manera domeacutestica
como comercial Estaacute elaborada con materiales de bajo coste que se encuentran en la
tierra de forma habitual como carbono oxiacutegeno nitroacutegeno hidroacutegeno hierro y potasio
Los compuestos no son toacutexicos ni tampoco inflamables (Ambientesoluciones 2020)
120
Los materiales no son toacutexicos son baratos y al estar disueltos en una
abundante cantidad de agua son seguros ya que no puede prenderse
fuego un detalle muy importante cuando se estaacuten almacenando grandes
cantidades de energiacutea eleacutectrica cerca de la gente explica Michael J
Aziz uno de los ingenieros que ha desarrollado el invento
(Ambientesoluciones 2020)
A diferencia de las bateriacuteas de electrodos soacutelidos las bateriacuteas de flujo almacenan la
energiacutea en los liacutequidos contenidos en los tanques externos de manera similar a las pilas
de combustible Los tanques establecen la capacidad de almacenamiento y el hardware
de conversioacuten electroquiacutemica a traveacutes del que se bombean los fluidos establece la
potencia (Ambientesoluciones 2020)
Ambos elementos se pueden personalizar para que cada usuario disponga de la
energiacutea atendiendo a sus necesidades Ademaacutes como la cantidad de energiacutea que puede
guardar aumentar con soacutelo aumentar el tamantildeo de los tanques se puede almacenar
mucha maacutes a un menor coste que los sistemas de bateriacuteas tradicionales
(Ambientesoluciones 2020)
Panel solar
El panel solar es el elemento maacutes conocido de los componentes utilizados en la
implementacioacuten de energiacutea solar se trata de un elemento que aprovecha la energiacutea del
sol para transformarlo en energiacutea eleacutectrica o caloacuterica la cual se puede utilizar de
diferentes maneras en esta transformacioacuten de la energiacutea solar se pueden distinguir
diferentes propoacutesitos de la energiacutea la primera por ejemplo es la utilizacioacuten de esta para
producir agua caliente lo cual se ve generalmente en los hogares y la segunda y una de
las maacutes conocidas son la transformacioacuten de energiacutea por medio de paneles fotovoltaicos
los cuales permiten producir electricidad captando la radiacioacuten solar las cuales recaen en
las ceacutelulas fotovoltaicas del panel solar (SLU 2015)
La energiacutea solar se puede captar de diferentes formas las dos mencionadas
anteriormente permiten entender el funcionamiento y la forma en la que se aprovechan
las radiaciones solares tales como se puede identificar en el siguiente paacuterrafo que nos
muestra el funcionamiento por medio de recoleccioacuten y transformacioacuten en energiacutea caloacuterica
121
En cuanto a las dos formas anteriormente nombradas el sistema de recoleccioacuten de
energiacutea solar uno de estos es por medio del colector solar en el cual tiene un liacutequido en
su interior que tiene la funcioacuten de absorber la radiacioacuten generada por el sol y
posteriormente la convierte en calor por medio de este liacutequido el cual se almacena para
ser utilizado por medio de ductos instalados en conjunto con el servicio de agua ya que
este se convierte en un intercambiador de calor por medio de unos ductos lo que permite
que el recurso hiacutedrico al ser usado tenga la temperatura deseada este ciclo se repite ya
que el liacutequido que funciona como intercambiador de calor retorna al colector solar para
realizar el proceso de nuevo (SLU 2015)
La recoleccioacuten de energiacutea eleacutectrica por medio de paneles solares es la maacutes
conocida en el mundo ya que es la base de esta tecnologiacutea para entender su
funcionamiento se debe comprender sus caracteriacutesticas por medio del siguiente paacuterrafo
se pueden identificar
La recoleccioacuten de energiacutea solar por medio de paneles fotovoltaicos se obtiene
gracias a las celdas que se encuentran en la superficie del panel solar las cuales son
denominadas como ceacutelulas fotovoltaicas estas tienen la capacidad de convertir la
energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica esto es llamado efecto fotovoltaico este efecto provoca
la energiacutea solar (fotones) posteriormente se producen unas cargas positivas y negativas
en unos componentes llamados semiconductores que estaacuten directamente relacionados
con las celdas y tienen distinto tipo y por medio de estos se crea un campo eleacutectrico que
posteriormente permite obtener corriente eleacutectrica (SLU 2015)
El panel solar puede funcionar con diferentes tipos de materiales los cuales
funcionan de una manera similar los maacutes utilizados para producirlos son el arseniuro de
galio (Gas) este es maacutes utilizado en diferentes tipos de aparatos electroacutenicos los cuales
son maacutes complejos y el segundo es el silicio (Si) el cual tiene un costo econoacutemico menor
estos son maacutes faacuteciles de encontrar y por lo mismo son los maacutes utilizados en general
ademaacutes de ser utilizados por la industria microelectroacutenica cuando se evaluacutea el
rendimiento de las celular fotovoltaicas se puede concluir que estas estaacuten ligadas con la
estructura tridimensional en el interior de la laacutemina de silicio (SLU 2015)
El panel solar tiene la funcioacuten de recibir la energiacutea lo cual lo convierte en un
elemento clave a la hora de construir dispositivos que necesiten aprovechar la energiacutea
solar ya que tambieacuten se deben tener en cuenta factores importantes en cuanto al manejo
122
de este tales como son la ubicacioacuten ya que es de vital importancia garantizar que se
aprovecha de la mejor manera la energiacutea proporcionada por el sol esto debido a que se
debe tener en cuenta el movimiento de la tierra alrededor del sol para identificar los
aacutengulos y zonas que permitan optimizar esta recoleccioacuten de energiacutea
Pavimentos articulados
Los pavimentos articulados tienen una caracteriacutestica principal y es que estaacuten
disentildeados con adoquines en su capa superior tambieacuten estaacute compuesta por un cuerpo el
cual contiene una capa de base y sub base con unas caracteriacutesticas de compactacioacuten
ademaacutes de opcionalmente realizar una adaptacioacuten a la sub rasante
Los adoquines son la caracteriacutestica maacutes visible de los pavimentos articulados ya que
estaacuten en su capa superior y son los primeros en tener contacto con los usuarios estos
se disentildean generalmente en forma de bloque macizo lo cuales tienen caracteriacutesticas de
dimensionamiento similares ya que es necesario uniformidad para su instalacioacuten ya que
son prefabricados y se traen al terreno para ser instalados uno tras de otro dejando juntas
entre ellos
Las demaacutes partes que componen el pavimento articulado son constituidas por un sello
de arena el cual se instala entre las juntas de los adoquines con el fin de rellenar pero
tambieacuten aportan un buen funcionamiento del pavimento a flexioacuten y la capacidad portante
de la superficie del pavimento posteriormente se encuentra una capa de arena la cual se
coloca con el fin de instalar los adoquines sobre esta esta arena debe tener una
granulometriacutea optima que permita un flujo libre de agua y la infiltracioacuten ademaacutes que sus
partiacuteculas deben ser resistentes a la degradacioacuten (CASTILLO 2003)
Las capas siguientes son denominadas cuerpo la que se encuentra posteriormente a
la capa de arena es llamada base y es la encargada de proporcionar una mejor capacidad
estructurar y tambieacuten permite un apoyo uniforme del pavimento siguieacutendole por una capa
llamada sub base la cual se encuentra debajo de la base y es utilizada para traacuteficos
medios y altos mayormente ya que para traficas bajos basta con la uacuteltima capa llamada
capa de conformacioacuten esta capa se encuentra entre la sub base y la sub rasante es
instalada para mejorar las caracteriacutesticas del suelo y funciona como plataforma para la
construccioacuten de las anteriores capas (CASTILLO 2003)
123
Sensores de movimiento
Los sensores de movimiento son dispositivos electroacutenicos estos generalmente
funcionan de forma inalaacutembrica y su funcionamiento parte de captar el movimiento para
asiacute enviar informacioacuten a una central de control estos sensores son capaces de registrar
movimientos de un aacuterea determinada y son reconocidos en todo el mundo por su
utilizacioacuten en sistemas de seguridad e iluminacioacuten entre otras funciones (Palacios 2020)
Entre los sensores de movimiento varios tipos y variedades dependiendo de la
utilizacioacuten en cada caso entre los cuales se encuentran los siguientes
Los sensores de regulacioacuten luz crepuscular estos sensores basan su funcionamiento
en aumentar o disminuir la luz del dispositivo luminario relacionado con la luz ambiente
lo cual permite que si la luz ambiente es de mayor intensidad se disminuya la generada
por el dispositivo esto genera que se optimice la eficiencia del sistema de iluminacioacuten al
maacuteximo aprovechando la luz al maacuteximo solo cuando se es necesario este sensor es
utilizado generalmente en exteriores ya que en ese entorno se optimiza mejor su ventaja
al tener directamente la luz del ambiente (LEDOVET 2018)
Los sensores de movimiento de infrarrojos estos sensores basan su funcionamiento
en la utilizacioacuten de luces infrarrojas para identificar cambios caloriacuteficos en el aacuterea de
cobertura predeterminada lo que permite detectar si una persona se mueve dentro de
dicha aacuterea y puede utilizarse como receptor de informacioacuten para seguridad donde se
conectariacutea con otro dispositivo de alerta o tambieacuten combinarlo con un sistema de
iluminacioacuten que genere luz a la presencia de personas (LEDOVET 2018)
Los sensores de presencia ultrasoacutenicos estos sensores basan su funcionamiento en
la utilizacioacuten de ondas ultrasoacutenicas las cuales son generadas por el dispositivo en una
determinada aacuterea las cuales regresan por rebote al ya que chochan con cada objeto
encontrado en el entorno cuando estas ondas regresan y detectan un cambio en su
rebote alertan este cambio activando el sistema con el cual este disentildeado (SampP 2018)
Los sensores combinados estos tipos de sensores son disentildeados con las tecnologiacuteas
anteriormente nombradas ya que estas se pueden combinar con el fin de obtener ventajas
en su funcionamiento estos teniendo en cuenta la importancia ya que se pueden instalar
de forma que aumente el nivel de deteccioacuten como puede ser una combinacioacuten entre las
tres tecnologiacuteas o solo dos de las tres con el fin de aumentar la sensibilidad del sistema
124
informacioacuten recibida ya que se genera una activacioacuten de todo el sistema con la deteccioacuten
de solo uno de los dispositivos tambieacuten se puede lograr el efecto inverso al instalarlos
de forma que se tengan que activar los dos o tres lo que baja la intensidad de deteccioacuten
y le da una mejor flexibilidad en espacios donde no es necesaria tanta seguridad y evitar
incomodidades a los usuarios
En cuanto a la forma de regulacioacuten de estos sensores se encuentran la regulacioacuten
dependiendo del alcance en metros con el que sea disentildeado el sistema esto se realiza
con el fin de solo cubrir la zona donde se requiere la funcioacuten del sensor y no interferir en
otros lugares del mismo entorno donde no es necesario o no se desea interferir otra
forma de regulacioacuten de estos sensores se puede realizar por medio del tiempo ya que se
puede disentildear con el fin de que se active desde que detectan un cuerpo hasta que se
desee que dejen de funcionar con el fin de optimizar el uso buscando la maacutexima eficacia
tambieacuten se mitigara el consumo energeacutetico ya que solo permaneceraacute en funcionamiento
los momentos que sea necesario y por ultimo un tipo de regulacioacuten es con la tecnologiacutea
anteriormente nombrada la crepuscular donde se regula dependiendo de la luz
encontrada en el ambiente solo encendiendo cuando es necesario la luz (SampP 2018)
Concreto translucido
El concreto translucido es un material utilizado de diferentes formas ya que sus
propiedades le permiten aprovechar la luz siendo esta un factor maacutes influyente en las
obra de infraestructura a las que se le implementa este tipo de concreto ya sea para el
aprovechamiento de luz del entorno y asiacute mitigar problemas ambientales o crear maacutes
confort en los usuarios como para generar una estructura combinada con luz artificial
que a su vez tambieacuten se puede combinar con energiacuteas renovables para obtener
beneficios ambientales ademaacutes de poder jugar con las diferentes formas y lugares en los
cuales se puedan construir como estructuras deportivas viacuteas zonas comunes entre otras
donde estas tengan un impacto innovador
El concreto translucido fue patentado por aron losonczi el cual tuvo la idea de unir dos
caracteriacutesticas diferentes como lo es la dureza del concreto y la transparencia de un
material translucido su investigacioacuten se dirigioacute a la implementacioacuten de fibras oacutepticas en
el concreto convencional con el fin de crear productos que permitan construir paredes de
interiores o exteriores suelos iluminados o en proyectos de arte y disentildeo (OMPI
ORGANIZACION MUNDIAL DE LA PROPIEDAD INTELECTUAL 2015)
125
En la actualidad existen dos tipos de concreto translucido que destacan en el
mundo los cuales son el concreto translucido construido con fibra oacuteptica y el concreto
translucido polimeacuterico
Concreto translucido con fibra oacuteptica
El concreto translucido con fibra oacuteptica estaacute compuesto por miles de filamentos de fibra
oacuteptica la cual se agrega al concreto y generalmente tienen un diaacutemetro entre los 2mm y
2 micras para que tenga un buen desempentildeo deben estar orientadas en la misma
direccioacuten esto de un lado al otro de la pieza que se construya generalmente la proporcioacuten
de fibra suministrada al conglomerado es del 4 del volumen de la pieza de concreto
construida en total (ARCUS GLOBAL 2020)
La caracteriacutestica que le da lo translucido al concreto es a implementacioacuten de las fibras
oacutepticas ya que la luz que impacta por una cara del concreto en un extremo de las fibras
oacutepticas acomodadas en la misma direccioacuten generan que la luz se perciba aunque con
una menor intensidad al otro extremo de las fibras oacutepticas en este orden de ideas entre
maacutes intensa sea la luz en la cara donde se realiza el contacto maacutes intenso se veraacute en la
otra cara de la pieza construida (ARCUS GLOBAL 2020)
Otra caracteriacutestica de las piezas construidas con fibras oacutepticas son las sombras
generadas en la cara que se tiene luz ya que estas tambieacuten aparecen en la otra cara del
concreto y se destacan por su contorno lo que le da un plus de esteacutetica y esta
caracteriacutestica del concreto translucido con la luminosidad se puede dar hasta 20 metros
todo gracias a las fibras oacutepticas que contienen en su interior y en cuanto a la parte
estructural no se implementan barras de aceros como se acostumbra en el concreto
convencional si no barras de plaacutestico transparentes y tambieacuten se obtiene una resistencia
similar a la de los concretos tradicionales (ARCUS GLOBAL 2020)
Concreto Translucido Polimeacuterico
El concreto translucido polimeacuterico tiene una composicioacuten que se asemeja mas a la
tradicional la caracteriacutestica que le permite ser translucido es el cambio del cemento
convencional parcial o complementariamente por un conglomerante polimeacuterico
transparente llamado el ilum (ARCUS GLOBAL 2020)
La diferencia entre el anterior concreto desarrollado a partir de fibras oacutepticas y este
desarrollado a partir de ilum es que el ilum permite la entrada de luminiscencia por todas
126
las direcciones esto tambieacuten depende de la dosificacioacuten ya que al agregar el componente
aacuterido pierde un poco esta caracteriacutestica para obtener grandes resultados se debe tener
una granulometriacutea bien cuidada tambieacuten se obtiene que la resistencia a la compresioacuten
de este tipo de concreto translucido puede ser similar o en ocasiones superior a la del
concreto convencional (ARCUS GLOBAL 2020)
Este trabajo de investigacioacuten utiliza el concreto transluacutecido SEUS elaborado con
poliacutemeros y materiales reciclados que seguacuten Perdomo amp Fandintildeo (2020) registra una
buena resistencia a la compresioacuten (44 MPa) cuando se usa aglomerante de resina de
polieacutester insaturado (Perdomo C amp Fandintildeo M 2020)
43 MARCO CONCEPTUAL
Meacutetodos de disentildeo de pavimentos
Meacutetodo racional
El meacutetodo racional muestra la estructura de pavimento como un medio elaacutestico sobre
el cual se coloca una carga la cual genera en la estructura un esfuerzo el cual es aplicado
especiacuteficamente en la capa superior para comprender estos esfuerzos se puede
interpretar a traveacutes de un modelo mecaacutenico el esfuerzo ejercido en la capa superior se
propaga a traveacutes de la estructura y cada vez que avanza en la estructura el esfuerzo es
menor esto quiere decir que si el grosor del medio elaacutestico que soporta los esfuerzos es
mayor mejor soporta los esfuerzos por que maacutes distancia recorre maacutes deacutebil se vuelve el
esfuerzo
Para el dimensionamiento del pavimento por el meacutetodo racional por el modelo
Boussinesq se tiene en cuenta que la presioacuten ejercida por el neumaacutetico o un peatoacuten el
cual ejerce una carga (Lizcano 2003) las cuales generalmente son mayores de lo que
puede soportar un terreno natural por esta razoacuten la calzada disentildeada debe repartir esta
presioacuten con el fin de volverla tolerable y estos modelos siguen las hipoacutetesis encontradas
a continuacioacuten
ldquoLa carga aplicada a la calzada se esquematiza por una presioacuten qₒ sobre un circulo de
radio ϕ como se puede observar en la siguiente figurardquo (Lizcano 2003)
127
ldquoEl suelo soporte requiere elaacutestico modo de Young E2 relacioacuten de poisson v2 este
suelo solo puede resistir sin deformarse exageradamente un esfuerzo vertical admisible
(σ2) inferior presioacuten a ntildea presioacuten qₒ coacutemo se puede observar en la siguiente figurardquo
(Lizcano 2003)
Figura 7 Distribucioacuten de esfuerzos Modelo Boussinesq
Fuente (Boussinesq 2020)
Posteriormente se identifica una profundidad la cual se determina como H esto con el
fin de que la presioacuten vertical se encuentre al final difusa ya que no se puede sobrepasar
el esfuerzo vertical admisible (Sz) el meacutetodo Boussinesq encontroacute una solucioacuten al poner
que en una profundidad z el esfuerzo vertical es de la siguiente manera (Lizcano 2003)
1205902 = 1199020
[
1 minus(119911119886)
3
(1 + (1199112
1198862))
32
]
Donde
σ2= esfuerzo vertical
128
α = radio de la carga de la huella circular o semieje en la direccioacuten x de la carga de
huella eliacuteptica
q = presioacuten de la carga
X Y y Z = coordenadas cartesianas de un punto
Esta nomenclatura aplicada al pavimento se puede representar de la siguiente manera
Figura 8 Esfuerzos que sufren los pavimentos en tres direcciones
Fuente (Lizcano 2003)
Donde
σ2= esfuerzo vertical
σr= esfuerzo radial de traccioacuten
Es= moacutedulo de Young de un masivo semifinito
v= coeficiente de poisson
ͳ= cizallamiento
Las fuerzas anteriormente nombradas ejercidas en el pavimento se pueden observar
en la siguiente grafica donde se puede identificar la forma en la que un neumaacutetico ejerce
presioacuten sobre el pavimento teniendo en cuenta que el neumaacutetico tiene una forma en la
cual se distribuyen las presiones en forma de ovalo por lo cual en cuanto maacutes se acerca
a su centro maacutes fuerte se vuelve esta presioacuten se puede observar como en la uacuteltima fase
los colores son cada vez maacutes intensos esto quiere decir que en ese logar el pavimento
estaacute sometido a maacutes esfuerzo
129
Figura 9 Huella de la llanta del vehiacuteculo sobre el pavimento
Esfuerzos graficados Fuente (Xiaodi Hu 2017)
Meacutetodo AASHTO
El meacutetodo AASHTO llamado asiacute por sus siglas (American Association of State Highway
and Transportation Officials) es caracteriacutestico por ser un meacutetodo de disentildeo semiempirico
donde en sus inicios fue evaluado para pavimentos flexibles pero tambieacuten fue adaptado
para pavimentos articulados ya que cogieron este como base esto conlleva a que
compartan muchas similitudes es importante tener en cuenta que este meacutetodo emplea
unidades las cuales se estiman mediante el traacutefico ejes estaacutendar en unidades inglesas
18 Kips (82 toneladas) (CASTILLO 2003)
La foacutermula base de este meacutetodo es la siguiente
log10(119864119860119871119904 lowast 119865119903)
= 939 lowast log10(119878119873 + 1) minus 02 + (log10 (119875119900 minus 119875119905
119875119900 minus 15) (04 + (
1094
(119878119873 + 1)519)
+ (232 lowast log10 119872119903) minus 807
Donde
EALs= numero de eje de 18 Kips acumulado en el periodo de disentildeo
Fr= factor de confiabilidad del disentildeo 10^(Zr+So)
Zr= fractil estaacutendar de la ley (funcioacuten de R)
So= desviacioacuten estaacutendar
R= nivel de confiabilidad
SN= numero estructural de la capa
Po= serviciabilidad inicial del pavimento
Pt= serviciabilidad final del pavimento
130
Mr= moacutedulo resiliente de la subrasante (psi)
Generalmente la desviacioacuten estaacutendar es recomendada como 045 el factor de
confiabilidad usado en la formula anteriormente nombra se encuentra dependiendo de la
importancia de la viacutea con lo que se debe tener en cuenta las siguientes recomendaciones
para encontrar el Fr
Tabla 1 Factor de confiabilidad
Nivel de confiabilidad
() 119917119929
50 1000
60 1300
70 1721
75 2010
80 2390
85 2929
90 3775
95 5499
99 8527
Fuente (CASTILLO 2003)
Para definir el nivel de confiabilidad con el que se debe disentildear la viacutea se debe tener en
cuenta factores que dan un nivel de importancia dependiendo del tipo de viacutea que se va a
construir en el siguiente cuadro se encuentran los criterios que deben tenerse en cuenta
para poder obtener un nivel de confiabilidad recomendado
131
Tabla 2 Nivel de confiabilidad
Clase de viacutea
Trafico
promedio
diario
Factor de
distribucioacuten por
carril()
Nivel de
confiabilidad
recomendado
()
Arterias o viacuteas principales
Urbana 40000 90 90
Rural 15000 90 85
Colectora principal
Urbana 15000 90 85
Rural 6000 90 80
Colectora
secundaria
Urbana 6000 100 80
Rural 2000 100 80
Comercial Multifamiliar
Urbana 2000 100 75
Fuente (CASTILLO 2003)
Para encontrar el numero estructural de la capa se debe utilizar la siguiente formula
119878119873 = Σ(119886119894 lowast 119905119894)
Donde
ai= coeficiente de capa de la i
ti= espesor de la capa i
La estructura del pavimento disentildeada por el meacutetodo Asshto despueacutes de tener en
cuenta los materiales con los que se van a construir cada capa y el aporte estructural que
se encuentra en cada una de estas con los cuales dependiendo de la necesidad se elige
su espesor quedariacutean de la siguiente manera
132
Figura 10 Estructura del pavimento AASTHO 1993
Fuente Guiacutea para el disentildeo de estructuras de pavimentos AASTHO 1993
Meacutetodo PCA
Para el disentildeo por el meacutetodo PCA se rige principalmente por los siguientes factores
-resistencia del concreto a la flexioacuten denominada como MR
El moacutedulo de rotura denominado como Mr es uno de los factores maacutes importantes en
el disentildeo de pavimentos articulados ya que por medio de este se mide la tensioacuten maacutexima
que puede soportar un espeacutecimen el cual debe ser fallado a flexioacuten esto ejerciendo las
cargas en 3 puntos
El moacutedulo de rotura puede ser obtenido mediante cargas cantiliver en un punto central
en los tercios Una diferencia importante en estos meacutetodos de prueba es que la prueba
de la carga en los tercios da la miacutenima resistencia en el tercio central de la viga ensayada
mientras que los otros dos meacutetodos muestran la resistencia en un solo punto (Robert G
Packard 1995)
Las pruebas anteriormente mencionadas se realizan generalmente a los 7 14 y 28 y
90 diacuteas las pruebas realizadas a los 7 y 14 diacuteas son utilizados generalmente para
recopilar informacioacuten sobre el comportamiento del concreto y control en el trabajo y para
determinar en queacute momento se puede dar apertura al pavimento los ensayos a 28 diacuteas
son comuacutenmente utilizados para los espesores de la capa superior del pavimento y el
133
uacuteltimo ensayo el de los 90 diacuteas son utilizados para el disentildeo de pistas de aterrizaje
(Robert G Packard 1995)
El concreto tiene una la habilidad de ganar resistencia al aumentar los antildeos de vida
esto se puede representar en una graacutefica la cual representa diferentes tipos de ensayos
realizados a vigas de pruebas las cuales fueron curadas en el campo y tambieacuten de varias
partes de hormigos las cuales estaban en servicio lo cual se puede observar a
continuacioacuten
Figura 11 Evolucioacuten de la resistencia a la flexioacuten en funcioacuten del tiempo
Grafica resistencia Fuente (Robert G Packard 1995)
-Resistencia encontrada de la subrasante y la subbase combinadas denominada como
K
El soporte de la subrasante y la subbase es definido en teacuterminos del moacutedulo de
reaccioacuten de la subrasnate (k) de westergaard Es igual a la carga en libras por pulgada
cuadrada sobre el aacuterea de la carga dividido por la deflexioacuten en pulgadas para esa carga
Los valores de k son expresados como libras por pulgada cuadrada por pulgada es decir
como libras por pulgada cubica (pci) (Robert G Packard 1995) En la siguientes dos
tablas se puede observar el efecto de la subbase asiacute encontrando el valor de K donde
se evaluacutean de dos formas una con la subbase no tratada y la otra con la subbase tratada
con cemento
Tabla 3 Nivel de confiabilidad
Valor de k de la subrasante pci
Valor k de la subbase pci
4 Pulg 6 Pulg 9 Pulg 12 Pulg
134
50 65 75 85 110
100 130 140 160 190
200 220 230 270 320
300 320 330 370 430
Valor de k subbase no tratada Fuente (Robert G Packard 1995)
Tabla 4 Nivel de confiabilidad
Valor de k de la subrasante pci
Valor k de la sub-base pci
4 Pulg 6 Pulg 9 Pulg 12 Pulg
50 170 230 310 390
100 280 400 520 640
200 470 640 830 -
Valor de k subbase tratada con cemento Fuente (Robert G Packard 1995)
-los tipos de cargas que soportara el pavimento frecuencia y pesos
Este factor estaacute en unos de los maacutes importantes ya que se determinan las cargas a las
cuales se va a estar expuesta la viacutea durante toda su vida uacutetil y estas cargas son
directamente responsables con los otros factores del espesor de la viacutea y se deben tener
en cuenta tres factores los cuales se pueden observar a continuacioacuten
Trafico promedio diario de todos los vehiacuteculos
Trafico promedio diario de camiones
Cargas axiales de los camiones
-El uacuteltimo factor es el periodo de disentildeo de la viacutea
El periodo de disentildeo de la viacutea generalmente estaacute en 20 antildeos algunas veces maacutes y
otras menos pero todo depende del criterio que se tenga en la caracteriacutesticas que
requiera la viacutea algunos ingenieros dicen que el rango de periodo de disentildeo debe estar
entre 30 y 35 antildeos algunas obras donde sus materiales carecen de defectos se pueden
disentildear hasta maacutes de 40 antildeos pero todos estos periodos de disentildeo se pueden justificar
de acuerdo a la importancia o tambieacuten econoacutemicamente ya que este afecta directamente
al grosor del pavimento ya que al aumentar los antildeos de disentildeo se incrementan los
135
nuacutemeros de ejes estaacutendar que pasaran por la viacutea ademaacutes de los servicios adicionales
durante el periodo (Robert G Packard 1995)
44 MARCO CONTEXTUAL
El tramo de prueba donde se realizaraacute la validacioacuten en campo del sendero inteligente
Step by Step estaacute ubicado en el Parque Simoacuten Boliacutevar del municipio de Agua de Dios
sitio muy concurrido por la poblacioacuten lo que aduce que no solo impacta a traacutefico peatonal
si no que genera atractivo turiacutestico
El municipio tradicionalmente celebra actividades religiosas en el cerro de la cruz en
un ambiente de clima huacutemedo oacuteptimo para realizar actividades luacutedicas con la naturaleza
con gran variedad de especies Sin embargo desde los uacuteltimos 15 antildeos la afluencia de
los habitantes a estas fiestas ha registrado un declive dejando de lado los atractivos de
este sitio como las aguas azufradas a las cuales se dice que fueron la razoacuten de la
denominacioacuten del municipio sumado a una historia basada en el abandono de los
enfermos de Lepra por parte de la sociedad en el tradicional Puente de los Suspiros
Figura 12 Localizacioacuten del Municipio de Agua de Dios Cundinamarca
Fuente web httpswwwgooglecommaps 2020
El municipio Agua de Dios se encuentra ubicado en el departamento de Cundinamarca
en la zona del alto magdalena donde sus municipios vecinos son Girardot a 26 km al
noreste Tocaima a 15 km al noroeste y Nilo a 8km al sur del municipio Este municipio
136
con un poco maacutes 10000 habitantes (DANE 2018) y que se encuentra a una distancia
total de 124 kiloacutemetros de la Capital del paiacutes Bogotaacute es un municipio pequentildeo de veranos
largos muy calientes y bochornosos los inviernos son cortos Seguacuten el IDEAM la
temperatura media anual de agua de Dios se encuentra entre 26degC y 28degC (IDEAM
2014)
Figura 13 Zona urbana Municipio de Agua de Dios
Fuente web httpswwwgooglecommaps 2020
Al sur oriente se localiza el parque ecoturiacutestico los chorros (ver Figura 14) lugar que
cuenta con una historia enriquecedora desde la fundacioacuten del municipio y que
actualmente se encuentra en un estado de deterioro Pese a que se encuentran diferentes
tipos de especies de aacuterboles y animales lo convierten en sitio turiacutestico rodeado de
balnearios y zonas de comida con un clima extraordinario y con una riqueza cultural a
nivel nacional siendo un sitio propicio para implementar el Step by Step a futuro
137
Figura 14 Balneario los Chorros Agua de Dios
Fuente (Alcaldia de Agua de Dios 2019)
Seguacuten el IDEAM la radiacioacuten solar que emite el Sol se propaga en todas las direcciones
a traveacutes del espacio esa energiacutea es el motor que determina la dinaacutemica de procesos
atmosfeacutericos y de clima La radiacioacuten solar nos proporciona efectos fisioloacutegicos positivos
tales como estimular la siacutentesis de vitamina D que previene el raquitismos y osteoporosis
favorece la circulacioacuten sanguiacutenea actuando en algunos tratamientos en algunas
dermatosis y estimula en algunos casos la siacutentesis de los neurotransmisores cerebrales
responsables del estado aniacutemico (IDEAM 2014) Por esto estaacute encargado de medir la
radiacioacuten solar a nivel nacional argumentando que es importante principalmente como
una de las fuentes alternativas de energiacutea en la generacioacuten de electricidad ademaacutes de
que ayuda a un sin nuacutemero de aplicaciones para crear modelos de prediccioacuten del tiempo
y el clima (IDEAM 2014)
El portal ACCUWEATHER de internet cuenta con alta tecnologiacutea y esta actualizado
cada diacutea sobre datos de clima viento lluvias en cualquier lugar del mundo El sitio web
dice que en el municipio de Agua de Dios se encuentra un historial de temperaturas que
estaacuten entre los 9degC y los 32degC asiacute como hay raacutefagas de viendo que superan los 10
kiloacutemetros por hora (accuweather 2020)
Asiacute mismo cuenta con la microcuenca de la quebrada la Punaacute y esta a su vez hace
parte de la subcuenca del Rio Bogotaacute Cuenca mayor del Rio Magdalena (SECHAGUA
2016) se cuentan con estudios medio ambientales que referencian al municipio y del cual
se pueden tener en cuenta para los datos de precipitacioacuten de lluvias sobre el municipio
138
Seguacuten la Corporacioacuten Autoacutenoma Regional de Cundinamarca CAR en el municipio se
encuentra la estacioacuten meteoroloacutegica de precipitacioacuten denominada Las Violetas Dicha
estacioacuten recoge informacioacuten importante para dar a conocer un valor puntual climaacutetico de
la zona de estudio y con estos datos se pueden evaluar otros factores que sirven para la
agricultura y demaacutes Dichos valores de precipitacioacuten son para los puntos de control para
altitudes de 0 a 1000 metros sobre el nivel del mar
Agua de Dios dentro de un escenario neutro se encuentra en el intervalo de
precipitacioacuten 186 miliacutemetros a 1656 miliacutemetros Bajo un escenario donde se presenta el
fenoacutemeno de El Nintildeo en un intervalo que va desde 264 miliacutemetros hasta 1933
miliacutemetros Y por uacuteltimo bajo un escenario en el que se presenta el fenoacutemeno de La Nintildea
en un intervalo que va desde 436 miliacutemetros hasta 2192 miliacutemetros (CAR 2015)
Teniendo en cuenta los datos anteriores y otros tomados en periodos maacutes largos de
tiempo la CAR hace un anaacutelisis espacial de la precipitacioacuten sobre los municipios que
hacen parte de la jurisdiccioacuten de la CAR Dicho lo anterior el anaacutelisis muestra un reacutegimen
de lluvias bimodal lo que quiere decir que se presentan dos temporadas de lluvias altas
y dos temporadas de lluvias de baja intensidad durante el antildeo la primera temporada de
lluvias se presenta en los meses de diciembre enero y febrero al mismo tiempo se
presentan diferencias en sus cantidades de lluvias espacialmente los menores
voluacutemenes de lluvia se presentan en la cuenca del Rio Bogotaacute donde oscilan en promedio
de 11 y 40 mm mensuales La segunda temporada de lluvias menos intensa se presenta
en los meses de junio Julio y agosto los valores maacutes bajos de lluvias se presentan en la
Cuenca del Rio Bogotaacute donde oscilan de 19 a 42 mm La primera temporada de
voluacutemenes altos de lluvias se presenta en los meses de marzo abril y mayo donde los
valores se encuentran entre 200 y 400 mm mensuales La segunda temporada de lluvias
altas se dan en los meses de septiembre octubre y noviembre los voluacutemenes de lluvia
se encuentran entre 150 y 340 mm mensuales acumulados (CAR 2015)
En consecuencia la temporada de lluvias bajas se concentra en seis meses del antildeo
meses que son importantes para el turismo en todas las regiones del paiacutes Se evidencia
la temporada de fin de antildeo y de mitad de antildeo que son importantes porque la mayoriacutea de
las personas se encuentra en temporada de vacaciones y el municipio de Agua de Dios
durante esa eacutepoca es visitado por ciudadanos de todas las regiones
139
45 MARCO LEGAL
La norma que establece las especificaciones teacutecnicas para el control de calidad de
adoquines de concreto hidraacuteulico en Colombia es la Norma Teacutecnica Colombiana (NTC)
2017 para construir pavimentos articulados tanto para traacutefico peatonal como traacutefico
vehicular asiacute como tambieacuten la descripcioacuten de los materiales que se usan para su
fabricacioacuten
Si se desean caracteriacutesticas diferentes a las que exige la norma estas deben ser
especificadas antes de iniciar el disentildeo del adoquiacuten
A continuacioacuten se muestran unas tablas donde se refleja lo que exige la norma teacutecnica
colombiana NTC 2017 en cuanto al disentildeo de adoquines Ademaacutes de esto la informacioacuten
se sustenta con informacioacuten tomada del Instituto para el Desarrollo Urbano de Bogotaacute la
norma internacional ASTM la norma del Instituto Nacional de Viacuteas (INVIAS)
Tabla 5 Partes de los Adoquines
PARTE ESPECIFICACION ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Cara de desgaste
NTC 2017 Parte superior del adoquiacuten la cual queda al aire en su instalacioacuten
Soporta directamente el transito
Capa superior capa superficial
NTC 2017 Capa que conforma la cara de desgaste en adoquines bicapa
No todos los adoquines son bicapa
Capa inferior NTC 2017
Capa ubicada debajo de la capa superficial en adoquiacuten bicapa Constituye la mayoriacutea de la masa de los mismos
No todos los adoquines son bicapa
Cara de apoyo
NTC 2017 Cara inferior del adoquiacuten
Cara que queda en contacto con la capa de arena en su instalacioacuten
Superficie de referencia
NTC 2017
En adoquines no biselados es la superficie que corresponde a la cara de desgaste En adoquines biselados corresponde a la
140
cara de desgaste sin tomar en cuenta el volumen del prisma sustraiacutedo por el bisel
Forma
NTC 2017
Poliacutegono que define la cara de desgaste y la cara de apoyo y que a su vez determina el prisma recto que le da volumen al adoquiacuten
Arista NTC 2017 Liacutenea de interseccioacuten entre dos planos o caras
Hace referencia a lo que conforma la cara de desgaste y las paredes
Arista de Laacutepiz
NTC 2017
Arista de forma redondeada con radio de35 mm aproximadamente
Se le da forma redondeada en el proceso de fabricacioacuten
Bisel NTC 2017
Perfil inclinado a 45deg aproximadamente en adoquiacuten biselado o parcialmente biselado
Se considera como parte del bisel la franja generada por las rebabas verticales una vez retiradas
Separador NTC 2017
Salientes verticales (nervaduras placas) generadas en las paredes del adoquiacuten para garantizar la separacioacuten
Se hace con el fin de que las juntas se puedan llenar de arena
FUENTE Informacioacuten propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 de
2004-02-05 y el Instituto de Desarrollo Urbano (IDU)
Tabla 6 Geometriacutea del adoquiacuten seguacuten NTC 2017
DIMENSIONES ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Espesor Dimensioacuten perpendicular a la cara de desgaste
141
Medida desde la cara de desgaste hasta la capa inferior
Espesor estaacutendar (ee)
Espesor tomado de manera anaacuteloga del espesor real
Lo especifica el productor
Espesor real (er) Espesor del adoquiacuten Medido en cada espeacutecimen
Espesor real promedio (er) del espeacutecimen
Promedio de cuatro mediciones del espesor real
Las cuatro mediciones son en el mismo espeacutecimen
Espesor real promedio (er) de la muestra
Promedio de valores del espesor real promedio del espeacutecimen
Se calcula con la cantidad de especiacutemenes de la muestra
Espesor de la capa superficial (ecs) del espeacutecimen
Espesor miacutenimo de la capa superficial en adoquines bicapa
Se mide con relacioacuten a la superficie de referencia
Espesor de la capa superficial (ecs) de la muestra
Promedio de valores del espesor de la capa superficial del espeacutecimen
Se calcula con la cantidad de especiacutemenes para la muestra
Longitud Dimensioacuten del adoquiacuten en direccioacuten del eje mayor del aacutengulo inscrito
No se incluyen separadores
Longitud estaacutendar (le)
Longitud tomada de manera anaacuteloga de la longitud real
Se especifica por el fabricante
Longitud nominal (ln)
Suma de la longitud estaacutendar maacutes el ancho estaacutendar
Longitud real (lr) Es la longitud del adoquiacuten Longitud medida directamente en cada espeacutecimen
Longitud real promedio (lr) del espeacutecimen
Promedio de dos mediciones de la longitud real
Longitudes medidas para cada espeacutecimen
Longitud real promedio (lr) de la muestra
Promedio de los valores de la longitud real promedio del espeacutecimen
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Ancho Medicioacuten del adoquiacuten en direccioacuten del eje menor del rectaacutengulo inscrito
No se incluyen separadores
142
Ancho estaacutendar (ae)
Ancho tomado de manera anaacuteloga del ancho real
Se especifica por el fabricante
Ancho nominal (an)
Suma del ancho estaacutendar maacutes el ancho de la junta estaacutendar
Ancho real (ar) Es el ancho del adoquiacuten Se mide directamente sobre cada espeacutecimen
Ancho real promedio (ar) del espeacutecimen
Promedio de dos mediciones del ancho real
Medidas para cada espeacutecimen
Ancho real promedio (ar) de la muestra
Es el promedio del ancho real promedio del espeacutecimen
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Ancho del rectaacutengulo inscrito (ai)
Dimensioacuten del eje menor del rectaacutengulo inscrito
Proyeccioacuten horizontal del bisel (phb)
Proyeccioacuten del perfil del bisel sobre la superficie de referencia
Incluye la franja por rebaba si existe
Proyeccioacuten vertical del bisel (pvb)
Proyeccioacuten del perfil del bisel sobre la pared del adoquiacuten
Incluye la franja por rebaba si existe
Ancho de los separadores (as)
Dimensioacuten transversal de los separadores en el plano de la pared del adoquiacuten
Espesor de los separadores (as)
Dimensioacuten de los separadores en sentido perpendicular a la pared del adoquiacuten
Espesor de los separadores promedio (es) del espeacutecimen
Promedio de los valores del espesor de los separadores
Medidos para cada espeacutecimen
Espesor de los separadores promedio (es) de la muestra
Promedio de los valores del espesor de los separadores promedio
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Fuente Propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 publicada 2004-02-
05
143
Tabla 7 Requisitos geomeacutetricos de los adoquines
REQUISITOS ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Longitud nominal (ln)
No debe ser mayor a 250 mm ni menor a 50 mm
Por lo general se encuentra entre 100 mm y 250 mm
Ancho nominal (an)
No debe ser menor a 50 mm Por lo general se recomienda 80 mm
Espesor estaacutendar (ee)
No debe ser menor a 60 mm Se recomienda espesores para uso peatonal no menor a 60 mm y a vehicular no menor a 80 mm
Junta estaacutendar Deber ser de 2 mm Si es mayor se considera malformacioacuten
Relacioacuten entre longitud nominal y ancho nominal
Debe ser menor o igual a 4 No se aplica a unidad complementaria o especial
Relacioacuten entre longitud nominal y espesor estaacutendar
Debe ser menor o igual a 4 No se aplica a unidad complementaria o especial
Tolerancias en la longitud real y ancho real
Cada par de mediciones no debe diferir entre si en maacutes de 15 mm
Mediciones tomadas sobre la cara de desgaste y sobre la cara de apoyo
Tolerancias en la longitud real promedia y ancho real promedia
Cada espeacutecimen de la muestra no deben diferir de la longitud estaacutendar y ancho estaacutendar en maacutes de 15mm
Mediciones tomadas en cada espeacutecimen de la muestra
Tolerancias en espesor real y espesor estaacutendar
Las mediciones del espesor real no deben diferir del espesor estaacutendar en maacutes de 2 mm
Adoquines con acabado plano o junta falsa
Aristas
Para las aristas en adoquines no biselados se aceptan desportilladuras con una dimensioacuten no mayor a 3 mm
Desportilladuras mayores a 3 mm se consideran defectos
Bisel
Debe tener igual forma y perfil en toda la longitud Tanto proyeccioacuten horizontal (phb) y proyeccioacuten vertical (pvh) debe ser miacutenimo 3 mm y maacuteximo 7 mm
Rango La diferencia entre la mayor y la menor de las mediciones de phb
Medidas tomas para cada espeacutecimen de la muestra
144
y pvh no debe ser mayor de 15mm
Separadores
En cada pared del adoquiacuten se debe tener un separador por adoquiacuten seguacuten el patroacuten de instalacioacuten Ancho de separador debe estar entre 4 mm y 15 mm Espesor del separador debe ser 2 mm maacutes o menos 05 mm
Solo aplica para adoquines con separadores descritos anteriormente
Capa superficial Espesor de la capa superficial (ecs) debe ser al menos 8 mm
Solo se aplica para adoquines bicapa En ninguacuten momento durante su uso o en el ensayo a flexo traccioacuten se debe presentar desprendimiento total y parcial de las dos capas
Fuente Propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 publicada 2004-02-
05
451 ABSORCION DE AGUA
Seguacuten la Norma Teacutecnica Colombiana ICONTEC 2017 lo adoquines de concreto al
momento de salir de la faacutebrica deben presentar una absorcioacuten de agua (Aa) menor o
igual al 7 como valor promedio de los especiacutemenes de la muestra y menor o igual a 8rdquo
para cada adoquiacuten individual (Icontec 2018)
Equipo
Para realizar las mediciones de las dimensiones del adoquiacuten se debe contar con un
calibrador de aguja con divisiones cada 01mm (Icontec 2018)
Para realizar ensayo de absorcioacuten de agua se usan los cinco especiacutemenes de la
muestra despueacutes de haberles medido las dimensiones exceptuando la del espesor de la
capa superficial y a los que posteriormente se les va a realizar ensayo a flexo traccioacuten
(Icontec 2018) Las masas se deben registrar con una balanza con una sensibilidad de
1 gramo
Y un horno ventilado con una temperatura controlada entre 100 C y 115 C y con un
volumen de al menos 25 veces el de los especiacutemenes que se van a secar al mismo
tiempo (Icontec 2018)
145
Procedimiento
Todos los especiacutemenes de la muestra se deben secar simultaacuteneamente en un horno
ventilado a una temperatura entre 100 C y 115 C Deben quedar separados entre si y de
cualquier superficie caliente como miacutenimo 25 mm Se deben secar hasta obtener una
masa sema (ms) constante despueacutes de un periodo miacutenimo de secado de 24 horas y
hasta que en dos pesajes sucesivos a intervalos de 2 horas la masa presente una
disminucioacuten de menos del 02 con respecto a la masa anterior (Icontec 2018)
Saturacioacuten
Para el ensayo los especiacutemenes deben ser sumergidos en agua durante 24 horas a
una temperatura que debe encontrarse entre 15 C y 27 C Debe haber un volumen de
agua suficiente para que entre la superficie y la cara del adoquiacuten haya una medida entre
25 mm y 50 mm No se deben poner especiacutemenes sobre otros (Icontec 2018)
Caacutelculos
Se debe usar la siguiente ecuacioacuten para hallar el porcentaje de absorcioacuten de agua del
espeacutecimen (Icontec 2018)
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899 (119860119886) =(119872ℎ minus 119872119904)
119872119904lowast 100
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
452 RESISTENCIA A LA FLEXO TRACCION (MODULO DE ROTURA)
ESPECIMENES DE ENSAYO
Los especiacutemenes a usar son unidades a las que ya les fue evaluada la apariencia las
dimensiones y hallado el porcentaje de absorcioacuten de agua Deben ser unidades
completas Las unidades son sometidas al ensayo a flexo traccioacuten con el fin de halla el
146
Modulo de Rotura (MR) Las unidades deben permanecer sumergidas en el agua durante
24 horas antes del ensayo se sacan y se dejan escurrir durante un minuto luego se
secan con un pantildeo seco para someterlas a ensayo (Icontec 2018)
EQUIPO
La maacutequina de ensayo para la determinacioacuten de la resistencia a la flexo traccioacuten debe
ser capaz de aplicar cargas de 20 KN (Icontec 2018)
Figura 15 Prueba de ensayo a Flexo traccioacuten de Adoquines de concreto (Icontec
2018)
147
Fuente Editada por los autores de (Icontec 2018)
Procedimiento
El espeacutecimen saturado y superficialmente seco se coloca sobre la maacutequina de ensayo
con la cara de desgaste hacia arriba de manera que el elemento superior de la maquina
coincida con el eje menor del rectaacutengulo inscrito sobre la cara de desgaste y los apoyos
inferiores coincida con una liacutenea paralela 10 mm adentro de los lados menores del
rectaacutengulo inscrito (Icontec 2018)
La maacutequina de ensayo debe aplicar la carga a una velocidad tal que produzca un
aumento cercano a 05MPas quiere decir que un tiempo de ensayo de 10 segundos
para 5 MPas El valor calculado se debe expresar en la unidad equivalente a MPa con
exactitud de 01 MPa (Icontec 2018)
Aparte de la Norma Teacutecnica Colombiana (NTC) 2017 que es la norma que rige la
fabricacioacuten y el uso de adoquines existe la norma American Society of Testing Materials
(ASTM) es una asociacioacuten que se encarga de medir la resistencia de los materiales para
la construccioacuten dicha norma es la base para crear las normas de nuestro paiacutes por eso
148
es de gran importancia hacer mencioacuten de ella en este documento y a las normas que se
abarcan (Icontec 2018)
A continuacioacuten algunas de las normas ASTM para adoquines en concreto
ASTM C-936 absorcioacuten flexo traccioacuten y abrasioacuten (Icontec 2018)
Absorcioacuten maacutexima a la humedad la cual dice que la absorcioacuten promedio de las
muestras ensayadas no seraacute mayor del 5 con ninguacuten resultado individual mayor del 7
(Torres 2020)
clasifica a los adoquines en tipo A B Y C seguacuten cuadro
Tabla 8 Clasificacioacuten de los adoquines seguacuten su absorcioacuten
Clase
Absorcioacuten ( en de masa)
Promedio de 3
adoquines miacutenimo
Valor maacuteximo
individual
A le7 77
B le9 99
C le9 99
Fuente (Icontec 2018)
Ensayos a la flexo traccioacuten (moacutedulo de rotura) seguacuten norma ASTM C-936 promedio
459 kgcm2 individual 367Kgcm2 no se realiza en nuestro caso al menos que sea una
peticioacuten especial del cliente consiste en someter el adoquiacuten a una carga puntual para
medir su capacidad elaacutestica antes de romperse (Torres 2020)
Clasificacioacuten de los adoquines por su uso 1- Clase A uso industrial y traacutensito pesado
350 kgcm2 2- Clase b uso transito liviano 250 kgcm2 3- Clase c uso peatonales y
espacios puacuteblicos menores de 250 kgcm2
Tabla 9 Resistencia miacutenima de los adoquines
Clase Espesor miacutenimo
del adoquiacuten (mm)
Resistencia miacutenima a flexioacuten del adoquiacuten Mpa
(kgcm2)
Promedio de 3
adoquines
Miacutenimo de adoquiacuten
individual
149
A 54(55) 46(468)
B 41(42) 35(357)
C 41(42) 35(357)
Ensayo a la Abrasioacuten Es una prueba al desgaste que en algunos proyectos exigen
como referente para medir la perdida de volumen del aacuterea sometida (Torres 2020)
Tabla 10 Resistencia a la abrasioacuten
Meacutetodo de Ensayo Valor
Mediante arena y disco
metaacutelico ancho le23 mm
Ensayo de Bohme le20000 mm35000 mm2
Fuente (Icontec 2018)
ASTM C 33 Esta norma indica coacutemo hacer concreto y que elementos deben agregarse
para prepararlo y usarlo Los agregados tratados en la norma son tanto finos como
gruesos En la norma los agregados finos estaacuten definidos como arena natural arena
elaborada o una combinacioacuten de ambas Los agregados gruesos se definen como grava
grava triturada escombros horneados y enfriados por aire concreto triturado de cemento
hidraacuteulico (Velares 2020)
Tambieacuten establece los liacutemites sobre sustancias perjudiciales o nocivas de agregado
de concreto fino Por ejemplo hay liacutemites en la cantidad de terrones de arcilla y partiacuteculas
deleznables (piezas pequentildeas de agregado que se descomponen faacutecilmente) Eacutestas se
limitan a 30 por ciento o menos de la masa total El agregado extremadamente ligero
tambieacuten se limita a 30 por ciento o menos de la masa total y el carboacuten y lignito se limitan
a 50 por ciento o menos Cualquiera de estos elementos puede hacer que el concreto
pierda fuerza y se deteriore de forma maacutes raacutepida (Velares 2020)
ASTM C-140 Dicha norma se refiere al ensayo de absorcioacuten de agua dejando un
valor menor al 5 para la absorcioacuten promedio por muestra y de 7 para valores
individuales
ASTM C-979 Especificaciones sobre el uso de pigmentos
150
ASTM C-144 Requerimientos de granulometriacutea
Tabla 11 Franja granulomeacutetrica para arena de prefabricados
TAMIZ
PORCENTAJE QUE PASA
ARENA NATURAL
ARENA MANUFACTURADA
No 4 (475mm) 100 100
No 8 (236mm) 95-100 95-100
No 16 (118mm) 70-100 70-100
No 30 (0600 mm) 40-55 40-100
No 50 (0300 mm) 13-35 13-58
No 100 (0150mm) 2--15 10--15
No 200 (0075 mm) 0 0-10
Fuente (Icontec 2018)
En Colombia existen algunas leyes que promueven el uso de energiacuteas renovables
pero tambieacuten esas mismas leyes las regulan La ley maacutes importante en el paiacutes
colombiano es la Ley 1775 de mayo de 2014 dicha ley dice que se promueve y regula el
desarrollo y el uso de las fuentes de energiacuteas renovables no convencionales en especial
las que son renovables Promueve su integracioacuten al mercado eleacutectrico la participacioacuten
en zonas vulnerables y en otros usos energeacuteticos que aportan para el desarrollo
sostenible del paiacutes (COLOMBIA 2014)
La ley 1775 de 2014 y que promueve y regula el uso de energiacuteas renovables a su vez
es regulada por la Resolucioacuten 281 del 5 de Junio de 2015 que dictoacute el director general de
la Unidad de Planeacioacuten Minero Energeacutetica (UPME) la resolucioacuten dice que por medio de
la cual se regula la integracioacuten de energiacuteas renovables no convencionales al sistema
energeacutetico del paiacutes estable el marco legal y los instrumentos para la promocioacuten el
desarrollo y la utilizacioacuten de fuentes no convencionales de energiacutea (FNCE) (UPME 2015)
La UPME realizo anaacutelisis teacutecnicos y econoacutemicos consignados en el documento
ldquoANALISIS PARA LA DEFINICION DEL LIMITE MAXIMO DE POTENCIA DE LA
AUTOGENERACION A PEQUENtildeA ESCALA EN EL SISTEMA INTERCONECTADO
151
NACIONAL (SIN)rdquo y que estos sirvieron para la definicioacuten del liacutemite de que trata la
resolucioacuten Que resuelve que
ldquoARTICULO PRIMERO El liacutemite maacuteximo de potencia de la autogeneracioacuten a pequentildea
escala seraacute un (1) MW y corresponderaacute a la capacidad instalada del sistema de
generacioacuten del autogeneradorrdquo (UPME 2015)
152
5 DISENtildeO METODOLOacuteGICO
Este proyecto de investigacioacuten se realizaraacute bajo las condiciones espaciales
medioambientales de Girardot Ciudad y Regioacuten en coordinacioacuten en la sede de la Unidad
de ensayos e investigacioacuten del semillero de investigacioacuten SEUS donde se gestoacute y que
hace parte del macroproyecto ldquoPREFABRICADOS DE NUEVA GENERACIOacuteNrdquo
51 INSTRUMENTOS
La instrumentacioacuten que se emplea en el desarrollo de este proyecto de investigacioacuten
son propiedad del laboratorio PC Disentildeos y Construccioacuten SAS y que se pueden usar
gracias al convenio interinstitucional con la Universidad Piloto de Colombia SAM ldquoUnidad
de ensayos e investigacioacutenrdquo y el laboratorio
De igual forma se usan como patrones de medida lo que especifica la norma
colombiana para construccioacuten de edificaciones Sismo Resistentes NSR-10 Los
procedimientos de cada ensayo se ajustaron de acuerdo a las normas teacutecnicas
colombianas como las ICONTEC y homologada de la norma internacional ASTM
Tabla 12 Instrumentos empleados para el proyecto
INSTRUMENTO MUESTRA PROCEDIMIENTO
Juego de tamices y balanza 01
gr
Granulometriacutea mediante
uso de tamices
ASTM C136-01
NTC 77
Mesa de flujo y moldes para
cubos
Fluidez de morteros de
cemento hidraacuteulico ASTM C-230
Equipo de concretos
Mezcladora (trompo) balanzas
palustres varilla punta roma
cilindros de acero
Toma de muestras de
concreto y fabricacioacuten de
adoquines
ASTM C172-10
NTC 454
Formaleta para adoquiacuten
Fabricacioacuten de
especiacutemenes para
ensayos y tramo de
prueba
NSR-10
Prototipo disentildeado
por los autores
Prensa hidraacuteulica para ensayo a
compresioacuten
ASTM C392005
NTC 673
153
Compresioacuten de cilindros
de concreto y
especiacutemenes de adoquiacuten
Prensa hidraacuteulica para ensayo a
flexo traccioacuten
Ensayo a flexo traccioacuten
de especiacutemenes de
muestra
Horno para ensayo de
absorcioacuten y para secado
Ensayo de absorcioacuten y
secado de las muestras
Entrevista Comunidad Municipio
Agua de Dios
Canal comunitario
H20 TV
FUENTE Los autores 2020
154
6 PROCEDIMIENTO
Aquiacute seriacutea bueno que incluyeran un paacuterrafo contando de que se trata el procedimiento
de la investigacioacuten
Figura 16 Ruta de actividades para el prototipaje de Step by Step
Fuente Los autores octubre 2020
61 CRONOGRAMA
El horario de trabajo en campo es acordado entre los autores dado al nuevo ajuste por
las restricciones por la pandemia haciendo una articulacioacuten con la sede la Unidades de
ensayos e investigaciones del semillero SEUS Fabricando los adoquines en casa y
Caracteriza-cioacuten de
agregados
bull Arena
bullCemento
bullGravilla
Disentildeo de mezclas
bullDosificacioacuten
bullConcreto translucido
Disentildeo de prototipo
bullFormaleta
bullGeometriacutea
bullPeso
ResistenciabullFabricacioacuten de muestra
bullEnsayos a muestras
155
realizando los ensayos bajo las normas teacutecnicas y de bioseguridad en la sede del
laboratorio
Para cumplir cumplir con los objetivos de este proyecto de investigacioacuten se acuerda el
siguiente cronograma
Tabla 13 Cronograma de actividades para el prototipaje de Step by Step
Fases y sus actividades Responsables Fechas de
ejecucioacuten
Recursos a
utilizar
Formulacioacuten Marlon Barrera
Fabio Viancha nov-19 Laboratorio
Caracterizacioacuten de
agregados (ensayos de
laboratorio)
Marlon Barrera
Fabio Viancha feb-20 Laboratorio
Disentildeo de mezcla- adoquiacuten
de prueba 1
Marlon Barrera
Fabio Viancha mar-20 Laboratorio
Compresioacuten de cilindros-
Resistencias
Marlon Barrera
Fabio Viancha
Abril- Mayo
2020 Laboratorio
Mezcla con materiales
reciclados
Marlon Barrera
Fabio Viancha Junio-Julio 2020 Laboratorio
Elaboracioacuten de documento Marlon Barrera
Fabio Viancha
Agosto-Sept-
Oct 2020 Biblioteca
156
7 CAPITULO 1 PROTOTIPAJE DEL ADOQUIacuteN
Como se ha mencionado se va a usar material reciclado para el disentildeo de mezcla
siendo el principal material reciclado el vidrio molido Dicho material se muele dentro del
laboratorio haciendo uso de la maacutequina de los aacutengeles El procedimiento para moler el
vidrio molido comienza pesando 5000 gramos de vidrio partido en una balanza digital
como se muestra en la siguiente imagen
Figura 17 Material reciclado (vidrio)
Fuente Los autores 2020
Luego de pesar el material se debe hacer uso de la maacutequina de los aacutengeles se
introduce el vidrio dentro de la maquina con todas las esferas de acero se pone a
funcionar la maquina durante 17 minutos
157
Figura 18 Trituracioacuten del vidrio con molino de bolas
Fuente Los autores octubre 2020
Cuando pasan los 17 minutos de tiempo de la maquina en funcionamiento esta debe
ser apagada para descargarla el vidrio ya molido se descarga sobre la bandeja de la
maacutequina
Figura 19 Vidrio pulverizado luego de la trituracioacuten y molienda
Fuente Los autores 2020
158
Luego el material se debe tamizar haciendo uso del tamiz frac12 que tiene aberturas en su malla de un diaacutemetro de 125 miliacutemetros y maacutes abajo el tamiz nuacutemero 4 que tiene aberturas en su malla de un diaacutemetro de 475 miliacutemetros
Figura 20 Tamizado del material
Fuente Los autores octubre 2020
El material a usar es el que pasa el tamiz frac12 y el que queda retenido en el tamiz nuacutemero 4 Luego el material se debe lavar usando el tamiz nuacutemero 200 para que no se pierda material
Figura 21 Vidrio lavado y secado en horno
Vidrio lavado Fuente Los autores octubre 2020
159
Luego el vidrio se debe poner a secar durante 24 horas en un horno a una temperatura de 115degC Finalmente el vidrio molido y limpio en su totalidad se almacena en canecas como se muestra en las siguientes imaacutegenes a la espera de tener el adoquiacuten con concreto convencional para luego hacer la mezcla del concreto translucido El vidrio molido queda del mismo tamantildeo de la grava y de una arena entonces en el concreto translucido este material reciclado hace el reemplazo
Figura 22 Diferentes gradaciones de vidrio triturado y molido
Fuente Los autores octubre 2020
Para la mezcla del concreto convencional se usaron agregados como la grava de
planta de diaacutemetro frac12 pulgada y a arena gris de planta asiacute como tambieacuten se usa cemento
de uso general marca Argos
La caracterizacioacuten de los materiales como la grava y la arena tuvo que realizarse de
manera remota por medio de reuniones virtuales entre los autores y la tutora de esta
investigacioacuten que por su experiencia profesional supo de queacute materiales se trataban y
se hizo una caracterizacioacuten basados en su experiencia Esto se realizoacute debido a las
restricciones de movilidad dadas por la pandemia mundial vivida en el antildeo en curso
La caracterizacioacuten del cemento de uso general marca argos se tomoacute con datos y
experimentos que ya se han realizado en el laboratorio de investigacioacuten de ante mano
se sabe que el cemento tiene un buen comportamiento con buenas caracteriacutesticas
mecaacutenicas que ayudan a que la resistencia del concreto buscada de sus resultados
160
Figura 23 Agregados para la mezcla de concreto
Fuente Los autores septiembre 2020
Teniendo la caracterizacioacuten de los materiales agregados se procede a realizar el
disentildeo de mezcla Se busca que los especiacutemenes del adoquiacuten tengan una resistencia
total a los 28 diacuteas de 4000 psi por lo que para el volumen de los adoquines que se van
a fundir se hace el siguiente disentildeo de mezcla
Tabla 14 Dosificacioacuten para la elaboracioacuten de las muestras
Material Unidad Cantidad
Cemento Kg 17
Agua Kg 85
Agregado grueso Kg 30
Agregado fino Kg 26
Aditivo cm3 170
Se aclara que el agregado grueso se refiere a la grava y el agregado fino a la arena
161
El aditivo que se usa para la mezcla es Sika Fluid es un aditivo proporcionado por el
laboratorio de PC Disentildeos y construccioacuten SAS Este aditivo es liacutequido y lo que hace es
permitir que la mezcla de concreto sea maacutes fluida y trabajable sin la necesidad de usar
maacutes agua ademaacutes de esto mejora la resistencia del concreto es todas las edades y
disminuye la permeabilidad del mismo
Este aditivo tiene tres usos plastificante reductor de agua y economizador de
cemento Como plastificante ayuda a obtener mezclas maacutes fluidas se adiciona a una
mezcla de concreto y se consigue que se incremente el asentamiento (SIKA 2018)
Como reductor de agua al adicionarlo a la mezcla sin variar el asentamiento se reduce
el agua y se incrementa la resistencia (SIKA 2018) Como economizador de cemento
ese incremento en resistencia se puede aprovechar reduciendo la cantidad de cemento
y se reducen los gastos (SIKA 2018) Para realizar la mezcla de concreto con el disentildeo
de mezcla obtenido primero se pesan los materiales haciendo uso de una balanza para
personas como la que se muestra en la imagen a continuacioacuten
Figura 24 Dosificacioacuten de agregados
Fuente 2020
Masa de agregados Homogenizacioacuten en seco
Mezclado Elaboracioacuten de muestras
162
Al pesar los agregados estos se vaciacutean sobre una batea y se mezclan en seco de una
manera uniforme para que la mezcla quede homogeacutenea eso se realiza usando uso de
una pala Finalmente se moja la mezcla con la cantidad de agua mezclada con el aditivo
estipulada en el disentildeo de mezcla y se revuelve dentro de la batea de una manera
uniforme buscando que la mezcla de concreto quede homogeacutenea Seguido se procede a
realizar es a untar la formaleta de acpm y vaciar el concreto sobre ella para fundir los
adoquines Se espera un diacutea despueacutes de la fundida para desencofrar y proceder a curar
los adoquines en una caneca de agua como se muestra en las siguientes imaacutegenes
Figura 25 Desencofrado de prototipos de concreto hidraacuteulico
Fuente los autores 2020
En la imagen anterior se logra evidenciar la forma de cada adoquiacuten el orificio del medio
es por donde se instalaraacuten los cables hacia la pieza de forma trapezoidal donde iraacute la luz
led y el concreto translucido
Desencofrado de muestras Curado de muestras
163
8 CAPITULO 2 DISENtildeO GEOMEacuteTRICO DEL PAVIMENTO ARTICULADO
Disentildeo de adoquiacuten
Como primera medida se realizoacute un disentildeo de la forma del adoquiacuten prefabricado el
cual se escogioacute de forma rectangular y con las especificaciones mostradas en las
siguientes imaacutegenes donde se adjunta el modelo haciendo uso de programas de disentildeo
como AutoCAD en las cuales encontramos
Detalle de adoquiacuten
Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida
Detalle del adoquiacuten 3D
Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 3D
Figura 26 Detalle del adoquiacuten
Fuente los autores 2020
164
Figura 27 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida
Fuente los autores septiembre 2020
Figura 28 Detalle del adoquiacuten 3D
Fuente los autores 2020
CINTA DE LUCES LED
PIEZA DE CONCRETO TRANSLUCIDO
CABLEADO
COLORCARACTERISTICO
165
Figura 29 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 3D
Fuente los autores septiembre 2020
En las figuras anteriores se identifica el disentildeo de adoquiacuten individualmente donde
se puede observar un espesor de 8 cm en cuanto a su espesor total en las caras
exteriores un espesor de 2 cm en el concreto translucido el cual se puede observar en
el medio del adoquiacuten tambieacuten unas dimensiones en cuanto a su largo y ancho de 25 cm
y 15 cm respectivamente en el concreto convencional y en su interior la pieza translucida
las dimensiones en cuanto a su largo y ancho son de 16 cm y 8 cm respectivamente por
uacuteltimo en las imaacutegenes se puede observar un agujero en el medio del adoquiacuten que
atraviesa el concreto convencional por el cual pasariacutea el cableado que permitiriacutea conectar
los adoquines al sistema de sensores y de energiacutea solar u adaptable a otras energiacuteas
166
Para definir teoacutericamente las propiedades del adoquiacuten y tener una base que nos
permita tener en cuenta caracteriacutesticas como el espesor teniendo en cuenta la resistencia
a la compresioacuten y flexioacuten esto aplicando el meacutetodo racional despejando la formula
principal anteriormente nombrada
1205902 = 1199020
[
1 minus(119911119886)
3
(1 + (1199112
1198862))
32
]
1205902 = 2942
[
1 minus(
0080025
)3
(1 + (0082
00252))
32
]
1205902 = 87124 119873
Donde
σ2= esfuerzo vertical
en esfuerzo vertical es el resultado de la operacioacuten anterior donde el resultado despueacutes
de despejar fue de 87124 newton
α = radio de la carga de la huella circular o semieje en la direccioacuten x de la carga de
huella eliacuteptica donde se realizoacute un estudio de una llanta promedio donde se pintoacute y se
dibujoacute la huella con el fin de conocer el radio teniendo un resultado de 25 cm de radio la
huella realizada se puede observar en la siguiente imagen
167
Figura 30 Huella de neumaacutetico
Fuente los autores 2020
qo = presioacuten de la carga encontrada en el puente por medio de una estimacioacuten la cual
contiene el peso promedio de una persona el cual es de 63 kg pero tambieacuten se tiene en
cuenta si la persona se desplaza en cicla ya que cabe la posibilidad aunque es peatonal
y tenemos un factor de seguridad estimado de 3 veces el peso promedio lo cual nos dariacutea
un peso maacuteximo de 300 kg lo cual en cuanto a la carga multiplicaacutendolo por la gravedad
tendriacuteamos 2942 N
X Y y Z = coordenadas cartesianas de un punto es encontrada gracias a la estructura
del pavimento ya que ese desplazamiento de la energiacutea en el eje z en el caso de este
sendero es de 8 cm el cual es el espesor del adoquiacuten este solo descansa en una capa
de arena
Disentildeo de Tramo
Despueacutes de disentildear el adoquiacuten como unidad se procedioacute a disentildear un tramo el cual
como antes se nombroacute un sitio ideal para el desarrollo del mismo es la vereda los chorros
por lo cual se decidioacute para obtener una adaptabilidad al terreno y un disentildeo que sea
atractivo y el resultado de este tramo con los adoquines propuestos se puede observar
en la siguiente imagen
Figura 31 Vista en planta sendero inteligente
168
Fuente los autores 2020
Como se puede observar en la Figura 31 se obtiene una vista en planta la cual tiene
un disentildeo intercalado con una armoniacutea en los colores caracteriacutesticos del adoquiacuten que le
permite al sendero inteligente ser tener un impacto el cual genere un acercamiento de los
turistas y comunidad en general tambieacuten el tramo contiene unas dimensiones tentativas
de 17 metros y de 293 metros en cuanto a su ancho y largo respectivamente
169
Posterior mente se realizoacute un plano esquemaacutetico donde se observan las tuberiacuteas y
cableado electro a implementar en el disentildeo del sendero inteligente donde se encuentra
una red eleacutectrica guiada por tuberiacuteas en la parte inferior que conduce el cableado hasta
el sistema que compone la alimentacioacuten con energiacutea solar el cual se puede observar a
continuacioacuten
Figura 32 Informacioacuten eleacutectrica
Fuente los autores 2020
170
Disentildeo de formaleta
Al tener los materiales necesarios con su respectiva caracterizacioacuten el siguiente paso
fue realizar el disentildeo y la construccioacuten de la formaleta en la cual se fundiriacutea la parte
construida con concreto del adoquiacuten esta se puede observar a continuacioacuten
Figura 33 Formaleta
Fuente los autores 2020
En la Figura 33 se puede observar la formaleta construida en madera de un buen
grosor ya que se necesita una buena esta resistencia la cual fue disentildeada con unos
trozos de madera de 2 cm de espesor el cual deja el espacio para la posterior adicioacuten del
concreto translucido tambieacuten se puede observar un cilindro de madera el cual permite
dejar el espacio para la conexioacuten de la luz led
Construccioacuten de adoquines
Despueacutes de tener construida la formaleta y con los materiales listos el siguiente
paso es realizar la mezcla del concreto convencional para vaciarlos en la formaleta ya
preparada tal como se puede observar a continuacioacuten
171
Figura 34 Prototipaje del adoquiacuten
Fuente los autores 2020
Mezcla Concreto hidraacuteulico Vaciado del concreto
Pasantes de cables Desecofrado de pasantes
Adoquiacuten parte inferior Adoquines con pasantes
Concreto transluacutecido Adoquines bicapa
172
Posteriormente se realizoacute el vaciado del concreto convencional en la formaleta
preparada con su respectivo vibrado y las diferentes teacutecnicas que permiten tener un
concreto de buena finalmente cuando el concreto tiene una consistencia considerable y
teniendo en cuenta el entorno se procede a desencofrar los adoquines y retirar los
implementos instalados en el medio para permitir el paso del cableado (ver Figura 34)
Despueacutes de tener los adoquines desencofrados el siguiente paso es apartas los que
van a ser sometidos a pruebas de compresioacuten y flexioacuten dejaacutendolos sumergidos durante
el tiempo estipulado en el siguiente capiacutetulo donde algunos son fallados con y otros sin
concreto translucido ademaacutes de apartar los 14 adoquines del tramo de prueba los cuales
fueron fundidos con el concreto translucido instalando previamente una cinta de luz led
la cual tiene un cableado interno como anteriormente se nombroacute tambieacuten cabe resaltar
que el conglomerado de la pieza translucida estaacute constituida por agregado preparado con
vidrio el cual se tara de diferentes tamantildeos para realizar la mezcla que le otorga a la pieza
las propiedades translucidas
Por uacuteltimo se realiza la prueba del circuito eleacutectrico el resultado es que todos
funcionaron correctamente tal como se pueden observar en la Figura 35 durante el diacutea y
en la Figura 36 durante la noche
Figura 35 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica diacutea
Fuente los autores octubre 2020
173
Figura 36 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica noche
Fuente los autores 2020
Finalmente se prosiguioacute a aplicar la pintura para darle el color caracteriacutestico a cada
adoquiacuten tal como se puede observar a continuacioacuten
Figura 37 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica
Fuente los autores 2020
174
9 CAPITULO 3 RESISTENCIA MECAacuteNICA
Para realizar los ensayos de resistencia y cumplir con las especificaciones y
caracteriacutesticas que tiene la normar colombiana NTC 2017 en el apartado del marco legal
se fabricaron 40 adoquines estos se fundieron en 4 diacuteas diferentes debido a que la
capacidad de la formaleta solo es para 10 adoquines Se fabricaron con el mismo disentildeo
de mezcla
Al desencofrar 10 adoquines estos entraban en proceso de curado en una caneca de
55 galones de capacidad a la espera de tener toda la cantidad de adoquines fabricada y
esta a su vez poder ser trasladados a las instalaciones del laboratorio PC Disentildeos y
Construccioacuten SAS donde inmediatamente entran a continuar el proceso de curado en
una piscina como se muestra en la imagen a continuacioacuten
Figura 38 Curado de muestras de Step by Step
Fuente Los autores 2020
175
A los especiacutemenes de la muestra se les realizan ensayos de resistencia a la
compresioacuten ensayo de resistencia a flexo traccioacuten esto con el fin de conocer el moacutedulo
de rotura (MR) y garantizar que los especiacutemenes cumplan con el miacutenimo que requiere la
norma aparte se realiza ensayo de absorcioacuten de agua para evitar dantildeos en eacutepocas de
lluvias Se deja claro en este documento que no se realiza ensayo de abrasioacuten dado a
que es un prototipo que seraacute usado en andenes y senderos peatonales en ninguacuten caso
y bajo ninguna circunstancia los especiacutemenes podraacuten ser expuestos por el traacutensito de
automotores
Al completarse los diacuteas de las edades de maduracioacuten del concreto los adoquines se
deben dejar secar luego se procede a tomar medidas tres anchos tres largos y el
espesor asiacute como tambieacuten se deben pesar antes de realizar el ensayo
Figura 39 Peso de muestras de Step by Step
Peso de adoquiacuten Fuente Los autores septiembre 2020
Al haberles tomado el peso y las medidas correspondientes se procede a poner el
espeacutecimen de manera cuidadosa sobre la prensa hidraacuteulica de manera que quede
centrado y bien puesto Se realiza el ensayo y se anotan los resultados para los caacutelculos
176
correspondientes Este proceso debe repetirse para todos los especiacutemenes de la muestra
que se tengan para ensayo el diacutea seguacuten corresponda
Tabla 15 Datos iniciales resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo
Fecha
Toma
Fecha Rotur
a
Edad
Ancho Largo Rectaacutengulo
Inscrito
a1 a2 a3 L1 L2 L3 Anch
o Larg
o
mm
mm
mm
mm mm
mm
mm mm
S-1 C 8-sep 15-sep 7
diacuteas 145 146 146 250 250 249 90 170
S-1 C 8-sep 15-sep 7
diacuteas 154 154 155 250 250 250 90 170
S-1 C 8-sep 22-sep 14
diacuteas 152 152 153 250 250 250 90 170
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 153 153 153 249 249 250 90 170
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 153 153 152 251 251 251 90 170
S-2 C 9-sep 16-sep 7
diacuteas 148 149 148
2515
252 251 90 170
S-2 C 9-sep 16-sep 7
diacuteas 153 153 153 252 252 251 90 170
S-2 C 9-sep 23-sep 14
diacuteas 155 154 154 249 249 250 90 170
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 150 150 150 250 251 250 90 170
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 152 152 151 252 252 253 90 170
S-3 C 10-sep
17-sep 7
diacuteas 152 153 156 256 254 253 90 170
S-3 C 10-sep
17-sep 7
diacuteas 150 150 150 250 250 249 90 170
S-3 C 10-sep
24-sep 14
diacuteas 150 149 149 252 251 251 90 170
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 150 154 255 255 254 90 170
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 151 152 249 251 252 90 170
177
S-4 C 11-sep
18-sep 7
diacuteas 159 149 150 253 253 253 90 170
S-4 C 11-sep
18-sep 7
diacuteas 153 153 152 251 251 252 90 170
S-4 C 11-sep
25-sep 14
diacuteas 150 150 151 253 253 252 90 170
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 152 153 153 253 252 252 90 170
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 155 152 150 251 251 252 90 170
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Tabla 16 Resultados de resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo Aacuterea
rectaacutengulo Inscrito (mmsup2)
W (gr)
Carga maacutexima
(kN) Resistencia
S-1 C 15300 6752 3684 1749 MPa
2536 psi
S-1 C 15300 6885 3991 1714 MPa
2486 psi
S-1 C 15300 6810 4579 2010 MPa
2915 psi
S-1 C 15300 6908 4491 1966 MPa
2851 psi
S-1 C 15300 6641 454 1972 MPa
2861 psi
S-2 C 15300 6831 4624 2101 MPa
3048 psi
S-2 C 15300 6821 4974 2144 MPa
3109 psi
S-2 C 15300 6977 5695 2457 MPa
3563 psi
S-2 C 15300 6874 5213 2343 MPa
3398 psi
S-2 C 15300 7021 5379 2342 MPa
3396 psi
S-3 C 15300 7417 415 1745 MPa
2531 psi
S-3 C 15300 6929 4346 1962 MPa
2846 psi
178
S-3 C 15300 6963 3889 1749 MPa
2537 psi
S-3 C 15300 7022 4301 1844 MPa
2674 psi
S-3 C 15300 6960 4691 2073 MPa
3006 psi
S-4 C 15300 7114 3771 1617 MPa
2345 psi
S-4 C 15300 7255 504 2185 MPa
3169 psi
S-4 C 15300 7385 5357 2362 MPa
3425 psi
S-4 C 15300 6990 4991 2149 MPa
3117 psi
S-4 C 15300 7223 4791 2084 MPa
3023 psi
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Figura 40 Registro fotograacutefico de las muestras a compresioacuten
Fuente Los autores 2020
Para calcular la resistencia de la muestra total se deben calcular promedios primero
un promedio de los resultados de las pruebas a 7 diacuteas luego promedio con los resultados
de las pruebas a 14 diacuteas y por uacuteltimo un promedio con los resultados de las pruebas a 28
diacuteas
Finalmente los resultados son los siguientes
Compresioacuten de muestras Fractura de muestras
179
Tabla 17 Consolidado de la resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Edad Resistencia
7 diacuteas 2759 psi
14 diacuteas 3110 psi
28 diacuteas 3041 psi
Fuente Los autores octubre 2020
Para el ensayo de resistencia a la flexotraccioacuten tambieacuten es necesario tomar tres
medidas de ancho tres medidas de largo el espesor y el peso
El espeacutecimen debe ponerse cuidadosamente sobre la maacutequina de ensayo de rotura al
tercio medio se debe dejar el apoyo superior en la mitad exacta del espeacutecimen y los
apoyos inferiores deben quedar de manera que a los dos costados se tenga la misma
medida desde donde se encuentra el apoyo hasta el final del espeacutecimen se procede a
realizar el ensayo y se anotan los resultados para los caacutelculos correspondientes
Figura 41 Resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto
Fuente Los autores septiembre 2020
180
Tabla 18 Datos iniciales resistencia a la flexo traccioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo Fecha Toma
Fecha Rotura
Edad
Ancho Largo Espesor
a1 a2 a3 L1 L2 L3 er
mm mm mm mm mm mm mm
S-1 C 8-sep 15-sep
7 diacuteas
149 149 150 252 252 252 100
S-1 C 8-sep 15-sep
7 diacuteas
152 152 151 250 250 250 100
S-1 C 8-sep 22-sep
14 diacuteas
152 152 151 250 251 251 100
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 150 150 150 149 250 250 100
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 149 149 150 150 250 250 100
S-2 C 9-sep 16-sep
7 diacuteas
151 151 151 250 250 250 100
S-2 C 9-sep 16-sep
7 diacuteas
150 150 149 249 250 249 100
S-2 C 9-sep 23-sep
14 diacuteas
149 149 149 150 252 252 100
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 151 151 151 150 251 251 100
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 152 153 153 251 251 251 100
S-3 C 10-sep
17-sep
7 diacuteas
152 152 153 246 249 250 100
S-3 C 10-sep
17-sep
7 diacuteas
154 153 151 252 252 253 100
S-3 C 10-sep
24-sep
14 diacuteas
153 153 154 254 254 254 100
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 152 152 153 253 254 253 100
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 152 152 250 250 251 100
S-4 C 11-sep
18-sep
7 diacuteas
150 150 151 252 252 253 100
S-4 C 11-sep
18-sep
7 diacuteas
154 155 153 252 253 252 100
S-4 C 11-sep
25-sep
14 diacuteas
151 151 152 250 251 251 100
181
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 151 152 152 253 253 253 100
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 153 152 151 253 253 255 100
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Tabla 19 Resultados de resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo W (Peso)
Longitud entre
apoyos
Carga maacutexima
Moacutedulo de Rotura
6620 165 176 583 MPa
S-1 C 6467 165 111 362 MPa
S-1 C 6845 165 191 623 MPa
S-1 C 6717 165 2385 787 MPa
S-1 C 6716 165 25 829 MPa
S-1 C 6885 165 2075 680 MPa
S-2 C 6807 165 1835 607 MPa
S-2 C 6792 165 2205 733 MPa
S-2 C 6917 165 2395 785 MPa
S-2 C 6977 165 2255 731 MPa
S-2 C 7145 165 213 692 MPa
S-3 C 6904 165 1885 611 MPa
S-3 C 7120 165 1815 586 MPa
S-3 C 7138 165 1855 603 MPa
S-3 C 6918 165 179 584 MPa
S-3 C 7327 165 162 533 MPa
S-4 C 7181 165 194 624 MPa
S-4 C 7117 165 227 743 MPa
S-4 C 6950 165 1771 578 MPa
S-4 C 6923 165 1725 562 MPa
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
182
La maacutequina de ensayo de resistencia a flexo traccioacuten arroja un dato de carga puntual
en Kilo Newton se deben hacer las conversiones correspondientes para tener el
resultado de moacutedulo de rotura (MR) en MPa
Para calcular el moacutedulo de rotura (MR) de la muestra total se deben calcular
promedios primero un promedio de los resultados de las pruebas a 7 diacuteas luego
promedio con los resultados de las pruebas a 14 diacuteas y por uacuteltimo un promedio con los
resultados de las pruebas a 28 diacuteas
Finalmente los resultados son los siguientes
Tabla 20 Resultados de moacutedulo de rotura
Edad MR
7 diacuteas 59 MPa
14 diacuteas 67 MPa
28 diacuteas 68 MPa
Fuente Los autores 2020
Los resultados del moacutedulo de rotura cumplen y garantizan la norma NTC 2017 dado
a que como se explicoacute en el apartado del marco legal el resultado de moacutedulo de rotura
para cada espeacutecimen debe ser 38 MPa y como se observa en la tabla de resultados los
valores se encuentran claramente por encima de ese valor para toda la muestra y el
promedio el resultado debe ser miacutenimo 42 MPa teniendo un resultado total de moacutedulo
de rotura a los 28 diacuteas de 11 Mpa por lo que claramente se garantiza el cumplimiento
de esta caracteriacutestica
La norma especiacutefica que se pueden dejar moacutedulos de rotura mayores a los que se
especifican
ABSORCION
Para realizar el ensayo de absorcioacuten se toman 8 especiacutemenes a los que ya se les ha
realizado el ensayo de flexo traccioacuten El ensayo de absorcioacuten inicia tomando los
especiacutemenes de la muestra para tomar un peso inicial tal cual estaacuten luego se colocan
183
en el horno durante 24 horas a una temperatura de entre 100 degC y 115degC al pasar las
24 horas deben ser sacados se dejan enfriar y se toma el peso que es el peso seco
(Ms)
Luego de tomar el peso seco se toman los especiacutemenes y se sumergen en agua
durante 24 horas a una temperatura de entre 15degC y 27degC al pasar el tiempo de
saturacioacuten y haciendo uso de un alambre se toma el peso que es el peso sumergido
(Ma) Finalmente se deben sacar del agua los especiacutemenes y se deben dejar escurrir
durante un minuto luego se seca su superficie con un pantildeuelo y se toma el peso del
espeacutecimen lo que es el peso sumergido con superficie seca (Mh)
Al tener los resultados de los pesos se procede a realizar los caacutelculos
correspondientes
Se debe iniciar reemplazando para hallar el valor de la absorcioacuten (Aa) en kgm3 de
la siguiente manera
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899(119860119886)119896119892
1198983=
(119872ℎ minus 119872119904)
119872ℎ minus 119872119886lowast 1000
Luego se calcula el porcentaje de absorcioacuten de la siguiente manera
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899 (119860119886) =(119872ℎ minus 119872119904)
119872119904lowast 100
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
Finalmente se calcula la densidad del espeacutecimen seco lo cual se realiza usando la
siguiente formula
119863119890119899119904119894119889119886119889 (119863)1198921199031198881198983 =(119872119904 minus 119872ℎ)
119872119886
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
184
Ma Masa inmersa en agua y suspendida del espeacutecimen en gramos
Al realizar los caacutelculos correspondientes se obtienen los siguientes resultados
Tabla 21 Resultados Prueba de Absorcioacuten
Coacutedigo Peso Seco
Peso Saturado
SS
Aa ()
Densidad
1C 6417 gr 6506 gr 14 2001grcmsup3
3 8732 gr 8780 gr 05 2086grcmsup3
5 6040 gr 6070 gr 05 2076grcmsup3
7 6449 gr 6466 gr 03 2143grcmsup3
9 3760 gr 3782 gr 06 2062grcmsup3
11 13247
gr 13275 gr
02 2105grcmsup3
13 10067
gr 10166 gr
10 2069grcmsup3
15 9641 gr 9689 gr 05 2145grcmsup3
Fuente Los autores 2020
El valor promedio de Absorcioacuten (Aa) de la muestra es 060 como se evidencioacute
en el apartado del marco legal el valor promedio de la muestra no debe superar el 7
para lo cual la muestra cumple el requisito de absorcioacuten que exige la norma NTC 2017
185
10 CAPITULO 4 COSTOS
Desde que se comienza con la planificacioacuten del proyecto se lleva una bitaacutecora en
donde se van anotando con fechas cada uno de los insumos requeridos para la ejecucioacuten
del proyecto desde la etapa inicial con el disentildeo de formaletas hasta la etapa final con la
construccioacuten del sendero inteligente
Cabe resaltar que como se contaba con recursos limitados a raiacutez de la pandemia
generada por el Covid-19 la mayoriacutea de las herramientas utilizadas en el proyecto fueron
prestadas solo fue de gran importancia construir la formaleta para el prototipo de adoquiacuten
como se muestra en la siguiente tabla
Tabla 22 Costos generales de maquinaria y equipo
Herramientas empleadas Step by Step
Herramientas cantidad valor unitario valor total
Batea 1
pala 1
Palustre 1
Baldes 1
Balanza 1
Llana de madera 1
Caneca de 55Galones
1
Formaleta 1 $ 110000 $ 110000
Fuente los autores 2020
Para las pruebas y ensayos de laboratorio fue necesario la construccioacuten de 40
adoquines para los cuales fueron requeridos los siguientes materiales con sus precios
respectivos
186
Tabla 23 Presupuesto general de materiales para el prototipaje
Materiales empleados step by step Adoquines de prueba
Materiales cantidad valor unitario valor total
Agregado Grueso 2 bogados $ 8000 $ 16000
Agregado Fino 2 bogados $ 7000 $ 14000
Cemento 2 bultos $ 25500 $ 51000
Aditivo 1 $ 5840 $ 5840
Resina Ortoftalica 2 botellas $ 15000 $ 30000
Catalizador 2 $ 2000 $ 4000
Agua $ 5000 $ 5000
Vidrio 2000 gramos $ 8500 $ 17000
Pigmento 2 $ 3000 $ 6000
Acpm $ 2000 $ 2000
TOTAL $ 150840
Fuente los autores 2020
Finalmente y despueacutes de las pruebas garantizando que se cumpliera la normativa se
construyen los adoquines que son requeridos para la construccioacuten del tramo de prueba
para lo cual fue necesario llevar los siguientes costos en bitaacutecora
Tabla 24 Presupuesto general Tramo de prueba
Adoquines para tramo de prueba
Materiales Cantidad Valor unitario Valor total
Arena 25 baldes $ 1100 $ 27500
Grava 25 baldes $ 1100 $ 27500 Aditivo 1 $ 5840 $ 5840
Pigmento 2 $ 3000 $ 6000 Vidrio 2000 gramos $ 8500 $ 17000
Resina ortoftalica 2 botellas $ 15000 $ 30000 Catalizador 2 $ 2000 $ 4000
Aditivo 1 $ 2200 $ 2200 Cemento 2550 Kg $ 13000 $ 13000
Luz led 250 metros $ 13000 $ 32500
187
Cable 2 metros $ 500 $ 1000 TOTAL $ 117040
Cabe la pena aclarar que el costo total es para veinte adoquines por lo que el precio
total por unidad de adoquiacuten es de $5842 pero para el tramo de prueba solo fueron
necesarios catorce adoquines por lo que para el costo total del sendero solo se tiene en
cuenta el costo de los catorce adoquines y no de los veinte ya que los seis restantes se
usaron para ensayos de laboratorio con el concreto translucido
Despueacutes de haber realizado todos los ensayos y de garantizar que el prototipo del
adoquiacuten cumpliera con la normativa se procede a disentildear y construir el tramo de prueba
para lo cual se realizoacute un presupuesto de obra en donde se incluyen todos los insumos
y materiales usados para el tramo con sus respectivos costos
Tabla 25 Cantidades de obra para tramo de prueba
Iacutetem Actividad Und Cant VUnit Vtotal
1 Excavacioacuten Manual zanja en tierra H=04m
m3 04 $ 30000
$ 30000
2 Relleno en recebo para subbase
Bogado 3 $ 4500
$ 13500
3 Capa de arena para sentar adoquines
Bogado 1 $ 8500
$ 8500
4 Concreto para bordes y caja de elementos electroacutenicos
m3 0012 $ 22500
$ 270
5 Adoquines UND 14 $ 5842
$ 81788
6 Arduino uno UND 1 $ 31900
$ 31900
7 Releacute cuatro puertos UND 1 $ 11700
$ 11700
8 Bateriacutea 40 Ah UND 1 $ 322000
$ 322000
9 Panel solar 55W UND 1 $ 280000
$ 280000
10 Regulador de carga UND 1 $ 51500
$ 51500
11 Inversor de Carga UND 1 $ 70000
$ 70000
188
12 Fuente de 110v a 12v UND 2 $ 15000
$ 30000
13 Sensor ultrasonido UND 2 $ 7100
$ 14200
14 Conectores HM UND 20 $ 3000
$ 60000
15 Conectores MM UND 20 $ 3000
$ 60000
TOTAL $ 1065358
Fuente los autores 2020
Como se evidencia en la tabla anterior el costo del sendero de prueba es de $1065358
es de importancia aclarar que como se contaba con la limitacioacuten de recursos solo se
pudo hacer la construccioacuten del sendero inteligente haciendo uso de catorce adoquines
pero que los elementos electroacutenicos que componen el sistema fotovoltaico para la
recoleccioacuten de energiacutea y los sensores que se encuentran en el sendero funcionan para
un sendero maacutes largo y ancho si asiacute se requiere lo que quiere decir que si se desea
construir un sendero inteligente Step by Step de 3 metros de largo por 1 metro de ancho
no es necesario adquirir un sistema fotovoltaico maacutes costoso
Finalmente al costo del tramo de prueba se le debe sumar el costo de los adoquines
que fueron necesarios para los ensayos previos el cual fue de $150840 maacutes el costo de
mano de obra que fue de $200000 para que finalmente el costo a lo que este proyecto
se refiere en su totalidad es de $1416198
189
190
11 VALIDACIOacuteN EN CAMPO TRAMO DE PRUEBA
Con el fin de prototipar el proyecto Step by Step se realizoacute un tramo de prueba en el
municipio de Agua de Dios el cual se acogioacute en conjunto con la alcaldiacutea municipal la cual
nos otorgoacute el permiso y expreso el beneficio del proyecto para la comunidad y su intereacutes
en el por medio de un oficio
El tramo de prueba se construyoacute en el parque Simoacuten Boliacutevar en el municipio de Agua
de Dios el cual es muy concurrido ya que es el segundo parque maacutes importante del
municipio su localizacioacuten se puede observar a continuacioacuten por medio de una imagen
tomada de la plataforma satelital google maps
Figura 42 Localizacioacuten tramo de prueba
Fuente (Google Earth 2020)
Como se puede observar en la imagen anterior el parque boliacutevar se encuentra ente la
carrera 11- 12 y entre la calle 11 ndash 12 al lado de la biblioteca municipal del municipio de
Agua de Dios Despueacutes de escoger el lugar donde se va a instalar se prosiguioacute a escoger
en que parte del parque se instala por lo cual se escogioacute en el centro del parque en
terreno natural enseguida del lugar donde se realizan ejercicios se puede observar en la
siguiente imagen
Se realizoacute una excavacioacuten manual por parte de los autores la cual tuvo unas
dimensiones de 1 metro de ancho por 1 metro de largo por 41 cm de profundidad el cual
se puede observar en la siguiente imagen
Figura 43 Proceso constructivo del Tramo de prueba Step by Step
191
Fuente los autores 2020
Excavacioacuten Profundidad de excavacioacuten
Sub base compactada Arena
Instalacioacuten eleacutectrica Instalacioacuten de adoquines
Confinamiento lateral
192
Despueacutes de realizar la excavacioacuten se prosiguioacute a rellenar y compactar con recebo el
cual tiene un espesor de 30 cm para mejorar las condiciones del terreno Posteriormente
al relleno con recebo se prosigue a poner la capa de arena que sirve como cama para la
instalacioacuten de adoquines la cual tiene un espesor de 3 cm El siguiente paso es realizar
una nivelacioacuten de la arena y con la cama totalmente plana se acomodan los adoquines
como se disentildearon anteriormente con el cableado de los adoquines sacaacutendolos por el
lado escogido por el terreno Posteriormente a tener los adoquines instalados con el
cableado eleacutectrico se prosiguioacute a fundir concreto con el fin de mejorar la esteacutetica del tramo
de prueba ademaacutes de realizar la estructura donde se dejaraacuten fijas las cajas eleacutectricas en
un bordillo de concreto
Posteriormente a la instalacioacuten integral del tramo de prueba el siguiente paso es
realizar la parte electroacutenica del tramo de prueba la cual viene alimentada por energiacutea
solar la cual se activa por medio de sensores instalados en el bordillo anteriormente
mencionado los cuales trabajan en conjunto con Arduino uno y un moacutedulo releacute de cuatro
canales lo cual viene de la siguiente manera en el esquema observado a continuacioacuten
Figura 44 Cableado parte electroacutenica
Fuente los autores 2020
En la imagen anterior se puede observar el cableado electroacutenico el cual consta de 2
sensores ultrasonido los cuales van conectados al Arduino uno el cual estaacute encargado
de enviar la informacioacuten al moacutedulo releacute para posteriormente el alumbrado de los
adoquines instalados anteriormente
Despueacutes de realizar el cableado el siguiente paso es realizar la programacioacuten del
arduino uno la cual consiste en recibir la informacioacuten de los sensores al detectar un
cambio en un campo estimado de 60 cm estos comenzaacutendose a contar despueacutes de 20
193
cm los cuales son los que se estiman desde el bordillo y posteriormente esta informacioacuten
ordena en conjunto con el moacutedulo releacute al encendido de la luz led instalada en los
adoquines los cuales se encenderaacuten en grupos de a 6 cada grupo instalado a un sensor
esta programacioacuten se puede observar en la siguiente imagen
Figura 45 Programacioacuten Arduino uno
Fuente los autores 2020
Despueacutes de tener lista la programacioacuten el siguiente paso es introducir esta
programacioacuten por medio de la aplicacioacuten oficial de Arduino y un cable que es otorgado
en la compra del Arduino esta instruccioacuten se puede observar en la siguiente imagen
194
Figura 46 Introduccioacuten de la programacioacuten al Arduino uno
Fuente los autores 2020
Posteriormente a tener los componentes electroacutenicos funcionando en conjunto con los
sensores el siguiente paso es la instalacioacuten en el tramo de prueba en donde se introducen
en una caja eleacutectrica la cual se impermeabiliza completamente y se introduce en una
estructura de concreto construida que funciona como capa protectora para las cajas con
los implementos electroacutenicos esto se puede observar a continuacioacuten
Figura 47 Caja con implementos electroacutenicos sellada
Fuente los autores noviembre 2020
195
Figura 48 Elementos electroacutenicos instalados
Fuente los autores noviembre 2020
El siguiente paso fue conectar los componentes electroacutenicos anteriormente nombrados
con la fuente de energiacutea la cual es proporcionada por un panel solar el cual viene
conectado por medio de un cableado esto se puede observar a continuacioacuten donde se
encuentra el panel solar y el sendero inteligente Step by Step recolectando energiacutea en el
diacutea tomaacutendola del sol para posteriormente ser aprovechada en la noche para hacer
funcionar la iluminacioacuten del sendero
Figura 49 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar
Fuente los autores noviembre 2020
Por uacuteltimo se encuentra el prototipo del sendero inteligente Step by Step en
funcionamiento el cual es encendido a las 6 pm y se pone a disposicioacuten de la comunidad
196
donde se observoacute un gran impacto en todas las personas que transitan este parque del
municipio de Agua de Dios en las siguientes imaacutegenes se puede observar el sendero
inteligente funcionando con la energiacutea solar recolectada durante el diacutea y en disposicioacuten
de los usuarios
Figura 50 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar en funcionamiento
Fuente los autores 2020
1 2
3 4
5 6
197
12 CONCLUSIONES
Al culminar el proceso de disentildeo prototipaje y validacioacuten en campo del sendero
inteligente Step by Step se concluye que la adherencia entre el concreto hidraacuteulico y el
concreto transluacutecido elaborados con materiales reciclados en un adoquiacuten bicapa para
traacutefico peatonal en las dimensiones propuestas de la Figura 28 registra una resistencia
a la compresioacuten de 3000 psi un moacutedulo de rotura de 68 MPa valores que seguacuten las
notas teacutecnicas colombianas son admisibles
La forma innovadora permite usar el concreto translucido como un conductor de luz
que da diferentes tonalidades de acuerdo al pigmento usado lo que no solo mantiene la
resistencia del prototipo sino que mediante una conexioacuten de circuitos entre los adoquines
contiguos asegura la iluminacioacuten del sendero la resistencia y durabilidad ante las cargas
de traacutefico peatonal
El sistema eleacutectrico mediante un sistema fotovoltaico permite el almacenamiento de
energiacutea suficiente para mantener la funcionalidad de los sensores durante toda la noche
de manera que el sendero ubicado en el parque Simoacuten Boliacutevar del Municipio de Agua de
Dios-Cundinamarca genera un impacto en la comunidad favorable certificado por la
Alcaldiacutea municipal y los habitantes del municipio
Luego de la transmisioacuten del programa de televisioacuten local como una actividad de
apropiacioacuten social del conocimiento realizado por los autores y la tutora en el canal de
televisioacuten local H2O Tv la comunidad en general recibioacute con agrado la tecnologiacutea
prestando intereacutes en instalarlo en diferentes lugares turiacutesticos de Agua de Dios
La translucidez de las piezas del pavimento peatonal con el pigmento azul fue
aceptada por la comunidad como un nuevo emblema del municipio ya que su reflejo y
luminosidad es una alegoriacutea al nombre lsquoAgua de Diosrsquo marcando un nuevo hito en el
municipio que deja atraacutes la historia triste de las aguas azufradas y una enfermedad
incurable por un nuevo camino llamado por el Semillero SEUS Step by Step Sendero
Inteligente
198
13 BIBLIOGRAFIacuteA
accuweather (2020) accuweathercom Retrieved from accuweathercom
httpswwwaccuweathercomescoagua-de-dios102159current-
weather102159
Alcaldia de Agua de Dios (2019 08 08) Retrieved from httpwwwaguadedios-
cundinamarcagovcoturismolos-chorros
Ambientesoluciones (2020) Ambientesolucionescom Retrieved from
Ambientesolucionescom
httpswwwambientesolucionescomsitiocontenidos_mophpit=5675
ARCUS GLOBAL (2020 10 21) Retrieved from httpswwwarcus-
globalcomwpconcreto-translucido-existe
ARQUITECTOS S (2018 05 20) Sala de Arquitectos Retrieved from Sala de
Arquitectos La compantildeiacutea innovando en la arquitectura inteligente ha presentado
la primera lsquovereda inteligentelsquo del mundo en Londres un camino que transforma el
pavimento en un generador de energiacutea eleacutectrica esto gracias al paso que dan los
peatones A diferencia de
Avalos J C (2016 07 29) BBC MUNDO Retrieved from BBC MUNDO
httpswwwbbccommundonoticias-36662912
BBC (2016 6 29) BBC MUNDO Retrieved from BBC MUNDO
httpswwwbbccommundonoticias-36662912
Boussinesq (2020 16 10) Google Retrieved from
httpswwwgooglecomsearchq=difusion+del+esfuerzo+pavimentosamptbm=isch
ampved=2ahUKEwij9quT87nsAhWENFkKHXP-DXUQ2-
cCegQIABAAampoq=difusion+del+esfuerzo+pavimentosampgs_lcp=CgNpbWcQA1C_
gwFY1I4BYMiQAWgAcAB4AIABpQKIAf4QkgEFMC40LjaYAQCgAQGqAQtnd3Mt
d2l6LWltZ8ABAQamps
Bradsher (2018 6 13) new York Times Espantildeol Retrieved from new York Times
Espantildeol httpswwwnytimescomes20180613espanolenergia-solar-
autopista-chinahtml
199
Bradsher K (2018 06 13) THE NEW YORK TIMES Retrieved from THE NEW YORK
TIMES httpswwwnytimescomes20180613espanolenergia-solar-autopista-
chinahtml
CAR (2015) ESTUDIO PARA LA DETERMINACIOacuteN DE MOacuteDULOS DE CONSUMO
DEL RECURSO HIDRICO
CASTILLO X A (2003) DISENtildeO DE PAVIMENTOS ARTICULADOS PARA TRAFICO
MEDIO Y ALTO Retrieved from
httpsrepositoriouniandeseducobitstreamhandle199220919u245809pdf
Chacon Cesar Alexander C J (2012 OCTUBRE 16) TECNURA UNIVERSIDAD
DISTRITAL FRANCISCO JOSEacute DE CALDAS COLOMBIA Retrieved from
httpswwwredalycorgpdf2570257025147010pdf
COLOMBIA C D (2014 05 13) fedebiocombustibles Retrieved from
fedebiocombustibles httpwwwfedebiocombustiblescomfiles1715pdf
CONSTRUIBLE (2015 03 11) Construccioacuten Sostenible Retrieved from Construccioacuten
Sostenible httpswwwconstruiblees20150311energy-floors-genera-
electricidad-a-partir-de-la-energia-de-la-pisada
DamiaSolar (2016 03 19) DamiaSolar Retrieved from DamiaSolar
httpswwwdamiasolarcomactualidadblogarticulos-sobre-la-energia-solar-y-
sus-componentesque-regulador-solar-
necesito_1~text=El20regulador20solar20o20reguladorgenerada20e
n20los20paneles20solares
DANE (2018) danegovco Retrieved from danegovco
httpswwwdanegovcoindexphplista-de-resultados-de-
busquedasearchword=poblacion20agua20de20dios20cundinamarcaampse
archphrase=all
DINERO R (2020 03 05) REVISTA DINERO Retrieved from REVISTA DINERO
httpswwwdinerocomempresasarticulocual-capital-de-colombia-tendra-la-
primera-empresa-publica-de-energias-renovables282296
200
ELECTRONICA I (2020) I+D ELECTRONICA Retrieved from I+D ELECTRONICA
httpswwwdidacticaselectronicascomindexphpbaterias-
cargadorescargadores-1mC3B3dulo-de-control-de-carga-para-
baterC3ADas-12-24v-7009-detail
FDMESCYL (2017 Diciembre 28) Federacion de deportes de montantildea Escalada y
senderismo de Castilla y Leon Retrieved from
httpswwwfclmcom20171228nace-primer-sendero-inteligente-espana-
castilla-leon
Google Earth (2020) Retrieved from httpsearthgooglecomweb437516685-
74667982183897115512a53657125248d35y662480933h028419733t0r
Icontec (2018 11 12) NTC 2017 Adoquines de Concreto para Pavimentos Bogotaacute DC
Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) Retrieved
from METROBLOCK httpsmetroblockcomconorma-tecnica-colombiana-ntc-
2017
IDEAM (2014) ideamgovco Retrieved from ideamgovco
httpwwwideamgovcowebtiempo-y-climaradiacion-solar
indiasolarpowercanals (2015 07 02) inbright Retrieved from inbright
httpsinbrightmxblogpostsindiasolarpowercanals
ingrenovables (2014 6 25) ingrenovablesblogspot Retrieved from
ingrenovablesblogspo httpingrenovablesblogspotcom201406el-primer-
canal-solar-del-mundohtml
LEDOVET (2018 02 23) Retrieved from httpswwwledovetcomtipos-de-sensores-de-
movimiento
Lizcano F A (2003) DISENtildeO RACIONAL DE PAVIMENTOS Bogotaacute ESCUELA
COLOMBIANA DE INGENIERIA
Lngalls S (1877) Estados Unidos Patent No 952S6
MAGAZINE T (2020 03 05) TYS MAGAZINE Retrieved from TYS MAGAZINE
httpswwwtysmagazinecomenergy-floor-la-energia-de-tus-pisadas
201
nandwani S s (2005 junio) energia solar conceptos basicos y su utilizacion Retrieved
from httpssistemamidcompaneluploadsbiblioteca2014-06-27_10-14-
37105995pdf
OMPI ORGANIZACION MUNDIAL DE LA PROPIEDAD INTELECTUAL (2015 09 16)
Retrieved from httpswwwwipointipadvantageesdetailsjspid=2590
PAIS E (2020 02 07) EL PAIS Retrieved from EL PAIS
httpselpaiscomccaa20200207madrid1581085171_646387html
Palacios A (2020) Ca COMPARADOR DE ALARMAS Retrieved from
httpswwwcomparadoralarmascomtipos-de-sensores-de-movimiento-cual-
necesitas
PAVEGEN (2017 JUNIO 29) Retrieved from httpspavegencomwp-
contentuploads201905Pavegen-BirdStreetpressreleasepdf
Perdomo C S amp Fandintildeo M E (2020 10 26) Anaacutelisis de las propiedades mecaacutenicas
del concreto transluacutecido elaborado con poliacutemeros y materiales reciclados
Retrieved from Repositorio Universidad Piloto
httprepositoryunipilotoeducohandle20500122779448
Pettit C (1912) Estados Unidos Patent No 573212
Ramos J (2014 11 12) motos pasion Retrieved from motos pasion
httpswwwmotorpasioncomgaleriasolaroad4
Robert G Packard P (1995) Thickness Design for Concrete Pavements on Highways amp
Streets PCA Method Retrieved from
httpsceprofsciviltamuedudzollingerCVEN-637-Fall202004EB109PDF
SampP (2018 10 15) El Blog de la ventilacioacuten eficiente Retrieved from
httpswwwsolerpalaucomes-esblogsensores-movimiento
SLU A E (2015 04 19) Autosolar Retrieved from Autosolar
httpsautosolaresblogaspectos-tecnicosque-es-un-panel-solar
202
SECHAGUA D A (2016) VALORACIOacuteN SOCIOAMBIENTAL DE LA MICROCUENCA
QUEBRADA LA PUNAacute MUNICIPIO AGUA DE DIOS GIRARDOT
SIKA (2018) FLUIDIFICANTE PARA MEZCLAS DE CONCRETO Tocancipa
SOLAR ROADWAYS (2020) Retrieved from httpssolarroadwayscom
SOLAROAD (2016 03 07) NATIONAL GEOGRAPHIC ESPANtildeA Retrieved from
NATIONAL GEOGRAPHIC ESPANtildeA
httpswwwnationalgeographiccomescienciasolaroad-el-carril-bici-hecho-con-
paneles-solares-en-holanda-cumple-su-primer-ano-de-vida_9916
Suaacuterez A L (2018 04 09) PORTAFOLIO Retrieved from PORTAFOLIO
httpswwwportafolioconegociosel-mayor-proyecto-de-energia-eolica-da-sus-
primeros-pasos-516003
Torres O (2020 03 09) Resumen de ASTM Retrieved from
httpbloquesdeconcretocomsvdescargarNormas20ASTMpdf
UPC (2018) Proyecto Educativo Institucional Bogotaacute DC Universidad Piloto de
Colombia
UPME (2015 06 05) Retrieved from
httpwwwnuevalegislacioncomfilessusccdjconcr_upme_281_15pdf
Velares J M (2020 03 09) Academiaedu Retrieved from Academiaedu
httpswwwacademiaedu25432780Especificaciones_de_ASTM_C-33
Xiaodi Hu A N (2017 Abril 21) Effects of tire inclination (turning traffic) and dynamic
loading on Retrieved from
httpswwwsciencedirectcomsciencearticlepiiS199668141630164Xvia3Dih
ub
93
Tabla 1 Factor de confiabilidad 130
Tabla 2 Nivel de confiabilidad 131
Tabla 3 Nivel de confiabilidad 133
Tabla 4 Nivel de confiabilidad 134
Tabla 5 Partes de los Adoquines 139
Tabla 6 Geometriacutea del adoquiacuten seguacuten NTC 2017 140
Tabla 7 Requisitos geomeacutetricos de los adoquines 143
Tabla 8 Clasificacioacuten de los adoquines seguacuten su absorcioacuten 148
Tabla 9 Resistencia miacutenima de los adoquines 148
Tabla 10 Resistencia a la abrasioacuten 149
Tabla 11 Franja granulomeacutetrica para arena de prefabricados 150
Tabla 12 Instrumentos empleados para el proyecto 152
Tabla 13 Cronograma de actividades para el prototipaje de Step by Step 155
Tabla 14 Dosificacioacuten para la elaboracioacuten de las muestras 160
Tabla 15 Datos iniciales resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto 176
Tabla 16 Resultados de resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto 177
Tabla 17 Consolidado de la resistencia a la compresioacuten de adoquines de
concreto 179
Tabla 18 Datos iniciales resistencia a la flexo traccioacuten de adoquines de concreto
180
94
Tabla 19 Resultados de resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto
181
Tabla 20 Resultados de moacutedulo de rotura 182
Tabla 21 Resultados Prueba de Absorcioacuten 184
Tabla 22 Costos generales de maquinaria y equipo 185
Tabla 23 Presupuesto general de materiales para el prototipaje 186
Tabla 24 Presupuesto general Tramo de prueba 186
Tabla 25 Cantidades de obra para tramo de prueba 187
INTRODUCCIOacuteN
95
La presente investigacioacuten presenta el disentildeo construccioacuten y validacioacuten en campo de
un adoquiacuten prefabricado bicapa de concreto hidraacuteulico y concreto transluacutecido con un
sistema eleacutectrico en su interior capaz de transformar las energiacuteas renovables (solar
eoacutelica hidraacuteulica etc) en energiacutea eleacutectrica Con el fin de que cuando un peatoacuten transite
con su pisada encienda una luz que estaacute ubicada dentro del prefabricado iluminando
todo el sendero El aprovechamiento de las energiacuteas renovables ha tomado maacutes fuerza
en los uacuteltimos tiempos dado a las consecuencias que el cambio climaacutetico ha traiacutedo para
el planeta es por esto que se debe pensar en la sostenibilidad del mismo
Asiacute por ejemplo en Septiembre de 2019 la Organizacioacuten Meteoroloacutegica Mundial junto
a las principales organizaciones de ciencia climaacutetica adheridas a Naciones Unidas
revelaron en un informe la evidente y creciente brecha que divide los objetivos acordados
para abordar el calentamiento global y la realidad actual del planeta asiacute como de que tan
solo en junio de 2019 se emitieron 50 megatoneladas de carbono a la atmosfera que el
hielo marino del Aacutertico ha disminuido en un 12 por deacutecada desde 1979 hasta 2018
Colombia a traveacutes del Ministerio de Ambiente en 2016 creoacute la Poliacutetica Nacional de
Cambio Climaacutetico que consiste en promover una gestioacuten de cambio climaacutetico que
contribuya a avanzar en una senda de desarrollo resiliente al clima y baja en Carbono
que reduzca los riesgos asociados a las alteraciones por efectos del cambio climaacutetico
Actualmente el Plan Nacional de Desarrollo de nuestro paiacutes propone avanzar hacia la
transicioacuten de actividades productivas comprometidas con la sostenibilidad y la mitigacioacuten
del cambio climaacutetico impulsar las energiacuteas renovables y avanzar en el conocimiento de
escenarios de riesgo actuales y futuros
Colombia cuenta con un parque de generacioacuten de 1677875 MW (a diciembre de
2017) Esta se encuentra dominada por la generacioacuten de energiacutea hidroeleacutectrica que
corresponde al 6988 del total de la capacidad (XM 2017) En segundo lugar se
encuentran las centrales teacutermicas a gas y carboacuten que de manera agregada alcanzan un
porcentaje del 2167 (Teacutermica a gas con una capacidad de 226995 MW equivalente a
un 1353 y a carboacuten con 13653 MW correspondiente a un 814 del total) El
porcentaje restante (845) pertenece a generacioacuten mediante diversas tecnologiacuteas
(Liacutequidos Gas-Liacutequidos Biomasa y Viento la cual cuenta con solo un porcentaje de
011) todos los datos han sido extraiacutedos de la tesis laquoIdentificacioacuten de proyectos con
potencial de generacioacuten de energiacutea eoacutelica como complemento a otras fuentes de
generacioacuten eleacutectrica en el departamento de Boyacaacuteraquo obra de Renata Catalina Siabato
96
Benavides Seguacuten la Unidad de Planeacioacuten Minero Energeacutetica del Ministerio de Minas y
Energiacutea de Colombia actualmente solo hay instalados en el paiacutes 1842 megavatios de
potencia eoacutelica parque Jepiacuterachi (en Uribiacutea Guajira) propiedad de Empresas Puacuteblicas
de Medelliacuten SA Entroacute en operacioacuten en abril de 2004
Para la investigacioacuten de este proyecto se usa la metodologiacutea de tipo cientiacutefico dado a
que para el disentildeo y construccioacuten del prefabricado en concreto de alta resistencia se usan
instrumentos para medir la resistencia del concreto hasta encontrar el disentildeo de mezcla
oacuteptimo para la construccioacuten del prefabricado Es por esto que el inicio del trabajo es
praacutectico porque se debe encontrar la resistencia optima el disentildeo de la forma del
prefabricado y la validacioacuten en laboratorio para finalmente hacer ensayos en campo de
prueba
97
1 PROBLEMA DE INVESTIGACIOacuteN
El Cambio Climaacutetico se ha hecho mucho maacutes notable en los uacuteltimos antildeos quizaacute los
efectos maacutes importantes de esta gran cataacutestrofe natural son la sequiacutea y las altas
temperaturas que afectan principalmente a territorios de clima caacutelido esto se debe a la
accioacuten del ser humano en la tierra donde en eacutepocas anteriores se disponiacutea de los
recursos naturales sin tener alguacuten tipo de restriccioacuten y maacutes aun sin restaurar el dantildeo que
se haciacutea tal vez creyendo que los recursos nunca acabariacutean con el pasar de los antildeos los
gobiernos y diferentes organizaciones mundiales se han planteado objetivos con el fin de
prevenir la accioacuten del cambio climaacutetico entre las que han sido incluidas las energiacuteas
renovables
Tambieacuten se ha visto un decrecimiento de la poblacioacuten en el municipio de Agua de Dios
donde su economiacutea ha caiacutedo y se ha venido apostaacutendole al campo turiacutestico donde se ve
limitado por sus atractivos ya que estos han venido decayendo con el pasar de los antildeos
sin una implementacioacuten de nuevos atractivos
En la zona donde se implementa el proyecto a pesar de ser una de las zonas maacutes
turiacutesticas y reconocidas en Agua de Dios se tiene una gran inseguridad ya que es
concurrida por personas que se dedican a consumir sustancias psicoactivas lo que
conlleva a tener maacutes probabilidades de un ataque por parte de estas personas todo esto
se ve en las horas de la noche donde falta la iluminacioacuten ya que el alumbrado puacuteblico es
escaso casi nulo en esta parte ademaacutes de tener en cuenta los grandes costos por el
alumbrado puacuteblico lo que se vuelve un problema para la comunidad ya que se crea una
dependencia a estos pagos por energiacutea eleacutectrica existiendo energiacuteas alternativas y auto
sostenibles
98
11 PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIOacuteN
Para abordar el disentildeo experimental de esta investigacioacuten es necesario aclarar que
este trabajo pertenece al macro proyecto de investigacioacuten lsquoPrefabricados de Nueva
Generacioacuten para obras de Infraestructura vialrsquo cuyo propoacutesito es disentildear prototipos
prefabricados que incorporen materiales reciclados En el caso de Step by Step se
propone un adoquiacuten peatonal en concreto hidraacuteulica bicapa con un recubrimiento en
concreto transluacutecido compuesto por poliacutemeros y vidrio reciclado
Figura 1 Distribucioacuten de variables de la Investigacioacuten
Fuente los autores
Es asiacute como surge la variable dependiente que es el prototipo para el sendero
inteligente lsquoStep by Steprsquo las variables independientes que seraacuten modificadas en el
Variable Interviniente
Variable Dependiente
Variable Dependiente
Sendero Inteligente
Disentildeo de mezcla
Agregados reciclados
Concreto hidraacuteulico
Geometriacutea
Carga de servicio
Especificiaciones teacutecnicas NTC2017
Resistencia
Compresioacuten
Flexioacuten
Absorcioacuten
99
proceso es el disentildeo de la mezcla la geometriacutea y la resistencia todo esto que se ajuste
a las condiciones del contexto como es el uso de agregados reciclados cementos por
desempentildeo o cementos hidraacuteulicos la carga de servicio y las especificaciones NTC 2017
que regulan tanto la geometriacutea como su resistencia medida a la compresioacuten a flexioacuten y
la absorcioacuten tal como se indica en la Figura 1
Este trabajo de investigacioacuten pertenece al semillero SEUS y forma parte del macro
proyecto lsquoPrefabricados de nueva generacioacuten para obras de Infraestructura Vialrsquo de la
liacutenea de investigacioacuten institucional acuteHaacutebitat Biodiversidad y tecnologiacuteas Sosteniblesrsquo y de
la liacutenea de grupo lsquoInfraestructura y Nuevas Tecnologiacuteasrsquo Enmarcado en la misioacuten de la
Universidad Piloto de Colombia de
ldquoIncorpora a la comunidad acadeacutemica como partiacutecipe en el aacutembito
cientiacutefico inmersa en una cultura de investigacioacuten caracterizada por ser
reflexiva pertinente sistemaacutetica y metoacutedica con el objeto de promover
los desarrollos urbanos y regionales de su aacuterea de influencia en los
aacutembitos nacional e internacional asiacute como los demaacutes prospectados
acorde con los eacutenfasis y campos de accioacuten de la Universidadrdquo (UPC
2018 paacuteg 19)
En consecuencia luego de recibir la carta de aceptacioacuten y agradecimiento de la
Secretariacutea de Planeacioacuten y de instalar el tramo de prueba en el Parque Simoacuten Boliacutevar del
municipio de Agua de Dios se realizaron labores de apropiacioacuten social del conocimiento
como programas de televisioacuten en el canal local H2O Televisioacuten participacioacuten en eventos
cientiacuteficos como el Encuentro de Semilleros TEINCO 2020 entre otras actividades
100
12 PREGUNTA DE INVESTIGACIOacuteN
Alrededor del mundo se estaacuten impulsando proyectos importantes que abarcan el uso
de energiacuteas renovables como una alternativa a la reduccioacuten de contaminacioacuten esto se
ha visto reflejado en la construccioacuten de infraestructura sostenible implementado energiacuteas
renovables como la solar piezoeleacutectrica eoacutelica entre otras tambieacuten en los paiacuteses maacutes
desarrollados se identifica un matrimonio entre las energiacutea renovables y el turismo donde
se combinan con la infraestructura generando impacto positivo en ellos A partir de esto
se formula la siguiente pregunta de investigacioacuten
iquestCoacutemo prototipar un adoquiacuten para pavimento articulado de traacutensito
peatonal que permita iluminar el paso del peatoacuten almacenando la
energiacutea solar que absorbe durante el diacutea para luego convertirla en
iluminacioacuten eleacutectrica en la noche
101
2 JUSTIFICACIOacuteN
Se ha identificado una problemaacutetica ambiental que se incrementa al pasar el tiempo
en el mundo esto por la generacioacuten de contaminantes al utilizar energiacuteas no renovables
ademaacutes en el municipio de Agua de Dios se observa una carencia en infraestructuras que
permitan ser un centro turiacutestico de la regioacuten ya que se ve opacado por los municipios
vecinos resulta de gran importancia generar proyectos los cuales implementen las
energiacuteas renovables y maacutes en el municipio de agua de dios donde es necesario un
desarrollo turiacutestico para el cual se vea sustentado con una infraestructura de intereacutes
generando un desarrollo econoacutemico social cultural y ambiental en el municipio
El proyecto Step by Step sendero inteligente surge de la necesidad de tener
infraestructura innovadora y amigable con el medio ambiente este proyecto trata de un
sendero peatonal el cual se piensa construir por medio de un conjunto de adoquines
disentildeados de forma que permitan obtener una luminiscencia por medio de bombillos led
instalados en el disentildeo y alimentados por medio de energiacutea solar ademaacutes de
implementar en el disentildeo un conjunto de sensores los cuales funcionen armoacutenicamente
con los visitantes prendiendo y apagando al desplazamiento de cada usuario
El proyecto Step by Step es importante para la comunidad del municipio de Agua de
Dios ya que con este proyecto se incentiva el cuidado por el medio ambiente tambieacuten
tiene un impacto positivo directo en la comunidad de la zona ya que se valorizan los
predios y los negocios alrededor de la vereda los chorros al atraer maacutes turistas genera
que tengan un crecimiento econoacutemico ademaacutes de poder utilizar el mismo sendero como
base para diferentes actividades de prestacioacuten de servicios generando nuevos empleos
en el municipio y al mismo tiempo mejorando la calidad de vida de los habitantes
Debido a que en la zona y generalmente en el paiacutes no se implementan los suficientes
proyectos que permitan un desarrollo de la infraestructura de la mano con el medio
ambiente este proyecto aporta en el desarrollo de proyectos futuros en el campo de los
senderos inteligentes primordialmente e infraestructura vial ademaacutes de ser un aporte en
el desarrollo de infraestructura innovadora dirigida al sector turiacutestico todo esto con la
implementacioacuten de energiacutea solar
102
Como consecuencia de la formacioacuten en investigacioacuten de la Universidad Piloto de
Colombia se justifica el proyecto Step by Step que aporta a la comunidad del municipio
de Agua de Dios impactando en su cultura en la parte religiosa con las congregaciones
que se realizan en esta zona y en su historia ya que se revitaliza un lugar emblemaacutetico
para los primeros habitantes del municipio tambieacuten aporta en el aspecto cientiacutefico ya que
la implementacioacuten de las nuevas formas de construccioacuten de concreto incentivan a la
investigacioacuten de las mismas a implementarse en la tecnologiacutea gracias a las energiacutea
renovables utilizadas y el concreto translucido el cual seraacute innovador para el municipio e
impactando beneficiosamente a el desarrollo por medio de la mejora en su turismo y asiacute
mismo en la economiacutea de la poblacioacuten que trabaja en esta zona
El proyecto step by step aporta a la misioacuten institucional por medio de los anaacutelisis a la
poblacioacuten sobre sus necesidades y daacutendole la solucioacuten a estas como lo es la parte
econoacutemica ya que el municipio se encuentra enfocado en la parte turiacutestica como fuente
de dinero generando estabilidad econoacutemica y bienestar en la poblacioacuten que beneficiada
con este proyecto y se puede observar un manejo adecuado del medio ambiento con
energiacuteas renovables
En consecuencia el proyecto Step by Step se articula con la misioacuten de un ingeniero
Unipiloto como una herramienta desarrollada por personas integrales soportado sobre
una soacutelida fundamentacioacuten conceptual que se brindaron en las aacutereas teacutecnicas y
cientiacuteficas a lo largo de la carrera universitaria se ajusta a la realidad del municipio de
Agua de Dios y busca soluciones puntuales en temas sociales ambientales turiacutesticos y
econoacutemicos
103
3 OBJETIVOS
31 OBJETIVO GENERAL
Prototipar y validar en campo un adoquiacuten para pavimento articulado peatonal
prefabricado en concreto hidraacuteulica bicapa y que en su interior tenga una pieza
translucida que sea capaz de transformar la energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica con el
fin de que cuando el peatoacuten transite con su pisada active un sensor y este encienda una
luz led que se encuentra al interior de la pieza de concreto
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Validar en laboratorio un adoquiacuten en concreto hidraacuteulico que se ajuste a las con las
Especificaciones teacutecnicas NTC 2017
Disentildear y validar en laboratorio la geometriacutea del adoquiacuten bicapa usando concreto
transluacutecido (Perdomo C amp Fandintildeo M 2020) y medir su resistencia a la compresioacuten
flexioacuten y la absorcioacuten para luego ser comparado con la NTC 2017
Disentildear y validar en campo el sistema de encendido usando sistemas alternativos
como los paneles solares
104
4 MARCOS DE REFERENCIA
41 MARCO DE ANTECEDENTES
Estudiantes mexicanos del Instituto Tecnoloacutegico de Estudios Superiores Monterrey
(ITESM) campus puebla desarrollaron un proyecto denominado Enegy Floor el cual es
un sistema que aprovecha el flujo de peatones para la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica
es una tecnologiacutea que se instala debajo de los pisos convencionales como las losetas
Seguacuten este proyecto cada vez que una persona pasa sobre el piso soportado por este
desarrollo tecnoloacutegico se activa un dispositivo mecaacutenico que produce cinco watts de
electricidad por cada paso (MAGAZINE 2020)
Los estudiantes artiacutefices de este proyecto expresaron que es una tecnologiacutea amigable
con el medio ambiente puesto que es un dispositivo que se activa con fuerza mecaacutenica
Para su elaboracioacuten los estudiantes usaron aluminio y una loseta que fue elaborada a
basa de poliacutemero ultrarresistente denominado nylamid (MAGAZINE 2020) El factor
diferencial entre el proyecto de los estudiantes mexicanos y Step by Step es que ellos
usan energiacutea mecaacutenica del flujo peatonal Step by Step usa energiacuteas renovables como la
solar
En Rotterdam existe una empresa llamada Energy Floors que antes era conocida
como Club de Baile Sostenible pues dicha empresa estaacute revolucionando el panorama de
la energiacutea sostenible al transformar la energiacutea cineacutetica y mecaacutenica que se produce al
caminar en energiacutea eleacutectrica En 2008 lanzaron su producto Sustainable Dance Floor
(SDF) que utiliza el movimiento de las personas como fuente de energiacutea al convertir la
energiacutea cineacutetica en energiacutea eleacutectrica Con ella se alimentan las luces LED de la pista de
baile creando una atmoacutesfera de discoteca y proporcionando al puacuteblico una experiencia
interactiva Esto es asiacute porque los moacutedulos que integran la pista de baile se flexionan al
ser pisados creando un movimiento que se transforma en energiacutea eleacutectrica por un
pequentildeo generador interno Cada moacutedulo de un tamantildeo de 75x75x20 cm puede producir
hasta 35 vatios de salida sostenida Entre cinco y veinte vatios por persona
(CONSTRUIBLE 2015) Al igual que el proyecto de los estudiantes la diferencia con Step
by Step es que se usa energiacutea mecaacutenica generada por las pisadas de las personas en
este caso en pistas de baile de discotecas
105
El mexicano Joseacute Carlos Rubio Avalos quien es investigador de la Universidad
Michoacana de San Nicolaacutes de Hidalgo buscoacute otra funcioacuten para el cemento el
investigador pensoacute en que el cemento casi siempre estaba expuesto a la radiacioacuten solar
y debiacutea buscar la manera de desarrollar una investigacioacuten innovadora Por esto el material
creado por el investigador consiste en absorber la radiacioacuten ultravioleta durante el diacutea
para luego brilla en la noche (BBC 2016)
El problema que el investigador tuvo es que el cemento es un cuerpo opaco y no
permite el paso de luz por eso estudioacute la composicioacuten del cemento Portland que es el
maacutes usado alrededor del mundo modificoacute la estructura microscoacutepica y con este cambio
logroacute que el material absorbiera los rayos uv El investigador Joseacute Carlos explicoacute en una
entrevista para la BBC Mundo que lo que se busca era permitir el paso y difusioacuten de luz
solar a traveacutes del siacutelice que se encuentra presente en el cemento el siacutelice es el mismo
material con el que se fabrica el vidrio (BBC 2016)
A lo que se refiere en si al proyecto del investigador mexicano es a cambiarle las
propiedades oacutepticas del material para hacerlo fosforescente Es un proceso logrado por
la incorporacioacuten de aditivos los cuales permiten que la luz pase y se pueda observar un
color de la fosforescencia El cemento como es un material orgaacutenico tiene mayor
rendimiento y durabilidad en el proceso (Avalos 2016)
El cemento fosforescente es un material mucho maacutes costoso que un cemento
convencional es por eso que solo se concibe como una capa de recubrimiento para
fachadas de edificios o para la sentildealizacioacuten de viacuteas Este proyecto mexicano es un
proyecto similar a Step by Step pues lo que se busca es hacer uso de las energiacuteas
renovables tambieacuten
En Holanda se construyoacute un proyecto denominada SolaRoad lo que se hizo fue
sustituir el asfalto por un pavimento que integra paneles solares fotovoltaicos ademaacutes de
esto se incluyeron luces led para iluminar el sendero en diacuteas de niebla y un sistema para
calentar la viacutea y evitar la formacioacuten de placas de hielo en invierno en el invierno En el
primer antildeo cumplido de este proyecto se han producido 70 KWh al antildeo por cada metro
cuadrado lo que ha sido suficiente para abastecer a tres viviendas
El primer antildeo de funcionamiento de un tramo de 70 metros ha llevado a los
investigadores a concluir que el proyecto funciona muy bien pero econoacutemicamente aun
no es factible porque en la construccioacuten se invirtieron 3 millones de euros y haciendo la
106
conversioacuten por cada KWh ha hecho un retorno final de tan solo 1862 euros (SOLAROAD
2016)
Figura 2 Sistema de pavimento Solaroad
Fuente (Ramos 2014)
Como se evidencia en la imagen anterior los constructores instalan moacutedulos de
concreto con una capa transparente que permite que la luz se infiltre debajo de dicha
capa se instalas celdas solares que recogen la energiacutea y finalmente son las que sirven
para alimentar el alumbrado puacuteblico la luz del traacutefico y hasta los hogares (SOLAROAD
2016)
El factor diferencial entre Solaroad y Step by Step es que el sendero de Step by Step
hace aprovechamiento de la energiacutea usando un solo panel solar y Solaroad hace uso de
cierta cantidad de moacutedulos solares para ser instalados en todo el tramo
China es uno de los paiacuteses que maacutes estaacute interesado e invierte en el uso de energiacuteas
renovables con el fin de innovar y dominar el mercado de dicha tecnologiacutea es por esto
107
que se disentildeoacute y construyoacute una autopista con paneles solares en la ciudad de Jinan
(Bradsher 2018)
Figura 3 Autopista China de Paneles solares
Fuente (Bradsher K 2018)
Este proyecto es importante nombrarlo en este documento porque destaca el gran
crecimiento que ha tenido el uso de paneles solares en el mundo y de que China uno
de los paiacuteses maacutes desarrollados del mundo esteacute apostando e invirtiendo en el uso de las
energiacuteas renovables
En la India se estaacute revolucionando el mercado de los paneles solares por la
construccioacuten de plantas de energiacutea solar sobre canales de agua esto hace que se
cumplan dos tareas importantes para la preservacioacuten del medio ambiente la primera es
la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica aprovechando la energiacutea solar y la segunda es la
preservacioacuten del liacutequido precioso evitando la evaporacioacuten
108
Figura 4 Canal solar en India
Fuente (ingrenovables 2014)
El Jefe de Gobierno Indio el Sr Narendra Modi inauguraraacute la primera serie de este
proyecto conocido como Canal Proyecto de Energiacutea Solar cuando ponga en marcha un
proyecto piloto de 1 megavatio (MW) que ya se encargoacute en el canal de la rama Narmada
cerca de la aldea Chandrasan de Kadi taluka en el distrito Mesina el martes
(indiasolarpowercanals 2015)
El proyecto de la India es de importancia mencionarlo en este documento dado a su
similar parecido con Step by Step pues los dos hacen uso de la energiacutea solar para
preservas los recursos medio ambientales que cada vez son maacutes escasos es de gran
aporte el conocimiento adquirido en cuanto a la forma en la que se construye el proyecto
para preservar el agua tambieacuten
En 2018 se dijo que La Guajira en Colombia se convertiriacutea en escenario de los grandes
proyectos de generacioacuten de energiacutea eleacutectrica a partir del viento que abasteceraacuten el
Sistema Interconectado Nacional (SIN) en la proacutexima deacutecada (Suaacuterez 2018)
109
A finales de febrero pasado la Autoridad Nacional de Licencias Ambientales (ANLA)
comenzoacute el estudio del que seraacute uno de los parques eoacutelicos representativos que tendraacute
el paiacutes por su tamantildeo y capacidad de produccioacuten y que se sumaraacute a otros que se
montaraacuten en la citada zona (Suaacuterez 2018) Se trata del proyecto de Generacioacuten de
Energiacutea Eoacutelica Alpha que desarrolla la empresa Vientos del Norte que pertenece al
conglomerado portugueacutes Renovatio Group como lo registra el Certificado de Reporte del
Sistema de Informacioacuten sobre Biodiversidad de Colombia (CR-SIB) (Suaacuterez 2018)
Este parque eoacutelico que tendraacute una capacidad de generacioacuten superior a los 200
megavatios (Mw) es la primera iniciativa que evaluacutea la Anla ya que se requiere
autorizacioacuten de la autoridad nacional ambiental despueacutes de los 100 Mw de energiacutea
(Suaacuterez 2018)
Es importante destacar este proyecto de recoleccioacuten de energiacutea eleacutectrica a traveacutes de
la energiacutea eoacutelica en este documento dado a que en este documento y para este proyecto
estamos tratando con todo tipo de energiacuteas renovables aunque es un proyecto que estaacute
en estudios y en traacutemite de licencias con antelacioacuten se sabe que seraacute un boom de
innovacioacuten con respecto a paiacuteses de la regioacuten y que se estaacuten apoyando los proyectos
que abarquen el uso de energiacuteas limpias en el paiacutes Step by Step estaacute pensado para que
funcione con cualquier tipo de energiacutea renovable que se pueda aprovechar
Seguacuten la revista dinero en Barranquilla con el cambio de administracioacuten de alcaldiacutea y
de gobernacioacuten del Atlaacutentico se vienen cambios en temas energeacuteticos para la regioacuten
Caribe pues se sabe desde antildeos atraacutes que Electricaribe tiene millonarias deudas y presta
un servicio deficiente el alcalde Jaime Pumarejo anuncioacute la adjudicacioacuten de los nuevos
operadores para el 20 de Marzo de 2020 tambieacuten dio luces sobre la nueva poliacutetica de
energiacutea en la reciente edicioacuten del Congreso Nacional de Infraestructura en noviembre de
2019 (DINERO 2020)
El alcalde Pumarejo dijo que es un proyecto que estaacute pensado en primera fase para la
autogeneracioacuten de la alcaldiacutea de Barranquilla para luego general y comercializar energiacuteas
renovables (DINERO 2020) El mandatario explicoacute que el desarrollo econoacutemico de la
capital del Atlaacutentico implica contar con energiacuteas de fuentes renovables Estas son
sinoacutenimo ndashseguacuten eacutelndash de maacutes ingresos empleo y resiliencia ante el cambio climaacutetico
(DINERO 2020)
110
Barranquilla es reconocida mundialmente como la capital energeacutetica de Colombia es
por esto que vale la pena mencionar esta clase de proyectos dentro de la redaccioacuten de
este documento porque el uso de energiacuteas renovables va tomando cada vez maacutes fuerza
en nuestro paiacutes y es de gran importancia para nosotros como ingenieros civiles
aprovechar esta oportunidad para crear proyectos innovadores como Step by Step que
hace usos de energiacuteas limpias y se puede implementar en cualquier parte del paiacutes
En Londres existe una empresa llamada Pavegen que es una compantildeiacutea de
tecnologiacutea limpia esta empresa adopta un enfoque innovador hacia la sostenibilidad al
generar energiacutea a partir de algo que la mayoriacutea de la gente hace todos los diacuteas caminar
La compantildeiacutea innovando en la arquitectura inteligente ha presentado la primera lsquovereda
inteligentelsquo del mundo en Londres un camino que transforma el pavimento en un generador
de energiacutea eleacutectrica esto gracias al paso que dan los peatones A diferencia de anteriores
instalaciones en Washington DC y Rio de Janeiro el proyecto en Londres cuenta con su
propia app brindado informacioacuten exacta a los visitantes sobre la energiacutea que estaacuten
generando e incentivando su uso al brindar descuentos en tiendas comerciales por los pasos
que den (ARQUITECTOS 2018)
Seguacuten el CEO de Pavegen Laurance Kemball-Cook quien sentildealoacute que esta es una nueva
aacuterea de produccioacuten de energiacutea una que ofrece muchas posibilidades interesantes laquoCuando
una persona camina genera 5 vatios de energiacutea de forma continua por lo que usted es
como todos somos una fuente de alimentacioacuten de 5 vatios Ahora imagine 10 personas eso
es 50 vatios de energiacutea de forma continua Puede que no parezca una cantidad exorbitante
de energiacutea pero es suficiente para suministrar energiacutea para una serie de necesidades Por
ejemplo la tecnologiacutea se puede utilizar para iluminar caminos a medida que los peatones
caminan sobre ellos lo que podriacutea frenar el crimen (ARQUITECTOS 2018)
111
Figura 5 Baldosa que produce energiacutea eleacutectrica
Fuente Pavegencom
El CEO tambieacuten sentildealoacute que el proyecto es muy importante y puso como ejemplo Grand
Central Station en Londres donde diariamente transitan unas 40000 personas por hora esa
energiacutea que generan esas personas se almacena en bateriacuteas y en la noche se enciende
Asiacute que los municipios las estaciones de tren las oficinas las escuelas en cualquier lugar
con mucha gente caminando son perfectas para el proyecto (ARQUITECTOS 2018)
El proyecto realizado en Londres es muy similar a Step by Step puesto que los dos se
tratan de un sendero inteligente El factor diferencial es que Step by Step convierte la energiacutea
solar en energiacutea eleacutectrica el proyecto de Londres lo que hace es convertir la energiacutea cineacutetica
que generan las personas al caminar en energiacutea eleacutectrica
En Madrid Espantildea se ha unido el Aacuterea de Emprendimiento Empleo e Innovacioacuten quien
ha impulsado el proyecto y el Aacuterea de Medio Ambiente y Movilidad que ha corrido con los
gastos para crear un cruce peatonal inteligente el proyecto se trata de crear un cruce
peatonal inteligente para reducir los accidentes por lo cual se ha escogido una zona poco
luminosa en horas de la noche (PAIS 2020)
112
Figura 6 Cruce peatonal inteligente
Fuente (PAIS 2020)
Seguacuten la portavoz de las concejaliacuteas que llevan a cabo el proyecto que cuenta con un
paso de cebra cuenta con una sentildeal lumiacutenica que funciona con sensores y
tecnologiacutea led y que se activa en modo nocturno cuando cruza un peatoacuten Al detectar a
la persona se encienden de forma continua las sentildeales horizontales y los cajones
lumiacutenicos de las sentildeales verticales Cuando no hay nadie el sistema permanece en
reposo (PAIS 2020)
Sobre la construccioacuten y mejoras en la fabricacioacuten e instalacioacuten de adoquines se
conocioacute que Samuel S Lngalls de Chicago en Illinois en el antildeo 1877 patentoacute un adoquiacuten
en concreto con una forma rectangular (Estados Unidos Patente nordm 952S6 1877) Pero
el inventor se dio cuenta que el adoquiacuten patentado presentaba fallas a la hora de su
instalacioacuten por lo que realizoacute un estudio para verificar las fallas y asiacute poder mejorar esto
Para lo cual patentoacute una mejora para la instalacioacuten de los adoquines en donde Samuel
Lngalls dejoacute un paso a paso para evitar que los adoquines se fracturaran con el tiempo
113
la fractura se da en las esquinas y para esto se debe poner cemento en las juntas y
esquinas
De la misma manera que Samuel Lngalls Charles Pettit tambieacuten realizoacute una patente
de la invencioacuten de un adoquiacuten pero dicha patente fue hecha en Greenford en el condado
de Mahoning y el estado de Ohio en el antildeo 1912 En la misma patente deja una guiacutea
praacutectica de instalacioacuten de dichos adoquines Pettit realiza esta invencioacuten para solucionar
la problemaacutetica de que los adoquines se desencajen y en muchas ocasiones presente
pandeo en una viacutea de adoquines estos pandeos generan en algunos casos accidentes
viales Esto lo soluciona garantizando un enclavamiento seguro entre las filas de
adoquines adyacentes y se puede hacer el enclavamiento dado a la forma del adoquiacuten
patentado el enclavamiento entre filas y columnas de adoquines evita el desplazamiento
y el pandeo del pavimento articulado (Estados Unidos Patente nordm 573212 1912)
42 MARCO TEOacuteRICO
Por medio del marco teoacuterico se pone en contexto las bases teoacutericas de la metodologiacutea
realizada para la construccioacuten del sendero inteligente en el cual se explicaran diferentes
tipos de tecnologiacuteas entre las cuales se encuentra la implementacioacuten de la tecnologiacutea de
generacioacuten de energiacutea por medio de componentes electroacutenicos de piezoelectricidad los
cuales aprovechan la energiacutea cineacutetica al caminar convirtieacutendola en energiacutea eleacutectrica
tambieacuten las tecnologiacuteas que utilizan energiacutea eleacutectrica para la construccioacuten de senderos
inteligentes los pavimentos inteligentes que aprovechan la energiacutea solar por medio de
paneles solares instalados en su estructura que aprovechan la energiacutea para los usos en
su entorno o en su misma estructura
Tipos de pavimentos inteligentes
En el mundo al pasar de los tiempos y con la incorporacioacuten de nuevas tecnologiacuteas al
mercado se han realizado diversos tipos de pavimentos los cuales tienen diferentes
caracteriacutesticas utilizando diferentes tipos de energiacuteas siendo las maacutes utilizadas la
piezoelectricidad la energiacutea eleacutectrica y la energiacutea solar
Piezoeleacutectricos
114
Uno de estos es el sendero inteligente presentado por pavegen en Londres el 29 de
junio del 2017 llamado Bird Street el cual utiliza la energiacutea piezoeleacutectrica
Bird Street se estaacute asociando con una serie de visionarios tecnoloacutegicos que incluyen
Pavegen Que fabrica una galardonada tecnologiacutea de pisos de generacioacuten de datos y
electricidad La compantildeiacutea del Reino unido ha instalado una matriz de 10 metros
cuadrados que inicialmente enciende luces y sonidos de paacutejaros y tambieacuten proporciona
una fuente de datos de energiacutea Incorporaraacute transmisores bluetooth de baja energiacutea que
le permitiraacuten interactuar con aplicaciones de marca por ejemplo recompensar a los
usuarios con descuentos cupones y recursos educativos para sus pasos en el sistema
pavegen (PAVEGEN 2017)
Este pavimento inteligente con la tecnologiacutea pavegen fue el primero en su tipo ya que
utiliza la energiacutea de las pisadas en el cual logra captar la energiacutea cineacutetica que se produce
al caminar sobre la superficie del pavimento por medio de un sistema en el cual se
posicionan 3 dispositivos en cada esquina de adoquiacuten y al pisarlo gracias al peso propio
del usuario se presionan los 3 a la vez esto ocasiona que el dispositivo descienda
generando electricidad gracias a los principios de la piezoelectricidad los cuales son
contemplados de la siguiente manera
Cuando una presioacuten es aplicada a u material piezoeleacutectrico causa una deformacioacuten
mecaacutenica y a su vez un desplazamiento de cargas Estas cargas son directamente
proporcionales a la presioacuten aplicada Si se ejerce una presioacuten a los extremos del eje polar
se produce polarizacioacuten un flujo de electrones de carga negativa mientras que en el
extremo opuesto se induce una carga positiva (Chacon Cesar Alexander 2012)
La tecnologiacutea para los senderos inteligentes se ha visto fortalecida en los uacuteltimos antildeos
ya que se viene implementando en diferentes proyectos en el mundo como antes se
nombroacute la piezoelectricidad es una de ellas siendo practica ya que funciona con la
presioacuten generada por los usuarios algo que es muy concurrido en un pavimento en ese
orden de ideas esta tecnologiacutea permite que el pavimento sea auto sustentable ya que
gracias a estas presiones se genera energiacutea
Energiacutea que se utiliza de la siguiente forma
La energiacutea proveniente de los pasos es captada por el material piezoeleacutectrico como
anteriormente se analizoacute el cual se encuentra situado al adoquiacuten del pavimento de forma
115
que esta genera corriente alterna la cual por medio de un convertidor se transforma a
corriente directa la cual sirve en este caso para el funcionamiento de los diferentes
aparatos electroacutenicos a traveacutes del sendero inteligente antes de ser enviada la energiacutea es
almacenada en una bateriacutea la cual garantiza que el sendero disponga de energiacutea en todo
momento para posteriormente ser enviada a las innovaciones instaladas con el fin de ser
utilizadas cada vez que un usuario pise los piezoeleacutectricos
Eleacutectrico
Otro tipo de sendero inteligente es el denominado como sendero inteligente de Espantildea
castilla y leoacuten alimentado por energiacutea eleacutectrica el cual tiene las siguientes caracteriacutesticas
El sendero homologado es una instalacioacuten deportiva identificada por las marcas
registradas GRreg PRreg oacute SLreg que se desarrolla preferentemente en medio natural y
sobre viales tradicionales puacuteblicos o privados Es un entramado de caminos sentildealizados
bajo una normas estandarizadas y reconocidas a nivel internacional y que han pasado el
sello de calidad de la federacioacuten de deportes de montantildea escalada y senderismo de
castilla y leoacuten (FDMESCYL 2017)
Los senderos de deportes extremos se realizan en partes rurales mayormente esto
dificulta implementar tecnologiacuteas en estos el sendero de castilla y leoacuten se considera
inteligente ya que se han implementado estas tecnologiacuteas eficientemente durante el
recorrido de los senderos en los deportes extremos los que resaltan son los siguientes
El sendero inteligente incluye obras de gran envergadura como el enlosado de la
totalidad del firme instalacioacuten de puntos de recargas de moacuteviles y dispositivos
electroacutenicos que cuentan con tomas USB y la colocacioacuten de maacutequinas expendedoras de
bebidas y aperitivos Las novedades del nuevo tramo se completan con la posibilidad de
que los senderistas se conecten a una red WIFI gratuita que permite a los usuarios estar
geo localizados en todo momento y monitorizados por los equipos de emergencia de
castilla y leoacuten (FDMESCYL 2017)
El sendero inteligente de Castilla y leoacuten es un beneficio para los turistas y
ciudadanos que concurren en esta zona de Espantildea se evidencia en este sendero
inteligente que cubre gran cantidad de recorrido siendo este para deportes extremos
generando seguridad a los usuarios gracias a las tecnologiacuteas implementadas a traveacutes del
mismo como lo es la interconexioacuten entre los usuarios por medio de wifi gratuito
116
permitiendo tambieacuten el reporte de emergencias a la praacutectica de los deportes extremos a
lo largo del sendero y tambieacuten un sistema de ahorro de energiacutea con farolas que regulan
la cantidad de luz emitida gracias a sensores que permiten captar la cantidad de luz en
el entorno y disminuyeacutendola cuando no sea necesaria
Energiacutea solar
Un tipo de pavimento inteligente es el alimentado por energiacutea solar son las placas de
pavimento solar roadways quienes han hecho investigaciones para generar placas con
paneles de energiacutea solar con el fin de crear pavimentos inteligentes que funciones con
base a esta energiacutea renovable
SOLAR ROADWAYS es un sistema modular de paneles solares que se pueden
caminar y conducir Nuestros paneles solares contienen luces LED para crear liacuteneas de
sentildealizacioacuten sin pintura Contienen elementos calefactores para evitar la acumulacioacuten de
nieve y hielo Los paneles contienen microprocesadores los cuales los hace inteligentes
Esto permite que los paneles se comuniquen entre si una estacioacuten de control central y
los vehiacuteculos (SOLAR ROADWAYS 2020)
La energiacutea solar es una de las maacutes famosas y maacutes utilizadas entre las energiacuteas
renovables ya que el sol genera energiacutea permanente que en su mayoriacutea no es utilizada
por el ser humano los pavimentos tienen contacto con el sol a diario ya que se
encuentran a la intemperie generando una oportunidad de aplicacioacuten de teacutecnicas de
recoleccioacuten de energiacutea solar para asiacute mismo utilizarlo en el entorno y para la estructura
misma del pavimento La captacioacuten de energiacutea solar se realiza por medio de un panel
solar que se instala en la parte superior del pavimento teniendo en cuenta que el panel
solar tiene una resistencia mayor al comuacuten ya que tiene que soportar pesos de todo tipo
de vehiacuteculos seguacuten el profesor shyam s nandwani afirma que
la potencia solar que recibe el planeta tierra (fuera de la atmosfera) es cerca de 173 x
10^12 Kw o una energiacutea de 15x^15 kWh por antildeo Al atravesar la atmosfera cerca de 53
de esta radiacioacuten es reflejada y absorbida por el nitroacutegeno oxigeno ozono dioacutexido de
carbono vapor de agua polvo y las nubes Por lo tanto al pasar esta radiacioacuten por una
distancia de 150 millones de km se reduce esta cantidad y el final el planeta recibe
energiacutea promedio de 3x10^17 kWh al antildeo equivalente a 4000 veces el consumo del
mundo entero en un antildeo (7x10^13 kWhantildeo) o cual nos indica el enorme potencial del
sol (nandwani 2005)
117
Con las nuevas tecnologiacuteas la energiacutea solar se ha ido modernizando e incluyeacutendose
en diferentes proyectos entre estos el pavimento inteligente anterior mente nombrado en
cuanto al funcionamiento se puede afirmar que
Para cualquiera de las aplicaciones de la energiacutea solar la parte principal del sistema
es el COLECTOR ndash el artefacto que capta energiacutea solar y convierte en energiacutea uacutetil ndash sea
en forma caloacuterica o eleacutectrica Para la conversioacuten de energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica se
utilizan CELDAS SOLARES proveniente de los materiales semiconductores ndashtipo silicio
principalmente (nandwani 2005)
Despueacutes de convertir la energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica se procede a poner en
funcionamiento el circuito el cual se debe tener en cuenta que
Dependiendo de la capacidad de almacenamiento de la bateriacutea se puede calcular el
tiempo aproximado de funcionamiento de varios dispositivos y el aacuterea necesaria del panel
solar para usos especiacuteficos Una instalacioacuten ademaacutes requiere controlar el voltaje
mediante un regulador dirigir la corriente hacia una bateriacutea para almacenarla Como la
corriente eleacutectrica producida es directa es necesario para algunas aplicaciones un
inversor para convertirla en alterna (nandwani 2005)
Despueacutes de producir la energiacutea eleacutectrica por medio del panel solar instalado en el
pavimento se transfiere a un control de carga el cual regula la energiacutea con el fin de evitar
dantildeos en la bateriacutea la cual se encuentra en el siguiente paso de la energiacutea esta almacena
la corriente para ser utilizada se encuentra el panel produciendo energiacutea o no todo esto
para ser enviada al alumbrado puacuteblico situado en el pavimento volvieacutendolo auto
sostenible
Moacutedulo de control de carga para bateriacuteas
Moacutedulo de control de carga para bateriacuteas de litio Puede ser programado para
comenzar la carga de voltaje y para finalizarla (ELECTRONICA 2020)
Por ejemplo Configurando 12V como voltaje de inicio y 15V como voltaje de parada
cuando el voltaje este por debajo de 12V el releacute se cerraraacute permitiendo la carga de voltaje
a la bateriacutea cuando el voltaje alcance los 15V o sea mayor el releacute se apagaraacute deteniendo
la carga (ELECTRONICA 2020)
118
Caracteriacutesticas
Voltaje de entrada 10-30V
Precisioacuten del display 01V
Precisioacuten del control 01V
Tipo de salida salida directa
Tolerancia plusmn01V
Dimensiones 82x58x18mm
Regulador de carga de panel solar
El regulador solar o regulador de carga es un dispositivo necesario en la instalacioacuten
solar ya que se encarga de controlar la entrada a las bateriacuteas de la energiacutea generada en
los paneles solares El regulador permite por un lado alargar la vida de la bateriacutea y por
el otro obtener informacioacuten y paraacutemetros del funcionamiento de la instalacioacuten Permite
alargar la vida de las bateriacuteas ya que permite el paso de la electricidad seguacuten el estado
en que se encuentre la bateriacutea en cada momento Por ejemplo cuando esta esteacute a un
nivel de carga inferior al 95 permitiraacute el paso libre de toda la electricidad con el objetivo
de cargarla cuanto antes posible Mientras que si se encuentra en un porcentaje de carga
del 95 al 99 permitiraacute el paso de forma muy controlada que es lo que llamamos carga
de flotacioacuten con el fin de llenar al maacuteximo la bateriacutea Por otra parte si la bateriacutea se
encuentra completamente cargada cortaraacute el paso de corriente para evitar sobrecargas
o un sobrecalentamiento del acumulador Gracias a realizar la carga de esta forma se
evitan problemas en las bateriacuteas solares y se alarga al maacuteximo sus antildeos de vida
(DamiaSolar 2016)
Existen 2 tipos de reguladores de carga el PWM o convencional y el MPPT o
maximizador El uso de uno u otro dependeraacute del tipo de placa solar que utilicemos Si
se tratan de placas solares de 36 o 72 ceacutelulas (paneles de hasta 200W) seraacute suficiente
usar un regulador PWM ya que estas placas tienen un voltaje en el punto de maacutexima
potencia alto Mientras que si usamos placas de 60 ceacutelulas (paneles de potencia superior
a 200W) seraacute de uso obligatorio el regulador MPPT ya que estas placas tiene un voltaje
119
menor pues priorizan el amperaje en lugar del voltaje con lo cual seraacute necesario siempre
un regulador MPPT el cual modula el voltaje del panel y lo adapta a las caracteriacutesticas de
las bateriacuteas conectadas (DamiaSolar 2016)
Los paneles solares de 60 ceacutelulas se conocen popularmente como paneles de red ya
que se utilizaban antiguamente en las huertas solares que se conectaban a la red Para
diferenciar los paneles de red de los paneles convencionales se debe mirar su ficha
teacutecnica impresa en la pegatina posterior del panel El panel de red indicaraacute un valor VMP
de solamente 29V o similar mientras que las placas convencionales o de aislada generan
un VMP aproximado de 36 voltios en las placas de 24V y de 18 voltios en las placas de
12V (DamiaSolar 2016)
Para saber si necesito un regulador de 10A 20A 30A 60A o 80A (A= amperios) se
deberaacute mirar el amperaje del panel indicado como corriente nominal o IMP i multiplicarlo
por el nuacutemero de paneles que queramos instalar en la instalacioacuten solar Por ejemplo en
una instalacioacuten solar de 12V donde se instalen 6 placas de 140W 12V el IMP de este
panel seraacute de 797A Por lo tanto si se disponen de 7 placas se obtendraacute una corriente
maacutexima de 5579 y seraacute necesario usar un regulador solar de 60A Tambieacuten es
importante si en un futuro hay previsto instalar maacutes paneles poner ya de inicio un
regulador de mayor capacidad asiacute cuando se instalen seraacute necesario cambiar este
dispositivo (DamiaSolar 2016)
Bateriacutea Recargable
Tanto los paneles solares como las turbinas eoacutelicas son fuente de energiacutea verde y
renovable pero el problema de estos sistemas de autoabastecimiento eleacutectrico reside en
el almacenamiento Las instalaciones tradicionales proporcionan la energiacutea de manera
inmediata de manera que lo que no se consuma en el momento se pierde y ademaacutes si
el diacutea se nubla o el viento se detiene no es posible obtener suministro
(Ambientesoluciones 2020)
Para resolver este inconveniente este grupo de investigadores ha disentildeado
una bateriacutea de flujo segura y rentable que se puede utilizar tanto de manera domeacutestica
como comercial Estaacute elaborada con materiales de bajo coste que se encuentran en la
tierra de forma habitual como carbono oxiacutegeno nitroacutegeno hidroacutegeno hierro y potasio
Los compuestos no son toacutexicos ni tampoco inflamables (Ambientesoluciones 2020)
120
Los materiales no son toacutexicos son baratos y al estar disueltos en una
abundante cantidad de agua son seguros ya que no puede prenderse
fuego un detalle muy importante cuando se estaacuten almacenando grandes
cantidades de energiacutea eleacutectrica cerca de la gente explica Michael J
Aziz uno de los ingenieros que ha desarrollado el invento
(Ambientesoluciones 2020)
A diferencia de las bateriacuteas de electrodos soacutelidos las bateriacuteas de flujo almacenan la
energiacutea en los liacutequidos contenidos en los tanques externos de manera similar a las pilas
de combustible Los tanques establecen la capacidad de almacenamiento y el hardware
de conversioacuten electroquiacutemica a traveacutes del que se bombean los fluidos establece la
potencia (Ambientesoluciones 2020)
Ambos elementos se pueden personalizar para que cada usuario disponga de la
energiacutea atendiendo a sus necesidades Ademaacutes como la cantidad de energiacutea que puede
guardar aumentar con soacutelo aumentar el tamantildeo de los tanques se puede almacenar
mucha maacutes a un menor coste que los sistemas de bateriacuteas tradicionales
(Ambientesoluciones 2020)
Panel solar
El panel solar es el elemento maacutes conocido de los componentes utilizados en la
implementacioacuten de energiacutea solar se trata de un elemento que aprovecha la energiacutea del
sol para transformarlo en energiacutea eleacutectrica o caloacuterica la cual se puede utilizar de
diferentes maneras en esta transformacioacuten de la energiacutea solar se pueden distinguir
diferentes propoacutesitos de la energiacutea la primera por ejemplo es la utilizacioacuten de esta para
producir agua caliente lo cual se ve generalmente en los hogares y la segunda y una de
las maacutes conocidas son la transformacioacuten de energiacutea por medio de paneles fotovoltaicos
los cuales permiten producir electricidad captando la radiacioacuten solar las cuales recaen en
las ceacutelulas fotovoltaicas del panel solar (SLU 2015)
La energiacutea solar se puede captar de diferentes formas las dos mencionadas
anteriormente permiten entender el funcionamiento y la forma en la que se aprovechan
las radiaciones solares tales como se puede identificar en el siguiente paacuterrafo que nos
muestra el funcionamiento por medio de recoleccioacuten y transformacioacuten en energiacutea caloacuterica
121
En cuanto a las dos formas anteriormente nombradas el sistema de recoleccioacuten de
energiacutea solar uno de estos es por medio del colector solar en el cual tiene un liacutequido en
su interior que tiene la funcioacuten de absorber la radiacioacuten generada por el sol y
posteriormente la convierte en calor por medio de este liacutequido el cual se almacena para
ser utilizado por medio de ductos instalados en conjunto con el servicio de agua ya que
este se convierte en un intercambiador de calor por medio de unos ductos lo que permite
que el recurso hiacutedrico al ser usado tenga la temperatura deseada este ciclo se repite ya
que el liacutequido que funciona como intercambiador de calor retorna al colector solar para
realizar el proceso de nuevo (SLU 2015)
La recoleccioacuten de energiacutea eleacutectrica por medio de paneles solares es la maacutes
conocida en el mundo ya que es la base de esta tecnologiacutea para entender su
funcionamiento se debe comprender sus caracteriacutesticas por medio del siguiente paacuterrafo
se pueden identificar
La recoleccioacuten de energiacutea solar por medio de paneles fotovoltaicos se obtiene
gracias a las celdas que se encuentran en la superficie del panel solar las cuales son
denominadas como ceacutelulas fotovoltaicas estas tienen la capacidad de convertir la
energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica esto es llamado efecto fotovoltaico este efecto provoca
la energiacutea solar (fotones) posteriormente se producen unas cargas positivas y negativas
en unos componentes llamados semiconductores que estaacuten directamente relacionados
con las celdas y tienen distinto tipo y por medio de estos se crea un campo eleacutectrico que
posteriormente permite obtener corriente eleacutectrica (SLU 2015)
El panel solar puede funcionar con diferentes tipos de materiales los cuales
funcionan de una manera similar los maacutes utilizados para producirlos son el arseniuro de
galio (Gas) este es maacutes utilizado en diferentes tipos de aparatos electroacutenicos los cuales
son maacutes complejos y el segundo es el silicio (Si) el cual tiene un costo econoacutemico menor
estos son maacutes faacuteciles de encontrar y por lo mismo son los maacutes utilizados en general
ademaacutes de ser utilizados por la industria microelectroacutenica cuando se evaluacutea el
rendimiento de las celular fotovoltaicas se puede concluir que estas estaacuten ligadas con la
estructura tridimensional en el interior de la laacutemina de silicio (SLU 2015)
El panel solar tiene la funcioacuten de recibir la energiacutea lo cual lo convierte en un
elemento clave a la hora de construir dispositivos que necesiten aprovechar la energiacutea
solar ya que tambieacuten se deben tener en cuenta factores importantes en cuanto al manejo
122
de este tales como son la ubicacioacuten ya que es de vital importancia garantizar que se
aprovecha de la mejor manera la energiacutea proporcionada por el sol esto debido a que se
debe tener en cuenta el movimiento de la tierra alrededor del sol para identificar los
aacutengulos y zonas que permitan optimizar esta recoleccioacuten de energiacutea
Pavimentos articulados
Los pavimentos articulados tienen una caracteriacutestica principal y es que estaacuten
disentildeados con adoquines en su capa superior tambieacuten estaacute compuesta por un cuerpo el
cual contiene una capa de base y sub base con unas caracteriacutesticas de compactacioacuten
ademaacutes de opcionalmente realizar una adaptacioacuten a la sub rasante
Los adoquines son la caracteriacutestica maacutes visible de los pavimentos articulados ya que
estaacuten en su capa superior y son los primeros en tener contacto con los usuarios estos
se disentildean generalmente en forma de bloque macizo lo cuales tienen caracteriacutesticas de
dimensionamiento similares ya que es necesario uniformidad para su instalacioacuten ya que
son prefabricados y se traen al terreno para ser instalados uno tras de otro dejando juntas
entre ellos
Las demaacutes partes que componen el pavimento articulado son constituidas por un sello
de arena el cual se instala entre las juntas de los adoquines con el fin de rellenar pero
tambieacuten aportan un buen funcionamiento del pavimento a flexioacuten y la capacidad portante
de la superficie del pavimento posteriormente se encuentra una capa de arena la cual se
coloca con el fin de instalar los adoquines sobre esta esta arena debe tener una
granulometriacutea optima que permita un flujo libre de agua y la infiltracioacuten ademaacutes que sus
partiacuteculas deben ser resistentes a la degradacioacuten (CASTILLO 2003)
Las capas siguientes son denominadas cuerpo la que se encuentra posteriormente a
la capa de arena es llamada base y es la encargada de proporcionar una mejor capacidad
estructurar y tambieacuten permite un apoyo uniforme del pavimento siguieacutendole por una capa
llamada sub base la cual se encuentra debajo de la base y es utilizada para traacuteficos
medios y altos mayormente ya que para traficas bajos basta con la uacuteltima capa llamada
capa de conformacioacuten esta capa se encuentra entre la sub base y la sub rasante es
instalada para mejorar las caracteriacutesticas del suelo y funciona como plataforma para la
construccioacuten de las anteriores capas (CASTILLO 2003)
123
Sensores de movimiento
Los sensores de movimiento son dispositivos electroacutenicos estos generalmente
funcionan de forma inalaacutembrica y su funcionamiento parte de captar el movimiento para
asiacute enviar informacioacuten a una central de control estos sensores son capaces de registrar
movimientos de un aacuterea determinada y son reconocidos en todo el mundo por su
utilizacioacuten en sistemas de seguridad e iluminacioacuten entre otras funciones (Palacios 2020)
Entre los sensores de movimiento varios tipos y variedades dependiendo de la
utilizacioacuten en cada caso entre los cuales se encuentran los siguientes
Los sensores de regulacioacuten luz crepuscular estos sensores basan su funcionamiento
en aumentar o disminuir la luz del dispositivo luminario relacionado con la luz ambiente
lo cual permite que si la luz ambiente es de mayor intensidad se disminuya la generada
por el dispositivo esto genera que se optimice la eficiencia del sistema de iluminacioacuten al
maacuteximo aprovechando la luz al maacuteximo solo cuando se es necesario este sensor es
utilizado generalmente en exteriores ya que en ese entorno se optimiza mejor su ventaja
al tener directamente la luz del ambiente (LEDOVET 2018)
Los sensores de movimiento de infrarrojos estos sensores basan su funcionamiento
en la utilizacioacuten de luces infrarrojas para identificar cambios caloriacuteficos en el aacuterea de
cobertura predeterminada lo que permite detectar si una persona se mueve dentro de
dicha aacuterea y puede utilizarse como receptor de informacioacuten para seguridad donde se
conectariacutea con otro dispositivo de alerta o tambieacuten combinarlo con un sistema de
iluminacioacuten que genere luz a la presencia de personas (LEDOVET 2018)
Los sensores de presencia ultrasoacutenicos estos sensores basan su funcionamiento en
la utilizacioacuten de ondas ultrasoacutenicas las cuales son generadas por el dispositivo en una
determinada aacuterea las cuales regresan por rebote al ya que chochan con cada objeto
encontrado en el entorno cuando estas ondas regresan y detectan un cambio en su
rebote alertan este cambio activando el sistema con el cual este disentildeado (SampP 2018)
Los sensores combinados estos tipos de sensores son disentildeados con las tecnologiacuteas
anteriormente nombradas ya que estas se pueden combinar con el fin de obtener ventajas
en su funcionamiento estos teniendo en cuenta la importancia ya que se pueden instalar
de forma que aumente el nivel de deteccioacuten como puede ser una combinacioacuten entre las
tres tecnologiacuteas o solo dos de las tres con el fin de aumentar la sensibilidad del sistema
124
informacioacuten recibida ya que se genera una activacioacuten de todo el sistema con la deteccioacuten
de solo uno de los dispositivos tambieacuten se puede lograr el efecto inverso al instalarlos
de forma que se tengan que activar los dos o tres lo que baja la intensidad de deteccioacuten
y le da una mejor flexibilidad en espacios donde no es necesaria tanta seguridad y evitar
incomodidades a los usuarios
En cuanto a la forma de regulacioacuten de estos sensores se encuentran la regulacioacuten
dependiendo del alcance en metros con el que sea disentildeado el sistema esto se realiza
con el fin de solo cubrir la zona donde se requiere la funcioacuten del sensor y no interferir en
otros lugares del mismo entorno donde no es necesario o no se desea interferir otra
forma de regulacioacuten de estos sensores se puede realizar por medio del tiempo ya que se
puede disentildear con el fin de que se active desde que detectan un cuerpo hasta que se
desee que dejen de funcionar con el fin de optimizar el uso buscando la maacutexima eficacia
tambieacuten se mitigara el consumo energeacutetico ya que solo permaneceraacute en funcionamiento
los momentos que sea necesario y por ultimo un tipo de regulacioacuten es con la tecnologiacutea
anteriormente nombrada la crepuscular donde se regula dependiendo de la luz
encontrada en el ambiente solo encendiendo cuando es necesario la luz (SampP 2018)
Concreto translucido
El concreto translucido es un material utilizado de diferentes formas ya que sus
propiedades le permiten aprovechar la luz siendo esta un factor maacutes influyente en las
obra de infraestructura a las que se le implementa este tipo de concreto ya sea para el
aprovechamiento de luz del entorno y asiacute mitigar problemas ambientales o crear maacutes
confort en los usuarios como para generar una estructura combinada con luz artificial
que a su vez tambieacuten se puede combinar con energiacuteas renovables para obtener
beneficios ambientales ademaacutes de poder jugar con las diferentes formas y lugares en los
cuales se puedan construir como estructuras deportivas viacuteas zonas comunes entre otras
donde estas tengan un impacto innovador
El concreto translucido fue patentado por aron losonczi el cual tuvo la idea de unir dos
caracteriacutesticas diferentes como lo es la dureza del concreto y la transparencia de un
material translucido su investigacioacuten se dirigioacute a la implementacioacuten de fibras oacutepticas en
el concreto convencional con el fin de crear productos que permitan construir paredes de
interiores o exteriores suelos iluminados o en proyectos de arte y disentildeo (OMPI
ORGANIZACION MUNDIAL DE LA PROPIEDAD INTELECTUAL 2015)
125
En la actualidad existen dos tipos de concreto translucido que destacan en el
mundo los cuales son el concreto translucido construido con fibra oacuteptica y el concreto
translucido polimeacuterico
Concreto translucido con fibra oacuteptica
El concreto translucido con fibra oacuteptica estaacute compuesto por miles de filamentos de fibra
oacuteptica la cual se agrega al concreto y generalmente tienen un diaacutemetro entre los 2mm y
2 micras para que tenga un buen desempentildeo deben estar orientadas en la misma
direccioacuten esto de un lado al otro de la pieza que se construya generalmente la proporcioacuten
de fibra suministrada al conglomerado es del 4 del volumen de la pieza de concreto
construida en total (ARCUS GLOBAL 2020)
La caracteriacutestica que le da lo translucido al concreto es a implementacioacuten de las fibras
oacutepticas ya que la luz que impacta por una cara del concreto en un extremo de las fibras
oacutepticas acomodadas en la misma direccioacuten generan que la luz se perciba aunque con
una menor intensidad al otro extremo de las fibras oacutepticas en este orden de ideas entre
maacutes intensa sea la luz en la cara donde se realiza el contacto maacutes intenso se veraacute en la
otra cara de la pieza construida (ARCUS GLOBAL 2020)
Otra caracteriacutestica de las piezas construidas con fibras oacutepticas son las sombras
generadas en la cara que se tiene luz ya que estas tambieacuten aparecen en la otra cara del
concreto y se destacan por su contorno lo que le da un plus de esteacutetica y esta
caracteriacutestica del concreto translucido con la luminosidad se puede dar hasta 20 metros
todo gracias a las fibras oacutepticas que contienen en su interior y en cuanto a la parte
estructural no se implementan barras de aceros como se acostumbra en el concreto
convencional si no barras de plaacutestico transparentes y tambieacuten se obtiene una resistencia
similar a la de los concretos tradicionales (ARCUS GLOBAL 2020)
Concreto Translucido Polimeacuterico
El concreto translucido polimeacuterico tiene una composicioacuten que se asemeja mas a la
tradicional la caracteriacutestica que le permite ser translucido es el cambio del cemento
convencional parcial o complementariamente por un conglomerante polimeacuterico
transparente llamado el ilum (ARCUS GLOBAL 2020)
La diferencia entre el anterior concreto desarrollado a partir de fibras oacutepticas y este
desarrollado a partir de ilum es que el ilum permite la entrada de luminiscencia por todas
126
las direcciones esto tambieacuten depende de la dosificacioacuten ya que al agregar el componente
aacuterido pierde un poco esta caracteriacutestica para obtener grandes resultados se debe tener
una granulometriacutea bien cuidada tambieacuten se obtiene que la resistencia a la compresioacuten
de este tipo de concreto translucido puede ser similar o en ocasiones superior a la del
concreto convencional (ARCUS GLOBAL 2020)
Este trabajo de investigacioacuten utiliza el concreto transluacutecido SEUS elaborado con
poliacutemeros y materiales reciclados que seguacuten Perdomo amp Fandintildeo (2020) registra una
buena resistencia a la compresioacuten (44 MPa) cuando se usa aglomerante de resina de
polieacutester insaturado (Perdomo C amp Fandintildeo M 2020)
43 MARCO CONCEPTUAL
Meacutetodos de disentildeo de pavimentos
Meacutetodo racional
El meacutetodo racional muestra la estructura de pavimento como un medio elaacutestico sobre
el cual se coloca una carga la cual genera en la estructura un esfuerzo el cual es aplicado
especiacuteficamente en la capa superior para comprender estos esfuerzos se puede
interpretar a traveacutes de un modelo mecaacutenico el esfuerzo ejercido en la capa superior se
propaga a traveacutes de la estructura y cada vez que avanza en la estructura el esfuerzo es
menor esto quiere decir que si el grosor del medio elaacutestico que soporta los esfuerzos es
mayor mejor soporta los esfuerzos por que maacutes distancia recorre maacutes deacutebil se vuelve el
esfuerzo
Para el dimensionamiento del pavimento por el meacutetodo racional por el modelo
Boussinesq se tiene en cuenta que la presioacuten ejercida por el neumaacutetico o un peatoacuten el
cual ejerce una carga (Lizcano 2003) las cuales generalmente son mayores de lo que
puede soportar un terreno natural por esta razoacuten la calzada disentildeada debe repartir esta
presioacuten con el fin de volverla tolerable y estos modelos siguen las hipoacutetesis encontradas
a continuacioacuten
ldquoLa carga aplicada a la calzada se esquematiza por una presioacuten qₒ sobre un circulo de
radio ϕ como se puede observar en la siguiente figurardquo (Lizcano 2003)
127
ldquoEl suelo soporte requiere elaacutestico modo de Young E2 relacioacuten de poisson v2 este
suelo solo puede resistir sin deformarse exageradamente un esfuerzo vertical admisible
(σ2) inferior presioacuten a ntildea presioacuten qₒ coacutemo se puede observar en la siguiente figurardquo
(Lizcano 2003)
Figura 7 Distribucioacuten de esfuerzos Modelo Boussinesq
Fuente (Boussinesq 2020)
Posteriormente se identifica una profundidad la cual se determina como H esto con el
fin de que la presioacuten vertical se encuentre al final difusa ya que no se puede sobrepasar
el esfuerzo vertical admisible (Sz) el meacutetodo Boussinesq encontroacute una solucioacuten al poner
que en una profundidad z el esfuerzo vertical es de la siguiente manera (Lizcano 2003)
1205902 = 1199020
[
1 minus(119911119886)
3
(1 + (1199112
1198862))
32
]
Donde
σ2= esfuerzo vertical
128
α = radio de la carga de la huella circular o semieje en la direccioacuten x de la carga de
huella eliacuteptica
q = presioacuten de la carga
X Y y Z = coordenadas cartesianas de un punto
Esta nomenclatura aplicada al pavimento se puede representar de la siguiente manera
Figura 8 Esfuerzos que sufren los pavimentos en tres direcciones
Fuente (Lizcano 2003)
Donde
σ2= esfuerzo vertical
σr= esfuerzo radial de traccioacuten
Es= moacutedulo de Young de un masivo semifinito
v= coeficiente de poisson
ͳ= cizallamiento
Las fuerzas anteriormente nombradas ejercidas en el pavimento se pueden observar
en la siguiente grafica donde se puede identificar la forma en la que un neumaacutetico ejerce
presioacuten sobre el pavimento teniendo en cuenta que el neumaacutetico tiene una forma en la
cual se distribuyen las presiones en forma de ovalo por lo cual en cuanto maacutes se acerca
a su centro maacutes fuerte se vuelve esta presioacuten se puede observar como en la uacuteltima fase
los colores son cada vez maacutes intensos esto quiere decir que en ese logar el pavimento
estaacute sometido a maacutes esfuerzo
129
Figura 9 Huella de la llanta del vehiacuteculo sobre el pavimento
Esfuerzos graficados Fuente (Xiaodi Hu 2017)
Meacutetodo AASHTO
El meacutetodo AASHTO llamado asiacute por sus siglas (American Association of State Highway
and Transportation Officials) es caracteriacutestico por ser un meacutetodo de disentildeo semiempirico
donde en sus inicios fue evaluado para pavimentos flexibles pero tambieacuten fue adaptado
para pavimentos articulados ya que cogieron este como base esto conlleva a que
compartan muchas similitudes es importante tener en cuenta que este meacutetodo emplea
unidades las cuales se estiman mediante el traacutefico ejes estaacutendar en unidades inglesas
18 Kips (82 toneladas) (CASTILLO 2003)
La foacutermula base de este meacutetodo es la siguiente
log10(119864119860119871119904 lowast 119865119903)
= 939 lowast log10(119878119873 + 1) minus 02 + (log10 (119875119900 minus 119875119905
119875119900 minus 15) (04 + (
1094
(119878119873 + 1)519)
+ (232 lowast log10 119872119903) minus 807
Donde
EALs= numero de eje de 18 Kips acumulado en el periodo de disentildeo
Fr= factor de confiabilidad del disentildeo 10^(Zr+So)
Zr= fractil estaacutendar de la ley (funcioacuten de R)
So= desviacioacuten estaacutendar
R= nivel de confiabilidad
SN= numero estructural de la capa
Po= serviciabilidad inicial del pavimento
Pt= serviciabilidad final del pavimento
130
Mr= moacutedulo resiliente de la subrasante (psi)
Generalmente la desviacioacuten estaacutendar es recomendada como 045 el factor de
confiabilidad usado en la formula anteriormente nombra se encuentra dependiendo de la
importancia de la viacutea con lo que se debe tener en cuenta las siguientes recomendaciones
para encontrar el Fr
Tabla 1 Factor de confiabilidad
Nivel de confiabilidad
() 119917119929
50 1000
60 1300
70 1721
75 2010
80 2390
85 2929
90 3775
95 5499
99 8527
Fuente (CASTILLO 2003)
Para definir el nivel de confiabilidad con el que se debe disentildear la viacutea se debe tener en
cuenta factores que dan un nivel de importancia dependiendo del tipo de viacutea que se va a
construir en el siguiente cuadro se encuentran los criterios que deben tenerse en cuenta
para poder obtener un nivel de confiabilidad recomendado
131
Tabla 2 Nivel de confiabilidad
Clase de viacutea
Trafico
promedio
diario
Factor de
distribucioacuten por
carril()
Nivel de
confiabilidad
recomendado
()
Arterias o viacuteas principales
Urbana 40000 90 90
Rural 15000 90 85
Colectora principal
Urbana 15000 90 85
Rural 6000 90 80
Colectora
secundaria
Urbana 6000 100 80
Rural 2000 100 80
Comercial Multifamiliar
Urbana 2000 100 75
Fuente (CASTILLO 2003)
Para encontrar el numero estructural de la capa se debe utilizar la siguiente formula
119878119873 = Σ(119886119894 lowast 119905119894)
Donde
ai= coeficiente de capa de la i
ti= espesor de la capa i
La estructura del pavimento disentildeada por el meacutetodo Asshto despueacutes de tener en
cuenta los materiales con los que se van a construir cada capa y el aporte estructural que
se encuentra en cada una de estas con los cuales dependiendo de la necesidad se elige
su espesor quedariacutean de la siguiente manera
132
Figura 10 Estructura del pavimento AASTHO 1993
Fuente Guiacutea para el disentildeo de estructuras de pavimentos AASTHO 1993
Meacutetodo PCA
Para el disentildeo por el meacutetodo PCA se rige principalmente por los siguientes factores
-resistencia del concreto a la flexioacuten denominada como MR
El moacutedulo de rotura denominado como Mr es uno de los factores maacutes importantes en
el disentildeo de pavimentos articulados ya que por medio de este se mide la tensioacuten maacutexima
que puede soportar un espeacutecimen el cual debe ser fallado a flexioacuten esto ejerciendo las
cargas en 3 puntos
El moacutedulo de rotura puede ser obtenido mediante cargas cantiliver en un punto central
en los tercios Una diferencia importante en estos meacutetodos de prueba es que la prueba
de la carga en los tercios da la miacutenima resistencia en el tercio central de la viga ensayada
mientras que los otros dos meacutetodos muestran la resistencia en un solo punto (Robert G
Packard 1995)
Las pruebas anteriormente mencionadas se realizan generalmente a los 7 14 y 28 y
90 diacuteas las pruebas realizadas a los 7 y 14 diacuteas son utilizados generalmente para
recopilar informacioacuten sobre el comportamiento del concreto y control en el trabajo y para
determinar en queacute momento se puede dar apertura al pavimento los ensayos a 28 diacuteas
son comuacutenmente utilizados para los espesores de la capa superior del pavimento y el
133
uacuteltimo ensayo el de los 90 diacuteas son utilizados para el disentildeo de pistas de aterrizaje
(Robert G Packard 1995)
El concreto tiene una la habilidad de ganar resistencia al aumentar los antildeos de vida
esto se puede representar en una graacutefica la cual representa diferentes tipos de ensayos
realizados a vigas de pruebas las cuales fueron curadas en el campo y tambieacuten de varias
partes de hormigos las cuales estaban en servicio lo cual se puede observar a
continuacioacuten
Figura 11 Evolucioacuten de la resistencia a la flexioacuten en funcioacuten del tiempo
Grafica resistencia Fuente (Robert G Packard 1995)
-Resistencia encontrada de la subrasante y la subbase combinadas denominada como
K
El soporte de la subrasante y la subbase es definido en teacuterminos del moacutedulo de
reaccioacuten de la subrasnate (k) de westergaard Es igual a la carga en libras por pulgada
cuadrada sobre el aacuterea de la carga dividido por la deflexioacuten en pulgadas para esa carga
Los valores de k son expresados como libras por pulgada cuadrada por pulgada es decir
como libras por pulgada cubica (pci) (Robert G Packard 1995) En la siguientes dos
tablas se puede observar el efecto de la subbase asiacute encontrando el valor de K donde
se evaluacutean de dos formas una con la subbase no tratada y la otra con la subbase tratada
con cemento
Tabla 3 Nivel de confiabilidad
Valor de k de la subrasante pci
Valor k de la subbase pci
4 Pulg 6 Pulg 9 Pulg 12 Pulg
134
50 65 75 85 110
100 130 140 160 190
200 220 230 270 320
300 320 330 370 430
Valor de k subbase no tratada Fuente (Robert G Packard 1995)
Tabla 4 Nivel de confiabilidad
Valor de k de la subrasante pci
Valor k de la sub-base pci
4 Pulg 6 Pulg 9 Pulg 12 Pulg
50 170 230 310 390
100 280 400 520 640
200 470 640 830 -
Valor de k subbase tratada con cemento Fuente (Robert G Packard 1995)
-los tipos de cargas que soportara el pavimento frecuencia y pesos
Este factor estaacute en unos de los maacutes importantes ya que se determinan las cargas a las
cuales se va a estar expuesta la viacutea durante toda su vida uacutetil y estas cargas son
directamente responsables con los otros factores del espesor de la viacutea y se deben tener
en cuenta tres factores los cuales se pueden observar a continuacioacuten
Trafico promedio diario de todos los vehiacuteculos
Trafico promedio diario de camiones
Cargas axiales de los camiones
-El uacuteltimo factor es el periodo de disentildeo de la viacutea
El periodo de disentildeo de la viacutea generalmente estaacute en 20 antildeos algunas veces maacutes y
otras menos pero todo depende del criterio que se tenga en la caracteriacutesticas que
requiera la viacutea algunos ingenieros dicen que el rango de periodo de disentildeo debe estar
entre 30 y 35 antildeos algunas obras donde sus materiales carecen de defectos se pueden
disentildear hasta maacutes de 40 antildeos pero todos estos periodos de disentildeo se pueden justificar
de acuerdo a la importancia o tambieacuten econoacutemicamente ya que este afecta directamente
al grosor del pavimento ya que al aumentar los antildeos de disentildeo se incrementan los
135
nuacutemeros de ejes estaacutendar que pasaran por la viacutea ademaacutes de los servicios adicionales
durante el periodo (Robert G Packard 1995)
44 MARCO CONTEXTUAL
El tramo de prueba donde se realizaraacute la validacioacuten en campo del sendero inteligente
Step by Step estaacute ubicado en el Parque Simoacuten Boliacutevar del municipio de Agua de Dios
sitio muy concurrido por la poblacioacuten lo que aduce que no solo impacta a traacutefico peatonal
si no que genera atractivo turiacutestico
El municipio tradicionalmente celebra actividades religiosas en el cerro de la cruz en
un ambiente de clima huacutemedo oacuteptimo para realizar actividades luacutedicas con la naturaleza
con gran variedad de especies Sin embargo desde los uacuteltimos 15 antildeos la afluencia de
los habitantes a estas fiestas ha registrado un declive dejando de lado los atractivos de
este sitio como las aguas azufradas a las cuales se dice que fueron la razoacuten de la
denominacioacuten del municipio sumado a una historia basada en el abandono de los
enfermos de Lepra por parte de la sociedad en el tradicional Puente de los Suspiros
Figura 12 Localizacioacuten del Municipio de Agua de Dios Cundinamarca
Fuente web httpswwwgooglecommaps 2020
El municipio Agua de Dios se encuentra ubicado en el departamento de Cundinamarca
en la zona del alto magdalena donde sus municipios vecinos son Girardot a 26 km al
noreste Tocaima a 15 km al noroeste y Nilo a 8km al sur del municipio Este municipio
136
con un poco maacutes 10000 habitantes (DANE 2018) y que se encuentra a una distancia
total de 124 kiloacutemetros de la Capital del paiacutes Bogotaacute es un municipio pequentildeo de veranos
largos muy calientes y bochornosos los inviernos son cortos Seguacuten el IDEAM la
temperatura media anual de agua de Dios se encuentra entre 26degC y 28degC (IDEAM
2014)
Figura 13 Zona urbana Municipio de Agua de Dios
Fuente web httpswwwgooglecommaps 2020
Al sur oriente se localiza el parque ecoturiacutestico los chorros (ver Figura 14) lugar que
cuenta con una historia enriquecedora desde la fundacioacuten del municipio y que
actualmente se encuentra en un estado de deterioro Pese a que se encuentran diferentes
tipos de especies de aacuterboles y animales lo convierten en sitio turiacutestico rodeado de
balnearios y zonas de comida con un clima extraordinario y con una riqueza cultural a
nivel nacional siendo un sitio propicio para implementar el Step by Step a futuro
137
Figura 14 Balneario los Chorros Agua de Dios
Fuente (Alcaldia de Agua de Dios 2019)
Seguacuten el IDEAM la radiacioacuten solar que emite el Sol se propaga en todas las direcciones
a traveacutes del espacio esa energiacutea es el motor que determina la dinaacutemica de procesos
atmosfeacutericos y de clima La radiacioacuten solar nos proporciona efectos fisioloacutegicos positivos
tales como estimular la siacutentesis de vitamina D que previene el raquitismos y osteoporosis
favorece la circulacioacuten sanguiacutenea actuando en algunos tratamientos en algunas
dermatosis y estimula en algunos casos la siacutentesis de los neurotransmisores cerebrales
responsables del estado aniacutemico (IDEAM 2014) Por esto estaacute encargado de medir la
radiacioacuten solar a nivel nacional argumentando que es importante principalmente como
una de las fuentes alternativas de energiacutea en la generacioacuten de electricidad ademaacutes de
que ayuda a un sin nuacutemero de aplicaciones para crear modelos de prediccioacuten del tiempo
y el clima (IDEAM 2014)
El portal ACCUWEATHER de internet cuenta con alta tecnologiacutea y esta actualizado
cada diacutea sobre datos de clima viento lluvias en cualquier lugar del mundo El sitio web
dice que en el municipio de Agua de Dios se encuentra un historial de temperaturas que
estaacuten entre los 9degC y los 32degC asiacute como hay raacutefagas de viendo que superan los 10
kiloacutemetros por hora (accuweather 2020)
Asiacute mismo cuenta con la microcuenca de la quebrada la Punaacute y esta a su vez hace
parte de la subcuenca del Rio Bogotaacute Cuenca mayor del Rio Magdalena (SECHAGUA
2016) se cuentan con estudios medio ambientales que referencian al municipio y del cual
se pueden tener en cuenta para los datos de precipitacioacuten de lluvias sobre el municipio
138
Seguacuten la Corporacioacuten Autoacutenoma Regional de Cundinamarca CAR en el municipio se
encuentra la estacioacuten meteoroloacutegica de precipitacioacuten denominada Las Violetas Dicha
estacioacuten recoge informacioacuten importante para dar a conocer un valor puntual climaacutetico de
la zona de estudio y con estos datos se pueden evaluar otros factores que sirven para la
agricultura y demaacutes Dichos valores de precipitacioacuten son para los puntos de control para
altitudes de 0 a 1000 metros sobre el nivel del mar
Agua de Dios dentro de un escenario neutro se encuentra en el intervalo de
precipitacioacuten 186 miliacutemetros a 1656 miliacutemetros Bajo un escenario donde se presenta el
fenoacutemeno de El Nintildeo en un intervalo que va desde 264 miliacutemetros hasta 1933
miliacutemetros Y por uacuteltimo bajo un escenario en el que se presenta el fenoacutemeno de La Nintildea
en un intervalo que va desde 436 miliacutemetros hasta 2192 miliacutemetros (CAR 2015)
Teniendo en cuenta los datos anteriores y otros tomados en periodos maacutes largos de
tiempo la CAR hace un anaacutelisis espacial de la precipitacioacuten sobre los municipios que
hacen parte de la jurisdiccioacuten de la CAR Dicho lo anterior el anaacutelisis muestra un reacutegimen
de lluvias bimodal lo que quiere decir que se presentan dos temporadas de lluvias altas
y dos temporadas de lluvias de baja intensidad durante el antildeo la primera temporada de
lluvias se presenta en los meses de diciembre enero y febrero al mismo tiempo se
presentan diferencias en sus cantidades de lluvias espacialmente los menores
voluacutemenes de lluvia se presentan en la cuenca del Rio Bogotaacute donde oscilan en promedio
de 11 y 40 mm mensuales La segunda temporada de lluvias menos intensa se presenta
en los meses de junio Julio y agosto los valores maacutes bajos de lluvias se presentan en la
Cuenca del Rio Bogotaacute donde oscilan de 19 a 42 mm La primera temporada de
voluacutemenes altos de lluvias se presenta en los meses de marzo abril y mayo donde los
valores se encuentran entre 200 y 400 mm mensuales La segunda temporada de lluvias
altas se dan en los meses de septiembre octubre y noviembre los voluacutemenes de lluvia
se encuentran entre 150 y 340 mm mensuales acumulados (CAR 2015)
En consecuencia la temporada de lluvias bajas se concentra en seis meses del antildeo
meses que son importantes para el turismo en todas las regiones del paiacutes Se evidencia
la temporada de fin de antildeo y de mitad de antildeo que son importantes porque la mayoriacutea de
las personas se encuentra en temporada de vacaciones y el municipio de Agua de Dios
durante esa eacutepoca es visitado por ciudadanos de todas las regiones
139
45 MARCO LEGAL
La norma que establece las especificaciones teacutecnicas para el control de calidad de
adoquines de concreto hidraacuteulico en Colombia es la Norma Teacutecnica Colombiana (NTC)
2017 para construir pavimentos articulados tanto para traacutefico peatonal como traacutefico
vehicular asiacute como tambieacuten la descripcioacuten de los materiales que se usan para su
fabricacioacuten
Si se desean caracteriacutesticas diferentes a las que exige la norma estas deben ser
especificadas antes de iniciar el disentildeo del adoquiacuten
A continuacioacuten se muestran unas tablas donde se refleja lo que exige la norma teacutecnica
colombiana NTC 2017 en cuanto al disentildeo de adoquines Ademaacutes de esto la informacioacuten
se sustenta con informacioacuten tomada del Instituto para el Desarrollo Urbano de Bogotaacute la
norma internacional ASTM la norma del Instituto Nacional de Viacuteas (INVIAS)
Tabla 5 Partes de los Adoquines
PARTE ESPECIFICACION ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Cara de desgaste
NTC 2017 Parte superior del adoquiacuten la cual queda al aire en su instalacioacuten
Soporta directamente el transito
Capa superior capa superficial
NTC 2017 Capa que conforma la cara de desgaste en adoquines bicapa
No todos los adoquines son bicapa
Capa inferior NTC 2017
Capa ubicada debajo de la capa superficial en adoquiacuten bicapa Constituye la mayoriacutea de la masa de los mismos
No todos los adoquines son bicapa
Cara de apoyo
NTC 2017 Cara inferior del adoquiacuten
Cara que queda en contacto con la capa de arena en su instalacioacuten
Superficie de referencia
NTC 2017
En adoquines no biselados es la superficie que corresponde a la cara de desgaste En adoquines biselados corresponde a la
140
cara de desgaste sin tomar en cuenta el volumen del prisma sustraiacutedo por el bisel
Forma
NTC 2017
Poliacutegono que define la cara de desgaste y la cara de apoyo y que a su vez determina el prisma recto que le da volumen al adoquiacuten
Arista NTC 2017 Liacutenea de interseccioacuten entre dos planos o caras
Hace referencia a lo que conforma la cara de desgaste y las paredes
Arista de Laacutepiz
NTC 2017
Arista de forma redondeada con radio de35 mm aproximadamente
Se le da forma redondeada en el proceso de fabricacioacuten
Bisel NTC 2017
Perfil inclinado a 45deg aproximadamente en adoquiacuten biselado o parcialmente biselado
Se considera como parte del bisel la franja generada por las rebabas verticales una vez retiradas
Separador NTC 2017
Salientes verticales (nervaduras placas) generadas en las paredes del adoquiacuten para garantizar la separacioacuten
Se hace con el fin de que las juntas se puedan llenar de arena
FUENTE Informacioacuten propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 de
2004-02-05 y el Instituto de Desarrollo Urbano (IDU)
Tabla 6 Geometriacutea del adoquiacuten seguacuten NTC 2017
DIMENSIONES ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Espesor Dimensioacuten perpendicular a la cara de desgaste
141
Medida desde la cara de desgaste hasta la capa inferior
Espesor estaacutendar (ee)
Espesor tomado de manera anaacuteloga del espesor real
Lo especifica el productor
Espesor real (er) Espesor del adoquiacuten Medido en cada espeacutecimen
Espesor real promedio (er) del espeacutecimen
Promedio de cuatro mediciones del espesor real
Las cuatro mediciones son en el mismo espeacutecimen
Espesor real promedio (er) de la muestra
Promedio de valores del espesor real promedio del espeacutecimen
Se calcula con la cantidad de especiacutemenes de la muestra
Espesor de la capa superficial (ecs) del espeacutecimen
Espesor miacutenimo de la capa superficial en adoquines bicapa
Se mide con relacioacuten a la superficie de referencia
Espesor de la capa superficial (ecs) de la muestra
Promedio de valores del espesor de la capa superficial del espeacutecimen
Se calcula con la cantidad de especiacutemenes para la muestra
Longitud Dimensioacuten del adoquiacuten en direccioacuten del eje mayor del aacutengulo inscrito
No se incluyen separadores
Longitud estaacutendar (le)
Longitud tomada de manera anaacuteloga de la longitud real
Se especifica por el fabricante
Longitud nominal (ln)
Suma de la longitud estaacutendar maacutes el ancho estaacutendar
Longitud real (lr) Es la longitud del adoquiacuten Longitud medida directamente en cada espeacutecimen
Longitud real promedio (lr) del espeacutecimen
Promedio de dos mediciones de la longitud real
Longitudes medidas para cada espeacutecimen
Longitud real promedio (lr) de la muestra
Promedio de los valores de la longitud real promedio del espeacutecimen
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Ancho Medicioacuten del adoquiacuten en direccioacuten del eje menor del rectaacutengulo inscrito
No se incluyen separadores
142
Ancho estaacutendar (ae)
Ancho tomado de manera anaacuteloga del ancho real
Se especifica por el fabricante
Ancho nominal (an)
Suma del ancho estaacutendar maacutes el ancho de la junta estaacutendar
Ancho real (ar) Es el ancho del adoquiacuten Se mide directamente sobre cada espeacutecimen
Ancho real promedio (ar) del espeacutecimen
Promedio de dos mediciones del ancho real
Medidas para cada espeacutecimen
Ancho real promedio (ar) de la muestra
Es el promedio del ancho real promedio del espeacutecimen
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Ancho del rectaacutengulo inscrito (ai)
Dimensioacuten del eje menor del rectaacutengulo inscrito
Proyeccioacuten horizontal del bisel (phb)
Proyeccioacuten del perfil del bisel sobre la superficie de referencia
Incluye la franja por rebaba si existe
Proyeccioacuten vertical del bisel (pvb)
Proyeccioacuten del perfil del bisel sobre la pared del adoquiacuten
Incluye la franja por rebaba si existe
Ancho de los separadores (as)
Dimensioacuten transversal de los separadores en el plano de la pared del adoquiacuten
Espesor de los separadores (as)
Dimensioacuten de los separadores en sentido perpendicular a la pared del adoquiacuten
Espesor de los separadores promedio (es) del espeacutecimen
Promedio de los valores del espesor de los separadores
Medidos para cada espeacutecimen
Espesor de los separadores promedio (es) de la muestra
Promedio de los valores del espesor de los separadores promedio
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Fuente Propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 publicada 2004-02-
05
143
Tabla 7 Requisitos geomeacutetricos de los adoquines
REQUISITOS ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Longitud nominal (ln)
No debe ser mayor a 250 mm ni menor a 50 mm
Por lo general se encuentra entre 100 mm y 250 mm
Ancho nominal (an)
No debe ser menor a 50 mm Por lo general se recomienda 80 mm
Espesor estaacutendar (ee)
No debe ser menor a 60 mm Se recomienda espesores para uso peatonal no menor a 60 mm y a vehicular no menor a 80 mm
Junta estaacutendar Deber ser de 2 mm Si es mayor se considera malformacioacuten
Relacioacuten entre longitud nominal y ancho nominal
Debe ser menor o igual a 4 No se aplica a unidad complementaria o especial
Relacioacuten entre longitud nominal y espesor estaacutendar
Debe ser menor o igual a 4 No se aplica a unidad complementaria o especial
Tolerancias en la longitud real y ancho real
Cada par de mediciones no debe diferir entre si en maacutes de 15 mm
Mediciones tomadas sobre la cara de desgaste y sobre la cara de apoyo
Tolerancias en la longitud real promedia y ancho real promedia
Cada espeacutecimen de la muestra no deben diferir de la longitud estaacutendar y ancho estaacutendar en maacutes de 15mm
Mediciones tomadas en cada espeacutecimen de la muestra
Tolerancias en espesor real y espesor estaacutendar
Las mediciones del espesor real no deben diferir del espesor estaacutendar en maacutes de 2 mm
Adoquines con acabado plano o junta falsa
Aristas
Para las aristas en adoquines no biselados se aceptan desportilladuras con una dimensioacuten no mayor a 3 mm
Desportilladuras mayores a 3 mm se consideran defectos
Bisel
Debe tener igual forma y perfil en toda la longitud Tanto proyeccioacuten horizontal (phb) y proyeccioacuten vertical (pvh) debe ser miacutenimo 3 mm y maacuteximo 7 mm
Rango La diferencia entre la mayor y la menor de las mediciones de phb
Medidas tomas para cada espeacutecimen de la muestra
144
y pvh no debe ser mayor de 15mm
Separadores
En cada pared del adoquiacuten se debe tener un separador por adoquiacuten seguacuten el patroacuten de instalacioacuten Ancho de separador debe estar entre 4 mm y 15 mm Espesor del separador debe ser 2 mm maacutes o menos 05 mm
Solo aplica para adoquines con separadores descritos anteriormente
Capa superficial Espesor de la capa superficial (ecs) debe ser al menos 8 mm
Solo se aplica para adoquines bicapa En ninguacuten momento durante su uso o en el ensayo a flexo traccioacuten se debe presentar desprendimiento total y parcial de las dos capas
Fuente Propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 publicada 2004-02-
05
451 ABSORCION DE AGUA
Seguacuten la Norma Teacutecnica Colombiana ICONTEC 2017 lo adoquines de concreto al
momento de salir de la faacutebrica deben presentar una absorcioacuten de agua (Aa) menor o
igual al 7 como valor promedio de los especiacutemenes de la muestra y menor o igual a 8rdquo
para cada adoquiacuten individual (Icontec 2018)
Equipo
Para realizar las mediciones de las dimensiones del adoquiacuten se debe contar con un
calibrador de aguja con divisiones cada 01mm (Icontec 2018)
Para realizar ensayo de absorcioacuten de agua se usan los cinco especiacutemenes de la
muestra despueacutes de haberles medido las dimensiones exceptuando la del espesor de la
capa superficial y a los que posteriormente se les va a realizar ensayo a flexo traccioacuten
(Icontec 2018) Las masas se deben registrar con una balanza con una sensibilidad de
1 gramo
Y un horno ventilado con una temperatura controlada entre 100 C y 115 C y con un
volumen de al menos 25 veces el de los especiacutemenes que se van a secar al mismo
tiempo (Icontec 2018)
145
Procedimiento
Todos los especiacutemenes de la muestra se deben secar simultaacuteneamente en un horno
ventilado a una temperatura entre 100 C y 115 C Deben quedar separados entre si y de
cualquier superficie caliente como miacutenimo 25 mm Se deben secar hasta obtener una
masa sema (ms) constante despueacutes de un periodo miacutenimo de secado de 24 horas y
hasta que en dos pesajes sucesivos a intervalos de 2 horas la masa presente una
disminucioacuten de menos del 02 con respecto a la masa anterior (Icontec 2018)
Saturacioacuten
Para el ensayo los especiacutemenes deben ser sumergidos en agua durante 24 horas a
una temperatura que debe encontrarse entre 15 C y 27 C Debe haber un volumen de
agua suficiente para que entre la superficie y la cara del adoquiacuten haya una medida entre
25 mm y 50 mm No se deben poner especiacutemenes sobre otros (Icontec 2018)
Caacutelculos
Se debe usar la siguiente ecuacioacuten para hallar el porcentaje de absorcioacuten de agua del
espeacutecimen (Icontec 2018)
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899 (119860119886) =(119872ℎ minus 119872119904)
119872119904lowast 100
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
452 RESISTENCIA A LA FLEXO TRACCION (MODULO DE ROTURA)
ESPECIMENES DE ENSAYO
Los especiacutemenes a usar son unidades a las que ya les fue evaluada la apariencia las
dimensiones y hallado el porcentaje de absorcioacuten de agua Deben ser unidades
completas Las unidades son sometidas al ensayo a flexo traccioacuten con el fin de halla el
146
Modulo de Rotura (MR) Las unidades deben permanecer sumergidas en el agua durante
24 horas antes del ensayo se sacan y se dejan escurrir durante un minuto luego se
secan con un pantildeo seco para someterlas a ensayo (Icontec 2018)
EQUIPO
La maacutequina de ensayo para la determinacioacuten de la resistencia a la flexo traccioacuten debe
ser capaz de aplicar cargas de 20 KN (Icontec 2018)
Figura 15 Prueba de ensayo a Flexo traccioacuten de Adoquines de concreto (Icontec
2018)
147
Fuente Editada por los autores de (Icontec 2018)
Procedimiento
El espeacutecimen saturado y superficialmente seco se coloca sobre la maacutequina de ensayo
con la cara de desgaste hacia arriba de manera que el elemento superior de la maquina
coincida con el eje menor del rectaacutengulo inscrito sobre la cara de desgaste y los apoyos
inferiores coincida con una liacutenea paralela 10 mm adentro de los lados menores del
rectaacutengulo inscrito (Icontec 2018)
La maacutequina de ensayo debe aplicar la carga a una velocidad tal que produzca un
aumento cercano a 05MPas quiere decir que un tiempo de ensayo de 10 segundos
para 5 MPas El valor calculado se debe expresar en la unidad equivalente a MPa con
exactitud de 01 MPa (Icontec 2018)
Aparte de la Norma Teacutecnica Colombiana (NTC) 2017 que es la norma que rige la
fabricacioacuten y el uso de adoquines existe la norma American Society of Testing Materials
(ASTM) es una asociacioacuten que se encarga de medir la resistencia de los materiales para
la construccioacuten dicha norma es la base para crear las normas de nuestro paiacutes por eso
148
es de gran importancia hacer mencioacuten de ella en este documento y a las normas que se
abarcan (Icontec 2018)
A continuacioacuten algunas de las normas ASTM para adoquines en concreto
ASTM C-936 absorcioacuten flexo traccioacuten y abrasioacuten (Icontec 2018)
Absorcioacuten maacutexima a la humedad la cual dice que la absorcioacuten promedio de las
muestras ensayadas no seraacute mayor del 5 con ninguacuten resultado individual mayor del 7
(Torres 2020)
clasifica a los adoquines en tipo A B Y C seguacuten cuadro
Tabla 8 Clasificacioacuten de los adoquines seguacuten su absorcioacuten
Clase
Absorcioacuten ( en de masa)
Promedio de 3
adoquines miacutenimo
Valor maacuteximo
individual
A le7 77
B le9 99
C le9 99
Fuente (Icontec 2018)
Ensayos a la flexo traccioacuten (moacutedulo de rotura) seguacuten norma ASTM C-936 promedio
459 kgcm2 individual 367Kgcm2 no se realiza en nuestro caso al menos que sea una
peticioacuten especial del cliente consiste en someter el adoquiacuten a una carga puntual para
medir su capacidad elaacutestica antes de romperse (Torres 2020)
Clasificacioacuten de los adoquines por su uso 1- Clase A uso industrial y traacutensito pesado
350 kgcm2 2- Clase b uso transito liviano 250 kgcm2 3- Clase c uso peatonales y
espacios puacuteblicos menores de 250 kgcm2
Tabla 9 Resistencia miacutenima de los adoquines
Clase Espesor miacutenimo
del adoquiacuten (mm)
Resistencia miacutenima a flexioacuten del adoquiacuten Mpa
(kgcm2)
Promedio de 3
adoquines
Miacutenimo de adoquiacuten
individual
149
A 54(55) 46(468)
B 41(42) 35(357)
C 41(42) 35(357)
Ensayo a la Abrasioacuten Es una prueba al desgaste que en algunos proyectos exigen
como referente para medir la perdida de volumen del aacuterea sometida (Torres 2020)
Tabla 10 Resistencia a la abrasioacuten
Meacutetodo de Ensayo Valor
Mediante arena y disco
metaacutelico ancho le23 mm
Ensayo de Bohme le20000 mm35000 mm2
Fuente (Icontec 2018)
ASTM C 33 Esta norma indica coacutemo hacer concreto y que elementos deben agregarse
para prepararlo y usarlo Los agregados tratados en la norma son tanto finos como
gruesos En la norma los agregados finos estaacuten definidos como arena natural arena
elaborada o una combinacioacuten de ambas Los agregados gruesos se definen como grava
grava triturada escombros horneados y enfriados por aire concreto triturado de cemento
hidraacuteulico (Velares 2020)
Tambieacuten establece los liacutemites sobre sustancias perjudiciales o nocivas de agregado
de concreto fino Por ejemplo hay liacutemites en la cantidad de terrones de arcilla y partiacuteculas
deleznables (piezas pequentildeas de agregado que se descomponen faacutecilmente) Eacutestas se
limitan a 30 por ciento o menos de la masa total El agregado extremadamente ligero
tambieacuten se limita a 30 por ciento o menos de la masa total y el carboacuten y lignito se limitan
a 50 por ciento o menos Cualquiera de estos elementos puede hacer que el concreto
pierda fuerza y se deteriore de forma maacutes raacutepida (Velares 2020)
ASTM C-140 Dicha norma se refiere al ensayo de absorcioacuten de agua dejando un
valor menor al 5 para la absorcioacuten promedio por muestra y de 7 para valores
individuales
ASTM C-979 Especificaciones sobre el uso de pigmentos
150
ASTM C-144 Requerimientos de granulometriacutea
Tabla 11 Franja granulomeacutetrica para arena de prefabricados
TAMIZ
PORCENTAJE QUE PASA
ARENA NATURAL
ARENA MANUFACTURADA
No 4 (475mm) 100 100
No 8 (236mm) 95-100 95-100
No 16 (118mm) 70-100 70-100
No 30 (0600 mm) 40-55 40-100
No 50 (0300 mm) 13-35 13-58
No 100 (0150mm) 2--15 10--15
No 200 (0075 mm) 0 0-10
Fuente (Icontec 2018)
En Colombia existen algunas leyes que promueven el uso de energiacuteas renovables
pero tambieacuten esas mismas leyes las regulan La ley maacutes importante en el paiacutes
colombiano es la Ley 1775 de mayo de 2014 dicha ley dice que se promueve y regula el
desarrollo y el uso de las fuentes de energiacuteas renovables no convencionales en especial
las que son renovables Promueve su integracioacuten al mercado eleacutectrico la participacioacuten
en zonas vulnerables y en otros usos energeacuteticos que aportan para el desarrollo
sostenible del paiacutes (COLOMBIA 2014)
La ley 1775 de 2014 y que promueve y regula el uso de energiacuteas renovables a su vez
es regulada por la Resolucioacuten 281 del 5 de Junio de 2015 que dictoacute el director general de
la Unidad de Planeacioacuten Minero Energeacutetica (UPME) la resolucioacuten dice que por medio de
la cual se regula la integracioacuten de energiacuteas renovables no convencionales al sistema
energeacutetico del paiacutes estable el marco legal y los instrumentos para la promocioacuten el
desarrollo y la utilizacioacuten de fuentes no convencionales de energiacutea (FNCE) (UPME 2015)
La UPME realizo anaacutelisis teacutecnicos y econoacutemicos consignados en el documento
ldquoANALISIS PARA LA DEFINICION DEL LIMITE MAXIMO DE POTENCIA DE LA
AUTOGENERACION A PEQUENtildeA ESCALA EN EL SISTEMA INTERCONECTADO
151
NACIONAL (SIN)rdquo y que estos sirvieron para la definicioacuten del liacutemite de que trata la
resolucioacuten Que resuelve que
ldquoARTICULO PRIMERO El liacutemite maacuteximo de potencia de la autogeneracioacuten a pequentildea
escala seraacute un (1) MW y corresponderaacute a la capacidad instalada del sistema de
generacioacuten del autogeneradorrdquo (UPME 2015)
152
5 DISENtildeO METODOLOacuteGICO
Este proyecto de investigacioacuten se realizaraacute bajo las condiciones espaciales
medioambientales de Girardot Ciudad y Regioacuten en coordinacioacuten en la sede de la Unidad
de ensayos e investigacioacuten del semillero de investigacioacuten SEUS donde se gestoacute y que
hace parte del macroproyecto ldquoPREFABRICADOS DE NUEVA GENERACIOacuteNrdquo
51 INSTRUMENTOS
La instrumentacioacuten que se emplea en el desarrollo de este proyecto de investigacioacuten
son propiedad del laboratorio PC Disentildeos y Construccioacuten SAS y que se pueden usar
gracias al convenio interinstitucional con la Universidad Piloto de Colombia SAM ldquoUnidad
de ensayos e investigacioacutenrdquo y el laboratorio
De igual forma se usan como patrones de medida lo que especifica la norma
colombiana para construccioacuten de edificaciones Sismo Resistentes NSR-10 Los
procedimientos de cada ensayo se ajustaron de acuerdo a las normas teacutecnicas
colombianas como las ICONTEC y homologada de la norma internacional ASTM
Tabla 12 Instrumentos empleados para el proyecto
INSTRUMENTO MUESTRA PROCEDIMIENTO
Juego de tamices y balanza 01
gr
Granulometriacutea mediante
uso de tamices
ASTM C136-01
NTC 77
Mesa de flujo y moldes para
cubos
Fluidez de morteros de
cemento hidraacuteulico ASTM C-230
Equipo de concretos
Mezcladora (trompo) balanzas
palustres varilla punta roma
cilindros de acero
Toma de muestras de
concreto y fabricacioacuten de
adoquines
ASTM C172-10
NTC 454
Formaleta para adoquiacuten
Fabricacioacuten de
especiacutemenes para
ensayos y tramo de
prueba
NSR-10
Prototipo disentildeado
por los autores
Prensa hidraacuteulica para ensayo a
compresioacuten
ASTM C392005
NTC 673
153
Compresioacuten de cilindros
de concreto y
especiacutemenes de adoquiacuten
Prensa hidraacuteulica para ensayo a
flexo traccioacuten
Ensayo a flexo traccioacuten
de especiacutemenes de
muestra
Horno para ensayo de
absorcioacuten y para secado
Ensayo de absorcioacuten y
secado de las muestras
Entrevista Comunidad Municipio
Agua de Dios
Canal comunitario
H20 TV
FUENTE Los autores 2020
154
6 PROCEDIMIENTO
Aquiacute seriacutea bueno que incluyeran un paacuterrafo contando de que se trata el procedimiento
de la investigacioacuten
Figura 16 Ruta de actividades para el prototipaje de Step by Step
Fuente Los autores octubre 2020
61 CRONOGRAMA
El horario de trabajo en campo es acordado entre los autores dado al nuevo ajuste por
las restricciones por la pandemia haciendo una articulacioacuten con la sede la Unidades de
ensayos e investigaciones del semillero SEUS Fabricando los adoquines en casa y
Caracteriza-cioacuten de
agregados
bull Arena
bullCemento
bullGravilla
Disentildeo de mezclas
bullDosificacioacuten
bullConcreto translucido
Disentildeo de prototipo
bullFormaleta
bullGeometriacutea
bullPeso
ResistenciabullFabricacioacuten de muestra
bullEnsayos a muestras
155
realizando los ensayos bajo las normas teacutecnicas y de bioseguridad en la sede del
laboratorio
Para cumplir cumplir con los objetivos de este proyecto de investigacioacuten se acuerda el
siguiente cronograma
Tabla 13 Cronograma de actividades para el prototipaje de Step by Step
Fases y sus actividades Responsables Fechas de
ejecucioacuten
Recursos a
utilizar
Formulacioacuten Marlon Barrera
Fabio Viancha nov-19 Laboratorio
Caracterizacioacuten de
agregados (ensayos de
laboratorio)
Marlon Barrera
Fabio Viancha feb-20 Laboratorio
Disentildeo de mezcla- adoquiacuten
de prueba 1
Marlon Barrera
Fabio Viancha mar-20 Laboratorio
Compresioacuten de cilindros-
Resistencias
Marlon Barrera
Fabio Viancha
Abril- Mayo
2020 Laboratorio
Mezcla con materiales
reciclados
Marlon Barrera
Fabio Viancha Junio-Julio 2020 Laboratorio
Elaboracioacuten de documento Marlon Barrera
Fabio Viancha
Agosto-Sept-
Oct 2020 Biblioteca
156
7 CAPITULO 1 PROTOTIPAJE DEL ADOQUIacuteN
Como se ha mencionado se va a usar material reciclado para el disentildeo de mezcla
siendo el principal material reciclado el vidrio molido Dicho material se muele dentro del
laboratorio haciendo uso de la maacutequina de los aacutengeles El procedimiento para moler el
vidrio molido comienza pesando 5000 gramos de vidrio partido en una balanza digital
como se muestra en la siguiente imagen
Figura 17 Material reciclado (vidrio)
Fuente Los autores 2020
Luego de pesar el material se debe hacer uso de la maacutequina de los aacutengeles se
introduce el vidrio dentro de la maquina con todas las esferas de acero se pone a
funcionar la maquina durante 17 minutos
157
Figura 18 Trituracioacuten del vidrio con molino de bolas
Fuente Los autores octubre 2020
Cuando pasan los 17 minutos de tiempo de la maquina en funcionamiento esta debe
ser apagada para descargarla el vidrio ya molido se descarga sobre la bandeja de la
maacutequina
Figura 19 Vidrio pulverizado luego de la trituracioacuten y molienda
Fuente Los autores 2020
158
Luego el material se debe tamizar haciendo uso del tamiz frac12 que tiene aberturas en su malla de un diaacutemetro de 125 miliacutemetros y maacutes abajo el tamiz nuacutemero 4 que tiene aberturas en su malla de un diaacutemetro de 475 miliacutemetros
Figura 20 Tamizado del material
Fuente Los autores octubre 2020
El material a usar es el que pasa el tamiz frac12 y el que queda retenido en el tamiz nuacutemero 4 Luego el material se debe lavar usando el tamiz nuacutemero 200 para que no se pierda material
Figura 21 Vidrio lavado y secado en horno
Vidrio lavado Fuente Los autores octubre 2020
159
Luego el vidrio se debe poner a secar durante 24 horas en un horno a una temperatura de 115degC Finalmente el vidrio molido y limpio en su totalidad se almacena en canecas como se muestra en las siguientes imaacutegenes a la espera de tener el adoquiacuten con concreto convencional para luego hacer la mezcla del concreto translucido El vidrio molido queda del mismo tamantildeo de la grava y de una arena entonces en el concreto translucido este material reciclado hace el reemplazo
Figura 22 Diferentes gradaciones de vidrio triturado y molido
Fuente Los autores octubre 2020
Para la mezcla del concreto convencional se usaron agregados como la grava de
planta de diaacutemetro frac12 pulgada y a arena gris de planta asiacute como tambieacuten se usa cemento
de uso general marca Argos
La caracterizacioacuten de los materiales como la grava y la arena tuvo que realizarse de
manera remota por medio de reuniones virtuales entre los autores y la tutora de esta
investigacioacuten que por su experiencia profesional supo de queacute materiales se trataban y
se hizo una caracterizacioacuten basados en su experiencia Esto se realizoacute debido a las
restricciones de movilidad dadas por la pandemia mundial vivida en el antildeo en curso
La caracterizacioacuten del cemento de uso general marca argos se tomoacute con datos y
experimentos que ya se han realizado en el laboratorio de investigacioacuten de ante mano
se sabe que el cemento tiene un buen comportamiento con buenas caracteriacutesticas
mecaacutenicas que ayudan a que la resistencia del concreto buscada de sus resultados
160
Figura 23 Agregados para la mezcla de concreto
Fuente Los autores septiembre 2020
Teniendo la caracterizacioacuten de los materiales agregados se procede a realizar el
disentildeo de mezcla Se busca que los especiacutemenes del adoquiacuten tengan una resistencia
total a los 28 diacuteas de 4000 psi por lo que para el volumen de los adoquines que se van
a fundir se hace el siguiente disentildeo de mezcla
Tabla 14 Dosificacioacuten para la elaboracioacuten de las muestras
Material Unidad Cantidad
Cemento Kg 17
Agua Kg 85
Agregado grueso Kg 30
Agregado fino Kg 26
Aditivo cm3 170
Se aclara que el agregado grueso se refiere a la grava y el agregado fino a la arena
161
El aditivo que se usa para la mezcla es Sika Fluid es un aditivo proporcionado por el
laboratorio de PC Disentildeos y construccioacuten SAS Este aditivo es liacutequido y lo que hace es
permitir que la mezcla de concreto sea maacutes fluida y trabajable sin la necesidad de usar
maacutes agua ademaacutes de esto mejora la resistencia del concreto es todas las edades y
disminuye la permeabilidad del mismo
Este aditivo tiene tres usos plastificante reductor de agua y economizador de
cemento Como plastificante ayuda a obtener mezclas maacutes fluidas se adiciona a una
mezcla de concreto y se consigue que se incremente el asentamiento (SIKA 2018)
Como reductor de agua al adicionarlo a la mezcla sin variar el asentamiento se reduce
el agua y se incrementa la resistencia (SIKA 2018) Como economizador de cemento
ese incremento en resistencia se puede aprovechar reduciendo la cantidad de cemento
y se reducen los gastos (SIKA 2018) Para realizar la mezcla de concreto con el disentildeo
de mezcla obtenido primero se pesan los materiales haciendo uso de una balanza para
personas como la que se muestra en la imagen a continuacioacuten
Figura 24 Dosificacioacuten de agregados
Fuente 2020
Masa de agregados Homogenizacioacuten en seco
Mezclado Elaboracioacuten de muestras
162
Al pesar los agregados estos se vaciacutean sobre una batea y se mezclan en seco de una
manera uniforme para que la mezcla quede homogeacutenea eso se realiza usando uso de
una pala Finalmente se moja la mezcla con la cantidad de agua mezclada con el aditivo
estipulada en el disentildeo de mezcla y se revuelve dentro de la batea de una manera
uniforme buscando que la mezcla de concreto quede homogeacutenea Seguido se procede a
realizar es a untar la formaleta de acpm y vaciar el concreto sobre ella para fundir los
adoquines Se espera un diacutea despueacutes de la fundida para desencofrar y proceder a curar
los adoquines en una caneca de agua como se muestra en las siguientes imaacutegenes
Figura 25 Desencofrado de prototipos de concreto hidraacuteulico
Fuente los autores 2020
En la imagen anterior se logra evidenciar la forma de cada adoquiacuten el orificio del medio
es por donde se instalaraacuten los cables hacia la pieza de forma trapezoidal donde iraacute la luz
led y el concreto translucido
Desencofrado de muestras Curado de muestras
163
8 CAPITULO 2 DISENtildeO GEOMEacuteTRICO DEL PAVIMENTO ARTICULADO
Disentildeo de adoquiacuten
Como primera medida se realizoacute un disentildeo de la forma del adoquiacuten prefabricado el
cual se escogioacute de forma rectangular y con las especificaciones mostradas en las
siguientes imaacutegenes donde se adjunta el modelo haciendo uso de programas de disentildeo
como AutoCAD en las cuales encontramos
Detalle de adoquiacuten
Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida
Detalle del adoquiacuten 3D
Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 3D
Figura 26 Detalle del adoquiacuten
Fuente los autores 2020
164
Figura 27 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida
Fuente los autores septiembre 2020
Figura 28 Detalle del adoquiacuten 3D
Fuente los autores 2020
CINTA DE LUCES LED
PIEZA DE CONCRETO TRANSLUCIDO
CABLEADO
COLORCARACTERISTICO
165
Figura 29 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 3D
Fuente los autores septiembre 2020
En las figuras anteriores se identifica el disentildeo de adoquiacuten individualmente donde
se puede observar un espesor de 8 cm en cuanto a su espesor total en las caras
exteriores un espesor de 2 cm en el concreto translucido el cual se puede observar en
el medio del adoquiacuten tambieacuten unas dimensiones en cuanto a su largo y ancho de 25 cm
y 15 cm respectivamente en el concreto convencional y en su interior la pieza translucida
las dimensiones en cuanto a su largo y ancho son de 16 cm y 8 cm respectivamente por
uacuteltimo en las imaacutegenes se puede observar un agujero en el medio del adoquiacuten que
atraviesa el concreto convencional por el cual pasariacutea el cableado que permitiriacutea conectar
los adoquines al sistema de sensores y de energiacutea solar u adaptable a otras energiacuteas
166
Para definir teoacutericamente las propiedades del adoquiacuten y tener una base que nos
permita tener en cuenta caracteriacutesticas como el espesor teniendo en cuenta la resistencia
a la compresioacuten y flexioacuten esto aplicando el meacutetodo racional despejando la formula
principal anteriormente nombrada
1205902 = 1199020
[
1 minus(119911119886)
3
(1 + (1199112
1198862))
32
]
1205902 = 2942
[
1 minus(
0080025
)3
(1 + (0082
00252))
32
]
1205902 = 87124 119873
Donde
σ2= esfuerzo vertical
en esfuerzo vertical es el resultado de la operacioacuten anterior donde el resultado despueacutes
de despejar fue de 87124 newton
α = radio de la carga de la huella circular o semieje en la direccioacuten x de la carga de
huella eliacuteptica donde se realizoacute un estudio de una llanta promedio donde se pintoacute y se
dibujoacute la huella con el fin de conocer el radio teniendo un resultado de 25 cm de radio la
huella realizada se puede observar en la siguiente imagen
167
Figura 30 Huella de neumaacutetico
Fuente los autores 2020
qo = presioacuten de la carga encontrada en el puente por medio de una estimacioacuten la cual
contiene el peso promedio de una persona el cual es de 63 kg pero tambieacuten se tiene en
cuenta si la persona se desplaza en cicla ya que cabe la posibilidad aunque es peatonal
y tenemos un factor de seguridad estimado de 3 veces el peso promedio lo cual nos dariacutea
un peso maacuteximo de 300 kg lo cual en cuanto a la carga multiplicaacutendolo por la gravedad
tendriacuteamos 2942 N
X Y y Z = coordenadas cartesianas de un punto es encontrada gracias a la estructura
del pavimento ya que ese desplazamiento de la energiacutea en el eje z en el caso de este
sendero es de 8 cm el cual es el espesor del adoquiacuten este solo descansa en una capa
de arena
Disentildeo de Tramo
Despueacutes de disentildear el adoquiacuten como unidad se procedioacute a disentildear un tramo el cual
como antes se nombroacute un sitio ideal para el desarrollo del mismo es la vereda los chorros
por lo cual se decidioacute para obtener una adaptabilidad al terreno y un disentildeo que sea
atractivo y el resultado de este tramo con los adoquines propuestos se puede observar
en la siguiente imagen
Figura 31 Vista en planta sendero inteligente
168
Fuente los autores 2020
Como se puede observar en la Figura 31 se obtiene una vista en planta la cual tiene
un disentildeo intercalado con una armoniacutea en los colores caracteriacutesticos del adoquiacuten que le
permite al sendero inteligente ser tener un impacto el cual genere un acercamiento de los
turistas y comunidad en general tambieacuten el tramo contiene unas dimensiones tentativas
de 17 metros y de 293 metros en cuanto a su ancho y largo respectivamente
169
Posterior mente se realizoacute un plano esquemaacutetico donde se observan las tuberiacuteas y
cableado electro a implementar en el disentildeo del sendero inteligente donde se encuentra
una red eleacutectrica guiada por tuberiacuteas en la parte inferior que conduce el cableado hasta
el sistema que compone la alimentacioacuten con energiacutea solar el cual se puede observar a
continuacioacuten
Figura 32 Informacioacuten eleacutectrica
Fuente los autores 2020
170
Disentildeo de formaleta
Al tener los materiales necesarios con su respectiva caracterizacioacuten el siguiente paso
fue realizar el disentildeo y la construccioacuten de la formaleta en la cual se fundiriacutea la parte
construida con concreto del adoquiacuten esta se puede observar a continuacioacuten
Figura 33 Formaleta
Fuente los autores 2020
En la Figura 33 se puede observar la formaleta construida en madera de un buen
grosor ya que se necesita una buena esta resistencia la cual fue disentildeada con unos
trozos de madera de 2 cm de espesor el cual deja el espacio para la posterior adicioacuten del
concreto translucido tambieacuten se puede observar un cilindro de madera el cual permite
dejar el espacio para la conexioacuten de la luz led
Construccioacuten de adoquines
Despueacutes de tener construida la formaleta y con los materiales listos el siguiente
paso es realizar la mezcla del concreto convencional para vaciarlos en la formaleta ya
preparada tal como se puede observar a continuacioacuten
171
Figura 34 Prototipaje del adoquiacuten
Fuente los autores 2020
Mezcla Concreto hidraacuteulico Vaciado del concreto
Pasantes de cables Desecofrado de pasantes
Adoquiacuten parte inferior Adoquines con pasantes
Concreto transluacutecido Adoquines bicapa
172
Posteriormente se realizoacute el vaciado del concreto convencional en la formaleta
preparada con su respectivo vibrado y las diferentes teacutecnicas que permiten tener un
concreto de buena finalmente cuando el concreto tiene una consistencia considerable y
teniendo en cuenta el entorno se procede a desencofrar los adoquines y retirar los
implementos instalados en el medio para permitir el paso del cableado (ver Figura 34)
Despueacutes de tener los adoquines desencofrados el siguiente paso es apartas los que
van a ser sometidos a pruebas de compresioacuten y flexioacuten dejaacutendolos sumergidos durante
el tiempo estipulado en el siguiente capiacutetulo donde algunos son fallados con y otros sin
concreto translucido ademaacutes de apartar los 14 adoquines del tramo de prueba los cuales
fueron fundidos con el concreto translucido instalando previamente una cinta de luz led
la cual tiene un cableado interno como anteriormente se nombroacute tambieacuten cabe resaltar
que el conglomerado de la pieza translucida estaacute constituida por agregado preparado con
vidrio el cual se tara de diferentes tamantildeos para realizar la mezcla que le otorga a la pieza
las propiedades translucidas
Por uacuteltimo se realiza la prueba del circuito eleacutectrico el resultado es que todos
funcionaron correctamente tal como se pueden observar en la Figura 35 durante el diacutea y
en la Figura 36 durante la noche
Figura 35 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica diacutea
Fuente los autores octubre 2020
173
Figura 36 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica noche
Fuente los autores 2020
Finalmente se prosiguioacute a aplicar la pintura para darle el color caracteriacutestico a cada
adoquiacuten tal como se puede observar a continuacioacuten
Figura 37 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica
Fuente los autores 2020
174
9 CAPITULO 3 RESISTENCIA MECAacuteNICA
Para realizar los ensayos de resistencia y cumplir con las especificaciones y
caracteriacutesticas que tiene la normar colombiana NTC 2017 en el apartado del marco legal
se fabricaron 40 adoquines estos se fundieron en 4 diacuteas diferentes debido a que la
capacidad de la formaleta solo es para 10 adoquines Se fabricaron con el mismo disentildeo
de mezcla
Al desencofrar 10 adoquines estos entraban en proceso de curado en una caneca de
55 galones de capacidad a la espera de tener toda la cantidad de adoquines fabricada y
esta a su vez poder ser trasladados a las instalaciones del laboratorio PC Disentildeos y
Construccioacuten SAS donde inmediatamente entran a continuar el proceso de curado en
una piscina como se muestra en la imagen a continuacioacuten
Figura 38 Curado de muestras de Step by Step
Fuente Los autores 2020
175
A los especiacutemenes de la muestra se les realizan ensayos de resistencia a la
compresioacuten ensayo de resistencia a flexo traccioacuten esto con el fin de conocer el moacutedulo
de rotura (MR) y garantizar que los especiacutemenes cumplan con el miacutenimo que requiere la
norma aparte se realiza ensayo de absorcioacuten de agua para evitar dantildeos en eacutepocas de
lluvias Se deja claro en este documento que no se realiza ensayo de abrasioacuten dado a
que es un prototipo que seraacute usado en andenes y senderos peatonales en ninguacuten caso
y bajo ninguna circunstancia los especiacutemenes podraacuten ser expuestos por el traacutensito de
automotores
Al completarse los diacuteas de las edades de maduracioacuten del concreto los adoquines se
deben dejar secar luego se procede a tomar medidas tres anchos tres largos y el
espesor asiacute como tambieacuten se deben pesar antes de realizar el ensayo
Figura 39 Peso de muestras de Step by Step
Peso de adoquiacuten Fuente Los autores septiembre 2020
Al haberles tomado el peso y las medidas correspondientes se procede a poner el
espeacutecimen de manera cuidadosa sobre la prensa hidraacuteulica de manera que quede
centrado y bien puesto Se realiza el ensayo y se anotan los resultados para los caacutelculos
176
correspondientes Este proceso debe repetirse para todos los especiacutemenes de la muestra
que se tengan para ensayo el diacutea seguacuten corresponda
Tabla 15 Datos iniciales resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo
Fecha
Toma
Fecha Rotur
a
Edad
Ancho Largo Rectaacutengulo
Inscrito
a1 a2 a3 L1 L2 L3 Anch
o Larg
o
mm
mm
mm
mm mm
mm
mm mm
S-1 C 8-sep 15-sep 7
diacuteas 145 146 146 250 250 249 90 170
S-1 C 8-sep 15-sep 7
diacuteas 154 154 155 250 250 250 90 170
S-1 C 8-sep 22-sep 14
diacuteas 152 152 153 250 250 250 90 170
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 153 153 153 249 249 250 90 170
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 153 153 152 251 251 251 90 170
S-2 C 9-sep 16-sep 7
diacuteas 148 149 148
2515
252 251 90 170
S-2 C 9-sep 16-sep 7
diacuteas 153 153 153 252 252 251 90 170
S-2 C 9-sep 23-sep 14
diacuteas 155 154 154 249 249 250 90 170
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 150 150 150 250 251 250 90 170
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 152 152 151 252 252 253 90 170
S-3 C 10-sep
17-sep 7
diacuteas 152 153 156 256 254 253 90 170
S-3 C 10-sep
17-sep 7
diacuteas 150 150 150 250 250 249 90 170
S-3 C 10-sep
24-sep 14
diacuteas 150 149 149 252 251 251 90 170
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 150 154 255 255 254 90 170
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 151 152 249 251 252 90 170
177
S-4 C 11-sep
18-sep 7
diacuteas 159 149 150 253 253 253 90 170
S-4 C 11-sep
18-sep 7
diacuteas 153 153 152 251 251 252 90 170
S-4 C 11-sep
25-sep 14
diacuteas 150 150 151 253 253 252 90 170
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 152 153 153 253 252 252 90 170
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 155 152 150 251 251 252 90 170
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Tabla 16 Resultados de resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo Aacuterea
rectaacutengulo Inscrito (mmsup2)
W (gr)
Carga maacutexima
(kN) Resistencia
S-1 C 15300 6752 3684 1749 MPa
2536 psi
S-1 C 15300 6885 3991 1714 MPa
2486 psi
S-1 C 15300 6810 4579 2010 MPa
2915 psi
S-1 C 15300 6908 4491 1966 MPa
2851 psi
S-1 C 15300 6641 454 1972 MPa
2861 psi
S-2 C 15300 6831 4624 2101 MPa
3048 psi
S-2 C 15300 6821 4974 2144 MPa
3109 psi
S-2 C 15300 6977 5695 2457 MPa
3563 psi
S-2 C 15300 6874 5213 2343 MPa
3398 psi
S-2 C 15300 7021 5379 2342 MPa
3396 psi
S-3 C 15300 7417 415 1745 MPa
2531 psi
S-3 C 15300 6929 4346 1962 MPa
2846 psi
178
S-3 C 15300 6963 3889 1749 MPa
2537 psi
S-3 C 15300 7022 4301 1844 MPa
2674 psi
S-3 C 15300 6960 4691 2073 MPa
3006 psi
S-4 C 15300 7114 3771 1617 MPa
2345 psi
S-4 C 15300 7255 504 2185 MPa
3169 psi
S-4 C 15300 7385 5357 2362 MPa
3425 psi
S-4 C 15300 6990 4991 2149 MPa
3117 psi
S-4 C 15300 7223 4791 2084 MPa
3023 psi
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Figura 40 Registro fotograacutefico de las muestras a compresioacuten
Fuente Los autores 2020
Para calcular la resistencia de la muestra total se deben calcular promedios primero
un promedio de los resultados de las pruebas a 7 diacuteas luego promedio con los resultados
de las pruebas a 14 diacuteas y por uacuteltimo un promedio con los resultados de las pruebas a 28
diacuteas
Finalmente los resultados son los siguientes
Compresioacuten de muestras Fractura de muestras
179
Tabla 17 Consolidado de la resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Edad Resistencia
7 diacuteas 2759 psi
14 diacuteas 3110 psi
28 diacuteas 3041 psi
Fuente Los autores octubre 2020
Para el ensayo de resistencia a la flexotraccioacuten tambieacuten es necesario tomar tres
medidas de ancho tres medidas de largo el espesor y el peso
El espeacutecimen debe ponerse cuidadosamente sobre la maacutequina de ensayo de rotura al
tercio medio se debe dejar el apoyo superior en la mitad exacta del espeacutecimen y los
apoyos inferiores deben quedar de manera que a los dos costados se tenga la misma
medida desde donde se encuentra el apoyo hasta el final del espeacutecimen se procede a
realizar el ensayo y se anotan los resultados para los caacutelculos correspondientes
Figura 41 Resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto
Fuente Los autores septiembre 2020
180
Tabla 18 Datos iniciales resistencia a la flexo traccioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo Fecha Toma
Fecha Rotura
Edad
Ancho Largo Espesor
a1 a2 a3 L1 L2 L3 er
mm mm mm mm mm mm mm
S-1 C 8-sep 15-sep
7 diacuteas
149 149 150 252 252 252 100
S-1 C 8-sep 15-sep
7 diacuteas
152 152 151 250 250 250 100
S-1 C 8-sep 22-sep
14 diacuteas
152 152 151 250 251 251 100
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 150 150 150 149 250 250 100
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 149 149 150 150 250 250 100
S-2 C 9-sep 16-sep
7 diacuteas
151 151 151 250 250 250 100
S-2 C 9-sep 16-sep
7 diacuteas
150 150 149 249 250 249 100
S-2 C 9-sep 23-sep
14 diacuteas
149 149 149 150 252 252 100
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 151 151 151 150 251 251 100
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 152 153 153 251 251 251 100
S-3 C 10-sep
17-sep
7 diacuteas
152 152 153 246 249 250 100
S-3 C 10-sep
17-sep
7 diacuteas
154 153 151 252 252 253 100
S-3 C 10-sep
24-sep
14 diacuteas
153 153 154 254 254 254 100
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 152 152 153 253 254 253 100
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 152 152 250 250 251 100
S-4 C 11-sep
18-sep
7 diacuteas
150 150 151 252 252 253 100
S-4 C 11-sep
18-sep
7 diacuteas
154 155 153 252 253 252 100
S-4 C 11-sep
25-sep
14 diacuteas
151 151 152 250 251 251 100
181
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 151 152 152 253 253 253 100
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 153 152 151 253 253 255 100
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Tabla 19 Resultados de resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo W (Peso)
Longitud entre
apoyos
Carga maacutexima
Moacutedulo de Rotura
6620 165 176 583 MPa
S-1 C 6467 165 111 362 MPa
S-1 C 6845 165 191 623 MPa
S-1 C 6717 165 2385 787 MPa
S-1 C 6716 165 25 829 MPa
S-1 C 6885 165 2075 680 MPa
S-2 C 6807 165 1835 607 MPa
S-2 C 6792 165 2205 733 MPa
S-2 C 6917 165 2395 785 MPa
S-2 C 6977 165 2255 731 MPa
S-2 C 7145 165 213 692 MPa
S-3 C 6904 165 1885 611 MPa
S-3 C 7120 165 1815 586 MPa
S-3 C 7138 165 1855 603 MPa
S-3 C 6918 165 179 584 MPa
S-3 C 7327 165 162 533 MPa
S-4 C 7181 165 194 624 MPa
S-4 C 7117 165 227 743 MPa
S-4 C 6950 165 1771 578 MPa
S-4 C 6923 165 1725 562 MPa
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
182
La maacutequina de ensayo de resistencia a flexo traccioacuten arroja un dato de carga puntual
en Kilo Newton se deben hacer las conversiones correspondientes para tener el
resultado de moacutedulo de rotura (MR) en MPa
Para calcular el moacutedulo de rotura (MR) de la muestra total se deben calcular
promedios primero un promedio de los resultados de las pruebas a 7 diacuteas luego
promedio con los resultados de las pruebas a 14 diacuteas y por uacuteltimo un promedio con los
resultados de las pruebas a 28 diacuteas
Finalmente los resultados son los siguientes
Tabla 20 Resultados de moacutedulo de rotura
Edad MR
7 diacuteas 59 MPa
14 diacuteas 67 MPa
28 diacuteas 68 MPa
Fuente Los autores 2020
Los resultados del moacutedulo de rotura cumplen y garantizan la norma NTC 2017 dado
a que como se explicoacute en el apartado del marco legal el resultado de moacutedulo de rotura
para cada espeacutecimen debe ser 38 MPa y como se observa en la tabla de resultados los
valores se encuentran claramente por encima de ese valor para toda la muestra y el
promedio el resultado debe ser miacutenimo 42 MPa teniendo un resultado total de moacutedulo
de rotura a los 28 diacuteas de 11 Mpa por lo que claramente se garantiza el cumplimiento
de esta caracteriacutestica
La norma especiacutefica que se pueden dejar moacutedulos de rotura mayores a los que se
especifican
ABSORCION
Para realizar el ensayo de absorcioacuten se toman 8 especiacutemenes a los que ya se les ha
realizado el ensayo de flexo traccioacuten El ensayo de absorcioacuten inicia tomando los
especiacutemenes de la muestra para tomar un peso inicial tal cual estaacuten luego se colocan
183
en el horno durante 24 horas a una temperatura de entre 100 degC y 115degC al pasar las
24 horas deben ser sacados se dejan enfriar y se toma el peso que es el peso seco
(Ms)
Luego de tomar el peso seco se toman los especiacutemenes y se sumergen en agua
durante 24 horas a una temperatura de entre 15degC y 27degC al pasar el tiempo de
saturacioacuten y haciendo uso de un alambre se toma el peso que es el peso sumergido
(Ma) Finalmente se deben sacar del agua los especiacutemenes y se deben dejar escurrir
durante un minuto luego se seca su superficie con un pantildeuelo y se toma el peso del
espeacutecimen lo que es el peso sumergido con superficie seca (Mh)
Al tener los resultados de los pesos se procede a realizar los caacutelculos
correspondientes
Se debe iniciar reemplazando para hallar el valor de la absorcioacuten (Aa) en kgm3 de
la siguiente manera
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899(119860119886)119896119892
1198983=
(119872ℎ minus 119872119904)
119872ℎ minus 119872119886lowast 1000
Luego se calcula el porcentaje de absorcioacuten de la siguiente manera
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899 (119860119886) =(119872ℎ minus 119872119904)
119872119904lowast 100
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
Finalmente se calcula la densidad del espeacutecimen seco lo cual se realiza usando la
siguiente formula
119863119890119899119904119894119889119886119889 (119863)1198921199031198881198983 =(119872119904 minus 119872ℎ)
119872119886
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
184
Ma Masa inmersa en agua y suspendida del espeacutecimen en gramos
Al realizar los caacutelculos correspondientes se obtienen los siguientes resultados
Tabla 21 Resultados Prueba de Absorcioacuten
Coacutedigo Peso Seco
Peso Saturado
SS
Aa ()
Densidad
1C 6417 gr 6506 gr 14 2001grcmsup3
3 8732 gr 8780 gr 05 2086grcmsup3
5 6040 gr 6070 gr 05 2076grcmsup3
7 6449 gr 6466 gr 03 2143grcmsup3
9 3760 gr 3782 gr 06 2062grcmsup3
11 13247
gr 13275 gr
02 2105grcmsup3
13 10067
gr 10166 gr
10 2069grcmsup3
15 9641 gr 9689 gr 05 2145grcmsup3
Fuente Los autores 2020
El valor promedio de Absorcioacuten (Aa) de la muestra es 060 como se evidencioacute
en el apartado del marco legal el valor promedio de la muestra no debe superar el 7
para lo cual la muestra cumple el requisito de absorcioacuten que exige la norma NTC 2017
185
10 CAPITULO 4 COSTOS
Desde que se comienza con la planificacioacuten del proyecto se lleva una bitaacutecora en
donde se van anotando con fechas cada uno de los insumos requeridos para la ejecucioacuten
del proyecto desde la etapa inicial con el disentildeo de formaletas hasta la etapa final con la
construccioacuten del sendero inteligente
Cabe resaltar que como se contaba con recursos limitados a raiacutez de la pandemia
generada por el Covid-19 la mayoriacutea de las herramientas utilizadas en el proyecto fueron
prestadas solo fue de gran importancia construir la formaleta para el prototipo de adoquiacuten
como se muestra en la siguiente tabla
Tabla 22 Costos generales de maquinaria y equipo
Herramientas empleadas Step by Step
Herramientas cantidad valor unitario valor total
Batea 1
pala 1
Palustre 1
Baldes 1
Balanza 1
Llana de madera 1
Caneca de 55Galones
1
Formaleta 1 $ 110000 $ 110000
Fuente los autores 2020
Para las pruebas y ensayos de laboratorio fue necesario la construccioacuten de 40
adoquines para los cuales fueron requeridos los siguientes materiales con sus precios
respectivos
186
Tabla 23 Presupuesto general de materiales para el prototipaje
Materiales empleados step by step Adoquines de prueba
Materiales cantidad valor unitario valor total
Agregado Grueso 2 bogados $ 8000 $ 16000
Agregado Fino 2 bogados $ 7000 $ 14000
Cemento 2 bultos $ 25500 $ 51000
Aditivo 1 $ 5840 $ 5840
Resina Ortoftalica 2 botellas $ 15000 $ 30000
Catalizador 2 $ 2000 $ 4000
Agua $ 5000 $ 5000
Vidrio 2000 gramos $ 8500 $ 17000
Pigmento 2 $ 3000 $ 6000
Acpm $ 2000 $ 2000
TOTAL $ 150840
Fuente los autores 2020
Finalmente y despueacutes de las pruebas garantizando que se cumpliera la normativa se
construyen los adoquines que son requeridos para la construccioacuten del tramo de prueba
para lo cual fue necesario llevar los siguientes costos en bitaacutecora
Tabla 24 Presupuesto general Tramo de prueba
Adoquines para tramo de prueba
Materiales Cantidad Valor unitario Valor total
Arena 25 baldes $ 1100 $ 27500
Grava 25 baldes $ 1100 $ 27500 Aditivo 1 $ 5840 $ 5840
Pigmento 2 $ 3000 $ 6000 Vidrio 2000 gramos $ 8500 $ 17000
Resina ortoftalica 2 botellas $ 15000 $ 30000 Catalizador 2 $ 2000 $ 4000
Aditivo 1 $ 2200 $ 2200 Cemento 2550 Kg $ 13000 $ 13000
Luz led 250 metros $ 13000 $ 32500
187
Cable 2 metros $ 500 $ 1000 TOTAL $ 117040
Cabe la pena aclarar que el costo total es para veinte adoquines por lo que el precio
total por unidad de adoquiacuten es de $5842 pero para el tramo de prueba solo fueron
necesarios catorce adoquines por lo que para el costo total del sendero solo se tiene en
cuenta el costo de los catorce adoquines y no de los veinte ya que los seis restantes se
usaron para ensayos de laboratorio con el concreto translucido
Despueacutes de haber realizado todos los ensayos y de garantizar que el prototipo del
adoquiacuten cumpliera con la normativa se procede a disentildear y construir el tramo de prueba
para lo cual se realizoacute un presupuesto de obra en donde se incluyen todos los insumos
y materiales usados para el tramo con sus respectivos costos
Tabla 25 Cantidades de obra para tramo de prueba
Iacutetem Actividad Und Cant VUnit Vtotal
1 Excavacioacuten Manual zanja en tierra H=04m
m3 04 $ 30000
$ 30000
2 Relleno en recebo para subbase
Bogado 3 $ 4500
$ 13500
3 Capa de arena para sentar adoquines
Bogado 1 $ 8500
$ 8500
4 Concreto para bordes y caja de elementos electroacutenicos
m3 0012 $ 22500
$ 270
5 Adoquines UND 14 $ 5842
$ 81788
6 Arduino uno UND 1 $ 31900
$ 31900
7 Releacute cuatro puertos UND 1 $ 11700
$ 11700
8 Bateriacutea 40 Ah UND 1 $ 322000
$ 322000
9 Panel solar 55W UND 1 $ 280000
$ 280000
10 Regulador de carga UND 1 $ 51500
$ 51500
11 Inversor de Carga UND 1 $ 70000
$ 70000
188
12 Fuente de 110v a 12v UND 2 $ 15000
$ 30000
13 Sensor ultrasonido UND 2 $ 7100
$ 14200
14 Conectores HM UND 20 $ 3000
$ 60000
15 Conectores MM UND 20 $ 3000
$ 60000
TOTAL $ 1065358
Fuente los autores 2020
Como se evidencia en la tabla anterior el costo del sendero de prueba es de $1065358
es de importancia aclarar que como se contaba con la limitacioacuten de recursos solo se
pudo hacer la construccioacuten del sendero inteligente haciendo uso de catorce adoquines
pero que los elementos electroacutenicos que componen el sistema fotovoltaico para la
recoleccioacuten de energiacutea y los sensores que se encuentran en el sendero funcionan para
un sendero maacutes largo y ancho si asiacute se requiere lo que quiere decir que si se desea
construir un sendero inteligente Step by Step de 3 metros de largo por 1 metro de ancho
no es necesario adquirir un sistema fotovoltaico maacutes costoso
Finalmente al costo del tramo de prueba se le debe sumar el costo de los adoquines
que fueron necesarios para los ensayos previos el cual fue de $150840 maacutes el costo de
mano de obra que fue de $200000 para que finalmente el costo a lo que este proyecto
se refiere en su totalidad es de $1416198
189
190
11 VALIDACIOacuteN EN CAMPO TRAMO DE PRUEBA
Con el fin de prototipar el proyecto Step by Step se realizoacute un tramo de prueba en el
municipio de Agua de Dios el cual se acogioacute en conjunto con la alcaldiacutea municipal la cual
nos otorgoacute el permiso y expreso el beneficio del proyecto para la comunidad y su intereacutes
en el por medio de un oficio
El tramo de prueba se construyoacute en el parque Simoacuten Boliacutevar en el municipio de Agua
de Dios el cual es muy concurrido ya que es el segundo parque maacutes importante del
municipio su localizacioacuten se puede observar a continuacioacuten por medio de una imagen
tomada de la plataforma satelital google maps
Figura 42 Localizacioacuten tramo de prueba
Fuente (Google Earth 2020)
Como se puede observar en la imagen anterior el parque boliacutevar se encuentra ente la
carrera 11- 12 y entre la calle 11 ndash 12 al lado de la biblioteca municipal del municipio de
Agua de Dios Despueacutes de escoger el lugar donde se va a instalar se prosiguioacute a escoger
en que parte del parque se instala por lo cual se escogioacute en el centro del parque en
terreno natural enseguida del lugar donde se realizan ejercicios se puede observar en la
siguiente imagen
Se realizoacute una excavacioacuten manual por parte de los autores la cual tuvo unas
dimensiones de 1 metro de ancho por 1 metro de largo por 41 cm de profundidad el cual
se puede observar en la siguiente imagen
Figura 43 Proceso constructivo del Tramo de prueba Step by Step
191
Fuente los autores 2020
Excavacioacuten Profundidad de excavacioacuten
Sub base compactada Arena
Instalacioacuten eleacutectrica Instalacioacuten de adoquines
Confinamiento lateral
192
Despueacutes de realizar la excavacioacuten se prosiguioacute a rellenar y compactar con recebo el
cual tiene un espesor de 30 cm para mejorar las condiciones del terreno Posteriormente
al relleno con recebo se prosigue a poner la capa de arena que sirve como cama para la
instalacioacuten de adoquines la cual tiene un espesor de 3 cm El siguiente paso es realizar
una nivelacioacuten de la arena y con la cama totalmente plana se acomodan los adoquines
como se disentildearon anteriormente con el cableado de los adoquines sacaacutendolos por el
lado escogido por el terreno Posteriormente a tener los adoquines instalados con el
cableado eleacutectrico se prosiguioacute a fundir concreto con el fin de mejorar la esteacutetica del tramo
de prueba ademaacutes de realizar la estructura donde se dejaraacuten fijas las cajas eleacutectricas en
un bordillo de concreto
Posteriormente a la instalacioacuten integral del tramo de prueba el siguiente paso es
realizar la parte electroacutenica del tramo de prueba la cual viene alimentada por energiacutea
solar la cual se activa por medio de sensores instalados en el bordillo anteriormente
mencionado los cuales trabajan en conjunto con Arduino uno y un moacutedulo releacute de cuatro
canales lo cual viene de la siguiente manera en el esquema observado a continuacioacuten
Figura 44 Cableado parte electroacutenica
Fuente los autores 2020
En la imagen anterior se puede observar el cableado electroacutenico el cual consta de 2
sensores ultrasonido los cuales van conectados al Arduino uno el cual estaacute encargado
de enviar la informacioacuten al moacutedulo releacute para posteriormente el alumbrado de los
adoquines instalados anteriormente
Despueacutes de realizar el cableado el siguiente paso es realizar la programacioacuten del
arduino uno la cual consiste en recibir la informacioacuten de los sensores al detectar un
cambio en un campo estimado de 60 cm estos comenzaacutendose a contar despueacutes de 20
193
cm los cuales son los que se estiman desde el bordillo y posteriormente esta informacioacuten
ordena en conjunto con el moacutedulo releacute al encendido de la luz led instalada en los
adoquines los cuales se encenderaacuten en grupos de a 6 cada grupo instalado a un sensor
esta programacioacuten se puede observar en la siguiente imagen
Figura 45 Programacioacuten Arduino uno
Fuente los autores 2020
Despueacutes de tener lista la programacioacuten el siguiente paso es introducir esta
programacioacuten por medio de la aplicacioacuten oficial de Arduino y un cable que es otorgado
en la compra del Arduino esta instruccioacuten se puede observar en la siguiente imagen
194
Figura 46 Introduccioacuten de la programacioacuten al Arduino uno
Fuente los autores 2020
Posteriormente a tener los componentes electroacutenicos funcionando en conjunto con los
sensores el siguiente paso es la instalacioacuten en el tramo de prueba en donde se introducen
en una caja eleacutectrica la cual se impermeabiliza completamente y se introduce en una
estructura de concreto construida que funciona como capa protectora para las cajas con
los implementos electroacutenicos esto se puede observar a continuacioacuten
Figura 47 Caja con implementos electroacutenicos sellada
Fuente los autores noviembre 2020
195
Figura 48 Elementos electroacutenicos instalados
Fuente los autores noviembre 2020
El siguiente paso fue conectar los componentes electroacutenicos anteriormente nombrados
con la fuente de energiacutea la cual es proporcionada por un panel solar el cual viene
conectado por medio de un cableado esto se puede observar a continuacioacuten donde se
encuentra el panel solar y el sendero inteligente Step by Step recolectando energiacutea en el
diacutea tomaacutendola del sol para posteriormente ser aprovechada en la noche para hacer
funcionar la iluminacioacuten del sendero
Figura 49 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar
Fuente los autores noviembre 2020
Por uacuteltimo se encuentra el prototipo del sendero inteligente Step by Step en
funcionamiento el cual es encendido a las 6 pm y se pone a disposicioacuten de la comunidad
196
donde se observoacute un gran impacto en todas las personas que transitan este parque del
municipio de Agua de Dios en las siguientes imaacutegenes se puede observar el sendero
inteligente funcionando con la energiacutea solar recolectada durante el diacutea y en disposicioacuten
de los usuarios
Figura 50 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar en funcionamiento
Fuente los autores 2020
1 2
3 4
5 6
197
12 CONCLUSIONES
Al culminar el proceso de disentildeo prototipaje y validacioacuten en campo del sendero
inteligente Step by Step se concluye que la adherencia entre el concreto hidraacuteulico y el
concreto transluacutecido elaborados con materiales reciclados en un adoquiacuten bicapa para
traacutefico peatonal en las dimensiones propuestas de la Figura 28 registra una resistencia
a la compresioacuten de 3000 psi un moacutedulo de rotura de 68 MPa valores que seguacuten las
notas teacutecnicas colombianas son admisibles
La forma innovadora permite usar el concreto translucido como un conductor de luz
que da diferentes tonalidades de acuerdo al pigmento usado lo que no solo mantiene la
resistencia del prototipo sino que mediante una conexioacuten de circuitos entre los adoquines
contiguos asegura la iluminacioacuten del sendero la resistencia y durabilidad ante las cargas
de traacutefico peatonal
El sistema eleacutectrico mediante un sistema fotovoltaico permite el almacenamiento de
energiacutea suficiente para mantener la funcionalidad de los sensores durante toda la noche
de manera que el sendero ubicado en el parque Simoacuten Boliacutevar del Municipio de Agua de
Dios-Cundinamarca genera un impacto en la comunidad favorable certificado por la
Alcaldiacutea municipal y los habitantes del municipio
Luego de la transmisioacuten del programa de televisioacuten local como una actividad de
apropiacioacuten social del conocimiento realizado por los autores y la tutora en el canal de
televisioacuten local H2O Tv la comunidad en general recibioacute con agrado la tecnologiacutea
prestando intereacutes en instalarlo en diferentes lugares turiacutesticos de Agua de Dios
La translucidez de las piezas del pavimento peatonal con el pigmento azul fue
aceptada por la comunidad como un nuevo emblema del municipio ya que su reflejo y
luminosidad es una alegoriacutea al nombre lsquoAgua de Diosrsquo marcando un nuevo hito en el
municipio que deja atraacutes la historia triste de las aguas azufradas y una enfermedad
incurable por un nuevo camino llamado por el Semillero SEUS Step by Step Sendero
Inteligente
198
13 BIBLIOGRAFIacuteA
accuweather (2020) accuweathercom Retrieved from accuweathercom
httpswwwaccuweathercomescoagua-de-dios102159current-
weather102159
Alcaldia de Agua de Dios (2019 08 08) Retrieved from httpwwwaguadedios-
cundinamarcagovcoturismolos-chorros
Ambientesoluciones (2020) Ambientesolucionescom Retrieved from
Ambientesolucionescom
httpswwwambientesolucionescomsitiocontenidos_mophpit=5675
ARCUS GLOBAL (2020 10 21) Retrieved from httpswwwarcus-
globalcomwpconcreto-translucido-existe
ARQUITECTOS S (2018 05 20) Sala de Arquitectos Retrieved from Sala de
Arquitectos La compantildeiacutea innovando en la arquitectura inteligente ha presentado
la primera lsquovereda inteligentelsquo del mundo en Londres un camino que transforma el
pavimento en un generador de energiacutea eleacutectrica esto gracias al paso que dan los
peatones A diferencia de
Avalos J C (2016 07 29) BBC MUNDO Retrieved from BBC MUNDO
httpswwwbbccommundonoticias-36662912
BBC (2016 6 29) BBC MUNDO Retrieved from BBC MUNDO
httpswwwbbccommundonoticias-36662912
Boussinesq (2020 16 10) Google Retrieved from
httpswwwgooglecomsearchq=difusion+del+esfuerzo+pavimentosamptbm=isch
ampved=2ahUKEwij9quT87nsAhWENFkKHXP-DXUQ2-
cCegQIABAAampoq=difusion+del+esfuerzo+pavimentosampgs_lcp=CgNpbWcQA1C_
gwFY1I4BYMiQAWgAcAB4AIABpQKIAf4QkgEFMC40LjaYAQCgAQGqAQtnd3Mt
d2l6LWltZ8ABAQamps
Bradsher (2018 6 13) new York Times Espantildeol Retrieved from new York Times
Espantildeol httpswwwnytimescomes20180613espanolenergia-solar-
autopista-chinahtml
199
Bradsher K (2018 06 13) THE NEW YORK TIMES Retrieved from THE NEW YORK
TIMES httpswwwnytimescomes20180613espanolenergia-solar-autopista-
chinahtml
CAR (2015) ESTUDIO PARA LA DETERMINACIOacuteN DE MOacuteDULOS DE CONSUMO
DEL RECURSO HIDRICO
CASTILLO X A (2003) DISENtildeO DE PAVIMENTOS ARTICULADOS PARA TRAFICO
MEDIO Y ALTO Retrieved from
httpsrepositoriouniandeseducobitstreamhandle199220919u245809pdf
Chacon Cesar Alexander C J (2012 OCTUBRE 16) TECNURA UNIVERSIDAD
DISTRITAL FRANCISCO JOSEacute DE CALDAS COLOMBIA Retrieved from
httpswwwredalycorgpdf2570257025147010pdf
COLOMBIA C D (2014 05 13) fedebiocombustibles Retrieved from
fedebiocombustibles httpwwwfedebiocombustiblescomfiles1715pdf
CONSTRUIBLE (2015 03 11) Construccioacuten Sostenible Retrieved from Construccioacuten
Sostenible httpswwwconstruiblees20150311energy-floors-genera-
electricidad-a-partir-de-la-energia-de-la-pisada
DamiaSolar (2016 03 19) DamiaSolar Retrieved from DamiaSolar
httpswwwdamiasolarcomactualidadblogarticulos-sobre-la-energia-solar-y-
sus-componentesque-regulador-solar-
necesito_1~text=El20regulador20solar20o20reguladorgenerada20e
n20los20paneles20solares
DANE (2018) danegovco Retrieved from danegovco
httpswwwdanegovcoindexphplista-de-resultados-de-
busquedasearchword=poblacion20agua20de20dios20cundinamarcaampse
archphrase=all
DINERO R (2020 03 05) REVISTA DINERO Retrieved from REVISTA DINERO
httpswwwdinerocomempresasarticulocual-capital-de-colombia-tendra-la-
primera-empresa-publica-de-energias-renovables282296
200
ELECTRONICA I (2020) I+D ELECTRONICA Retrieved from I+D ELECTRONICA
httpswwwdidacticaselectronicascomindexphpbaterias-
cargadorescargadores-1mC3B3dulo-de-control-de-carga-para-
baterC3ADas-12-24v-7009-detail
FDMESCYL (2017 Diciembre 28) Federacion de deportes de montantildea Escalada y
senderismo de Castilla y Leon Retrieved from
httpswwwfclmcom20171228nace-primer-sendero-inteligente-espana-
castilla-leon
Google Earth (2020) Retrieved from httpsearthgooglecomweb437516685-
74667982183897115512a53657125248d35y662480933h028419733t0r
Icontec (2018 11 12) NTC 2017 Adoquines de Concreto para Pavimentos Bogotaacute DC
Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) Retrieved
from METROBLOCK httpsmetroblockcomconorma-tecnica-colombiana-ntc-
2017
IDEAM (2014) ideamgovco Retrieved from ideamgovco
httpwwwideamgovcowebtiempo-y-climaradiacion-solar
indiasolarpowercanals (2015 07 02) inbright Retrieved from inbright
httpsinbrightmxblogpostsindiasolarpowercanals
ingrenovables (2014 6 25) ingrenovablesblogspot Retrieved from
ingrenovablesblogspo httpingrenovablesblogspotcom201406el-primer-
canal-solar-del-mundohtml
LEDOVET (2018 02 23) Retrieved from httpswwwledovetcomtipos-de-sensores-de-
movimiento
Lizcano F A (2003) DISENtildeO RACIONAL DE PAVIMENTOS Bogotaacute ESCUELA
COLOMBIANA DE INGENIERIA
Lngalls S (1877) Estados Unidos Patent No 952S6
MAGAZINE T (2020 03 05) TYS MAGAZINE Retrieved from TYS MAGAZINE
httpswwwtysmagazinecomenergy-floor-la-energia-de-tus-pisadas
201
nandwani S s (2005 junio) energia solar conceptos basicos y su utilizacion Retrieved
from httpssistemamidcompaneluploadsbiblioteca2014-06-27_10-14-
37105995pdf
OMPI ORGANIZACION MUNDIAL DE LA PROPIEDAD INTELECTUAL (2015 09 16)
Retrieved from httpswwwwipointipadvantageesdetailsjspid=2590
PAIS E (2020 02 07) EL PAIS Retrieved from EL PAIS
httpselpaiscomccaa20200207madrid1581085171_646387html
Palacios A (2020) Ca COMPARADOR DE ALARMAS Retrieved from
httpswwwcomparadoralarmascomtipos-de-sensores-de-movimiento-cual-
necesitas
PAVEGEN (2017 JUNIO 29) Retrieved from httpspavegencomwp-
contentuploads201905Pavegen-BirdStreetpressreleasepdf
Perdomo C S amp Fandintildeo M E (2020 10 26) Anaacutelisis de las propiedades mecaacutenicas
del concreto transluacutecido elaborado con poliacutemeros y materiales reciclados
Retrieved from Repositorio Universidad Piloto
httprepositoryunipilotoeducohandle20500122779448
Pettit C (1912) Estados Unidos Patent No 573212
Ramos J (2014 11 12) motos pasion Retrieved from motos pasion
httpswwwmotorpasioncomgaleriasolaroad4
Robert G Packard P (1995) Thickness Design for Concrete Pavements on Highways amp
Streets PCA Method Retrieved from
httpsceprofsciviltamuedudzollingerCVEN-637-Fall202004EB109PDF
SampP (2018 10 15) El Blog de la ventilacioacuten eficiente Retrieved from
httpswwwsolerpalaucomes-esblogsensores-movimiento
SLU A E (2015 04 19) Autosolar Retrieved from Autosolar
httpsautosolaresblogaspectos-tecnicosque-es-un-panel-solar
202
SECHAGUA D A (2016) VALORACIOacuteN SOCIOAMBIENTAL DE LA MICROCUENCA
QUEBRADA LA PUNAacute MUNICIPIO AGUA DE DIOS GIRARDOT
SIKA (2018) FLUIDIFICANTE PARA MEZCLAS DE CONCRETO Tocancipa
SOLAR ROADWAYS (2020) Retrieved from httpssolarroadwayscom
SOLAROAD (2016 03 07) NATIONAL GEOGRAPHIC ESPANtildeA Retrieved from
NATIONAL GEOGRAPHIC ESPANtildeA
httpswwwnationalgeographiccomescienciasolaroad-el-carril-bici-hecho-con-
paneles-solares-en-holanda-cumple-su-primer-ano-de-vida_9916
Suaacuterez A L (2018 04 09) PORTAFOLIO Retrieved from PORTAFOLIO
httpswwwportafolioconegociosel-mayor-proyecto-de-energia-eolica-da-sus-
primeros-pasos-516003
Torres O (2020 03 09) Resumen de ASTM Retrieved from
httpbloquesdeconcretocomsvdescargarNormas20ASTMpdf
UPC (2018) Proyecto Educativo Institucional Bogotaacute DC Universidad Piloto de
Colombia
UPME (2015 06 05) Retrieved from
httpwwwnuevalegislacioncomfilessusccdjconcr_upme_281_15pdf
Velares J M (2020 03 09) Academiaedu Retrieved from Academiaedu
httpswwwacademiaedu25432780Especificaciones_de_ASTM_C-33
Xiaodi Hu A N (2017 Abril 21) Effects of tire inclination (turning traffic) and dynamic
loading on Retrieved from
httpswwwsciencedirectcomsciencearticlepiiS199668141630164Xvia3Dih
ub
94
Tabla 19 Resultados de resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto
181
Tabla 20 Resultados de moacutedulo de rotura 182
Tabla 21 Resultados Prueba de Absorcioacuten 184
Tabla 22 Costos generales de maquinaria y equipo 185
Tabla 23 Presupuesto general de materiales para el prototipaje 186
Tabla 24 Presupuesto general Tramo de prueba 186
Tabla 25 Cantidades de obra para tramo de prueba 187
INTRODUCCIOacuteN
95
La presente investigacioacuten presenta el disentildeo construccioacuten y validacioacuten en campo de
un adoquiacuten prefabricado bicapa de concreto hidraacuteulico y concreto transluacutecido con un
sistema eleacutectrico en su interior capaz de transformar las energiacuteas renovables (solar
eoacutelica hidraacuteulica etc) en energiacutea eleacutectrica Con el fin de que cuando un peatoacuten transite
con su pisada encienda una luz que estaacute ubicada dentro del prefabricado iluminando
todo el sendero El aprovechamiento de las energiacuteas renovables ha tomado maacutes fuerza
en los uacuteltimos tiempos dado a las consecuencias que el cambio climaacutetico ha traiacutedo para
el planeta es por esto que se debe pensar en la sostenibilidad del mismo
Asiacute por ejemplo en Septiembre de 2019 la Organizacioacuten Meteoroloacutegica Mundial junto
a las principales organizaciones de ciencia climaacutetica adheridas a Naciones Unidas
revelaron en un informe la evidente y creciente brecha que divide los objetivos acordados
para abordar el calentamiento global y la realidad actual del planeta asiacute como de que tan
solo en junio de 2019 se emitieron 50 megatoneladas de carbono a la atmosfera que el
hielo marino del Aacutertico ha disminuido en un 12 por deacutecada desde 1979 hasta 2018
Colombia a traveacutes del Ministerio de Ambiente en 2016 creoacute la Poliacutetica Nacional de
Cambio Climaacutetico que consiste en promover una gestioacuten de cambio climaacutetico que
contribuya a avanzar en una senda de desarrollo resiliente al clima y baja en Carbono
que reduzca los riesgos asociados a las alteraciones por efectos del cambio climaacutetico
Actualmente el Plan Nacional de Desarrollo de nuestro paiacutes propone avanzar hacia la
transicioacuten de actividades productivas comprometidas con la sostenibilidad y la mitigacioacuten
del cambio climaacutetico impulsar las energiacuteas renovables y avanzar en el conocimiento de
escenarios de riesgo actuales y futuros
Colombia cuenta con un parque de generacioacuten de 1677875 MW (a diciembre de
2017) Esta se encuentra dominada por la generacioacuten de energiacutea hidroeleacutectrica que
corresponde al 6988 del total de la capacidad (XM 2017) En segundo lugar se
encuentran las centrales teacutermicas a gas y carboacuten que de manera agregada alcanzan un
porcentaje del 2167 (Teacutermica a gas con una capacidad de 226995 MW equivalente a
un 1353 y a carboacuten con 13653 MW correspondiente a un 814 del total) El
porcentaje restante (845) pertenece a generacioacuten mediante diversas tecnologiacuteas
(Liacutequidos Gas-Liacutequidos Biomasa y Viento la cual cuenta con solo un porcentaje de
011) todos los datos han sido extraiacutedos de la tesis laquoIdentificacioacuten de proyectos con
potencial de generacioacuten de energiacutea eoacutelica como complemento a otras fuentes de
generacioacuten eleacutectrica en el departamento de Boyacaacuteraquo obra de Renata Catalina Siabato
96
Benavides Seguacuten la Unidad de Planeacioacuten Minero Energeacutetica del Ministerio de Minas y
Energiacutea de Colombia actualmente solo hay instalados en el paiacutes 1842 megavatios de
potencia eoacutelica parque Jepiacuterachi (en Uribiacutea Guajira) propiedad de Empresas Puacuteblicas
de Medelliacuten SA Entroacute en operacioacuten en abril de 2004
Para la investigacioacuten de este proyecto se usa la metodologiacutea de tipo cientiacutefico dado a
que para el disentildeo y construccioacuten del prefabricado en concreto de alta resistencia se usan
instrumentos para medir la resistencia del concreto hasta encontrar el disentildeo de mezcla
oacuteptimo para la construccioacuten del prefabricado Es por esto que el inicio del trabajo es
praacutectico porque se debe encontrar la resistencia optima el disentildeo de la forma del
prefabricado y la validacioacuten en laboratorio para finalmente hacer ensayos en campo de
prueba
97
1 PROBLEMA DE INVESTIGACIOacuteN
El Cambio Climaacutetico se ha hecho mucho maacutes notable en los uacuteltimos antildeos quizaacute los
efectos maacutes importantes de esta gran cataacutestrofe natural son la sequiacutea y las altas
temperaturas que afectan principalmente a territorios de clima caacutelido esto se debe a la
accioacuten del ser humano en la tierra donde en eacutepocas anteriores se disponiacutea de los
recursos naturales sin tener alguacuten tipo de restriccioacuten y maacutes aun sin restaurar el dantildeo que
se haciacutea tal vez creyendo que los recursos nunca acabariacutean con el pasar de los antildeos los
gobiernos y diferentes organizaciones mundiales se han planteado objetivos con el fin de
prevenir la accioacuten del cambio climaacutetico entre las que han sido incluidas las energiacuteas
renovables
Tambieacuten se ha visto un decrecimiento de la poblacioacuten en el municipio de Agua de Dios
donde su economiacutea ha caiacutedo y se ha venido apostaacutendole al campo turiacutestico donde se ve
limitado por sus atractivos ya que estos han venido decayendo con el pasar de los antildeos
sin una implementacioacuten de nuevos atractivos
En la zona donde se implementa el proyecto a pesar de ser una de las zonas maacutes
turiacutesticas y reconocidas en Agua de Dios se tiene una gran inseguridad ya que es
concurrida por personas que se dedican a consumir sustancias psicoactivas lo que
conlleva a tener maacutes probabilidades de un ataque por parte de estas personas todo esto
se ve en las horas de la noche donde falta la iluminacioacuten ya que el alumbrado puacuteblico es
escaso casi nulo en esta parte ademaacutes de tener en cuenta los grandes costos por el
alumbrado puacuteblico lo que se vuelve un problema para la comunidad ya que se crea una
dependencia a estos pagos por energiacutea eleacutectrica existiendo energiacuteas alternativas y auto
sostenibles
98
11 PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIOacuteN
Para abordar el disentildeo experimental de esta investigacioacuten es necesario aclarar que
este trabajo pertenece al macro proyecto de investigacioacuten lsquoPrefabricados de Nueva
Generacioacuten para obras de Infraestructura vialrsquo cuyo propoacutesito es disentildear prototipos
prefabricados que incorporen materiales reciclados En el caso de Step by Step se
propone un adoquiacuten peatonal en concreto hidraacuteulica bicapa con un recubrimiento en
concreto transluacutecido compuesto por poliacutemeros y vidrio reciclado
Figura 1 Distribucioacuten de variables de la Investigacioacuten
Fuente los autores
Es asiacute como surge la variable dependiente que es el prototipo para el sendero
inteligente lsquoStep by Steprsquo las variables independientes que seraacuten modificadas en el
Variable Interviniente
Variable Dependiente
Variable Dependiente
Sendero Inteligente
Disentildeo de mezcla
Agregados reciclados
Concreto hidraacuteulico
Geometriacutea
Carga de servicio
Especificiaciones teacutecnicas NTC2017
Resistencia
Compresioacuten
Flexioacuten
Absorcioacuten
99
proceso es el disentildeo de la mezcla la geometriacutea y la resistencia todo esto que se ajuste
a las condiciones del contexto como es el uso de agregados reciclados cementos por
desempentildeo o cementos hidraacuteulicos la carga de servicio y las especificaciones NTC 2017
que regulan tanto la geometriacutea como su resistencia medida a la compresioacuten a flexioacuten y
la absorcioacuten tal como se indica en la Figura 1
Este trabajo de investigacioacuten pertenece al semillero SEUS y forma parte del macro
proyecto lsquoPrefabricados de nueva generacioacuten para obras de Infraestructura Vialrsquo de la
liacutenea de investigacioacuten institucional acuteHaacutebitat Biodiversidad y tecnologiacuteas Sosteniblesrsquo y de
la liacutenea de grupo lsquoInfraestructura y Nuevas Tecnologiacuteasrsquo Enmarcado en la misioacuten de la
Universidad Piloto de Colombia de
ldquoIncorpora a la comunidad acadeacutemica como partiacutecipe en el aacutembito
cientiacutefico inmersa en una cultura de investigacioacuten caracterizada por ser
reflexiva pertinente sistemaacutetica y metoacutedica con el objeto de promover
los desarrollos urbanos y regionales de su aacuterea de influencia en los
aacutembitos nacional e internacional asiacute como los demaacutes prospectados
acorde con los eacutenfasis y campos de accioacuten de la Universidadrdquo (UPC
2018 paacuteg 19)
En consecuencia luego de recibir la carta de aceptacioacuten y agradecimiento de la
Secretariacutea de Planeacioacuten y de instalar el tramo de prueba en el Parque Simoacuten Boliacutevar del
municipio de Agua de Dios se realizaron labores de apropiacioacuten social del conocimiento
como programas de televisioacuten en el canal local H2O Televisioacuten participacioacuten en eventos
cientiacuteficos como el Encuentro de Semilleros TEINCO 2020 entre otras actividades
100
12 PREGUNTA DE INVESTIGACIOacuteN
Alrededor del mundo se estaacuten impulsando proyectos importantes que abarcan el uso
de energiacuteas renovables como una alternativa a la reduccioacuten de contaminacioacuten esto se
ha visto reflejado en la construccioacuten de infraestructura sostenible implementado energiacuteas
renovables como la solar piezoeleacutectrica eoacutelica entre otras tambieacuten en los paiacuteses maacutes
desarrollados se identifica un matrimonio entre las energiacutea renovables y el turismo donde
se combinan con la infraestructura generando impacto positivo en ellos A partir de esto
se formula la siguiente pregunta de investigacioacuten
iquestCoacutemo prototipar un adoquiacuten para pavimento articulado de traacutensito
peatonal que permita iluminar el paso del peatoacuten almacenando la
energiacutea solar que absorbe durante el diacutea para luego convertirla en
iluminacioacuten eleacutectrica en la noche
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2 JUSTIFICACIOacuteN
Se ha identificado una problemaacutetica ambiental que se incrementa al pasar el tiempo
en el mundo esto por la generacioacuten de contaminantes al utilizar energiacuteas no renovables
ademaacutes en el municipio de Agua de Dios se observa una carencia en infraestructuras que
permitan ser un centro turiacutestico de la regioacuten ya que se ve opacado por los municipios
vecinos resulta de gran importancia generar proyectos los cuales implementen las
energiacuteas renovables y maacutes en el municipio de agua de dios donde es necesario un
desarrollo turiacutestico para el cual se vea sustentado con una infraestructura de intereacutes
generando un desarrollo econoacutemico social cultural y ambiental en el municipio
El proyecto Step by Step sendero inteligente surge de la necesidad de tener
infraestructura innovadora y amigable con el medio ambiente este proyecto trata de un
sendero peatonal el cual se piensa construir por medio de un conjunto de adoquines
disentildeados de forma que permitan obtener una luminiscencia por medio de bombillos led
instalados en el disentildeo y alimentados por medio de energiacutea solar ademaacutes de
implementar en el disentildeo un conjunto de sensores los cuales funcionen armoacutenicamente
con los visitantes prendiendo y apagando al desplazamiento de cada usuario
El proyecto Step by Step es importante para la comunidad del municipio de Agua de
Dios ya que con este proyecto se incentiva el cuidado por el medio ambiente tambieacuten
tiene un impacto positivo directo en la comunidad de la zona ya que se valorizan los
predios y los negocios alrededor de la vereda los chorros al atraer maacutes turistas genera
que tengan un crecimiento econoacutemico ademaacutes de poder utilizar el mismo sendero como
base para diferentes actividades de prestacioacuten de servicios generando nuevos empleos
en el municipio y al mismo tiempo mejorando la calidad de vida de los habitantes
Debido a que en la zona y generalmente en el paiacutes no se implementan los suficientes
proyectos que permitan un desarrollo de la infraestructura de la mano con el medio
ambiente este proyecto aporta en el desarrollo de proyectos futuros en el campo de los
senderos inteligentes primordialmente e infraestructura vial ademaacutes de ser un aporte en
el desarrollo de infraestructura innovadora dirigida al sector turiacutestico todo esto con la
implementacioacuten de energiacutea solar
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Como consecuencia de la formacioacuten en investigacioacuten de la Universidad Piloto de
Colombia se justifica el proyecto Step by Step que aporta a la comunidad del municipio
de Agua de Dios impactando en su cultura en la parte religiosa con las congregaciones
que se realizan en esta zona y en su historia ya que se revitaliza un lugar emblemaacutetico
para los primeros habitantes del municipio tambieacuten aporta en el aspecto cientiacutefico ya que
la implementacioacuten de las nuevas formas de construccioacuten de concreto incentivan a la
investigacioacuten de las mismas a implementarse en la tecnologiacutea gracias a las energiacutea
renovables utilizadas y el concreto translucido el cual seraacute innovador para el municipio e
impactando beneficiosamente a el desarrollo por medio de la mejora en su turismo y asiacute
mismo en la economiacutea de la poblacioacuten que trabaja en esta zona
El proyecto step by step aporta a la misioacuten institucional por medio de los anaacutelisis a la
poblacioacuten sobre sus necesidades y daacutendole la solucioacuten a estas como lo es la parte
econoacutemica ya que el municipio se encuentra enfocado en la parte turiacutestica como fuente
de dinero generando estabilidad econoacutemica y bienestar en la poblacioacuten que beneficiada
con este proyecto y se puede observar un manejo adecuado del medio ambiento con
energiacuteas renovables
En consecuencia el proyecto Step by Step se articula con la misioacuten de un ingeniero
Unipiloto como una herramienta desarrollada por personas integrales soportado sobre
una soacutelida fundamentacioacuten conceptual que se brindaron en las aacutereas teacutecnicas y
cientiacuteficas a lo largo de la carrera universitaria se ajusta a la realidad del municipio de
Agua de Dios y busca soluciones puntuales en temas sociales ambientales turiacutesticos y
econoacutemicos
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3 OBJETIVOS
31 OBJETIVO GENERAL
Prototipar y validar en campo un adoquiacuten para pavimento articulado peatonal
prefabricado en concreto hidraacuteulica bicapa y que en su interior tenga una pieza
translucida que sea capaz de transformar la energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica con el
fin de que cuando el peatoacuten transite con su pisada active un sensor y este encienda una
luz led que se encuentra al interior de la pieza de concreto
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Validar en laboratorio un adoquiacuten en concreto hidraacuteulico que se ajuste a las con las
Especificaciones teacutecnicas NTC 2017
Disentildear y validar en laboratorio la geometriacutea del adoquiacuten bicapa usando concreto
transluacutecido (Perdomo C amp Fandintildeo M 2020) y medir su resistencia a la compresioacuten
flexioacuten y la absorcioacuten para luego ser comparado con la NTC 2017
Disentildear y validar en campo el sistema de encendido usando sistemas alternativos
como los paneles solares
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4 MARCOS DE REFERENCIA
41 MARCO DE ANTECEDENTES
Estudiantes mexicanos del Instituto Tecnoloacutegico de Estudios Superiores Monterrey
(ITESM) campus puebla desarrollaron un proyecto denominado Enegy Floor el cual es
un sistema que aprovecha el flujo de peatones para la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica
es una tecnologiacutea que se instala debajo de los pisos convencionales como las losetas
Seguacuten este proyecto cada vez que una persona pasa sobre el piso soportado por este
desarrollo tecnoloacutegico se activa un dispositivo mecaacutenico que produce cinco watts de
electricidad por cada paso (MAGAZINE 2020)
Los estudiantes artiacutefices de este proyecto expresaron que es una tecnologiacutea amigable
con el medio ambiente puesto que es un dispositivo que se activa con fuerza mecaacutenica
Para su elaboracioacuten los estudiantes usaron aluminio y una loseta que fue elaborada a
basa de poliacutemero ultrarresistente denominado nylamid (MAGAZINE 2020) El factor
diferencial entre el proyecto de los estudiantes mexicanos y Step by Step es que ellos
usan energiacutea mecaacutenica del flujo peatonal Step by Step usa energiacuteas renovables como la
solar
En Rotterdam existe una empresa llamada Energy Floors que antes era conocida
como Club de Baile Sostenible pues dicha empresa estaacute revolucionando el panorama de
la energiacutea sostenible al transformar la energiacutea cineacutetica y mecaacutenica que se produce al
caminar en energiacutea eleacutectrica En 2008 lanzaron su producto Sustainable Dance Floor
(SDF) que utiliza el movimiento de las personas como fuente de energiacutea al convertir la
energiacutea cineacutetica en energiacutea eleacutectrica Con ella se alimentan las luces LED de la pista de
baile creando una atmoacutesfera de discoteca y proporcionando al puacuteblico una experiencia
interactiva Esto es asiacute porque los moacutedulos que integran la pista de baile se flexionan al
ser pisados creando un movimiento que se transforma en energiacutea eleacutectrica por un
pequentildeo generador interno Cada moacutedulo de un tamantildeo de 75x75x20 cm puede producir
hasta 35 vatios de salida sostenida Entre cinco y veinte vatios por persona
(CONSTRUIBLE 2015) Al igual que el proyecto de los estudiantes la diferencia con Step
by Step es que se usa energiacutea mecaacutenica generada por las pisadas de las personas en
este caso en pistas de baile de discotecas
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El mexicano Joseacute Carlos Rubio Avalos quien es investigador de la Universidad
Michoacana de San Nicolaacutes de Hidalgo buscoacute otra funcioacuten para el cemento el
investigador pensoacute en que el cemento casi siempre estaba expuesto a la radiacioacuten solar
y debiacutea buscar la manera de desarrollar una investigacioacuten innovadora Por esto el material
creado por el investigador consiste en absorber la radiacioacuten ultravioleta durante el diacutea
para luego brilla en la noche (BBC 2016)
El problema que el investigador tuvo es que el cemento es un cuerpo opaco y no
permite el paso de luz por eso estudioacute la composicioacuten del cemento Portland que es el
maacutes usado alrededor del mundo modificoacute la estructura microscoacutepica y con este cambio
logroacute que el material absorbiera los rayos uv El investigador Joseacute Carlos explicoacute en una
entrevista para la BBC Mundo que lo que se busca era permitir el paso y difusioacuten de luz
solar a traveacutes del siacutelice que se encuentra presente en el cemento el siacutelice es el mismo
material con el que se fabrica el vidrio (BBC 2016)
A lo que se refiere en si al proyecto del investigador mexicano es a cambiarle las
propiedades oacutepticas del material para hacerlo fosforescente Es un proceso logrado por
la incorporacioacuten de aditivos los cuales permiten que la luz pase y se pueda observar un
color de la fosforescencia El cemento como es un material orgaacutenico tiene mayor
rendimiento y durabilidad en el proceso (Avalos 2016)
El cemento fosforescente es un material mucho maacutes costoso que un cemento
convencional es por eso que solo se concibe como una capa de recubrimiento para
fachadas de edificios o para la sentildealizacioacuten de viacuteas Este proyecto mexicano es un
proyecto similar a Step by Step pues lo que se busca es hacer uso de las energiacuteas
renovables tambieacuten
En Holanda se construyoacute un proyecto denominada SolaRoad lo que se hizo fue
sustituir el asfalto por un pavimento que integra paneles solares fotovoltaicos ademaacutes de
esto se incluyeron luces led para iluminar el sendero en diacuteas de niebla y un sistema para
calentar la viacutea y evitar la formacioacuten de placas de hielo en invierno en el invierno En el
primer antildeo cumplido de este proyecto se han producido 70 KWh al antildeo por cada metro
cuadrado lo que ha sido suficiente para abastecer a tres viviendas
El primer antildeo de funcionamiento de un tramo de 70 metros ha llevado a los
investigadores a concluir que el proyecto funciona muy bien pero econoacutemicamente aun
no es factible porque en la construccioacuten se invirtieron 3 millones de euros y haciendo la
106
conversioacuten por cada KWh ha hecho un retorno final de tan solo 1862 euros (SOLAROAD
2016)
Figura 2 Sistema de pavimento Solaroad
Fuente (Ramos 2014)
Como se evidencia en la imagen anterior los constructores instalan moacutedulos de
concreto con una capa transparente que permite que la luz se infiltre debajo de dicha
capa se instalas celdas solares que recogen la energiacutea y finalmente son las que sirven
para alimentar el alumbrado puacuteblico la luz del traacutefico y hasta los hogares (SOLAROAD
2016)
El factor diferencial entre Solaroad y Step by Step es que el sendero de Step by Step
hace aprovechamiento de la energiacutea usando un solo panel solar y Solaroad hace uso de
cierta cantidad de moacutedulos solares para ser instalados en todo el tramo
China es uno de los paiacuteses que maacutes estaacute interesado e invierte en el uso de energiacuteas
renovables con el fin de innovar y dominar el mercado de dicha tecnologiacutea es por esto
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que se disentildeoacute y construyoacute una autopista con paneles solares en la ciudad de Jinan
(Bradsher 2018)
Figura 3 Autopista China de Paneles solares
Fuente (Bradsher K 2018)
Este proyecto es importante nombrarlo en este documento porque destaca el gran
crecimiento que ha tenido el uso de paneles solares en el mundo y de que China uno
de los paiacuteses maacutes desarrollados del mundo esteacute apostando e invirtiendo en el uso de las
energiacuteas renovables
En la India se estaacute revolucionando el mercado de los paneles solares por la
construccioacuten de plantas de energiacutea solar sobre canales de agua esto hace que se
cumplan dos tareas importantes para la preservacioacuten del medio ambiente la primera es
la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica aprovechando la energiacutea solar y la segunda es la
preservacioacuten del liacutequido precioso evitando la evaporacioacuten
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Figura 4 Canal solar en India
Fuente (ingrenovables 2014)
El Jefe de Gobierno Indio el Sr Narendra Modi inauguraraacute la primera serie de este
proyecto conocido como Canal Proyecto de Energiacutea Solar cuando ponga en marcha un
proyecto piloto de 1 megavatio (MW) que ya se encargoacute en el canal de la rama Narmada
cerca de la aldea Chandrasan de Kadi taluka en el distrito Mesina el martes
(indiasolarpowercanals 2015)
El proyecto de la India es de importancia mencionarlo en este documento dado a su
similar parecido con Step by Step pues los dos hacen uso de la energiacutea solar para
preservas los recursos medio ambientales que cada vez son maacutes escasos es de gran
aporte el conocimiento adquirido en cuanto a la forma en la que se construye el proyecto
para preservar el agua tambieacuten
En 2018 se dijo que La Guajira en Colombia se convertiriacutea en escenario de los grandes
proyectos de generacioacuten de energiacutea eleacutectrica a partir del viento que abasteceraacuten el
Sistema Interconectado Nacional (SIN) en la proacutexima deacutecada (Suaacuterez 2018)
109
A finales de febrero pasado la Autoridad Nacional de Licencias Ambientales (ANLA)
comenzoacute el estudio del que seraacute uno de los parques eoacutelicos representativos que tendraacute
el paiacutes por su tamantildeo y capacidad de produccioacuten y que se sumaraacute a otros que se
montaraacuten en la citada zona (Suaacuterez 2018) Se trata del proyecto de Generacioacuten de
Energiacutea Eoacutelica Alpha que desarrolla la empresa Vientos del Norte que pertenece al
conglomerado portugueacutes Renovatio Group como lo registra el Certificado de Reporte del
Sistema de Informacioacuten sobre Biodiversidad de Colombia (CR-SIB) (Suaacuterez 2018)
Este parque eoacutelico que tendraacute una capacidad de generacioacuten superior a los 200
megavatios (Mw) es la primera iniciativa que evaluacutea la Anla ya que se requiere
autorizacioacuten de la autoridad nacional ambiental despueacutes de los 100 Mw de energiacutea
(Suaacuterez 2018)
Es importante destacar este proyecto de recoleccioacuten de energiacutea eleacutectrica a traveacutes de
la energiacutea eoacutelica en este documento dado a que en este documento y para este proyecto
estamos tratando con todo tipo de energiacuteas renovables aunque es un proyecto que estaacute
en estudios y en traacutemite de licencias con antelacioacuten se sabe que seraacute un boom de
innovacioacuten con respecto a paiacuteses de la regioacuten y que se estaacuten apoyando los proyectos
que abarquen el uso de energiacuteas limpias en el paiacutes Step by Step estaacute pensado para que
funcione con cualquier tipo de energiacutea renovable que se pueda aprovechar
Seguacuten la revista dinero en Barranquilla con el cambio de administracioacuten de alcaldiacutea y
de gobernacioacuten del Atlaacutentico se vienen cambios en temas energeacuteticos para la regioacuten
Caribe pues se sabe desde antildeos atraacutes que Electricaribe tiene millonarias deudas y presta
un servicio deficiente el alcalde Jaime Pumarejo anuncioacute la adjudicacioacuten de los nuevos
operadores para el 20 de Marzo de 2020 tambieacuten dio luces sobre la nueva poliacutetica de
energiacutea en la reciente edicioacuten del Congreso Nacional de Infraestructura en noviembre de
2019 (DINERO 2020)
El alcalde Pumarejo dijo que es un proyecto que estaacute pensado en primera fase para la
autogeneracioacuten de la alcaldiacutea de Barranquilla para luego general y comercializar energiacuteas
renovables (DINERO 2020) El mandatario explicoacute que el desarrollo econoacutemico de la
capital del Atlaacutentico implica contar con energiacuteas de fuentes renovables Estas son
sinoacutenimo ndashseguacuten eacutelndash de maacutes ingresos empleo y resiliencia ante el cambio climaacutetico
(DINERO 2020)
110
Barranquilla es reconocida mundialmente como la capital energeacutetica de Colombia es
por esto que vale la pena mencionar esta clase de proyectos dentro de la redaccioacuten de
este documento porque el uso de energiacuteas renovables va tomando cada vez maacutes fuerza
en nuestro paiacutes y es de gran importancia para nosotros como ingenieros civiles
aprovechar esta oportunidad para crear proyectos innovadores como Step by Step que
hace usos de energiacuteas limpias y se puede implementar en cualquier parte del paiacutes
En Londres existe una empresa llamada Pavegen que es una compantildeiacutea de
tecnologiacutea limpia esta empresa adopta un enfoque innovador hacia la sostenibilidad al
generar energiacutea a partir de algo que la mayoriacutea de la gente hace todos los diacuteas caminar
La compantildeiacutea innovando en la arquitectura inteligente ha presentado la primera lsquovereda
inteligentelsquo del mundo en Londres un camino que transforma el pavimento en un generador
de energiacutea eleacutectrica esto gracias al paso que dan los peatones A diferencia de anteriores
instalaciones en Washington DC y Rio de Janeiro el proyecto en Londres cuenta con su
propia app brindado informacioacuten exacta a los visitantes sobre la energiacutea que estaacuten
generando e incentivando su uso al brindar descuentos en tiendas comerciales por los pasos
que den (ARQUITECTOS 2018)
Seguacuten el CEO de Pavegen Laurance Kemball-Cook quien sentildealoacute que esta es una nueva
aacuterea de produccioacuten de energiacutea una que ofrece muchas posibilidades interesantes laquoCuando
una persona camina genera 5 vatios de energiacutea de forma continua por lo que usted es
como todos somos una fuente de alimentacioacuten de 5 vatios Ahora imagine 10 personas eso
es 50 vatios de energiacutea de forma continua Puede que no parezca una cantidad exorbitante
de energiacutea pero es suficiente para suministrar energiacutea para una serie de necesidades Por
ejemplo la tecnologiacutea se puede utilizar para iluminar caminos a medida que los peatones
caminan sobre ellos lo que podriacutea frenar el crimen (ARQUITECTOS 2018)
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Figura 5 Baldosa que produce energiacutea eleacutectrica
Fuente Pavegencom
El CEO tambieacuten sentildealoacute que el proyecto es muy importante y puso como ejemplo Grand
Central Station en Londres donde diariamente transitan unas 40000 personas por hora esa
energiacutea que generan esas personas se almacena en bateriacuteas y en la noche se enciende
Asiacute que los municipios las estaciones de tren las oficinas las escuelas en cualquier lugar
con mucha gente caminando son perfectas para el proyecto (ARQUITECTOS 2018)
El proyecto realizado en Londres es muy similar a Step by Step puesto que los dos se
tratan de un sendero inteligente El factor diferencial es que Step by Step convierte la energiacutea
solar en energiacutea eleacutectrica el proyecto de Londres lo que hace es convertir la energiacutea cineacutetica
que generan las personas al caminar en energiacutea eleacutectrica
En Madrid Espantildea se ha unido el Aacuterea de Emprendimiento Empleo e Innovacioacuten quien
ha impulsado el proyecto y el Aacuterea de Medio Ambiente y Movilidad que ha corrido con los
gastos para crear un cruce peatonal inteligente el proyecto se trata de crear un cruce
peatonal inteligente para reducir los accidentes por lo cual se ha escogido una zona poco
luminosa en horas de la noche (PAIS 2020)
112
Figura 6 Cruce peatonal inteligente
Fuente (PAIS 2020)
Seguacuten la portavoz de las concejaliacuteas que llevan a cabo el proyecto que cuenta con un
paso de cebra cuenta con una sentildeal lumiacutenica que funciona con sensores y
tecnologiacutea led y que se activa en modo nocturno cuando cruza un peatoacuten Al detectar a
la persona se encienden de forma continua las sentildeales horizontales y los cajones
lumiacutenicos de las sentildeales verticales Cuando no hay nadie el sistema permanece en
reposo (PAIS 2020)
Sobre la construccioacuten y mejoras en la fabricacioacuten e instalacioacuten de adoquines se
conocioacute que Samuel S Lngalls de Chicago en Illinois en el antildeo 1877 patentoacute un adoquiacuten
en concreto con una forma rectangular (Estados Unidos Patente nordm 952S6 1877) Pero
el inventor se dio cuenta que el adoquiacuten patentado presentaba fallas a la hora de su
instalacioacuten por lo que realizoacute un estudio para verificar las fallas y asiacute poder mejorar esto
Para lo cual patentoacute una mejora para la instalacioacuten de los adoquines en donde Samuel
Lngalls dejoacute un paso a paso para evitar que los adoquines se fracturaran con el tiempo
113
la fractura se da en las esquinas y para esto se debe poner cemento en las juntas y
esquinas
De la misma manera que Samuel Lngalls Charles Pettit tambieacuten realizoacute una patente
de la invencioacuten de un adoquiacuten pero dicha patente fue hecha en Greenford en el condado
de Mahoning y el estado de Ohio en el antildeo 1912 En la misma patente deja una guiacutea
praacutectica de instalacioacuten de dichos adoquines Pettit realiza esta invencioacuten para solucionar
la problemaacutetica de que los adoquines se desencajen y en muchas ocasiones presente
pandeo en una viacutea de adoquines estos pandeos generan en algunos casos accidentes
viales Esto lo soluciona garantizando un enclavamiento seguro entre las filas de
adoquines adyacentes y se puede hacer el enclavamiento dado a la forma del adoquiacuten
patentado el enclavamiento entre filas y columnas de adoquines evita el desplazamiento
y el pandeo del pavimento articulado (Estados Unidos Patente nordm 573212 1912)
42 MARCO TEOacuteRICO
Por medio del marco teoacuterico se pone en contexto las bases teoacutericas de la metodologiacutea
realizada para la construccioacuten del sendero inteligente en el cual se explicaran diferentes
tipos de tecnologiacuteas entre las cuales se encuentra la implementacioacuten de la tecnologiacutea de
generacioacuten de energiacutea por medio de componentes electroacutenicos de piezoelectricidad los
cuales aprovechan la energiacutea cineacutetica al caminar convirtieacutendola en energiacutea eleacutectrica
tambieacuten las tecnologiacuteas que utilizan energiacutea eleacutectrica para la construccioacuten de senderos
inteligentes los pavimentos inteligentes que aprovechan la energiacutea solar por medio de
paneles solares instalados en su estructura que aprovechan la energiacutea para los usos en
su entorno o en su misma estructura
Tipos de pavimentos inteligentes
En el mundo al pasar de los tiempos y con la incorporacioacuten de nuevas tecnologiacuteas al
mercado se han realizado diversos tipos de pavimentos los cuales tienen diferentes
caracteriacutesticas utilizando diferentes tipos de energiacuteas siendo las maacutes utilizadas la
piezoelectricidad la energiacutea eleacutectrica y la energiacutea solar
Piezoeleacutectricos
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Uno de estos es el sendero inteligente presentado por pavegen en Londres el 29 de
junio del 2017 llamado Bird Street el cual utiliza la energiacutea piezoeleacutectrica
Bird Street se estaacute asociando con una serie de visionarios tecnoloacutegicos que incluyen
Pavegen Que fabrica una galardonada tecnologiacutea de pisos de generacioacuten de datos y
electricidad La compantildeiacutea del Reino unido ha instalado una matriz de 10 metros
cuadrados que inicialmente enciende luces y sonidos de paacutejaros y tambieacuten proporciona
una fuente de datos de energiacutea Incorporaraacute transmisores bluetooth de baja energiacutea que
le permitiraacuten interactuar con aplicaciones de marca por ejemplo recompensar a los
usuarios con descuentos cupones y recursos educativos para sus pasos en el sistema
pavegen (PAVEGEN 2017)
Este pavimento inteligente con la tecnologiacutea pavegen fue el primero en su tipo ya que
utiliza la energiacutea de las pisadas en el cual logra captar la energiacutea cineacutetica que se produce
al caminar sobre la superficie del pavimento por medio de un sistema en el cual se
posicionan 3 dispositivos en cada esquina de adoquiacuten y al pisarlo gracias al peso propio
del usuario se presionan los 3 a la vez esto ocasiona que el dispositivo descienda
generando electricidad gracias a los principios de la piezoelectricidad los cuales son
contemplados de la siguiente manera
Cuando una presioacuten es aplicada a u material piezoeleacutectrico causa una deformacioacuten
mecaacutenica y a su vez un desplazamiento de cargas Estas cargas son directamente
proporcionales a la presioacuten aplicada Si se ejerce una presioacuten a los extremos del eje polar
se produce polarizacioacuten un flujo de electrones de carga negativa mientras que en el
extremo opuesto se induce una carga positiva (Chacon Cesar Alexander 2012)
La tecnologiacutea para los senderos inteligentes se ha visto fortalecida en los uacuteltimos antildeos
ya que se viene implementando en diferentes proyectos en el mundo como antes se
nombroacute la piezoelectricidad es una de ellas siendo practica ya que funciona con la
presioacuten generada por los usuarios algo que es muy concurrido en un pavimento en ese
orden de ideas esta tecnologiacutea permite que el pavimento sea auto sustentable ya que
gracias a estas presiones se genera energiacutea
Energiacutea que se utiliza de la siguiente forma
La energiacutea proveniente de los pasos es captada por el material piezoeleacutectrico como
anteriormente se analizoacute el cual se encuentra situado al adoquiacuten del pavimento de forma
115
que esta genera corriente alterna la cual por medio de un convertidor se transforma a
corriente directa la cual sirve en este caso para el funcionamiento de los diferentes
aparatos electroacutenicos a traveacutes del sendero inteligente antes de ser enviada la energiacutea es
almacenada en una bateriacutea la cual garantiza que el sendero disponga de energiacutea en todo
momento para posteriormente ser enviada a las innovaciones instaladas con el fin de ser
utilizadas cada vez que un usuario pise los piezoeleacutectricos
Eleacutectrico
Otro tipo de sendero inteligente es el denominado como sendero inteligente de Espantildea
castilla y leoacuten alimentado por energiacutea eleacutectrica el cual tiene las siguientes caracteriacutesticas
El sendero homologado es una instalacioacuten deportiva identificada por las marcas
registradas GRreg PRreg oacute SLreg que se desarrolla preferentemente en medio natural y
sobre viales tradicionales puacuteblicos o privados Es un entramado de caminos sentildealizados
bajo una normas estandarizadas y reconocidas a nivel internacional y que han pasado el
sello de calidad de la federacioacuten de deportes de montantildea escalada y senderismo de
castilla y leoacuten (FDMESCYL 2017)
Los senderos de deportes extremos se realizan en partes rurales mayormente esto
dificulta implementar tecnologiacuteas en estos el sendero de castilla y leoacuten se considera
inteligente ya que se han implementado estas tecnologiacuteas eficientemente durante el
recorrido de los senderos en los deportes extremos los que resaltan son los siguientes
El sendero inteligente incluye obras de gran envergadura como el enlosado de la
totalidad del firme instalacioacuten de puntos de recargas de moacuteviles y dispositivos
electroacutenicos que cuentan con tomas USB y la colocacioacuten de maacutequinas expendedoras de
bebidas y aperitivos Las novedades del nuevo tramo se completan con la posibilidad de
que los senderistas se conecten a una red WIFI gratuita que permite a los usuarios estar
geo localizados en todo momento y monitorizados por los equipos de emergencia de
castilla y leoacuten (FDMESCYL 2017)
El sendero inteligente de Castilla y leoacuten es un beneficio para los turistas y
ciudadanos que concurren en esta zona de Espantildea se evidencia en este sendero
inteligente que cubre gran cantidad de recorrido siendo este para deportes extremos
generando seguridad a los usuarios gracias a las tecnologiacuteas implementadas a traveacutes del
mismo como lo es la interconexioacuten entre los usuarios por medio de wifi gratuito
116
permitiendo tambieacuten el reporte de emergencias a la praacutectica de los deportes extremos a
lo largo del sendero y tambieacuten un sistema de ahorro de energiacutea con farolas que regulan
la cantidad de luz emitida gracias a sensores que permiten captar la cantidad de luz en
el entorno y disminuyeacutendola cuando no sea necesaria
Energiacutea solar
Un tipo de pavimento inteligente es el alimentado por energiacutea solar son las placas de
pavimento solar roadways quienes han hecho investigaciones para generar placas con
paneles de energiacutea solar con el fin de crear pavimentos inteligentes que funciones con
base a esta energiacutea renovable
SOLAR ROADWAYS es un sistema modular de paneles solares que se pueden
caminar y conducir Nuestros paneles solares contienen luces LED para crear liacuteneas de
sentildealizacioacuten sin pintura Contienen elementos calefactores para evitar la acumulacioacuten de
nieve y hielo Los paneles contienen microprocesadores los cuales los hace inteligentes
Esto permite que los paneles se comuniquen entre si una estacioacuten de control central y
los vehiacuteculos (SOLAR ROADWAYS 2020)
La energiacutea solar es una de las maacutes famosas y maacutes utilizadas entre las energiacuteas
renovables ya que el sol genera energiacutea permanente que en su mayoriacutea no es utilizada
por el ser humano los pavimentos tienen contacto con el sol a diario ya que se
encuentran a la intemperie generando una oportunidad de aplicacioacuten de teacutecnicas de
recoleccioacuten de energiacutea solar para asiacute mismo utilizarlo en el entorno y para la estructura
misma del pavimento La captacioacuten de energiacutea solar se realiza por medio de un panel
solar que se instala en la parte superior del pavimento teniendo en cuenta que el panel
solar tiene una resistencia mayor al comuacuten ya que tiene que soportar pesos de todo tipo
de vehiacuteculos seguacuten el profesor shyam s nandwani afirma que
la potencia solar que recibe el planeta tierra (fuera de la atmosfera) es cerca de 173 x
10^12 Kw o una energiacutea de 15x^15 kWh por antildeo Al atravesar la atmosfera cerca de 53
de esta radiacioacuten es reflejada y absorbida por el nitroacutegeno oxigeno ozono dioacutexido de
carbono vapor de agua polvo y las nubes Por lo tanto al pasar esta radiacioacuten por una
distancia de 150 millones de km se reduce esta cantidad y el final el planeta recibe
energiacutea promedio de 3x10^17 kWh al antildeo equivalente a 4000 veces el consumo del
mundo entero en un antildeo (7x10^13 kWhantildeo) o cual nos indica el enorme potencial del
sol (nandwani 2005)
117
Con las nuevas tecnologiacuteas la energiacutea solar se ha ido modernizando e incluyeacutendose
en diferentes proyectos entre estos el pavimento inteligente anterior mente nombrado en
cuanto al funcionamiento se puede afirmar que
Para cualquiera de las aplicaciones de la energiacutea solar la parte principal del sistema
es el COLECTOR ndash el artefacto que capta energiacutea solar y convierte en energiacutea uacutetil ndash sea
en forma caloacuterica o eleacutectrica Para la conversioacuten de energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica se
utilizan CELDAS SOLARES proveniente de los materiales semiconductores ndashtipo silicio
principalmente (nandwani 2005)
Despueacutes de convertir la energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica se procede a poner en
funcionamiento el circuito el cual se debe tener en cuenta que
Dependiendo de la capacidad de almacenamiento de la bateriacutea se puede calcular el
tiempo aproximado de funcionamiento de varios dispositivos y el aacuterea necesaria del panel
solar para usos especiacuteficos Una instalacioacuten ademaacutes requiere controlar el voltaje
mediante un regulador dirigir la corriente hacia una bateriacutea para almacenarla Como la
corriente eleacutectrica producida es directa es necesario para algunas aplicaciones un
inversor para convertirla en alterna (nandwani 2005)
Despueacutes de producir la energiacutea eleacutectrica por medio del panel solar instalado en el
pavimento se transfiere a un control de carga el cual regula la energiacutea con el fin de evitar
dantildeos en la bateriacutea la cual se encuentra en el siguiente paso de la energiacutea esta almacena
la corriente para ser utilizada se encuentra el panel produciendo energiacutea o no todo esto
para ser enviada al alumbrado puacuteblico situado en el pavimento volvieacutendolo auto
sostenible
Moacutedulo de control de carga para bateriacuteas
Moacutedulo de control de carga para bateriacuteas de litio Puede ser programado para
comenzar la carga de voltaje y para finalizarla (ELECTRONICA 2020)
Por ejemplo Configurando 12V como voltaje de inicio y 15V como voltaje de parada
cuando el voltaje este por debajo de 12V el releacute se cerraraacute permitiendo la carga de voltaje
a la bateriacutea cuando el voltaje alcance los 15V o sea mayor el releacute se apagaraacute deteniendo
la carga (ELECTRONICA 2020)
118
Caracteriacutesticas
Voltaje de entrada 10-30V
Precisioacuten del display 01V
Precisioacuten del control 01V
Tipo de salida salida directa
Tolerancia plusmn01V
Dimensiones 82x58x18mm
Regulador de carga de panel solar
El regulador solar o regulador de carga es un dispositivo necesario en la instalacioacuten
solar ya que se encarga de controlar la entrada a las bateriacuteas de la energiacutea generada en
los paneles solares El regulador permite por un lado alargar la vida de la bateriacutea y por
el otro obtener informacioacuten y paraacutemetros del funcionamiento de la instalacioacuten Permite
alargar la vida de las bateriacuteas ya que permite el paso de la electricidad seguacuten el estado
en que se encuentre la bateriacutea en cada momento Por ejemplo cuando esta esteacute a un
nivel de carga inferior al 95 permitiraacute el paso libre de toda la electricidad con el objetivo
de cargarla cuanto antes posible Mientras que si se encuentra en un porcentaje de carga
del 95 al 99 permitiraacute el paso de forma muy controlada que es lo que llamamos carga
de flotacioacuten con el fin de llenar al maacuteximo la bateriacutea Por otra parte si la bateriacutea se
encuentra completamente cargada cortaraacute el paso de corriente para evitar sobrecargas
o un sobrecalentamiento del acumulador Gracias a realizar la carga de esta forma se
evitan problemas en las bateriacuteas solares y se alarga al maacuteximo sus antildeos de vida
(DamiaSolar 2016)
Existen 2 tipos de reguladores de carga el PWM o convencional y el MPPT o
maximizador El uso de uno u otro dependeraacute del tipo de placa solar que utilicemos Si
se tratan de placas solares de 36 o 72 ceacutelulas (paneles de hasta 200W) seraacute suficiente
usar un regulador PWM ya que estas placas tienen un voltaje en el punto de maacutexima
potencia alto Mientras que si usamos placas de 60 ceacutelulas (paneles de potencia superior
a 200W) seraacute de uso obligatorio el regulador MPPT ya que estas placas tiene un voltaje
119
menor pues priorizan el amperaje en lugar del voltaje con lo cual seraacute necesario siempre
un regulador MPPT el cual modula el voltaje del panel y lo adapta a las caracteriacutesticas de
las bateriacuteas conectadas (DamiaSolar 2016)
Los paneles solares de 60 ceacutelulas se conocen popularmente como paneles de red ya
que se utilizaban antiguamente en las huertas solares que se conectaban a la red Para
diferenciar los paneles de red de los paneles convencionales se debe mirar su ficha
teacutecnica impresa en la pegatina posterior del panel El panel de red indicaraacute un valor VMP
de solamente 29V o similar mientras que las placas convencionales o de aislada generan
un VMP aproximado de 36 voltios en las placas de 24V y de 18 voltios en las placas de
12V (DamiaSolar 2016)
Para saber si necesito un regulador de 10A 20A 30A 60A o 80A (A= amperios) se
deberaacute mirar el amperaje del panel indicado como corriente nominal o IMP i multiplicarlo
por el nuacutemero de paneles que queramos instalar en la instalacioacuten solar Por ejemplo en
una instalacioacuten solar de 12V donde se instalen 6 placas de 140W 12V el IMP de este
panel seraacute de 797A Por lo tanto si se disponen de 7 placas se obtendraacute una corriente
maacutexima de 5579 y seraacute necesario usar un regulador solar de 60A Tambieacuten es
importante si en un futuro hay previsto instalar maacutes paneles poner ya de inicio un
regulador de mayor capacidad asiacute cuando se instalen seraacute necesario cambiar este
dispositivo (DamiaSolar 2016)
Bateriacutea Recargable
Tanto los paneles solares como las turbinas eoacutelicas son fuente de energiacutea verde y
renovable pero el problema de estos sistemas de autoabastecimiento eleacutectrico reside en
el almacenamiento Las instalaciones tradicionales proporcionan la energiacutea de manera
inmediata de manera que lo que no se consuma en el momento se pierde y ademaacutes si
el diacutea se nubla o el viento se detiene no es posible obtener suministro
(Ambientesoluciones 2020)
Para resolver este inconveniente este grupo de investigadores ha disentildeado
una bateriacutea de flujo segura y rentable que se puede utilizar tanto de manera domeacutestica
como comercial Estaacute elaborada con materiales de bajo coste que se encuentran en la
tierra de forma habitual como carbono oxiacutegeno nitroacutegeno hidroacutegeno hierro y potasio
Los compuestos no son toacutexicos ni tampoco inflamables (Ambientesoluciones 2020)
120
Los materiales no son toacutexicos son baratos y al estar disueltos en una
abundante cantidad de agua son seguros ya que no puede prenderse
fuego un detalle muy importante cuando se estaacuten almacenando grandes
cantidades de energiacutea eleacutectrica cerca de la gente explica Michael J
Aziz uno de los ingenieros que ha desarrollado el invento
(Ambientesoluciones 2020)
A diferencia de las bateriacuteas de electrodos soacutelidos las bateriacuteas de flujo almacenan la
energiacutea en los liacutequidos contenidos en los tanques externos de manera similar a las pilas
de combustible Los tanques establecen la capacidad de almacenamiento y el hardware
de conversioacuten electroquiacutemica a traveacutes del que se bombean los fluidos establece la
potencia (Ambientesoluciones 2020)
Ambos elementos se pueden personalizar para que cada usuario disponga de la
energiacutea atendiendo a sus necesidades Ademaacutes como la cantidad de energiacutea que puede
guardar aumentar con soacutelo aumentar el tamantildeo de los tanques se puede almacenar
mucha maacutes a un menor coste que los sistemas de bateriacuteas tradicionales
(Ambientesoluciones 2020)
Panel solar
El panel solar es el elemento maacutes conocido de los componentes utilizados en la
implementacioacuten de energiacutea solar se trata de un elemento que aprovecha la energiacutea del
sol para transformarlo en energiacutea eleacutectrica o caloacuterica la cual se puede utilizar de
diferentes maneras en esta transformacioacuten de la energiacutea solar se pueden distinguir
diferentes propoacutesitos de la energiacutea la primera por ejemplo es la utilizacioacuten de esta para
producir agua caliente lo cual se ve generalmente en los hogares y la segunda y una de
las maacutes conocidas son la transformacioacuten de energiacutea por medio de paneles fotovoltaicos
los cuales permiten producir electricidad captando la radiacioacuten solar las cuales recaen en
las ceacutelulas fotovoltaicas del panel solar (SLU 2015)
La energiacutea solar se puede captar de diferentes formas las dos mencionadas
anteriormente permiten entender el funcionamiento y la forma en la que se aprovechan
las radiaciones solares tales como se puede identificar en el siguiente paacuterrafo que nos
muestra el funcionamiento por medio de recoleccioacuten y transformacioacuten en energiacutea caloacuterica
121
En cuanto a las dos formas anteriormente nombradas el sistema de recoleccioacuten de
energiacutea solar uno de estos es por medio del colector solar en el cual tiene un liacutequido en
su interior que tiene la funcioacuten de absorber la radiacioacuten generada por el sol y
posteriormente la convierte en calor por medio de este liacutequido el cual se almacena para
ser utilizado por medio de ductos instalados en conjunto con el servicio de agua ya que
este se convierte en un intercambiador de calor por medio de unos ductos lo que permite
que el recurso hiacutedrico al ser usado tenga la temperatura deseada este ciclo se repite ya
que el liacutequido que funciona como intercambiador de calor retorna al colector solar para
realizar el proceso de nuevo (SLU 2015)
La recoleccioacuten de energiacutea eleacutectrica por medio de paneles solares es la maacutes
conocida en el mundo ya que es la base de esta tecnologiacutea para entender su
funcionamiento se debe comprender sus caracteriacutesticas por medio del siguiente paacuterrafo
se pueden identificar
La recoleccioacuten de energiacutea solar por medio de paneles fotovoltaicos se obtiene
gracias a las celdas que se encuentran en la superficie del panel solar las cuales son
denominadas como ceacutelulas fotovoltaicas estas tienen la capacidad de convertir la
energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica esto es llamado efecto fotovoltaico este efecto provoca
la energiacutea solar (fotones) posteriormente se producen unas cargas positivas y negativas
en unos componentes llamados semiconductores que estaacuten directamente relacionados
con las celdas y tienen distinto tipo y por medio de estos se crea un campo eleacutectrico que
posteriormente permite obtener corriente eleacutectrica (SLU 2015)
El panel solar puede funcionar con diferentes tipos de materiales los cuales
funcionan de una manera similar los maacutes utilizados para producirlos son el arseniuro de
galio (Gas) este es maacutes utilizado en diferentes tipos de aparatos electroacutenicos los cuales
son maacutes complejos y el segundo es el silicio (Si) el cual tiene un costo econoacutemico menor
estos son maacutes faacuteciles de encontrar y por lo mismo son los maacutes utilizados en general
ademaacutes de ser utilizados por la industria microelectroacutenica cuando se evaluacutea el
rendimiento de las celular fotovoltaicas se puede concluir que estas estaacuten ligadas con la
estructura tridimensional en el interior de la laacutemina de silicio (SLU 2015)
El panel solar tiene la funcioacuten de recibir la energiacutea lo cual lo convierte en un
elemento clave a la hora de construir dispositivos que necesiten aprovechar la energiacutea
solar ya que tambieacuten se deben tener en cuenta factores importantes en cuanto al manejo
122
de este tales como son la ubicacioacuten ya que es de vital importancia garantizar que se
aprovecha de la mejor manera la energiacutea proporcionada por el sol esto debido a que se
debe tener en cuenta el movimiento de la tierra alrededor del sol para identificar los
aacutengulos y zonas que permitan optimizar esta recoleccioacuten de energiacutea
Pavimentos articulados
Los pavimentos articulados tienen una caracteriacutestica principal y es que estaacuten
disentildeados con adoquines en su capa superior tambieacuten estaacute compuesta por un cuerpo el
cual contiene una capa de base y sub base con unas caracteriacutesticas de compactacioacuten
ademaacutes de opcionalmente realizar una adaptacioacuten a la sub rasante
Los adoquines son la caracteriacutestica maacutes visible de los pavimentos articulados ya que
estaacuten en su capa superior y son los primeros en tener contacto con los usuarios estos
se disentildean generalmente en forma de bloque macizo lo cuales tienen caracteriacutesticas de
dimensionamiento similares ya que es necesario uniformidad para su instalacioacuten ya que
son prefabricados y se traen al terreno para ser instalados uno tras de otro dejando juntas
entre ellos
Las demaacutes partes que componen el pavimento articulado son constituidas por un sello
de arena el cual se instala entre las juntas de los adoquines con el fin de rellenar pero
tambieacuten aportan un buen funcionamiento del pavimento a flexioacuten y la capacidad portante
de la superficie del pavimento posteriormente se encuentra una capa de arena la cual se
coloca con el fin de instalar los adoquines sobre esta esta arena debe tener una
granulometriacutea optima que permita un flujo libre de agua y la infiltracioacuten ademaacutes que sus
partiacuteculas deben ser resistentes a la degradacioacuten (CASTILLO 2003)
Las capas siguientes son denominadas cuerpo la que se encuentra posteriormente a
la capa de arena es llamada base y es la encargada de proporcionar una mejor capacidad
estructurar y tambieacuten permite un apoyo uniforme del pavimento siguieacutendole por una capa
llamada sub base la cual se encuentra debajo de la base y es utilizada para traacuteficos
medios y altos mayormente ya que para traficas bajos basta con la uacuteltima capa llamada
capa de conformacioacuten esta capa se encuentra entre la sub base y la sub rasante es
instalada para mejorar las caracteriacutesticas del suelo y funciona como plataforma para la
construccioacuten de las anteriores capas (CASTILLO 2003)
123
Sensores de movimiento
Los sensores de movimiento son dispositivos electroacutenicos estos generalmente
funcionan de forma inalaacutembrica y su funcionamiento parte de captar el movimiento para
asiacute enviar informacioacuten a una central de control estos sensores son capaces de registrar
movimientos de un aacuterea determinada y son reconocidos en todo el mundo por su
utilizacioacuten en sistemas de seguridad e iluminacioacuten entre otras funciones (Palacios 2020)
Entre los sensores de movimiento varios tipos y variedades dependiendo de la
utilizacioacuten en cada caso entre los cuales se encuentran los siguientes
Los sensores de regulacioacuten luz crepuscular estos sensores basan su funcionamiento
en aumentar o disminuir la luz del dispositivo luminario relacionado con la luz ambiente
lo cual permite que si la luz ambiente es de mayor intensidad se disminuya la generada
por el dispositivo esto genera que se optimice la eficiencia del sistema de iluminacioacuten al
maacuteximo aprovechando la luz al maacuteximo solo cuando se es necesario este sensor es
utilizado generalmente en exteriores ya que en ese entorno se optimiza mejor su ventaja
al tener directamente la luz del ambiente (LEDOVET 2018)
Los sensores de movimiento de infrarrojos estos sensores basan su funcionamiento
en la utilizacioacuten de luces infrarrojas para identificar cambios caloriacuteficos en el aacuterea de
cobertura predeterminada lo que permite detectar si una persona se mueve dentro de
dicha aacuterea y puede utilizarse como receptor de informacioacuten para seguridad donde se
conectariacutea con otro dispositivo de alerta o tambieacuten combinarlo con un sistema de
iluminacioacuten que genere luz a la presencia de personas (LEDOVET 2018)
Los sensores de presencia ultrasoacutenicos estos sensores basan su funcionamiento en
la utilizacioacuten de ondas ultrasoacutenicas las cuales son generadas por el dispositivo en una
determinada aacuterea las cuales regresan por rebote al ya que chochan con cada objeto
encontrado en el entorno cuando estas ondas regresan y detectan un cambio en su
rebote alertan este cambio activando el sistema con el cual este disentildeado (SampP 2018)
Los sensores combinados estos tipos de sensores son disentildeados con las tecnologiacuteas
anteriormente nombradas ya que estas se pueden combinar con el fin de obtener ventajas
en su funcionamiento estos teniendo en cuenta la importancia ya que se pueden instalar
de forma que aumente el nivel de deteccioacuten como puede ser una combinacioacuten entre las
tres tecnologiacuteas o solo dos de las tres con el fin de aumentar la sensibilidad del sistema
124
informacioacuten recibida ya que se genera una activacioacuten de todo el sistema con la deteccioacuten
de solo uno de los dispositivos tambieacuten se puede lograr el efecto inverso al instalarlos
de forma que se tengan que activar los dos o tres lo que baja la intensidad de deteccioacuten
y le da una mejor flexibilidad en espacios donde no es necesaria tanta seguridad y evitar
incomodidades a los usuarios
En cuanto a la forma de regulacioacuten de estos sensores se encuentran la regulacioacuten
dependiendo del alcance en metros con el que sea disentildeado el sistema esto se realiza
con el fin de solo cubrir la zona donde se requiere la funcioacuten del sensor y no interferir en
otros lugares del mismo entorno donde no es necesario o no se desea interferir otra
forma de regulacioacuten de estos sensores se puede realizar por medio del tiempo ya que se
puede disentildear con el fin de que se active desde que detectan un cuerpo hasta que se
desee que dejen de funcionar con el fin de optimizar el uso buscando la maacutexima eficacia
tambieacuten se mitigara el consumo energeacutetico ya que solo permaneceraacute en funcionamiento
los momentos que sea necesario y por ultimo un tipo de regulacioacuten es con la tecnologiacutea
anteriormente nombrada la crepuscular donde se regula dependiendo de la luz
encontrada en el ambiente solo encendiendo cuando es necesario la luz (SampP 2018)
Concreto translucido
El concreto translucido es un material utilizado de diferentes formas ya que sus
propiedades le permiten aprovechar la luz siendo esta un factor maacutes influyente en las
obra de infraestructura a las que se le implementa este tipo de concreto ya sea para el
aprovechamiento de luz del entorno y asiacute mitigar problemas ambientales o crear maacutes
confort en los usuarios como para generar una estructura combinada con luz artificial
que a su vez tambieacuten se puede combinar con energiacuteas renovables para obtener
beneficios ambientales ademaacutes de poder jugar con las diferentes formas y lugares en los
cuales se puedan construir como estructuras deportivas viacuteas zonas comunes entre otras
donde estas tengan un impacto innovador
El concreto translucido fue patentado por aron losonczi el cual tuvo la idea de unir dos
caracteriacutesticas diferentes como lo es la dureza del concreto y la transparencia de un
material translucido su investigacioacuten se dirigioacute a la implementacioacuten de fibras oacutepticas en
el concreto convencional con el fin de crear productos que permitan construir paredes de
interiores o exteriores suelos iluminados o en proyectos de arte y disentildeo (OMPI
ORGANIZACION MUNDIAL DE LA PROPIEDAD INTELECTUAL 2015)
125
En la actualidad existen dos tipos de concreto translucido que destacan en el
mundo los cuales son el concreto translucido construido con fibra oacuteptica y el concreto
translucido polimeacuterico
Concreto translucido con fibra oacuteptica
El concreto translucido con fibra oacuteptica estaacute compuesto por miles de filamentos de fibra
oacuteptica la cual se agrega al concreto y generalmente tienen un diaacutemetro entre los 2mm y
2 micras para que tenga un buen desempentildeo deben estar orientadas en la misma
direccioacuten esto de un lado al otro de la pieza que se construya generalmente la proporcioacuten
de fibra suministrada al conglomerado es del 4 del volumen de la pieza de concreto
construida en total (ARCUS GLOBAL 2020)
La caracteriacutestica que le da lo translucido al concreto es a implementacioacuten de las fibras
oacutepticas ya que la luz que impacta por una cara del concreto en un extremo de las fibras
oacutepticas acomodadas en la misma direccioacuten generan que la luz se perciba aunque con
una menor intensidad al otro extremo de las fibras oacutepticas en este orden de ideas entre
maacutes intensa sea la luz en la cara donde se realiza el contacto maacutes intenso se veraacute en la
otra cara de la pieza construida (ARCUS GLOBAL 2020)
Otra caracteriacutestica de las piezas construidas con fibras oacutepticas son las sombras
generadas en la cara que se tiene luz ya que estas tambieacuten aparecen en la otra cara del
concreto y se destacan por su contorno lo que le da un plus de esteacutetica y esta
caracteriacutestica del concreto translucido con la luminosidad se puede dar hasta 20 metros
todo gracias a las fibras oacutepticas que contienen en su interior y en cuanto a la parte
estructural no se implementan barras de aceros como se acostumbra en el concreto
convencional si no barras de plaacutestico transparentes y tambieacuten se obtiene una resistencia
similar a la de los concretos tradicionales (ARCUS GLOBAL 2020)
Concreto Translucido Polimeacuterico
El concreto translucido polimeacuterico tiene una composicioacuten que se asemeja mas a la
tradicional la caracteriacutestica que le permite ser translucido es el cambio del cemento
convencional parcial o complementariamente por un conglomerante polimeacuterico
transparente llamado el ilum (ARCUS GLOBAL 2020)
La diferencia entre el anterior concreto desarrollado a partir de fibras oacutepticas y este
desarrollado a partir de ilum es que el ilum permite la entrada de luminiscencia por todas
126
las direcciones esto tambieacuten depende de la dosificacioacuten ya que al agregar el componente
aacuterido pierde un poco esta caracteriacutestica para obtener grandes resultados se debe tener
una granulometriacutea bien cuidada tambieacuten se obtiene que la resistencia a la compresioacuten
de este tipo de concreto translucido puede ser similar o en ocasiones superior a la del
concreto convencional (ARCUS GLOBAL 2020)
Este trabajo de investigacioacuten utiliza el concreto transluacutecido SEUS elaborado con
poliacutemeros y materiales reciclados que seguacuten Perdomo amp Fandintildeo (2020) registra una
buena resistencia a la compresioacuten (44 MPa) cuando se usa aglomerante de resina de
polieacutester insaturado (Perdomo C amp Fandintildeo M 2020)
43 MARCO CONCEPTUAL
Meacutetodos de disentildeo de pavimentos
Meacutetodo racional
El meacutetodo racional muestra la estructura de pavimento como un medio elaacutestico sobre
el cual se coloca una carga la cual genera en la estructura un esfuerzo el cual es aplicado
especiacuteficamente en la capa superior para comprender estos esfuerzos se puede
interpretar a traveacutes de un modelo mecaacutenico el esfuerzo ejercido en la capa superior se
propaga a traveacutes de la estructura y cada vez que avanza en la estructura el esfuerzo es
menor esto quiere decir que si el grosor del medio elaacutestico que soporta los esfuerzos es
mayor mejor soporta los esfuerzos por que maacutes distancia recorre maacutes deacutebil se vuelve el
esfuerzo
Para el dimensionamiento del pavimento por el meacutetodo racional por el modelo
Boussinesq se tiene en cuenta que la presioacuten ejercida por el neumaacutetico o un peatoacuten el
cual ejerce una carga (Lizcano 2003) las cuales generalmente son mayores de lo que
puede soportar un terreno natural por esta razoacuten la calzada disentildeada debe repartir esta
presioacuten con el fin de volverla tolerable y estos modelos siguen las hipoacutetesis encontradas
a continuacioacuten
ldquoLa carga aplicada a la calzada se esquematiza por una presioacuten qₒ sobre un circulo de
radio ϕ como se puede observar en la siguiente figurardquo (Lizcano 2003)
127
ldquoEl suelo soporte requiere elaacutestico modo de Young E2 relacioacuten de poisson v2 este
suelo solo puede resistir sin deformarse exageradamente un esfuerzo vertical admisible
(σ2) inferior presioacuten a ntildea presioacuten qₒ coacutemo se puede observar en la siguiente figurardquo
(Lizcano 2003)
Figura 7 Distribucioacuten de esfuerzos Modelo Boussinesq
Fuente (Boussinesq 2020)
Posteriormente se identifica una profundidad la cual se determina como H esto con el
fin de que la presioacuten vertical se encuentre al final difusa ya que no se puede sobrepasar
el esfuerzo vertical admisible (Sz) el meacutetodo Boussinesq encontroacute una solucioacuten al poner
que en una profundidad z el esfuerzo vertical es de la siguiente manera (Lizcano 2003)
1205902 = 1199020
[
1 minus(119911119886)
3
(1 + (1199112
1198862))
32
]
Donde
σ2= esfuerzo vertical
128
α = radio de la carga de la huella circular o semieje en la direccioacuten x de la carga de
huella eliacuteptica
q = presioacuten de la carga
X Y y Z = coordenadas cartesianas de un punto
Esta nomenclatura aplicada al pavimento se puede representar de la siguiente manera
Figura 8 Esfuerzos que sufren los pavimentos en tres direcciones
Fuente (Lizcano 2003)
Donde
σ2= esfuerzo vertical
σr= esfuerzo radial de traccioacuten
Es= moacutedulo de Young de un masivo semifinito
v= coeficiente de poisson
ͳ= cizallamiento
Las fuerzas anteriormente nombradas ejercidas en el pavimento se pueden observar
en la siguiente grafica donde se puede identificar la forma en la que un neumaacutetico ejerce
presioacuten sobre el pavimento teniendo en cuenta que el neumaacutetico tiene una forma en la
cual se distribuyen las presiones en forma de ovalo por lo cual en cuanto maacutes se acerca
a su centro maacutes fuerte se vuelve esta presioacuten se puede observar como en la uacuteltima fase
los colores son cada vez maacutes intensos esto quiere decir que en ese logar el pavimento
estaacute sometido a maacutes esfuerzo
129
Figura 9 Huella de la llanta del vehiacuteculo sobre el pavimento
Esfuerzos graficados Fuente (Xiaodi Hu 2017)
Meacutetodo AASHTO
El meacutetodo AASHTO llamado asiacute por sus siglas (American Association of State Highway
and Transportation Officials) es caracteriacutestico por ser un meacutetodo de disentildeo semiempirico
donde en sus inicios fue evaluado para pavimentos flexibles pero tambieacuten fue adaptado
para pavimentos articulados ya que cogieron este como base esto conlleva a que
compartan muchas similitudes es importante tener en cuenta que este meacutetodo emplea
unidades las cuales se estiman mediante el traacutefico ejes estaacutendar en unidades inglesas
18 Kips (82 toneladas) (CASTILLO 2003)
La foacutermula base de este meacutetodo es la siguiente
log10(119864119860119871119904 lowast 119865119903)
= 939 lowast log10(119878119873 + 1) minus 02 + (log10 (119875119900 minus 119875119905
119875119900 minus 15) (04 + (
1094
(119878119873 + 1)519)
+ (232 lowast log10 119872119903) minus 807
Donde
EALs= numero de eje de 18 Kips acumulado en el periodo de disentildeo
Fr= factor de confiabilidad del disentildeo 10^(Zr+So)
Zr= fractil estaacutendar de la ley (funcioacuten de R)
So= desviacioacuten estaacutendar
R= nivel de confiabilidad
SN= numero estructural de la capa
Po= serviciabilidad inicial del pavimento
Pt= serviciabilidad final del pavimento
130
Mr= moacutedulo resiliente de la subrasante (psi)
Generalmente la desviacioacuten estaacutendar es recomendada como 045 el factor de
confiabilidad usado en la formula anteriormente nombra se encuentra dependiendo de la
importancia de la viacutea con lo que se debe tener en cuenta las siguientes recomendaciones
para encontrar el Fr
Tabla 1 Factor de confiabilidad
Nivel de confiabilidad
() 119917119929
50 1000
60 1300
70 1721
75 2010
80 2390
85 2929
90 3775
95 5499
99 8527
Fuente (CASTILLO 2003)
Para definir el nivel de confiabilidad con el que se debe disentildear la viacutea se debe tener en
cuenta factores que dan un nivel de importancia dependiendo del tipo de viacutea que se va a
construir en el siguiente cuadro se encuentran los criterios que deben tenerse en cuenta
para poder obtener un nivel de confiabilidad recomendado
131
Tabla 2 Nivel de confiabilidad
Clase de viacutea
Trafico
promedio
diario
Factor de
distribucioacuten por
carril()
Nivel de
confiabilidad
recomendado
()
Arterias o viacuteas principales
Urbana 40000 90 90
Rural 15000 90 85
Colectora principal
Urbana 15000 90 85
Rural 6000 90 80
Colectora
secundaria
Urbana 6000 100 80
Rural 2000 100 80
Comercial Multifamiliar
Urbana 2000 100 75
Fuente (CASTILLO 2003)
Para encontrar el numero estructural de la capa se debe utilizar la siguiente formula
119878119873 = Σ(119886119894 lowast 119905119894)
Donde
ai= coeficiente de capa de la i
ti= espesor de la capa i
La estructura del pavimento disentildeada por el meacutetodo Asshto despueacutes de tener en
cuenta los materiales con los que se van a construir cada capa y el aporte estructural que
se encuentra en cada una de estas con los cuales dependiendo de la necesidad se elige
su espesor quedariacutean de la siguiente manera
132
Figura 10 Estructura del pavimento AASTHO 1993
Fuente Guiacutea para el disentildeo de estructuras de pavimentos AASTHO 1993
Meacutetodo PCA
Para el disentildeo por el meacutetodo PCA se rige principalmente por los siguientes factores
-resistencia del concreto a la flexioacuten denominada como MR
El moacutedulo de rotura denominado como Mr es uno de los factores maacutes importantes en
el disentildeo de pavimentos articulados ya que por medio de este se mide la tensioacuten maacutexima
que puede soportar un espeacutecimen el cual debe ser fallado a flexioacuten esto ejerciendo las
cargas en 3 puntos
El moacutedulo de rotura puede ser obtenido mediante cargas cantiliver en un punto central
en los tercios Una diferencia importante en estos meacutetodos de prueba es que la prueba
de la carga en los tercios da la miacutenima resistencia en el tercio central de la viga ensayada
mientras que los otros dos meacutetodos muestran la resistencia en un solo punto (Robert G
Packard 1995)
Las pruebas anteriormente mencionadas se realizan generalmente a los 7 14 y 28 y
90 diacuteas las pruebas realizadas a los 7 y 14 diacuteas son utilizados generalmente para
recopilar informacioacuten sobre el comportamiento del concreto y control en el trabajo y para
determinar en queacute momento se puede dar apertura al pavimento los ensayos a 28 diacuteas
son comuacutenmente utilizados para los espesores de la capa superior del pavimento y el
133
uacuteltimo ensayo el de los 90 diacuteas son utilizados para el disentildeo de pistas de aterrizaje
(Robert G Packard 1995)
El concreto tiene una la habilidad de ganar resistencia al aumentar los antildeos de vida
esto se puede representar en una graacutefica la cual representa diferentes tipos de ensayos
realizados a vigas de pruebas las cuales fueron curadas en el campo y tambieacuten de varias
partes de hormigos las cuales estaban en servicio lo cual se puede observar a
continuacioacuten
Figura 11 Evolucioacuten de la resistencia a la flexioacuten en funcioacuten del tiempo
Grafica resistencia Fuente (Robert G Packard 1995)
-Resistencia encontrada de la subrasante y la subbase combinadas denominada como
K
El soporte de la subrasante y la subbase es definido en teacuterminos del moacutedulo de
reaccioacuten de la subrasnate (k) de westergaard Es igual a la carga en libras por pulgada
cuadrada sobre el aacuterea de la carga dividido por la deflexioacuten en pulgadas para esa carga
Los valores de k son expresados como libras por pulgada cuadrada por pulgada es decir
como libras por pulgada cubica (pci) (Robert G Packard 1995) En la siguientes dos
tablas se puede observar el efecto de la subbase asiacute encontrando el valor de K donde
se evaluacutean de dos formas una con la subbase no tratada y la otra con la subbase tratada
con cemento
Tabla 3 Nivel de confiabilidad
Valor de k de la subrasante pci
Valor k de la subbase pci
4 Pulg 6 Pulg 9 Pulg 12 Pulg
134
50 65 75 85 110
100 130 140 160 190
200 220 230 270 320
300 320 330 370 430
Valor de k subbase no tratada Fuente (Robert G Packard 1995)
Tabla 4 Nivel de confiabilidad
Valor de k de la subrasante pci
Valor k de la sub-base pci
4 Pulg 6 Pulg 9 Pulg 12 Pulg
50 170 230 310 390
100 280 400 520 640
200 470 640 830 -
Valor de k subbase tratada con cemento Fuente (Robert G Packard 1995)
-los tipos de cargas que soportara el pavimento frecuencia y pesos
Este factor estaacute en unos de los maacutes importantes ya que se determinan las cargas a las
cuales se va a estar expuesta la viacutea durante toda su vida uacutetil y estas cargas son
directamente responsables con los otros factores del espesor de la viacutea y se deben tener
en cuenta tres factores los cuales se pueden observar a continuacioacuten
Trafico promedio diario de todos los vehiacuteculos
Trafico promedio diario de camiones
Cargas axiales de los camiones
-El uacuteltimo factor es el periodo de disentildeo de la viacutea
El periodo de disentildeo de la viacutea generalmente estaacute en 20 antildeos algunas veces maacutes y
otras menos pero todo depende del criterio que se tenga en la caracteriacutesticas que
requiera la viacutea algunos ingenieros dicen que el rango de periodo de disentildeo debe estar
entre 30 y 35 antildeos algunas obras donde sus materiales carecen de defectos se pueden
disentildear hasta maacutes de 40 antildeos pero todos estos periodos de disentildeo se pueden justificar
de acuerdo a la importancia o tambieacuten econoacutemicamente ya que este afecta directamente
al grosor del pavimento ya que al aumentar los antildeos de disentildeo se incrementan los
135
nuacutemeros de ejes estaacutendar que pasaran por la viacutea ademaacutes de los servicios adicionales
durante el periodo (Robert G Packard 1995)
44 MARCO CONTEXTUAL
El tramo de prueba donde se realizaraacute la validacioacuten en campo del sendero inteligente
Step by Step estaacute ubicado en el Parque Simoacuten Boliacutevar del municipio de Agua de Dios
sitio muy concurrido por la poblacioacuten lo que aduce que no solo impacta a traacutefico peatonal
si no que genera atractivo turiacutestico
El municipio tradicionalmente celebra actividades religiosas en el cerro de la cruz en
un ambiente de clima huacutemedo oacuteptimo para realizar actividades luacutedicas con la naturaleza
con gran variedad de especies Sin embargo desde los uacuteltimos 15 antildeos la afluencia de
los habitantes a estas fiestas ha registrado un declive dejando de lado los atractivos de
este sitio como las aguas azufradas a las cuales se dice que fueron la razoacuten de la
denominacioacuten del municipio sumado a una historia basada en el abandono de los
enfermos de Lepra por parte de la sociedad en el tradicional Puente de los Suspiros
Figura 12 Localizacioacuten del Municipio de Agua de Dios Cundinamarca
Fuente web httpswwwgooglecommaps 2020
El municipio Agua de Dios se encuentra ubicado en el departamento de Cundinamarca
en la zona del alto magdalena donde sus municipios vecinos son Girardot a 26 km al
noreste Tocaima a 15 km al noroeste y Nilo a 8km al sur del municipio Este municipio
136
con un poco maacutes 10000 habitantes (DANE 2018) y que se encuentra a una distancia
total de 124 kiloacutemetros de la Capital del paiacutes Bogotaacute es un municipio pequentildeo de veranos
largos muy calientes y bochornosos los inviernos son cortos Seguacuten el IDEAM la
temperatura media anual de agua de Dios se encuentra entre 26degC y 28degC (IDEAM
2014)
Figura 13 Zona urbana Municipio de Agua de Dios
Fuente web httpswwwgooglecommaps 2020
Al sur oriente se localiza el parque ecoturiacutestico los chorros (ver Figura 14) lugar que
cuenta con una historia enriquecedora desde la fundacioacuten del municipio y que
actualmente se encuentra en un estado de deterioro Pese a que se encuentran diferentes
tipos de especies de aacuterboles y animales lo convierten en sitio turiacutestico rodeado de
balnearios y zonas de comida con un clima extraordinario y con una riqueza cultural a
nivel nacional siendo un sitio propicio para implementar el Step by Step a futuro
137
Figura 14 Balneario los Chorros Agua de Dios
Fuente (Alcaldia de Agua de Dios 2019)
Seguacuten el IDEAM la radiacioacuten solar que emite el Sol se propaga en todas las direcciones
a traveacutes del espacio esa energiacutea es el motor que determina la dinaacutemica de procesos
atmosfeacutericos y de clima La radiacioacuten solar nos proporciona efectos fisioloacutegicos positivos
tales como estimular la siacutentesis de vitamina D que previene el raquitismos y osteoporosis
favorece la circulacioacuten sanguiacutenea actuando en algunos tratamientos en algunas
dermatosis y estimula en algunos casos la siacutentesis de los neurotransmisores cerebrales
responsables del estado aniacutemico (IDEAM 2014) Por esto estaacute encargado de medir la
radiacioacuten solar a nivel nacional argumentando que es importante principalmente como
una de las fuentes alternativas de energiacutea en la generacioacuten de electricidad ademaacutes de
que ayuda a un sin nuacutemero de aplicaciones para crear modelos de prediccioacuten del tiempo
y el clima (IDEAM 2014)
El portal ACCUWEATHER de internet cuenta con alta tecnologiacutea y esta actualizado
cada diacutea sobre datos de clima viento lluvias en cualquier lugar del mundo El sitio web
dice que en el municipio de Agua de Dios se encuentra un historial de temperaturas que
estaacuten entre los 9degC y los 32degC asiacute como hay raacutefagas de viendo que superan los 10
kiloacutemetros por hora (accuweather 2020)
Asiacute mismo cuenta con la microcuenca de la quebrada la Punaacute y esta a su vez hace
parte de la subcuenca del Rio Bogotaacute Cuenca mayor del Rio Magdalena (SECHAGUA
2016) se cuentan con estudios medio ambientales que referencian al municipio y del cual
se pueden tener en cuenta para los datos de precipitacioacuten de lluvias sobre el municipio
138
Seguacuten la Corporacioacuten Autoacutenoma Regional de Cundinamarca CAR en el municipio se
encuentra la estacioacuten meteoroloacutegica de precipitacioacuten denominada Las Violetas Dicha
estacioacuten recoge informacioacuten importante para dar a conocer un valor puntual climaacutetico de
la zona de estudio y con estos datos se pueden evaluar otros factores que sirven para la
agricultura y demaacutes Dichos valores de precipitacioacuten son para los puntos de control para
altitudes de 0 a 1000 metros sobre el nivel del mar
Agua de Dios dentro de un escenario neutro se encuentra en el intervalo de
precipitacioacuten 186 miliacutemetros a 1656 miliacutemetros Bajo un escenario donde se presenta el
fenoacutemeno de El Nintildeo en un intervalo que va desde 264 miliacutemetros hasta 1933
miliacutemetros Y por uacuteltimo bajo un escenario en el que se presenta el fenoacutemeno de La Nintildea
en un intervalo que va desde 436 miliacutemetros hasta 2192 miliacutemetros (CAR 2015)
Teniendo en cuenta los datos anteriores y otros tomados en periodos maacutes largos de
tiempo la CAR hace un anaacutelisis espacial de la precipitacioacuten sobre los municipios que
hacen parte de la jurisdiccioacuten de la CAR Dicho lo anterior el anaacutelisis muestra un reacutegimen
de lluvias bimodal lo que quiere decir que se presentan dos temporadas de lluvias altas
y dos temporadas de lluvias de baja intensidad durante el antildeo la primera temporada de
lluvias se presenta en los meses de diciembre enero y febrero al mismo tiempo se
presentan diferencias en sus cantidades de lluvias espacialmente los menores
voluacutemenes de lluvia se presentan en la cuenca del Rio Bogotaacute donde oscilan en promedio
de 11 y 40 mm mensuales La segunda temporada de lluvias menos intensa se presenta
en los meses de junio Julio y agosto los valores maacutes bajos de lluvias se presentan en la
Cuenca del Rio Bogotaacute donde oscilan de 19 a 42 mm La primera temporada de
voluacutemenes altos de lluvias se presenta en los meses de marzo abril y mayo donde los
valores se encuentran entre 200 y 400 mm mensuales La segunda temporada de lluvias
altas se dan en los meses de septiembre octubre y noviembre los voluacutemenes de lluvia
se encuentran entre 150 y 340 mm mensuales acumulados (CAR 2015)
En consecuencia la temporada de lluvias bajas se concentra en seis meses del antildeo
meses que son importantes para el turismo en todas las regiones del paiacutes Se evidencia
la temporada de fin de antildeo y de mitad de antildeo que son importantes porque la mayoriacutea de
las personas se encuentra en temporada de vacaciones y el municipio de Agua de Dios
durante esa eacutepoca es visitado por ciudadanos de todas las regiones
139
45 MARCO LEGAL
La norma que establece las especificaciones teacutecnicas para el control de calidad de
adoquines de concreto hidraacuteulico en Colombia es la Norma Teacutecnica Colombiana (NTC)
2017 para construir pavimentos articulados tanto para traacutefico peatonal como traacutefico
vehicular asiacute como tambieacuten la descripcioacuten de los materiales que se usan para su
fabricacioacuten
Si se desean caracteriacutesticas diferentes a las que exige la norma estas deben ser
especificadas antes de iniciar el disentildeo del adoquiacuten
A continuacioacuten se muestran unas tablas donde se refleja lo que exige la norma teacutecnica
colombiana NTC 2017 en cuanto al disentildeo de adoquines Ademaacutes de esto la informacioacuten
se sustenta con informacioacuten tomada del Instituto para el Desarrollo Urbano de Bogotaacute la
norma internacional ASTM la norma del Instituto Nacional de Viacuteas (INVIAS)
Tabla 5 Partes de los Adoquines
PARTE ESPECIFICACION ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Cara de desgaste
NTC 2017 Parte superior del adoquiacuten la cual queda al aire en su instalacioacuten
Soporta directamente el transito
Capa superior capa superficial
NTC 2017 Capa que conforma la cara de desgaste en adoquines bicapa
No todos los adoquines son bicapa
Capa inferior NTC 2017
Capa ubicada debajo de la capa superficial en adoquiacuten bicapa Constituye la mayoriacutea de la masa de los mismos
No todos los adoquines son bicapa
Cara de apoyo
NTC 2017 Cara inferior del adoquiacuten
Cara que queda en contacto con la capa de arena en su instalacioacuten
Superficie de referencia
NTC 2017
En adoquines no biselados es la superficie que corresponde a la cara de desgaste En adoquines biselados corresponde a la
140
cara de desgaste sin tomar en cuenta el volumen del prisma sustraiacutedo por el bisel
Forma
NTC 2017
Poliacutegono que define la cara de desgaste y la cara de apoyo y que a su vez determina el prisma recto que le da volumen al adoquiacuten
Arista NTC 2017 Liacutenea de interseccioacuten entre dos planos o caras
Hace referencia a lo que conforma la cara de desgaste y las paredes
Arista de Laacutepiz
NTC 2017
Arista de forma redondeada con radio de35 mm aproximadamente
Se le da forma redondeada en el proceso de fabricacioacuten
Bisel NTC 2017
Perfil inclinado a 45deg aproximadamente en adoquiacuten biselado o parcialmente biselado
Se considera como parte del bisel la franja generada por las rebabas verticales una vez retiradas
Separador NTC 2017
Salientes verticales (nervaduras placas) generadas en las paredes del adoquiacuten para garantizar la separacioacuten
Se hace con el fin de que las juntas se puedan llenar de arena
FUENTE Informacioacuten propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 de
2004-02-05 y el Instituto de Desarrollo Urbano (IDU)
Tabla 6 Geometriacutea del adoquiacuten seguacuten NTC 2017
DIMENSIONES ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Espesor Dimensioacuten perpendicular a la cara de desgaste
141
Medida desde la cara de desgaste hasta la capa inferior
Espesor estaacutendar (ee)
Espesor tomado de manera anaacuteloga del espesor real
Lo especifica el productor
Espesor real (er) Espesor del adoquiacuten Medido en cada espeacutecimen
Espesor real promedio (er) del espeacutecimen
Promedio de cuatro mediciones del espesor real
Las cuatro mediciones son en el mismo espeacutecimen
Espesor real promedio (er) de la muestra
Promedio de valores del espesor real promedio del espeacutecimen
Se calcula con la cantidad de especiacutemenes de la muestra
Espesor de la capa superficial (ecs) del espeacutecimen
Espesor miacutenimo de la capa superficial en adoquines bicapa
Se mide con relacioacuten a la superficie de referencia
Espesor de la capa superficial (ecs) de la muestra
Promedio de valores del espesor de la capa superficial del espeacutecimen
Se calcula con la cantidad de especiacutemenes para la muestra
Longitud Dimensioacuten del adoquiacuten en direccioacuten del eje mayor del aacutengulo inscrito
No se incluyen separadores
Longitud estaacutendar (le)
Longitud tomada de manera anaacuteloga de la longitud real
Se especifica por el fabricante
Longitud nominal (ln)
Suma de la longitud estaacutendar maacutes el ancho estaacutendar
Longitud real (lr) Es la longitud del adoquiacuten Longitud medida directamente en cada espeacutecimen
Longitud real promedio (lr) del espeacutecimen
Promedio de dos mediciones de la longitud real
Longitudes medidas para cada espeacutecimen
Longitud real promedio (lr) de la muestra
Promedio de los valores de la longitud real promedio del espeacutecimen
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Ancho Medicioacuten del adoquiacuten en direccioacuten del eje menor del rectaacutengulo inscrito
No se incluyen separadores
142
Ancho estaacutendar (ae)
Ancho tomado de manera anaacuteloga del ancho real
Se especifica por el fabricante
Ancho nominal (an)
Suma del ancho estaacutendar maacutes el ancho de la junta estaacutendar
Ancho real (ar) Es el ancho del adoquiacuten Se mide directamente sobre cada espeacutecimen
Ancho real promedio (ar) del espeacutecimen
Promedio de dos mediciones del ancho real
Medidas para cada espeacutecimen
Ancho real promedio (ar) de la muestra
Es el promedio del ancho real promedio del espeacutecimen
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Ancho del rectaacutengulo inscrito (ai)
Dimensioacuten del eje menor del rectaacutengulo inscrito
Proyeccioacuten horizontal del bisel (phb)
Proyeccioacuten del perfil del bisel sobre la superficie de referencia
Incluye la franja por rebaba si existe
Proyeccioacuten vertical del bisel (pvb)
Proyeccioacuten del perfil del bisel sobre la pared del adoquiacuten
Incluye la franja por rebaba si existe
Ancho de los separadores (as)
Dimensioacuten transversal de los separadores en el plano de la pared del adoquiacuten
Espesor de los separadores (as)
Dimensioacuten de los separadores en sentido perpendicular a la pared del adoquiacuten
Espesor de los separadores promedio (es) del espeacutecimen
Promedio de los valores del espesor de los separadores
Medidos para cada espeacutecimen
Espesor de los separadores promedio (es) de la muestra
Promedio de los valores del espesor de los separadores promedio
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Fuente Propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 publicada 2004-02-
05
143
Tabla 7 Requisitos geomeacutetricos de los adoquines
REQUISITOS ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Longitud nominal (ln)
No debe ser mayor a 250 mm ni menor a 50 mm
Por lo general se encuentra entre 100 mm y 250 mm
Ancho nominal (an)
No debe ser menor a 50 mm Por lo general se recomienda 80 mm
Espesor estaacutendar (ee)
No debe ser menor a 60 mm Se recomienda espesores para uso peatonal no menor a 60 mm y a vehicular no menor a 80 mm
Junta estaacutendar Deber ser de 2 mm Si es mayor se considera malformacioacuten
Relacioacuten entre longitud nominal y ancho nominal
Debe ser menor o igual a 4 No se aplica a unidad complementaria o especial
Relacioacuten entre longitud nominal y espesor estaacutendar
Debe ser menor o igual a 4 No se aplica a unidad complementaria o especial
Tolerancias en la longitud real y ancho real
Cada par de mediciones no debe diferir entre si en maacutes de 15 mm
Mediciones tomadas sobre la cara de desgaste y sobre la cara de apoyo
Tolerancias en la longitud real promedia y ancho real promedia
Cada espeacutecimen de la muestra no deben diferir de la longitud estaacutendar y ancho estaacutendar en maacutes de 15mm
Mediciones tomadas en cada espeacutecimen de la muestra
Tolerancias en espesor real y espesor estaacutendar
Las mediciones del espesor real no deben diferir del espesor estaacutendar en maacutes de 2 mm
Adoquines con acabado plano o junta falsa
Aristas
Para las aristas en adoquines no biselados se aceptan desportilladuras con una dimensioacuten no mayor a 3 mm
Desportilladuras mayores a 3 mm se consideran defectos
Bisel
Debe tener igual forma y perfil en toda la longitud Tanto proyeccioacuten horizontal (phb) y proyeccioacuten vertical (pvh) debe ser miacutenimo 3 mm y maacuteximo 7 mm
Rango La diferencia entre la mayor y la menor de las mediciones de phb
Medidas tomas para cada espeacutecimen de la muestra
144
y pvh no debe ser mayor de 15mm
Separadores
En cada pared del adoquiacuten se debe tener un separador por adoquiacuten seguacuten el patroacuten de instalacioacuten Ancho de separador debe estar entre 4 mm y 15 mm Espesor del separador debe ser 2 mm maacutes o menos 05 mm
Solo aplica para adoquines con separadores descritos anteriormente
Capa superficial Espesor de la capa superficial (ecs) debe ser al menos 8 mm
Solo se aplica para adoquines bicapa En ninguacuten momento durante su uso o en el ensayo a flexo traccioacuten se debe presentar desprendimiento total y parcial de las dos capas
Fuente Propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 publicada 2004-02-
05
451 ABSORCION DE AGUA
Seguacuten la Norma Teacutecnica Colombiana ICONTEC 2017 lo adoquines de concreto al
momento de salir de la faacutebrica deben presentar una absorcioacuten de agua (Aa) menor o
igual al 7 como valor promedio de los especiacutemenes de la muestra y menor o igual a 8rdquo
para cada adoquiacuten individual (Icontec 2018)
Equipo
Para realizar las mediciones de las dimensiones del adoquiacuten se debe contar con un
calibrador de aguja con divisiones cada 01mm (Icontec 2018)
Para realizar ensayo de absorcioacuten de agua se usan los cinco especiacutemenes de la
muestra despueacutes de haberles medido las dimensiones exceptuando la del espesor de la
capa superficial y a los que posteriormente se les va a realizar ensayo a flexo traccioacuten
(Icontec 2018) Las masas se deben registrar con una balanza con una sensibilidad de
1 gramo
Y un horno ventilado con una temperatura controlada entre 100 C y 115 C y con un
volumen de al menos 25 veces el de los especiacutemenes que se van a secar al mismo
tiempo (Icontec 2018)
145
Procedimiento
Todos los especiacutemenes de la muestra se deben secar simultaacuteneamente en un horno
ventilado a una temperatura entre 100 C y 115 C Deben quedar separados entre si y de
cualquier superficie caliente como miacutenimo 25 mm Se deben secar hasta obtener una
masa sema (ms) constante despueacutes de un periodo miacutenimo de secado de 24 horas y
hasta que en dos pesajes sucesivos a intervalos de 2 horas la masa presente una
disminucioacuten de menos del 02 con respecto a la masa anterior (Icontec 2018)
Saturacioacuten
Para el ensayo los especiacutemenes deben ser sumergidos en agua durante 24 horas a
una temperatura que debe encontrarse entre 15 C y 27 C Debe haber un volumen de
agua suficiente para que entre la superficie y la cara del adoquiacuten haya una medida entre
25 mm y 50 mm No se deben poner especiacutemenes sobre otros (Icontec 2018)
Caacutelculos
Se debe usar la siguiente ecuacioacuten para hallar el porcentaje de absorcioacuten de agua del
espeacutecimen (Icontec 2018)
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899 (119860119886) =(119872ℎ minus 119872119904)
119872119904lowast 100
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
452 RESISTENCIA A LA FLEXO TRACCION (MODULO DE ROTURA)
ESPECIMENES DE ENSAYO
Los especiacutemenes a usar son unidades a las que ya les fue evaluada la apariencia las
dimensiones y hallado el porcentaje de absorcioacuten de agua Deben ser unidades
completas Las unidades son sometidas al ensayo a flexo traccioacuten con el fin de halla el
146
Modulo de Rotura (MR) Las unidades deben permanecer sumergidas en el agua durante
24 horas antes del ensayo se sacan y se dejan escurrir durante un minuto luego se
secan con un pantildeo seco para someterlas a ensayo (Icontec 2018)
EQUIPO
La maacutequina de ensayo para la determinacioacuten de la resistencia a la flexo traccioacuten debe
ser capaz de aplicar cargas de 20 KN (Icontec 2018)
Figura 15 Prueba de ensayo a Flexo traccioacuten de Adoquines de concreto (Icontec
2018)
147
Fuente Editada por los autores de (Icontec 2018)
Procedimiento
El espeacutecimen saturado y superficialmente seco se coloca sobre la maacutequina de ensayo
con la cara de desgaste hacia arriba de manera que el elemento superior de la maquina
coincida con el eje menor del rectaacutengulo inscrito sobre la cara de desgaste y los apoyos
inferiores coincida con una liacutenea paralela 10 mm adentro de los lados menores del
rectaacutengulo inscrito (Icontec 2018)
La maacutequina de ensayo debe aplicar la carga a una velocidad tal que produzca un
aumento cercano a 05MPas quiere decir que un tiempo de ensayo de 10 segundos
para 5 MPas El valor calculado se debe expresar en la unidad equivalente a MPa con
exactitud de 01 MPa (Icontec 2018)
Aparte de la Norma Teacutecnica Colombiana (NTC) 2017 que es la norma que rige la
fabricacioacuten y el uso de adoquines existe la norma American Society of Testing Materials
(ASTM) es una asociacioacuten que se encarga de medir la resistencia de los materiales para
la construccioacuten dicha norma es la base para crear las normas de nuestro paiacutes por eso
148
es de gran importancia hacer mencioacuten de ella en este documento y a las normas que se
abarcan (Icontec 2018)
A continuacioacuten algunas de las normas ASTM para adoquines en concreto
ASTM C-936 absorcioacuten flexo traccioacuten y abrasioacuten (Icontec 2018)
Absorcioacuten maacutexima a la humedad la cual dice que la absorcioacuten promedio de las
muestras ensayadas no seraacute mayor del 5 con ninguacuten resultado individual mayor del 7
(Torres 2020)
clasifica a los adoquines en tipo A B Y C seguacuten cuadro
Tabla 8 Clasificacioacuten de los adoquines seguacuten su absorcioacuten
Clase
Absorcioacuten ( en de masa)
Promedio de 3
adoquines miacutenimo
Valor maacuteximo
individual
A le7 77
B le9 99
C le9 99
Fuente (Icontec 2018)
Ensayos a la flexo traccioacuten (moacutedulo de rotura) seguacuten norma ASTM C-936 promedio
459 kgcm2 individual 367Kgcm2 no se realiza en nuestro caso al menos que sea una
peticioacuten especial del cliente consiste en someter el adoquiacuten a una carga puntual para
medir su capacidad elaacutestica antes de romperse (Torres 2020)
Clasificacioacuten de los adoquines por su uso 1- Clase A uso industrial y traacutensito pesado
350 kgcm2 2- Clase b uso transito liviano 250 kgcm2 3- Clase c uso peatonales y
espacios puacuteblicos menores de 250 kgcm2
Tabla 9 Resistencia miacutenima de los adoquines
Clase Espesor miacutenimo
del adoquiacuten (mm)
Resistencia miacutenima a flexioacuten del adoquiacuten Mpa
(kgcm2)
Promedio de 3
adoquines
Miacutenimo de adoquiacuten
individual
149
A 54(55) 46(468)
B 41(42) 35(357)
C 41(42) 35(357)
Ensayo a la Abrasioacuten Es una prueba al desgaste que en algunos proyectos exigen
como referente para medir la perdida de volumen del aacuterea sometida (Torres 2020)
Tabla 10 Resistencia a la abrasioacuten
Meacutetodo de Ensayo Valor
Mediante arena y disco
metaacutelico ancho le23 mm
Ensayo de Bohme le20000 mm35000 mm2
Fuente (Icontec 2018)
ASTM C 33 Esta norma indica coacutemo hacer concreto y que elementos deben agregarse
para prepararlo y usarlo Los agregados tratados en la norma son tanto finos como
gruesos En la norma los agregados finos estaacuten definidos como arena natural arena
elaborada o una combinacioacuten de ambas Los agregados gruesos se definen como grava
grava triturada escombros horneados y enfriados por aire concreto triturado de cemento
hidraacuteulico (Velares 2020)
Tambieacuten establece los liacutemites sobre sustancias perjudiciales o nocivas de agregado
de concreto fino Por ejemplo hay liacutemites en la cantidad de terrones de arcilla y partiacuteculas
deleznables (piezas pequentildeas de agregado que se descomponen faacutecilmente) Eacutestas se
limitan a 30 por ciento o menos de la masa total El agregado extremadamente ligero
tambieacuten se limita a 30 por ciento o menos de la masa total y el carboacuten y lignito se limitan
a 50 por ciento o menos Cualquiera de estos elementos puede hacer que el concreto
pierda fuerza y se deteriore de forma maacutes raacutepida (Velares 2020)
ASTM C-140 Dicha norma se refiere al ensayo de absorcioacuten de agua dejando un
valor menor al 5 para la absorcioacuten promedio por muestra y de 7 para valores
individuales
ASTM C-979 Especificaciones sobre el uso de pigmentos
150
ASTM C-144 Requerimientos de granulometriacutea
Tabla 11 Franja granulomeacutetrica para arena de prefabricados
TAMIZ
PORCENTAJE QUE PASA
ARENA NATURAL
ARENA MANUFACTURADA
No 4 (475mm) 100 100
No 8 (236mm) 95-100 95-100
No 16 (118mm) 70-100 70-100
No 30 (0600 mm) 40-55 40-100
No 50 (0300 mm) 13-35 13-58
No 100 (0150mm) 2--15 10--15
No 200 (0075 mm) 0 0-10
Fuente (Icontec 2018)
En Colombia existen algunas leyes que promueven el uso de energiacuteas renovables
pero tambieacuten esas mismas leyes las regulan La ley maacutes importante en el paiacutes
colombiano es la Ley 1775 de mayo de 2014 dicha ley dice que se promueve y regula el
desarrollo y el uso de las fuentes de energiacuteas renovables no convencionales en especial
las que son renovables Promueve su integracioacuten al mercado eleacutectrico la participacioacuten
en zonas vulnerables y en otros usos energeacuteticos que aportan para el desarrollo
sostenible del paiacutes (COLOMBIA 2014)
La ley 1775 de 2014 y que promueve y regula el uso de energiacuteas renovables a su vez
es regulada por la Resolucioacuten 281 del 5 de Junio de 2015 que dictoacute el director general de
la Unidad de Planeacioacuten Minero Energeacutetica (UPME) la resolucioacuten dice que por medio de
la cual se regula la integracioacuten de energiacuteas renovables no convencionales al sistema
energeacutetico del paiacutes estable el marco legal y los instrumentos para la promocioacuten el
desarrollo y la utilizacioacuten de fuentes no convencionales de energiacutea (FNCE) (UPME 2015)
La UPME realizo anaacutelisis teacutecnicos y econoacutemicos consignados en el documento
ldquoANALISIS PARA LA DEFINICION DEL LIMITE MAXIMO DE POTENCIA DE LA
AUTOGENERACION A PEQUENtildeA ESCALA EN EL SISTEMA INTERCONECTADO
151
NACIONAL (SIN)rdquo y que estos sirvieron para la definicioacuten del liacutemite de que trata la
resolucioacuten Que resuelve que
ldquoARTICULO PRIMERO El liacutemite maacuteximo de potencia de la autogeneracioacuten a pequentildea
escala seraacute un (1) MW y corresponderaacute a la capacidad instalada del sistema de
generacioacuten del autogeneradorrdquo (UPME 2015)
152
5 DISENtildeO METODOLOacuteGICO
Este proyecto de investigacioacuten se realizaraacute bajo las condiciones espaciales
medioambientales de Girardot Ciudad y Regioacuten en coordinacioacuten en la sede de la Unidad
de ensayos e investigacioacuten del semillero de investigacioacuten SEUS donde se gestoacute y que
hace parte del macroproyecto ldquoPREFABRICADOS DE NUEVA GENERACIOacuteNrdquo
51 INSTRUMENTOS
La instrumentacioacuten que se emplea en el desarrollo de este proyecto de investigacioacuten
son propiedad del laboratorio PC Disentildeos y Construccioacuten SAS y que se pueden usar
gracias al convenio interinstitucional con la Universidad Piloto de Colombia SAM ldquoUnidad
de ensayos e investigacioacutenrdquo y el laboratorio
De igual forma se usan como patrones de medida lo que especifica la norma
colombiana para construccioacuten de edificaciones Sismo Resistentes NSR-10 Los
procedimientos de cada ensayo se ajustaron de acuerdo a las normas teacutecnicas
colombianas como las ICONTEC y homologada de la norma internacional ASTM
Tabla 12 Instrumentos empleados para el proyecto
INSTRUMENTO MUESTRA PROCEDIMIENTO
Juego de tamices y balanza 01
gr
Granulometriacutea mediante
uso de tamices
ASTM C136-01
NTC 77
Mesa de flujo y moldes para
cubos
Fluidez de morteros de
cemento hidraacuteulico ASTM C-230
Equipo de concretos
Mezcladora (trompo) balanzas
palustres varilla punta roma
cilindros de acero
Toma de muestras de
concreto y fabricacioacuten de
adoquines
ASTM C172-10
NTC 454
Formaleta para adoquiacuten
Fabricacioacuten de
especiacutemenes para
ensayos y tramo de
prueba
NSR-10
Prototipo disentildeado
por los autores
Prensa hidraacuteulica para ensayo a
compresioacuten
ASTM C392005
NTC 673
153
Compresioacuten de cilindros
de concreto y
especiacutemenes de adoquiacuten
Prensa hidraacuteulica para ensayo a
flexo traccioacuten
Ensayo a flexo traccioacuten
de especiacutemenes de
muestra
Horno para ensayo de
absorcioacuten y para secado
Ensayo de absorcioacuten y
secado de las muestras
Entrevista Comunidad Municipio
Agua de Dios
Canal comunitario
H20 TV
FUENTE Los autores 2020
154
6 PROCEDIMIENTO
Aquiacute seriacutea bueno que incluyeran un paacuterrafo contando de que se trata el procedimiento
de la investigacioacuten
Figura 16 Ruta de actividades para el prototipaje de Step by Step
Fuente Los autores octubre 2020
61 CRONOGRAMA
El horario de trabajo en campo es acordado entre los autores dado al nuevo ajuste por
las restricciones por la pandemia haciendo una articulacioacuten con la sede la Unidades de
ensayos e investigaciones del semillero SEUS Fabricando los adoquines en casa y
Caracteriza-cioacuten de
agregados
bull Arena
bullCemento
bullGravilla
Disentildeo de mezclas
bullDosificacioacuten
bullConcreto translucido
Disentildeo de prototipo
bullFormaleta
bullGeometriacutea
bullPeso
ResistenciabullFabricacioacuten de muestra
bullEnsayos a muestras
155
realizando los ensayos bajo las normas teacutecnicas y de bioseguridad en la sede del
laboratorio
Para cumplir cumplir con los objetivos de este proyecto de investigacioacuten se acuerda el
siguiente cronograma
Tabla 13 Cronograma de actividades para el prototipaje de Step by Step
Fases y sus actividades Responsables Fechas de
ejecucioacuten
Recursos a
utilizar
Formulacioacuten Marlon Barrera
Fabio Viancha nov-19 Laboratorio
Caracterizacioacuten de
agregados (ensayos de
laboratorio)
Marlon Barrera
Fabio Viancha feb-20 Laboratorio
Disentildeo de mezcla- adoquiacuten
de prueba 1
Marlon Barrera
Fabio Viancha mar-20 Laboratorio
Compresioacuten de cilindros-
Resistencias
Marlon Barrera
Fabio Viancha
Abril- Mayo
2020 Laboratorio
Mezcla con materiales
reciclados
Marlon Barrera
Fabio Viancha Junio-Julio 2020 Laboratorio
Elaboracioacuten de documento Marlon Barrera
Fabio Viancha
Agosto-Sept-
Oct 2020 Biblioteca
156
7 CAPITULO 1 PROTOTIPAJE DEL ADOQUIacuteN
Como se ha mencionado se va a usar material reciclado para el disentildeo de mezcla
siendo el principal material reciclado el vidrio molido Dicho material se muele dentro del
laboratorio haciendo uso de la maacutequina de los aacutengeles El procedimiento para moler el
vidrio molido comienza pesando 5000 gramos de vidrio partido en una balanza digital
como se muestra en la siguiente imagen
Figura 17 Material reciclado (vidrio)
Fuente Los autores 2020
Luego de pesar el material se debe hacer uso de la maacutequina de los aacutengeles se
introduce el vidrio dentro de la maquina con todas las esferas de acero se pone a
funcionar la maquina durante 17 minutos
157
Figura 18 Trituracioacuten del vidrio con molino de bolas
Fuente Los autores octubre 2020
Cuando pasan los 17 minutos de tiempo de la maquina en funcionamiento esta debe
ser apagada para descargarla el vidrio ya molido se descarga sobre la bandeja de la
maacutequina
Figura 19 Vidrio pulverizado luego de la trituracioacuten y molienda
Fuente Los autores 2020
158
Luego el material se debe tamizar haciendo uso del tamiz frac12 que tiene aberturas en su malla de un diaacutemetro de 125 miliacutemetros y maacutes abajo el tamiz nuacutemero 4 que tiene aberturas en su malla de un diaacutemetro de 475 miliacutemetros
Figura 20 Tamizado del material
Fuente Los autores octubre 2020
El material a usar es el que pasa el tamiz frac12 y el que queda retenido en el tamiz nuacutemero 4 Luego el material se debe lavar usando el tamiz nuacutemero 200 para que no se pierda material
Figura 21 Vidrio lavado y secado en horno
Vidrio lavado Fuente Los autores octubre 2020
159
Luego el vidrio se debe poner a secar durante 24 horas en un horno a una temperatura de 115degC Finalmente el vidrio molido y limpio en su totalidad se almacena en canecas como se muestra en las siguientes imaacutegenes a la espera de tener el adoquiacuten con concreto convencional para luego hacer la mezcla del concreto translucido El vidrio molido queda del mismo tamantildeo de la grava y de una arena entonces en el concreto translucido este material reciclado hace el reemplazo
Figura 22 Diferentes gradaciones de vidrio triturado y molido
Fuente Los autores octubre 2020
Para la mezcla del concreto convencional se usaron agregados como la grava de
planta de diaacutemetro frac12 pulgada y a arena gris de planta asiacute como tambieacuten se usa cemento
de uso general marca Argos
La caracterizacioacuten de los materiales como la grava y la arena tuvo que realizarse de
manera remota por medio de reuniones virtuales entre los autores y la tutora de esta
investigacioacuten que por su experiencia profesional supo de queacute materiales se trataban y
se hizo una caracterizacioacuten basados en su experiencia Esto se realizoacute debido a las
restricciones de movilidad dadas por la pandemia mundial vivida en el antildeo en curso
La caracterizacioacuten del cemento de uso general marca argos se tomoacute con datos y
experimentos que ya se han realizado en el laboratorio de investigacioacuten de ante mano
se sabe que el cemento tiene un buen comportamiento con buenas caracteriacutesticas
mecaacutenicas que ayudan a que la resistencia del concreto buscada de sus resultados
160
Figura 23 Agregados para la mezcla de concreto
Fuente Los autores septiembre 2020
Teniendo la caracterizacioacuten de los materiales agregados se procede a realizar el
disentildeo de mezcla Se busca que los especiacutemenes del adoquiacuten tengan una resistencia
total a los 28 diacuteas de 4000 psi por lo que para el volumen de los adoquines que se van
a fundir se hace el siguiente disentildeo de mezcla
Tabla 14 Dosificacioacuten para la elaboracioacuten de las muestras
Material Unidad Cantidad
Cemento Kg 17
Agua Kg 85
Agregado grueso Kg 30
Agregado fino Kg 26
Aditivo cm3 170
Se aclara que el agregado grueso se refiere a la grava y el agregado fino a la arena
161
El aditivo que se usa para la mezcla es Sika Fluid es un aditivo proporcionado por el
laboratorio de PC Disentildeos y construccioacuten SAS Este aditivo es liacutequido y lo que hace es
permitir que la mezcla de concreto sea maacutes fluida y trabajable sin la necesidad de usar
maacutes agua ademaacutes de esto mejora la resistencia del concreto es todas las edades y
disminuye la permeabilidad del mismo
Este aditivo tiene tres usos plastificante reductor de agua y economizador de
cemento Como plastificante ayuda a obtener mezclas maacutes fluidas se adiciona a una
mezcla de concreto y se consigue que se incremente el asentamiento (SIKA 2018)
Como reductor de agua al adicionarlo a la mezcla sin variar el asentamiento se reduce
el agua y se incrementa la resistencia (SIKA 2018) Como economizador de cemento
ese incremento en resistencia se puede aprovechar reduciendo la cantidad de cemento
y se reducen los gastos (SIKA 2018) Para realizar la mezcla de concreto con el disentildeo
de mezcla obtenido primero se pesan los materiales haciendo uso de una balanza para
personas como la que se muestra en la imagen a continuacioacuten
Figura 24 Dosificacioacuten de agregados
Fuente 2020
Masa de agregados Homogenizacioacuten en seco
Mezclado Elaboracioacuten de muestras
162
Al pesar los agregados estos se vaciacutean sobre una batea y se mezclan en seco de una
manera uniforme para que la mezcla quede homogeacutenea eso se realiza usando uso de
una pala Finalmente se moja la mezcla con la cantidad de agua mezclada con el aditivo
estipulada en el disentildeo de mezcla y se revuelve dentro de la batea de una manera
uniforme buscando que la mezcla de concreto quede homogeacutenea Seguido se procede a
realizar es a untar la formaleta de acpm y vaciar el concreto sobre ella para fundir los
adoquines Se espera un diacutea despueacutes de la fundida para desencofrar y proceder a curar
los adoquines en una caneca de agua como se muestra en las siguientes imaacutegenes
Figura 25 Desencofrado de prototipos de concreto hidraacuteulico
Fuente los autores 2020
En la imagen anterior se logra evidenciar la forma de cada adoquiacuten el orificio del medio
es por donde se instalaraacuten los cables hacia la pieza de forma trapezoidal donde iraacute la luz
led y el concreto translucido
Desencofrado de muestras Curado de muestras
163
8 CAPITULO 2 DISENtildeO GEOMEacuteTRICO DEL PAVIMENTO ARTICULADO
Disentildeo de adoquiacuten
Como primera medida se realizoacute un disentildeo de la forma del adoquiacuten prefabricado el
cual se escogioacute de forma rectangular y con las especificaciones mostradas en las
siguientes imaacutegenes donde se adjunta el modelo haciendo uso de programas de disentildeo
como AutoCAD en las cuales encontramos
Detalle de adoquiacuten
Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida
Detalle del adoquiacuten 3D
Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 3D
Figura 26 Detalle del adoquiacuten
Fuente los autores 2020
164
Figura 27 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida
Fuente los autores septiembre 2020
Figura 28 Detalle del adoquiacuten 3D
Fuente los autores 2020
CINTA DE LUCES LED
PIEZA DE CONCRETO TRANSLUCIDO
CABLEADO
COLORCARACTERISTICO
165
Figura 29 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 3D
Fuente los autores septiembre 2020
En las figuras anteriores se identifica el disentildeo de adoquiacuten individualmente donde
se puede observar un espesor de 8 cm en cuanto a su espesor total en las caras
exteriores un espesor de 2 cm en el concreto translucido el cual se puede observar en
el medio del adoquiacuten tambieacuten unas dimensiones en cuanto a su largo y ancho de 25 cm
y 15 cm respectivamente en el concreto convencional y en su interior la pieza translucida
las dimensiones en cuanto a su largo y ancho son de 16 cm y 8 cm respectivamente por
uacuteltimo en las imaacutegenes se puede observar un agujero en el medio del adoquiacuten que
atraviesa el concreto convencional por el cual pasariacutea el cableado que permitiriacutea conectar
los adoquines al sistema de sensores y de energiacutea solar u adaptable a otras energiacuteas
166
Para definir teoacutericamente las propiedades del adoquiacuten y tener una base que nos
permita tener en cuenta caracteriacutesticas como el espesor teniendo en cuenta la resistencia
a la compresioacuten y flexioacuten esto aplicando el meacutetodo racional despejando la formula
principal anteriormente nombrada
1205902 = 1199020
[
1 minus(119911119886)
3
(1 + (1199112
1198862))
32
]
1205902 = 2942
[
1 minus(
0080025
)3
(1 + (0082
00252))
32
]
1205902 = 87124 119873
Donde
σ2= esfuerzo vertical
en esfuerzo vertical es el resultado de la operacioacuten anterior donde el resultado despueacutes
de despejar fue de 87124 newton
α = radio de la carga de la huella circular o semieje en la direccioacuten x de la carga de
huella eliacuteptica donde se realizoacute un estudio de una llanta promedio donde se pintoacute y se
dibujoacute la huella con el fin de conocer el radio teniendo un resultado de 25 cm de radio la
huella realizada se puede observar en la siguiente imagen
167
Figura 30 Huella de neumaacutetico
Fuente los autores 2020
qo = presioacuten de la carga encontrada en el puente por medio de una estimacioacuten la cual
contiene el peso promedio de una persona el cual es de 63 kg pero tambieacuten se tiene en
cuenta si la persona se desplaza en cicla ya que cabe la posibilidad aunque es peatonal
y tenemos un factor de seguridad estimado de 3 veces el peso promedio lo cual nos dariacutea
un peso maacuteximo de 300 kg lo cual en cuanto a la carga multiplicaacutendolo por la gravedad
tendriacuteamos 2942 N
X Y y Z = coordenadas cartesianas de un punto es encontrada gracias a la estructura
del pavimento ya que ese desplazamiento de la energiacutea en el eje z en el caso de este
sendero es de 8 cm el cual es el espesor del adoquiacuten este solo descansa en una capa
de arena
Disentildeo de Tramo
Despueacutes de disentildear el adoquiacuten como unidad se procedioacute a disentildear un tramo el cual
como antes se nombroacute un sitio ideal para el desarrollo del mismo es la vereda los chorros
por lo cual se decidioacute para obtener una adaptabilidad al terreno y un disentildeo que sea
atractivo y el resultado de este tramo con los adoquines propuestos se puede observar
en la siguiente imagen
Figura 31 Vista en planta sendero inteligente
168
Fuente los autores 2020
Como se puede observar en la Figura 31 se obtiene una vista en planta la cual tiene
un disentildeo intercalado con una armoniacutea en los colores caracteriacutesticos del adoquiacuten que le
permite al sendero inteligente ser tener un impacto el cual genere un acercamiento de los
turistas y comunidad en general tambieacuten el tramo contiene unas dimensiones tentativas
de 17 metros y de 293 metros en cuanto a su ancho y largo respectivamente
169
Posterior mente se realizoacute un plano esquemaacutetico donde se observan las tuberiacuteas y
cableado electro a implementar en el disentildeo del sendero inteligente donde se encuentra
una red eleacutectrica guiada por tuberiacuteas en la parte inferior que conduce el cableado hasta
el sistema que compone la alimentacioacuten con energiacutea solar el cual se puede observar a
continuacioacuten
Figura 32 Informacioacuten eleacutectrica
Fuente los autores 2020
170
Disentildeo de formaleta
Al tener los materiales necesarios con su respectiva caracterizacioacuten el siguiente paso
fue realizar el disentildeo y la construccioacuten de la formaleta en la cual se fundiriacutea la parte
construida con concreto del adoquiacuten esta se puede observar a continuacioacuten
Figura 33 Formaleta
Fuente los autores 2020
En la Figura 33 se puede observar la formaleta construida en madera de un buen
grosor ya que se necesita una buena esta resistencia la cual fue disentildeada con unos
trozos de madera de 2 cm de espesor el cual deja el espacio para la posterior adicioacuten del
concreto translucido tambieacuten se puede observar un cilindro de madera el cual permite
dejar el espacio para la conexioacuten de la luz led
Construccioacuten de adoquines
Despueacutes de tener construida la formaleta y con los materiales listos el siguiente
paso es realizar la mezcla del concreto convencional para vaciarlos en la formaleta ya
preparada tal como se puede observar a continuacioacuten
171
Figura 34 Prototipaje del adoquiacuten
Fuente los autores 2020
Mezcla Concreto hidraacuteulico Vaciado del concreto
Pasantes de cables Desecofrado de pasantes
Adoquiacuten parte inferior Adoquines con pasantes
Concreto transluacutecido Adoquines bicapa
172
Posteriormente se realizoacute el vaciado del concreto convencional en la formaleta
preparada con su respectivo vibrado y las diferentes teacutecnicas que permiten tener un
concreto de buena finalmente cuando el concreto tiene una consistencia considerable y
teniendo en cuenta el entorno se procede a desencofrar los adoquines y retirar los
implementos instalados en el medio para permitir el paso del cableado (ver Figura 34)
Despueacutes de tener los adoquines desencofrados el siguiente paso es apartas los que
van a ser sometidos a pruebas de compresioacuten y flexioacuten dejaacutendolos sumergidos durante
el tiempo estipulado en el siguiente capiacutetulo donde algunos son fallados con y otros sin
concreto translucido ademaacutes de apartar los 14 adoquines del tramo de prueba los cuales
fueron fundidos con el concreto translucido instalando previamente una cinta de luz led
la cual tiene un cableado interno como anteriormente se nombroacute tambieacuten cabe resaltar
que el conglomerado de la pieza translucida estaacute constituida por agregado preparado con
vidrio el cual se tara de diferentes tamantildeos para realizar la mezcla que le otorga a la pieza
las propiedades translucidas
Por uacuteltimo se realiza la prueba del circuito eleacutectrico el resultado es que todos
funcionaron correctamente tal como se pueden observar en la Figura 35 durante el diacutea y
en la Figura 36 durante la noche
Figura 35 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica diacutea
Fuente los autores octubre 2020
173
Figura 36 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica noche
Fuente los autores 2020
Finalmente se prosiguioacute a aplicar la pintura para darle el color caracteriacutestico a cada
adoquiacuten tal como se puede observar a continuacioacuten
Figura 37 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica
Fuente los autores 2020
174
9 CAPITULO 3 RESISTENCIA MECAacuteNICA
Para realizar los ensayos de resistencia y cumplir con las especificaciones y
caracteriacutesticas que tiene la normar colombiana NTC 2017 en el apartado del marco legal
se fabricaron 40 adoquines estos se fundieron en 4 diacuteas diferentes debido a que la
capacidad de la formaleta solo es para 10 adoquines Se fabricaron con el mismo disentildeo
de mezcla
Al desencofrar 10 adoquines estos entraban en proceso de curado en una caneca de
55 galones de capacidad a la espera de tener toda la cantidad de adoquines fabricada y
esta a su vez poder ser trasladados a las instalaciones del laboratorio PC Disentildeos y
Construccioacuten SAS donde inmediatamente entran a continuar el proceso de curado en
una piscina como se muestra en la imagen a continuacioacuten
Figura 38 Curado de muestras de Step by Step
Fuente Los autores 2020
175
A los especiacutemenes de la muestra se les realizan ensayos de resistencia a la
compresioacuten ensayo de resistencia a flexo traccioacuten esto con el fin de conocer el moacutedulo
de rotura (MR) y garantizar que los especiacutemenes cumplan con el miacutenimo que requiere la
norma aparte se realiza ensayo de absorcioacuten de agua para evitar dantildeos en eacutepocas de
lluvias Se deja claro en este documento que no se realiza ensayo de abrasioacuten dado a
que es un prototipo que seraacute usado en andenes y senderos peatonales en ninguacuten caso
y bajo ninguna circunstancia los especiacutemenes podraacuten ser expuestos por el traacutensito de
automotores
Al completarse los diacuteas de las edades de maduracioacuten del concreto los adoquines se
deben dejar secar luego se procede a tomar medidas tres anchos tres largos y el
espesor asiacute como tambieacuten se deben pesar antes de realizar el ensayo
Figura 39 Peso de muestras de Step by Step
Peso de adoquiacuten Fuente Los autores septiembre 2020
Al haberles tomado el peso y las medidas correspondientes se procede a poner el
espeacutecimen de manera cuidadosa sobre la prensa hidraacuteulica de manera que quede
centrado y bien puesto Se realiza el ensayo y se anotan los resultados para los caacutelculos
176
correspondientes Este proceso debe repetirse para todos los especiacutemenes de la muestra
que se tengan para ensayo el diacutea seguacuten corresponda
Tabla 15 Datos iniciales resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo
Fecha
Toma
Fecha Rotur
a
Edad
Ancho Largo Rectaacutengulo
Inscrito
a1 a2 a3 L1 L2 L3 Anch
o Larg
o
mm
mm
mm
mm mm
mm
mm mm
S-1 C 8-sep 15-sep 7
diacuteas 145 146 146 250 250 249 90 170
S-1 C 8-sep 15-sep 7
diacuteas 154 154 155 250 250 250 90 170
S-1 C 8-sep 22-sep 14
diacuteas 152 152 153 250 250 250 90 170
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 153 153 153 249 249 250 90 170
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 153 153 152 251 251 251 90 170
S-2 C 9-sep 16-sep 7
diacuteas 148 149 148
2515
252 251 90 170
S-2 C 9-sep 16-sep 7
diacuteas 153 153 153 252 252 251 90 170
S-2 C 9-sep 23-sep 14
diacuteas 155 154 154 249 249 250 90 170
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 150 150 150 250 251 250 90 170
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 152 152 151 252 252 253 90 170
S-3 C 10-sep
17-sep 7
diacuteas 152 153 156 256 254 253 90 170
S-3 C 10-sep
17-sep 7
diacuteas 150 150 150 250 250 249 90 170
S-3 C 10-sep
24-sep 14
diacuteas 150 149 149 252 251 251 90 170
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 150 154 255 255 254 90 170
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 151 152 249 251 252 90 170
177
S-4 C 11-sep
18-sep 7
diacuteas 159 149 150 253 253 253 90 170
S-4 C 11-sep
18-sep 7
diacuteas 153 153 152 251 251 252 90 170
S-4 C 11-sep
25-sep 14
diacuteas 150 150 151 253 253 252 90 170
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 152 153 153 253 252 252 90 170
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 155 152 150 251 251 252 90 170
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Tabla 16 Resultados de resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo Aacuterea
rectaacutengulo Inscrito (mmsup2)
W (gr)
Carga maacutexima
(kN) Resistencia
S-1 C 15300 6752 3684 1749 MPa
2536 psi
S-1 C 15300 6885 3991 1714 MPa
2486 psi
S-1 C 15300 6810 4579 2010 MPa
2915 psi
S-1 C 15300 6908 4491 1966 MPa
2851 psi
S-1 C 15300 6641 454 1972 MPa
2861 psi
S-2 C 15300 6831 4624 2101 MPa
3048 psi
S-2 C 15300 6821 4974 2144 MPa
3109 psi
S-2 C 15300 6977 5695 2457 MPa
3563 psi
S-2 C 15300 6874 5213 2343 MPa
3398 psi
S-2 C 15300 7021 5379 2342 MPa
3396 psi
S-3 C 15300 7417 415 1745 MPa
2531 psi
S-3 C 15300 6929 4346 1962 MPa
2846 psi
178
S-3 C 15300 6963 3889 1749 MPa
2537 psi
S-3 C 15300 7022 4301 1844 MPa
2674 psi
S-3 C 15300 6960 4691 2073 MPa
3006 psi
S-4 C 15300 7114 3771 1617 MPa
2345 psi
S-4 C 15300 7255 504 2185 MPa
3169 psi
S-4 C 15300 7385 5357 2362 MPa
3425 psi
S-4 C 15300 6990 4991 2149 MPa
3117 psi
S-4 C 15300 7223 4791 2084 MPa
3023 psi
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Figura 40 Registro fotograacutefico de las muestras a compresioacuten
Fuente Los autores 2020
Para calcular la resistencia de la muestra total se deben calcular promedios primero
un promedio de los resultados de las pruebas a 7 diacuteas luego promedio con los resultados
de las pruebas a 14 diacuteas y por uacuteltimo un promedio con los resultados de las pruebas a 28
diacuteas
Finalmente los resultados son los siguientes
Compresioacuten de muestras Fractura de muestras
179
Tabla 17 Consolidado de la resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Edad Resistencia
7 diacuteas 2759 psi
14 diacuteas 3110 psi
28 diacuteas 3041 psi
Fuente Los autores octubre 2020
Para el ensayo de resistencia a la flexotraccioacuten tambieacuten es necesario tomar tres
medidas de ancho tres medidas de largo el espesor y el peso
El espeacutecimen debe ponerse cuidadosamente sobre la maacutequina de ensayo de rotura al
tercio medio se debe dejar el apoyo superior en la mitad exacta del espeacutecimen y los
apoyos inferiores deben quedar de manera que a los dos costados se tenga la misma
medida desde donde se encuentra el apoyo hasta el final del espeacutecimen se procede a
realizar el ensayo y se anotan los resultados para los caacutelculos correspondientes
Figura 41 Resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto
Fuente Los autores septiembre 2020
180
Tabla 18 Datos iniciales resistencia a la flexo traccioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo Fecha Toma
Fecha Rotura
Edad
Ancho Largo Espesor
a1 a2 a3 L1 L2 L3 er
mm mm mm mm mm mm mm
S-1 C 8-sep 15-sep
7 diacuteas
149 149 150 252 252 252 100
S-1 C 8-sep 15-sep
7 diacuteas
152 152 151 250 250 250 100
S-1 C 8-sep 22-sep
14 diacuteas
152 152 151 250 251 251 100
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 150 150 150 149 250 250 100
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 149 149 150 150 250 250 100
S-2 C 9-sep 16-sep
7 diacuteas
151 151 151 250 250 250 100
S-2 C 9-sep 16-sep
7 diacuteas
150 150 149 249 250 249 100
S-2 C 9-sep 23-sep
14 diacuteas
149 149 149 150 252 252 100
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 151 151 151 150 251 251 100
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 152 153 153 251 251 251 100
S-3 C 10-sep
17-sep
7 diacuteas
152 152 153 246 249 250 100
S-3 C 10-sep
17-sep
7 diacuteas
154 153 151 252 252 253 100
S-3 C 10-sep
24-sep
14 diacuteas
153 153 154 254 254 254 100
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 152 152 153 253 254 253 100
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 152 152 250 250 251 100
S-4 C 11-sep
18-sep
7 diacuteas
150 150 151 252 252 253 100
S-4 C 11-sep
18-sep
7 diacuteas
154 155 153 252 253 252 100
S-4 C 11-sep
25-sep
14 diacuteas
151 151 152 250 251 251 100
181
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 151 152 152 253 253 253 100
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 153 152 151 253 253 255 100
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Tabla 19 Resultados de resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo W (Peso)
Longitud entre
apoyos
Carga maacutexima
Moacutedulo de Rotura
6620 165 176 583 MPa
S-1 C 6467 165 111 362 MPa
S-1 C 6845 165 191 623 MPa
S-1 C 6717 165 2385 787 MPa
S-1 C 6716 165 25 829 MPa
S-1 C 6885 165 2075 680 MPa
S-2 C 6807 165 1835 607 MPa
S-2 C 6792 165 2205 733 MPa
S-2 C 6917 165 2395 785 MPa
S-2 C 6977 165 2255 731 MPa
S-2 C 7145 165 213 692 MPa
S-3 C 6904 165 1885 611 MPa
S-3 C 7120 165 1815 586 MPa
S-3 C 7138 165 1855 603 MPa
S-3 C 6918 165 179 584 MPa
S-3 C 7327 165 162 533 MPa
S-4 C 7181 165 194 624 MPa
S-4 C 7117 165 227 743 MPa
S-4 C 6950 165 1771 578 MPa
S-4 C 6923 165 1725 562 MPa
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
182
La maacutequina de ensayo de resistencia a flexo traccioacuten arroja un dato de carga puntual
en Kilo Newton se deben hacer las conversiones correspondientes para tener el
resultado de moacutedulo de rotura (MR) en MPa
Para calcular el moacutedulo de rotura (MR) de la muestra total se deben calcular
promedios primero un promedio de los resultados de las pruebas a 7 diacuteas luego
promedio con los resultados de las pruebas a 14 diacuteas y por uacuteltimo un promedio con los
resultados de las pruebas a 28 diacuteas
Finalmente los resultados son los siguientes
Tabla 20 Resultados de moacutedulo de rotura
Edad MR
7 diacuteas 59 MPa
14 diacuteas 67 MPa
28 diacuteas 68 MPa
Fuente Los autores 2020
Los resultados del moacutedulo de rotura cumplen y garantizan la norma NTC 2017 dado
a que como se explicoacute en el apartado del marco legal el resultado de moacutedulo de rotura
para cada espeacutecimen debe ser 38 MPa y como se observa en la tabla de resultados los
valores se encuentran claramente por encima de ese valor para toda la muestra y el
promedio el resultado debe ser miacutenimo 42 MPa teniendo un resultado total de moacutedulo
de rotura a los 28 diacuteas de 11 Mpa por lo que claramente se garantiza el cumplimiento
de esta caracteriacutestica
La norma especiacutefica que se pueden dejar moacutedulos de rotura mayores a los que se
especifican
ABSORCION
Para realizar el ensayo de absorcioacuten se toman 8 especiacutemenes a los que ya se les ha
realizado el ensayo de flexo traccioacuten El ensayo de absorcioacuten inicia tomando los
especiacutemenes de la muestra para tomar un peso inicial tal cual estaacuten luego se colocan
183
en el horno durante 24 horas a una temperatura de entre 100 degC y 115degC al pasar las
24 horas deben ser sacados se dejan enfriar y se toma el peso que es el peso seco
(Ms)
Luego de tomar el peso seco se toman los especiacutemenes y se sumergen en agua
durante 24 horas a una temperatura de entre 15degC y 27degC al pasar el tiempo de
saturacioacuten y haciendo uso de un alambre se toma el peso que es el peso sumergido
(Ma) Finalmente se deben sacar del agua los especiacutemenes y se deben dejar escurrir
durante un minuto luego se seca su superficie con un pantildeuelo y se toma el peso del
espeacutecimen lo que es el peso sumergido con superficie seca (Mh)
Al tener los resultados de los pesos se procede a realizar los caacutelculos
correspondientes
Se debe iniciar reemplazando para hallar el valor de la absorcioacuten (Aa) en kgm3 de
la siguiente manera
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899(119860119886)119896119892
1198983=
(119872ℎ minus 119872119904)
119872ℎ minus 119872119886lowast 1000
Luego se calcula el porcentaje de absorcioacuten de la siguiente manera
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899 (119860119886) =(119872ℎ minus 119872119904)
119872119904lowast 100
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
Finalmente se calcula la densidad del espeacutecimen seco lo cual se realiza usando la
siguiente formula
119863119890119899119904119894119889119886119889 (119863)1198921199031198881198983 =(119872119904 minus 119872ℎ)
119872119886
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
184
Ma Masa inmersa en agua y suspendida del espeacutecimen en gramos
Al realizar los caacutelculos correspondientes se obtienen los siguientes resultados
Tabla 21 Resultados Prueba de Absorcioacuten
Coacutedigo Peso Seco
Peso Saturado
SS
Aa ()
Densidad
1C 6417 gr 6506 gr 14 2001grcmsup3
3 8732 gr 8780 gr 05 2086grcmsup3
5 6040 gr 6070 gr 05 2076grcmsup3
7 6449 gr 6466 gr 03 2143grcmsup3
9 3760 gr 3782 gr 06 2062grcmsup3
11 13247
gr 13275 gr
02 2105grcmsup3
13 10067
gr 10166 gr
10 2069grcmsup3
15 9641 gr 9689 gr 05 2145grcmsup3
Fuente Los autores 2020
El valor promedio de Absorcioacuten (Aa) de la muestra es 060 como se evidencioacute
en el apartado del marco legal el valor promedio de la muestra no debe superar el 7
para lo cual la muestra cumple el requisito de absorcioacuten que exige la norma NTC 2017
185
10 CAPITULO 4 COSTOS
Desde que se comienza con la planificacioacuten del proyecto se lleva una bitaacutecora en
donde se van anotando con fechas cada uno de los insumos requeridos para la ejecucioacuten
del proyecto desde la etapa inicial con el disentildeo de formaletas hasta la etapa final con la
construccioacuten del sendero inteligente
Cabe resaltar que como se contaba con recursos limitados a raiacutez de la pandemia
generada por el Covid-19 la mayoriacutea de las herramientas utilizadas en el proyecto fueron
prestadas solo fue de gran importancia construir la formaleta para el prototipo de adoquiacuten
como se muestra en la siguiente tabla
Tabla 22 Costos generales de maquinaria y equipo
Herramientas empleadas Step by Step
Herramientas cantidad valor unitario valor total
Batea 1
pala 1
Palustre 1
Baldes 1
Balanza 1
Llana de madera 1
Caneca de 55Galones
1
Formaleta 1 $ 110000 $ 110000
Fuente los autores 2020
Para las pruebas y ensayos de laboratorio fue necesario la construccioacuten de 40
adoquines para los cuales fueron requeridos los siguientes materiales con sus precios
respectivos
186
Tabla 23 Presupuesto general de materiales para el prototipaje
Materiales empleados step by step Adoquines de prueba
Materiales cantidad valor unitario valor total
Agregado Grueso 2 bogados $ 8000 $ 16000
Agregado Fino 2 bogados $ 7000 $ 14000
Cemento 2 bultos $ 25500 $ 51000
Aditivo 1 $ 5840 $ 5840
Resina Ortoftalica 2 botellas $ 15000 $ 30000
Catalizador 2 $ 2000 $ 4000
Agua $ 5000 $ 5000
Vidrio 2000 gramos $ 8500 $ 17000
Pigmento 2 $ 3000 $ 6000
Acpm $ 2000 $ 2000
TOTAL $ 150840
Fuente los autores 2020
Finalmente y despueacutes de las pruebas garantizando que se cumpliera la normativa se
construyen los adoquines que son requeridos para la construccioacuten del tramo de prueba
para lo cual fue necesario llevar los siguientes costos en bitaacutecora
Tabla 24 Presupuesto general Tramo de prueba
Adoquines para tramo de prueba
Materiales Cantidad Valor unitario Valor total
Arena 25 baldes $ 1100 $ 27500
Grava 25 baldes $ 1100 $ 27500 Aditivo 1 $ 5840 $ 5840
Pigmento 2 $ 3000 $ 6000 Vidrio 2000 gramos $ 8500 $ 17000
Resina ortoftalica 2 botellas $ 15000 $ 30000 Catalizador 2 $ 2000 $ 4000
Aditivo 1 $ 2200 $ 2200 Cemento 2550 Kg $ 13000 $ 13000
Luz led 250 metros $ 13000 $ 32500
187
Cable 2 metros $ 500 $ 1000 TOTAL $ 117040
Cabe la pena aclarar que el costo total es para veinte adoquines por lo que el precio
total por unidad de adoquiacuten es de $5842 pero para el tramo de prueba solo fueron
necesarios catorce adoquines por lo que para el costo total del sendero solo se tiene en
cuenta el costo de los catorce adoquines y no de los veinte ya que los seis restantes se
usaron para ensayos de laboratorio con el concreto translucido
Despueacutes de haber realizado todos los ensayos y de garantizar que el prototipo del
adoquiacuten cumpliera con la normativa se procede a disentildear y construir el tramo de prueba
para lo cual se realizoacute un presupuesto de obra en donde se incluyen todos los insumos
y materiales usados para el tramo con sus respectivos costos
Tabla 25 Cantidades de obra para tramo de prueba
Iacutetem Actividad Und Cant VUnit Vtotal
1 Excavacioacuten Manual zanja en tierra H=04m
m3 04 $ 30000
$ 30000
2 Relleno en recebo para subbase
Bogado 3 $ 4500
$ 13500
3 Capa de arena para sentar adoquines
Bogado 1 $ 8500
$ 8500
4 Concreto para bordes y caja de elementos electroacutenicos
m3 0012 $ 22500
$ 270
5 Adoquines UND 14 $ 5842
$ 81788
6 Arduino uno UND 1 $ 31900
$ 31900
7 Releacute cuatro puertos UND 1 $ 11700
$ 11700
8 Bateriacutea 40 Ah UND 1 $ 322000
$ 322000
9 Panel solar 55W UND 1 $ 280000
$ 280000
10 Regulador de carga UND 1 $ 51500
$ 51500
11 Inversor de Carga UND 1 $ 70000
$ 70000
188
12 Fuente de 110v a 12v UND 2 $ 15000
$ 30000
13 Sensor ultrasonido UND 2 $ 7100
$ 14200
14 Conectores HM UND 20 $ 3000
$ 60000
15 Conectores MM UND 20 $ 3000
$ 60000
TOTAL $ 1065358
Fuente los autores 2020
Como se evidencia en la tabla anterior el costo del sendero de prueba es de $1065358
es de importancia aclarar que como se contaba con la limitacioacuten de recursos solo se
pudo hacer la construccioacuten del sendero inteligente haciendo uso de catorce adoquines
pero que los elementos electroacutenicos que componen el sistema fotovoltaico para la
recoleccioacuten de energiacutea y los sensores que se encuentran en el sendero funcionan para
un sendero maacutes largo y ancho si asiacute se requiere lo que quiere decir que si se desea
construir un sendero inteligente Step by Step de 3 metros de largo por 1 metro de ancho
no es necesario adquirir un sistema fotovoltaico maacutes costoso
Finalmente al costo del tramo de prueba se le debe sumar el costo de los adoquines
que fueron necesarios para los ensayos previos el cual fue de $150840 maacutes el costo de
mano de obra que fue de $200000 para que finalmente el costo a lo que este proyecto
se refiere en su totalidad es de $1416198
189
190
11 VALIDACIOacuteN EN CAMPO TRAMO DE PRUEBA
Con el fin de prototipar el proyecto Step by Step se realizoacute un tramo de prueba en el
municipio de Agua de Dios el cual se acogioacute en conjunto con la alcaldiacutea municipal la cual
nos otorgoacute el permiso y expreso el beneficio del proyecto para la comunidad y su intereacutes
en el por medio de un oficio
El tramo de prueba se construyoacute en el parque Simoacuten Boliacutevar en el municipio de Agua
de Dios el cual es muy concurrido ya que es el segundo parque maacutes importante del
municipio su localizacioacuten se puede observar a continuacioacuten por medio de una imagen
tomada de la plataforma satelital google maps
Figura 42 Localizacioacuten tramo de prueba
Fuente (Google Earth 2020)
Como se puede observar en la imagen anterior el parque boliacutevar se encuentra ente la
carrera 11- 12 y entre la calle 11 ndash 12 al lado de la biblioteca municipal del municipio de
Agua de Dios Despueacutes de escoger el lugar donde se va a instalar se prosiguioacute a escoger
en que parte del parque se instala por lo cual se escogioacute en el centro del parque en
terreno natural enseguida del lugar donde se realizan ejercicios se puede observar en la
siguiente imagen
Se realizoacute una excavacioacuten manual por parte de los autores la cual tuvo unas
dimensiones de 1 metro de ancho por 1 metro de largo por 41 cm de profundidad el cual
se puede observar en la siguiente imagen
Figura 43 Proceso constructivo del Tramo de prueba Step by Step
191
Fuente los autores 2020
Excavacioacuten Profundidad de excavacioacuten
Sub base compactada Arena
Instalacioacuten eleacutectrica Instalacioacuten de adoquines
Confinamiento lateral
192
Despueacutes de realizar la excavacioacuten se prosiguioacute a rellenar y compactar con recebo el
cual tiene un espesor de 30 cm para mejorar las condiciones del terreno Posteriormente
al relleno con recebo se prosigue a poner la capa de arena que sirve como cama para la
instalacioacuten de adoquines la cual tiene un espesor de 3 cm El siguiente paso es realizar
una nivelacioacuten de la arena y con la cama totalmente plana se acomodan los adoquines
como se disentildearon anteriormente con el cableado de los adoquines sacaacutendolos por el
lado escogido por el terreno Posteriormente a tener los adoquines instalados con el
cableado eleacutectrico se prosiguioacute a fundir concreto con el fin de mejorar la esteacutetica del tramo
de prueba ademaacutes de realizar la estructura donde se dejaraacuten fijas las cajas eleacutectricas en
un bordillo de concreto
Posteriormente a la instalacioacuten integral del tramo de prueba el siguiente paso es
realizar la parte electroacutenica del tramo de prueba la cual viene alimentada por energiacutea
solar la cual se activa por medio de sensores instalados en el bordillo anteriormente
mencionado los cuales trabajan en conjunto con Arduino uno y un moacutedulo releacute de cuatro
canales lo cual viene de la siguiente manera en el esquema observado a continuacioacuten
Figura 44 Cableado parte electroacutenica
Fuente los autores 2020
En la imagen anterior se puede observar el cableado electroacutenico el cual consta de 2
sensores ultrasonido los cuales van conectados al Arduino uno el cual estaacute encargado
de enviar la informacioacuten al moacutedulo releacute para posteriormente el alumbrado de los
adoquines instalados anteriormente
Despueacutes de realizar el cableado el siguiente paso es realizar la programacioacuten del
arduino uno la cual consiste en recibir la informacioacuten de los sensores al detectar un
cambio en un campo estimado de 60 cm estos comenzaacutendose a contar despueacutes de 20
193
cm los cuales son los que se estiman desde el bordillo y posteriormente esta informacioacuten
ordena en conjunto con el moacutedulo releacute al encendido de la luz led instalada en los
adoquines los cuales se encenderaacuten en grupos de a 6 cada grupo instalado a un sensor
esta programacioacuten se puede observar en la siguiente imagen
Figura 45 Programacioacuten Arduino uno
Fuente los autores 2020
Despueacutes de tener lista la programacioacuten el siguiente paso es introducir esta
programacioacuten por medio de la aplicacioacuten oficial de Arduino y un cable que es otorgado
en la compra del Arduino esta instruccioacuten se puede observar en la siguiente imagen
194
Figura 46 Introduccioacuten de la programacioacuten al Arduino uno
Fuente los autores 2020
Posteriormente a tener los componentes electroacutenicos funcionando en conjunto con los
sensores el siguiente paso es la instalacioacuten en el tramo de prueba en donde se introducen
en una caja eleacutectrica la cual se impermeabiliza completamente y se introduce en una
estructura de concreto construida que funciona como capa protectora para las cajas con
los implementos electroacutenicos esto se puede observar a continuacioacuten
Figura 47 Caja con implementos electroacutenicos sellada
Fuente los autores noviembre 2020
195
Figura 48 Elementos electroacutenicos instalados
Fuente los autores noviembre 2020
El siguiente paso fue conectar los componentes electroacutenicos anteriormente nombrados
con la fuente de energiacutea la cual es proporcionada por un panel solar el cual viene
conectado por medio de un cableado esto se puede observar a continuacioacuten donde se
encuentra el panel solar y el sendero inteligente Step by Step recolectando energiacutea en el
diacutea tomaacutendola del sol para posteriormente ser aprovechada en la noche para hacer
funcionar la iluminacioacuten del sendero
Figura 49 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar
Fuente los autores noviembre 2020
Por uacuteltimo se encuentra el prototipo del sendero inteligente Step by Step en
funcionamiento el cual es encendido a las 6 pm y se pone a disposicioacuten de la comunidad
196
donde se observoacute un gran impacto en todas las personas que transitan este parque del
municipio de Agua de Dios en las siguientes imaacutegenes se puede observar el sendero
inteligente funcionando con la energiacutea solar recolectada durante el diacutea y en disposicioacuten
de los usuarios
Figura 50 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar en funcionamiento
Fuente los autores 2020
1 2
3 4
5 6
197
12 CONCLUSIONES
Al culminar el proceso de disentildeo prototipaje y validacioacuten en campo del sendero
inteligente Step by Step se concluye que la adherencia entre el concreto hidraacuteulico y el
concreto transluacutecido elaborados con materiales reciclados en un adoquiacuten bicapa para
traacutefico peatonal en las dimensiones propuestas de la Figura 28 registra una resistencia
a la compresioacuten de 3000 psi un moacutedulo de rotura de 68 MPa valores que seguacuten las
notas teacutecnicas colombianas son admisibles
La forma innovadora permite usar el concreto translucido como un conductor de luz
que da diferentes tonalidades de acuerdo al pigmento usado lo que no solo mantiene la
resistencia del prototipo sino que mediante una conexioacuten de circuitos entre los adoquines
contiguos asegura la iluminacioacuten del sendero la resistencia y durabilidad ante las cargas
de traacutefico peatonal
El sistema eleacutectrico mediante un sistema fotovoltaico permite el almacenamiento de
energiacutea suficiente para mantener la funcionalidad de los sensores durante toda la noche
de manera que el sendero ubicado en el parque Simoacuten Boliacutevar del Municipio de Agua de
Dios-Cundinamarca genera un impacto en la comunidad favorable certificado por la
Alcaldiacutea municipal y los habitantes del municipio
Luego de la transmisioacuten del programa de televisioacuten local como una actividad de
apropiacioacuten social del conocimiento realizado por los autores y la tutora en el canal de
televisioacuten local H2O Tv la comunidad en general recibioacute con agrado la tecnologiacutea
prestando intereacutes en instalarlo en diferentes lugares turiacutesticos de Agua de Dios
La translucidez de las piezas del pavimento peatonal con el pigmento azul fue
aceptada por la comunidad como un nuevo emblema del municipio ya que su reflejo y
luminosidad es una alegoriacutea al nombre lsquoAgua de Diosrsquo marcando un nuevo hito en el
municipio que deja atraacutes la historia triste de las aguas azufradas y una enfermedad
incurable por un nuevo camino llamado por el Semillero SEUS Step by Step Sendero
Inteligente
198
13 BIBLIOGRAFIacuteA
accuweather (2020) accuweathercom Retrieved from accuweathercom
httpswwwaccuweathercomescoagua-de-dios102159current-
weather102159
Alcaldia de Agua de Dios (2019 08 08) Retrieved from httpwwwaguadedios-
cundinamarcagovcoturismolos-chorros
Ambientesoluciones (2020) Ambientesolucionescom Retrieved from
Ambientesolucionescom
httpswwwambientesolucionescomsitiocontenidos_mophpit=5675
ARCUS GLOBAL (2020 10 21) Retrieved from httpswwwarcus-
globalcomwpconcreto-translucido-existe
ARQUITECTOS S (2018 05 20) Sala de Arquitectos Retrieved from Sala de
Arquitectos La compantildeiacutea innovando en la arquitectura inteligente ha presentado
la primera lsquovereda inteligentelsquo del mundo en Londres un camino que transforma el
pavimento en un generador de energiacutea eleacutectrica esto gracias al paso que dan los
peatones A diferencia de
Avalos J C (2016 07 29) BBC MUNDO Retrieved from BBC MUNDO
httpswwwbbccommundonoticias-36662912
BBC (2016 6 29) BBC MUNDO Retrieved from BBC MUNDO
httpswwwbbccommundonoticias-36662912
Boussinesq (2020 16 10) Google Retrieved from
httpswwwgooglecomsearchq=difusion+del+esfuerzo+pavimentosamptbm=isch
ampved=2ahUKEwij9quT87nsAhWENFkKHXP-DXUQ2-
cCegQIABAAampoq=difusion+del+esfuerzo+pavimentosampgs_lcp=CgNpbWcQA1C_
gwFY1I4BYMiQAWgAcAB4AIABpQKIAf4QkgEFMC40LjaYAQCgAQGqAQtnd3Mt
d2l6LWltZ8ABAQamps
Bradsher (2018 6 13) new York Times Espantildeol Retrieved from new York Times
Espantildeol httpswwwnytimescomes20180613espanolenergia-solar-
autopista-chinahtml
199
Bradsher K (2018 06 13) THE NEW YORK TIMES Retrieved from THE NEW YORK
TIMES httpswwwnytimescomes20180613espanolenergia-solar-autopista-
chinahtml
CAR (2015) ESTUDIO PARA LA DETERMINACIOacuteN DE MOacuteDULOS DE CONSUMO
DEL RECURSO HIDRICO
CASTILLO X A (2003) DISENtildeO DE PAVIMENTOS ARTICULADOS PARA TRAFICO
MEDIO Y ALTO Retrieved from
httpsrepositoriouniandeseducobitstreamhandle199220919u245809pdf
Chacon Cesar Alexander C J (2012 OCTUBRE 16) TECNURA UNIVERSIDAD
DISTRITAL FRANCISCO JOSEacute DE CALDAS COLOMBIA Retrieved from
httpswwwredalycorgpdf2570257025147010pdf
COLOMBIA C D (2014 05 13) fedebiocombustibles Retrieved from
fedebiocombustibles httpwwwfedebiocombustiblescomfiles1715pdf
CONSTRUIBLE (2015 03 11) Construccioacuten Sostenible Retrieved from Construccioacuten
Sostenible httpswwwconstruiblees20150311energy-floors-genera-
electricidad-a-partir-de-la-energia-de-la-pisada
DamiaSolar (2016 03 19) DamiaSolar Retrieved from DamiaSolar
httpswwwdamiasolarcomactualidadblogarticulos-sobre-la-energia-solar-y-
sus-componentesque-regulador-solar-
necesito_1~text=El20regulador20solar20o20reguladorgenerada20e
n20los20paneles20solares
DANE (2018) danegovco Retrieved from danegovco
httpswwwdanegovcoindexphplista-de-resultados-de-
busquedasearchword=poblacion20agua20de20dios20cundinamarcaampse
archphrase=all
DINERO R (2020 03 05) REVISTA DINERO Retrieved from REVISTA DINERO
httpswwwdinerocomempresasarticulocual-capital-de-colombia-tendra-la-
primera-empresa-publica-de-energias-renovables282296
200
ELECTRONICA I (2020) I+D ELECTRONICA Retrieved from I+D ELECTRONICA
httpswwwdidacticaselectronicascomindexphpbaterias-
cargadorescargadores-1mC3B3dulo-de-control-de-carga-para-
baterC3ADas-12-24v-7009-detail
FDMESCYL (2017 Diciembre 28) Federacion de deportes de montantildea Escalada y
senderismo de Castilla y Leon Retrieved from
httpswwwfclmcom20171228nace-primer-sendero-inteligente-espana-
castilla-leon
Google Earth (2020) Retrieved from httpsearthgooglecomweb437516685-
74667982183897115512a53657125248d35y662480933h028419733t0r
Icontec (2018 11 12) NTC 2017 Adoquines de Concreto para Pavimentos Bogotaacute DC
Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) Retrieved
from METROBLOCK httpsmetroblockcomconorma-tecnica-colombiana-ntc-
2017
IDEAM (2014) ideamgovco Retrieved from ideamgovco
httpwwwideamgovcowebtiempo-y-climaradiacion-solar
indiasolarpowercanals (2015 07 02) inbright Retrieved from inbright
httpsinbrightmxblogpostsindiasolarpowercanals
ingrenovables (2014 6 25) ingrenovablesblogspot Retrieved from
ingrenovablesblogspo httpingrenovablesblogspotcom201406el-primer-
canal-solar-del-mundohtml
LEDOVET (2018 02 23) Retrieved from httpswwwledovetcomtipos-de-sensores-de-
movimiento
Lizcano F A (2003) DISENtildeO RACIONAL DE PAVIMENTOS Bogotaacute ESCUELA
COLOMBIANA DE INGENIERIA
Lngalls S (1877) Estados Unidos Patent No 952S6
MAGAZINE T (2020 03 05) TYS MAGAZINE Retrieved from TYS MAGAZINE
httpswwwtysmagazinecomenergy-floor-la-energia-de-tus-pisadas
201
nandwani S s (2005 junio) energia solar conceptos basicos y su utilizacion Retrieved
from httpssistemamidcompaneluploadsbiblioteca2014-06-27_10-14-
37105995pdf
OMPI ORGANIZACION MUNDIAL DE LA PROPIEDAD INTELECTUAL (2015 09 16)
Retrieved from httpswwwwipointipadvantageesdetailsjspid=2590
PAIS E (2020 02 07) EL PAIS Retrieved from EL PAIS
httpselpaiscomccaa20200207madrid1581085171_646387html
Palacios A (2020) Ca COMPARADOR DE ALARMAS Retrieved from
httpswwwcomparadoralarmascomtipos-de-sensores-de-movimiento-cual-
necesitas
PAVEGEN (2017 JUNIO 29) Retrieved from httpspavegencomwp-
contentuploads201905Pavegen-BirdStreetpressreleasepdf
Perdomo C S amp Fandintildeo M E (2020 10 26) Anaacutelisis de las propiedades mecaacutenicas
del concreto transluacutecido elaborado con poliacutemeros y materiales reciclados
Retrieved from Repositorio Universidad Piloto
httprepositoryunipilotoeducohandle20500122779448
Pettit C (1912) Estados Unidos Patent No 573212
Ramos J (2014 11 12) motos pasion Retrieved from motos pasion
httpswwwmotorpasioncomgaleriasolaroad4
Robert G Packard P (1995) Thickness Design for Concrete Pavements on Highways amp
Streets PCA Method Retrieved from
httpsceprofsciviltamuedudzollingerCVEN-637-Fall202004EB109PDF
SampP (2018 10 15) El Blog de la ventilacioacuten eficiente Retrieved from
httpswwwsolerpalaucomes-esblogsensores-movimiento
SLU A E (2015 04 19) Autosolar Retrieved from Autosolar
httpsautosolaresblogaspectos-tecnicosque-es-un-panel-solar
202
SECHAGUA D A (2016) VALORACIOacuteN SOCIOAMBIENTAL DE LA MICROCUENCA
QUEBRADA LA PUNAacute MUNICIPIO AGUA DE DIOS GIRARDOT
SIKA (2018) FLUIDIFICANTE PARA MEZCLAS DE CONCRETO Tocancipa
SOLAR ROADWAYS (2020) Retrieved from httpssolarroadwayscom
SOLAROAD (2016 03 07) NATIONAL GEOGRAPHIC ESPANtildeA Retrieved from
NATIONAL GEOGRAPHIC ESPANtildeA
httpswwwnationalgeographiccomescienciasolaroad-el-carril-bici-hecho-con-
paneles-solares-en-holanda-cumple-su-primer-ano-de-vida_9916
Suaacuterez A L (2018 04 09) PORTAFOLIO Retrieved from PORTAFOLIO
httpswwwportafolioconegociosel-mayor-proyecto-de-energia-eolica-da-sus-
primeros-pasos-516003
Torres O (2020 03 09) Resumen de ASTM Retrieved from
httpbloquesdeconcretocomsvdescargarNormas20ASTMpdf
UPC (2018) Proyecto Educativo Institucional Bogotaacute DC Universidad Piloto de
Colombia
UPME (2015 06 05) Retrieved from
httpwwwnuevalegislacioncomfilessusccdjconcr_upme_281_15pdf
Velares J M (2020 03 09) Academiaedu Retrieved from Academiaedu
httpswwwacademiaedu25432780Especificaciones_de_ASTM_C-33
Xiaodi Hu A N (2017 Abril 21) Effects of tire inclination (turning traffic) and dynamic
loading on Retrieved from
httpswwwsciencedirectcomsciencearticlepiiS199668141630164Xvia3Dih
ub
95
La presente investigacioacuten presenta el disentildeo construccioacuten y validacioacuten en campo de
un adoquiacuten prefabricado bicapa de concreto hidraacuteulico y concreto transluacutecido con un
sistema eleacutectrico en su interior capaz de transformar las energiacuteas renovables (solar
eoacutelica hidraacuteulica etc) en energiacutea eleacutectrica Con el fin de que cuando un peatoacuten transite
con su pisada encienda una luz que estaacute ubicada dentro del prefabricado iluminando
todo el sendero El aprovechamiento de las energiacuteas renovables ha tomado maacutes fuerza
en los uacuteltimos tiempos dado a las consecuencias que el cambio climaacutetico ha traiacutedo para
el planeta es por esto que se debe pensar en la sostenibilidad del mismo
Asiacute por ejemplo en Septiembre de 2019 la Organizacioacuten Meteoroloacutegica Mundial junto
a las principales organizaciones de ciencia climaacutetica adheridas a Naciones Unidas
revelaron en un informe la evidente y creciente brecha que divide los objetivos acordados
para abordar el calentamiento global y la realidad actual del planeta asiacute como de que tan
solo en junio de 2019 se emitieron 50 megatoneladas de carbono a la atmosfera que el
hielo marino del Aacutertico ha disminuido en un 12 por deacutecada desde 1979 hasta 2018
Colombia a traveacutes del Ministerio de Ambiente en 2016 creoacute la Poliacutetica Nacional de
Cambio Climaacutetico que consiste en promover una gestioacuten de cambio climaacutetico que
contribuya a avanzar en una senda de desarrollo resiliente al clima y baja en Carbono
que reduzca los riesgos asociados a las alteraciones por efectos del cambio climaacutetico
Actualmente el Plan Nacional de Desarrollo de nuestro paiacutes propone avanzar hacia la
transicioacuten de actividades productivas comprometidas con la sostenibilidad y la mitigacioacuten
del cambio climaacutetico impulsar las energiacuteas renovables y avanzar en el conocimiento de
escenarios de riesgo actuales y futuros
Colombia cuenta con un parque de generacioacuten de 1677875 MW (a diciembre de
2017) Esta se encuentra dominada por la generacioacuten de energiacutea hidroeleacutectrica que
corresponde al 6988 del total de la capacidad (XM 2017) En segundo lugar se
encuentran las centrales teacutermicas a gas y carboacuten que de manera agregada alcanzan un
porcentaje del 2167 (Teacutermica a gas con una capacidad de 226995 MW equivalente a
un 1353 y a carboacuten con 13653 MW correspondiente a un 814 del total) El
porcentaje restante (845) pertenece a generacioacuten mediante diversas tecnologiacuteas
(Liacutequidos Gas-Liacutequidos Biomasa y Viento la cual cuenta con solo un porcentaje de
011) todos los datos han sido extraiacutedos de la tesis laquoIdentificacioacuten de proyectos con
potencial de generacioacuten de energiacutea eoacutelica como complemento a otras fuentes de
generacioacuten eleacutectrica en el departamento de Boyacaacuteraquo obra de Renata Catalina Siabato
96
Benavides Seguacuten la Unidad de Planeacioacuten Minero Energeacutetica del Ministerio de Minas y
Energiacutea de Colombia actualmente solo hay instalados en el paiacutes 1842 megavatios de
potencia eoacutelica parque Jepiacuterachi (en Uribiacutea Guajira) propiedad de Empresas Puacuteblicas
de Medelliacuten SA Entroacute en operacioacuten en abril de 2004
Para la investigacioacuten de este proyecto se usa la metodologiacutea de tipo cientiacutefico dado a
que para el disentildeo y construccioacuten del prefabricado en concreto de alta resistencia se usan
instrumentos para medir la resistencia del concreto hasta encontrar el disentildeo de mezcla
oacuteptimo para la construccioacuten del prefabricado Es por esto que el inicio del trabajo es
praacutectico porque se debe encontrar la resistencia optima el disentildeo de la forma del
prefabricado y la validacioacuten en laboratorio para finalmente hacer ensayos en campo de
prueba
97
1 PROBLEMA DE INVESTIGACIOacuteN
El Cambio Climaacutetico se ha hecho mucho maacutes notable en los uacuteltimos antildeos quizaacute los
efectos maacutes importantes de esta gran cataacutestrofe natural son la sequiacutea y las altas
temperaturas que afectan principalmente a territorios de clima caacutelido esto se debe a la
accioacuten del ser humano en la tierra donde en eacutepocas anteriores se disponiacutea de los
recursos naturales sin tener alguacuten tipo de restriccioacuten y maacutes aun sin restaurar el dantildeo que
se haciacutea tal vez creyendo que los recursos nunca acabariacutean con el pasar de los antildeos los
gobiernos y diferentes organizaciones mundiales se han planteado objetivos con el fin de
prevenir la accioacuten del cambio climaacutetico entre las que han sido incluidas las energiacuteas
renovables
Tambieacuten se ha visto un decrecimiento de la poblacioacuten en el municipio de Agua de Dios
donde su economiacutea ha caiacutedo y se ha venido apostaacutendole al campo turiacutestico donde se ve
limitado por sus atractivos ya que estos han venido decayendo con el pasar de los antildeos
sin una implementacioacuten de nuevos atractivos
En la zona donde se implementa el proyecto a pesar de ser una de las zonas maacutes
turiacutesticas y reconocidas en Agua de Dios se tiene una gran inseguridad ya que es
concurrida por personas que se dedican a consumir sustancias psicoactivas lo que
conlleva a tener maacutes probabilidades de un ataque por parte de estas personas todo esto
se ve en las horas de la noche donde falta la iluminacioacuten ya que el alumbrado puacuteblico es
escaso casi nulo en esta parte ademaacutes de tener en cuenta los grandes costos por el
alumbrado puacuteblico lo que se vuelve un problema para la comunidad ya que se crea una
dependencia a estos pagos por energiacutea eleacutectrica existiendo energiacuteas alternativas y auto
sostenibles
98
11 PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIOacuteN
Para abordar el disentildeo experimental de esta investigacioacuten es necesario aclarar que
este trabajo pertenece al macro proyecto de investigacioacuten lsquoPrefabricados de Nueva
Generacioacuten para obras de Infraestructura vialrsquo cuyo propoacutesito es disentildear prototipos
prefabricados que incorporen materiales reciclados En el caso de Step by Step se
propone un adoquiacuten peatonal en concreto hidraacuteulica bicapa con un recubrimiento en
concreto transluacutecido compuesto por poliacutemeros y vidrio reciclado
Figura 1 Distribucioacuten de variables de la Investigacioacuten
Fuente los autores
Es asiacute como surge la variable dependiente que es el prototipo para el sendero
inteligente lsquoStep by Steprsquo las variables independientes que seraacuten modificadas en el
Variable Interviniente
Variable Dependiente
Variable Dependiente
Sendero Inteligente
Disentildeo de mezcla
Agregados reciclados
Concreto hidraacuteulico
Geometriacutea
Carga de servicio
Especificiaciones teacutecnicas NTC2017
Resistencia
Compresioacuten
Flexioacuten
Absorcioacuten
99
proceso es el disentildeo de la mezcla la geometriacutea y la resistencia todo esto que se ajuste
a las condiciones del contexto como es el uso de agregados reciclados cementos por
desempentildeo o cementos hidraacuteulicos la carga de servicio y las especificaciones NTC 2017
que regulan tanto la geometriacutea como su resistencia medida a la compresioacuten a flexioacuten y
la absorcioacuten tal como se indica en la Figura 1
Este trabajo de investigacioacuten pertenece al semillero SEUS y forma parte del macro
proyecto lsquoPrefabricados de nueva generacioacuten para obras de Infraestructura Vialrsquo de la
liacutenea de investigacioacuten institucional acuteHaacutebitat Biodiversidad y tecnologiacuteas Sosteniblesrsquo y de
la liacutenea de grupo lsquoInfraestructura y Nuevas Tecnologiacuteasrsquo Enmarcado en la misioacuten de la
Universidad Piloto de Colombia de
ldquoIncorpora a la comunidad acadeacutemica como partiacutecipe en el aacutembito
cientiacutefico inmersa en una cultura de investigacioacuten caracterizada por ser
reflexiva pertinente sistemaacutetica y metoacutedica con el objeto de promover
los desarrollos urbanos y regionales de su aacuterea de influencia en los
aacutembitos nacional e internacional asiacute como los demaacutes prospectados
acorde con los eacutenfasis y campos de accioacuten de la Universidadrdquo (UPC
2018 paacuteg 19)
En consecuencia luego de recibir la carta de aceptacioacuten y agradecimiento de la
Secretariacutea de Planeacioacuten y de instalar el tramo de prueba en el Parque Simoacuten Boliacutevar del
municipio de Agua de Dios se realizaron labores de apropiacioacuten social del conocimiento
como programas de televisioacuten en el canal local H2O Televisioacuten participacioacuten en eventos
cientiacuteficos como el Encuentro de Semilleros TEINCO 2020 entre otras actividades
100
12 PREGUNTA DE INVESTIGACIOacuteN
Alrededor del mundo se estaacuten impulsando proyectos importantes que abarcan el uso
de energiacuteas renovables como una alternativa a la reduccioacuten de contaminacioacuten esto se
ha visto reflejado en la construccioacuten de infraestructura sostenible implementado energiacuteas
renovables como la solar piezoeleacutectrica eoacutelica entre otras tambieacuten en los paiacuteses maacutes
desarrollados se identifica un matrimonio entre las energiacutea renovables y el turismo donde
se combinan con la infraestructura generando impacto positivo en ellos A partir de esto
se formula la siguiente pregunta de investigacioacuten
iquestCoacutemo prototipar un adoquiacuten para pavimento articulado de traacutensito
peatonal que permita iluminar el paso del peatoacuten almacenando la
energiacutea solar que absorbe durante el diacutea para luego convertirla en
iluminacioacuten eleacutectrica en la noche
101
2 JUSTIFICACIOacuteN
Se ha identificado una problemaacutetica ambiental que se incrementa al pasar el tiempo
en el mundo esto por la generacioacuten de contaminantes al utilizar energiacuteas no renovables
ademaacutes en el municipio de Agua de Dios se observa una carencia en infraestructuras que
permitan ser un centro turiacutestico de la regioacuten ya que se ve opacado por los municipios
vecinos resulta de gran importancia generar proyectos los cuales implementen las
energiacuteas renovables y maacutes en el municipio de agua de dios donde es necesario un
desarrollo turiacutestico para el cual se vea sustentado con una infraestructura de intereacutes
generando un desarrollo econoacutemico social cultural y ambiental en el municipio
El proyecto Step by Step sendero inteligente surge de la necesidad de tener
infraestructura innovadora y amigable con el medio ambiente este proyecto trata de un
sendero peatonal el cual se piensa construir por medio de un conjunto de adoquines
disentildeados de forma que permitan obtener una luminiscencia por medio de bombillos led
instalados en el disentildeo y alimentados por medio de energiacutea solar ademaacutes de
implementar en el disentildeo un conjunto de sensores los cuales funcionen armoacutenicamente
con los visitantes prendiendo y apagando al desplazamiento de cada usuario
El proyecto Step by Step es importante para la comunidad del municipio de Agua de
Dios ya que con este proyecto se incentiva el cuidado por el medio ambiente tambieacuten
tiene un impacto positivo directo en la comunidad de la zona ya que se valorizan los
predios y los negocios alrededor de la vereda los chorros al atraer maacutes turistas genera
que tengan un crecimiento econoacutemico ademaacutes de poder utilizar el mismo sendero como
base para diferentes actividades de prestacioacuten de servicios generando nuevos empleos
en el municipio y al mismo tiempo mejorando la calidad de vida de los habitantes
Debido a que en la zona y generalmente en el paiacutes no se implementan los suficientes
proyectos que permitan un desarrollo de la infraestructura de la mano con el medio
ambiente este proyecto aporta en el desarrollo de proyectos futuros en el campo de los
senderos inteligentes primordialmente e infraestructura vial ademaacutes de ser un aporte en
el desarrollo de infraestructura innovadora dirigida al sector turiacutestico todo esto con la
implementacioacuten de energiacutea solar
102
Como consecuencia de la formacioacuten en investigacioacuten de la Universidad Piloto de
Colombia se justifica el proyecto Step by Step que aporta a la comunidad del municipio
de Agua de Dios impactando en su cultura en la parte religiosa con las congregaciones
que se realizan en esta zona y en su historia ya que se revitaliza un lugar emblemaacutetico
para los primeros habitantes del municipio tambieacuten aporta en el aspecto cientiacutefico ya que
la implementacioacuten de las nuevas formas de construccioacuten de concreto incentivan a la
investigacioacuten de las mismas a implementarse en la tecnologiacutea gracias a las energiacutea
renovables utilizadas y el concreto translucido el cual seraacute innovador para el municipio e
impactando beneficiosamente a el desarrollo por medio de la mejora en su turismo y asiacute
mismo en la economiacutea de la poblacioacuten que trabaja en esta zona
El proyecto step by step aporta a la misioacuten institucional por medio de los anaacutelisis a la
poblacioacuten sobre sus necesidades y daacutendole la solucioacuten a estas como lo es la parte
econoacutemica ya que el municipio se encuentra enfocado en la parte turiacutestica como fuente
de dinero generando estabilidad econoacutemica y bienestar en la poblacioacuten que beneficiada
con este proyecto y se puede observar un manejo adecuado del medio ambiento con
energiacuteas renovables
En consecuencia el proyecto Step by Step se articula con la misioacuten de un ingeniero
Unipiloto como una herramienta desarrollada por personas integrales soportado sobre
una soacutelida fundamentacioacuten conceptual que se brindaron en las aacutereas teacutecnicas y
cientiacuteficas a lo largo de la carrera universitaria se ajusta a la realidad del municipio de
Agua de Dios y busca soluciones puntuales en temas sociales ambientales turiacutesticos y
econoacutemicos
103
3 OBJETIVOS
31 OBJETIVO GENERAL
Prototipar y validar en campo un adoquiacuten para pavimento articulado peatonal
prefabricado en concreto hidraacuteulica bicapa y que en su interior tenga una pieza
translucida que sea capaz de transformar la energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica con el
fin de que cuando el peatoacuten transite con su pisada active un sensor y este encienda una
luz led que se encuentra al interior de la pieza de concreto
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Validar en laboratorio un adoquiacuten en concreto hidraacuteulico que se ajuste a las con las
Especificaciones teacutecnicas NTC 2017
Disentildear y validar en laboratorio la geometriacutea del adoquiacuten bicapa usando concreto
transluacutecido (Perdomo C amp Fandintildeo M 2020) y medir su resistencia a la compresioacuten
flexioacuten y la absorcioacuten para luego ser comparado con la NTC 2017
Disentildear y validar en campo el sistema de encendido usando sistemas alternativos
como los paneles solares
104
4 MARCOS DE REFERENCIA
41 MARCO DE ANTECEDENTES
Estudiantes mexicanos del Instituto Tecnoloacutegico de Estudios Superiores Monterrey
(ITESM) campus puebla desarrollaron un proyecto denominado Enegy Floor el cual es
un sistema que aprovecha el flujo de peatones para la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica
es una tecnologiacutea que se instala debajo de los pisos convencionales como las losetas
Seguacuten este proyecto cada vez que una persona pasa sobre el piso soportado por este
desarrollo tecnoloacutegico se activa un dispositivo mecaacutenico que produce cinco watts de
electricidad por cada paso (MAGAZINE 2020)
Los estudiantes artiacutefices de este proyecto expresaron que es una tecnologiacutea amigable
con el medio ambiente puesto que es un dispositivo que se activa con fuerza mecaacutenica
Para su elaboracioacuten los estudiantes usaron aluminio y una loseta que fue elaborada a
basa de poliacutemero ultrarresistente denominado nylamid (MAGAZINE 2020) El factor
diferencial entre el proyecto de los estudiantes mexicanos y Step by Step es que ellos
usan energiacutea mecaacutenica del flujo peatonal Step by Step usa energiacuteas renovables como la
solar
En Rotterdam existe una empresa llamada Energy Floors que antes era conocida
como Club de Baile Sostenible pues dicha empresa estaacute revolucionando el panorama de
la energiacutea sostenible al transformar la energiacutea cineacutetica y mecaacutenica que se produce al
caminar en energiacutea eleacutectrica En 2008 lanzaron su producto Sustainable Dance Floor
(SDF) que utiliza el movimiento de las personas como fuente de energiacutea al convertir la
energiacutea cineacutetica en energiacutea eleacutectrica Con ella se alimentan las luces LED de la pista de
baile creando una atmoacutesfera de discoteca y proporcionando al puacuteblico una experiencia
interactiva Esto es asiacute porque los moacutedulos que integran la pista de baile se flexionan al
ser pisados creando un movimiento que se transforma en energiacutea eleacutectrica por un
pequentildeo generador interno Cada moacutedulo de un tamantildeo de 75x75x20 cm puede producir
hasta 35 vatios de salida sostenida Entre cinco y veinte vatios por persona
(CONSTRUIBLE 2015) Al igual que el proyecto de los estudiantes la diferencia con Step
by Step es que se usa energiacutea mecaacutenica generada por las pisadas de las personas en
este caso en pistas de baile de discotecas
105
El mexicano Joseacute Carlos Rubio Avalos quien es investigador de la Universidad
Michoacana de San Nicolaacutes de Hidalgo buscoacute otra funcioacuten para el cemento el
investigador pensoacute en que el cemento casi siempre estaba expuesto a la radiacioacuten solar
y debiacutea buscar la manera de desarrollar una investigacioacuten innovadora Por esto el material
creado por el investigador consiste en absorber la radiacioacuten ultravioleta durante el diacutea
para luego brilla en la noche (BBC 2016)
El problema que el investigador tuvo es que el cemento es un cuerpo opaco y no
permite el paso de luz por eso estudioacute la composicioacuten del cemento Portland que es el
maacutes usado alrededor del mundo modificoacute la estructura microscoacutepica y con este cambio
logroacute que el material absorbiera los rayos uv El investigador Joseacute Carlos explicoacute en una
entrevista para la BBC Mundo que lo que se busca era permitir el paso y difusioacuten de luz
solar a traveacutes del siacutelice que se encuentra presente en el cemento el siacutelice es el mismo
material con el que se fabrica el vidrio (BBC 2016)
A lo que se refiere en si al proyecto del investigador mexicano es a cambiarle las
propiedades oacutepticas del material para hacerlo fosforescente Es un proceso logrado por
la incorporacioacuten de aditivos los cuales permiten que la luz pase y se pueda observar un
color de la fosforescencia El cemento como es un material orgaacutenico tiene mayor
rendimiento y durabilidad en el proceso (Avalos 2016)
El cemento fosforescente es un material mucho maacutes costoso que un cemento
convencional es por eso que solo se concibe como una capa de recubrimiento para
fachadas de edificios o para la sentildealizacioacuten de viacuteas Este proyecto mexicano es un
proyecto similar a Step by Step pues lo que se busca es hacer uso de las energiacuteas
renovables tambieacuten
En Holanda se construyoacute un proyecto denominada SolaRoad lo que se hizo fue
sustituir el asfalto por un pavimento que integra paneles solares fotovoltaicos ademaacutes de
esto se incluyeron luces led para iluminar el sendero en diacuteas de niebla y un sistema para
calentar la viacutea y evitar la formacioacuten de placas de hielo en invierno en el invierno En el
primer antildeo cumplido de este proyecto se han producido 70 KWh al antildeo por cada metro
cuadrado lo que ha sido suficiente para abastecer a tres viviendas
El primer antildeo de funcionamiento de un tramo de 70 metros ha llevado a los
investigadores a concluir que el proyecto funciona muy bien pero econoacutemicamente aun
no es factible porque en la construccioacuten se invirtieron 3 millones de euros y haciendo la
106
conversioacuten por cada KWh ha hecho un retorno final de tan solo 1862 euros (SOLAROAD
2016)
Figura 2 Sistema de pavimento Solaroad
Fuente (Ramos 2014)
Como se evidencia en la imagen anterior los constructores instalan moacutedulos de
concreto con una capa transparente que permite que la luz se infiltre debajo de dicha
capa se instalas celdas solares que recogen la energiacutea y finalmente son las que sirven
para alimentar el alumbrado puacuteblico la luz del traacutefico y hasta los hogares (SOLAROAD
2016)
El factor diferencial entre Solaroad y Step by Step es que el sendero de Step by Step
hace aprovechamiento de la energiacutea usando un solo panel solar y Solaroad hace uso de
cierta cantidad de moacutedulos solares para ser instalados en todo el tramo
China es uno de los paiacuteses que maacutes estaacute interesado e invierte en el uso de energiacuteas
renovables con el fin de innovar y dominar el mercado de dicha tecnologiacutea es por esto
107
que se disentildeoacute y construyoacute una autopista con paneles solares en la ciudad de Jinan
(Bradsher 2018)
Figura 3 Autopista China de Paneles solares
Fuente (Bradsher K 2018)
Este proyecto es importante nombrarlo en este documento porque destaca el gran
crecimiento que ha tenido el uso de paneles solares en el mundo y de que China uno
de los paiacuteses maacutes desarrollados del mundo esteacute apostando e invirtiendo en el uso de las
energiacuteas renovables
En la India se estaacute revolucionando el mercado de los paneles solares por la
construccioacuten de plantas de energiacutea solar sobre canales de agua esto hace que se
cumplan dos tareas importantes para la preservacioacuten del medio ambiente la primera es
la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica aprovechando la energiacutea solar y la segunda es la
preservacioacuten del liacutequido precioso evitando la evaporacioacuten
108
Figura 4 Canal solar en India
Fuente (ingrenovables 2014)
El Jefe de Gobierno Indio el Sr Narendra Modi inauguraraacute la primera serie de este
proyecto conocido como Canal Proyecto de Energiacutea Solar cuando ponga en marcha un
proyecto piloto de 1 megavatio (MW) que ya se encargoacute en el canal de la rama Narmada
cerca de la aldea Chandrasan de Kadi taluka en el distrito Mesina el martes
(indiasolarpowercanals 2015)
El proyecto de la India es de importancia mencionarlo en este documento dado a su
similar parecido con Step by Step pues los dos hacen uso de la energiacutea solar para
preservas los recursos medio ambientales que cada vez son maacutes escasos es de gran
aporte el conocimiento adquirido en cuanto a la forma en la que se construye el proyecto
para preservar el agua tambieacuten
En 2018 se dijo que La Guajira en Colombia se convertiriacutea en escenario de los grandes
proyectos de generacioacuten de energiacutea eleacutectrica a partir del viento que abasteceraacuten el
Sistema Interconectado Nacional (SIN) en la proacutexima deacutecada (Suaacuterez 2018)
109
A finales de febrero pasado la Autoridad Nacional de Licencias Ambientales (ANLA)
comenzoacute el estudio del que seraacute uno de los parques eoacutelicos representativos que tendraacute
el paiacutes por su tamantildeo y capacidad de produccioacuten y que se sumaraacute a otros que se
montaraacuten en la citada zona (Suaacuterez 2018) Se trata del proyecto de Generacioacuten de
Energiacutea Eoacutelica Alpha que desarrolla la empresa Vientos del Norte que pertenece al
conglomerado portugueacutes Renovatio Group como lo registra el Certificado de Reporte del
Sistema de Informacioacuten sobre Biodiversidad de Colombia (CR-SIB) (Suaacuterez 2018)
Este parque eoacutelico que tendraacute una capacidad de generacioacuten superior a los 200
megavatios (Mw) es la primera iniciativa que evaluacutea la Anla ya que se requiere
autorizacioacuten de la autoridad nacional ambiental despueacutes de los 100 Mw de energiacutea
(Suaacuterez 2018)
Es importante destacar este proyecto de recoleccioacuten de energiacutea eleacutectrica a traveacutes de
la energiacutea eoacutelica en este documento dado a que en este documento y para este proyecto
estamos tratando con todo tipo de energiacuteas renovables aunque es un proyecto que estaacute
en estudios y en traacutemite de licencias con antelacioacuten se sabe que seraacute un boom de
innovacioacuten con respecto a paiacuteses de la regioacuten y que se estaacuten apoyando los proyectos
que abarquen el uso de energiacuteas limpias en el paiacutes Step by Step estaacute pensado para que
funcione con cualquier tipo de energiacutea renovable que se pueda aprovechar
Seguacuten la revista dinero en Barranquilla con el cambio de administracioacuten de alcaldiacutea y
de gobernacioacuten del Atlaacutentico se vienen cambios en temas energeacuteticos para la regioacuten
Caribe pues se sabe desde antildeos atraacutes que Electricaribe tiene millonarias deudas y presta
un servicio deficiente el alcalde Jaime Pumarejo anuncioacute la adjudicacioacuten de los nuevos
operadores para el 20 de Marzo de 2020 tambieacuten dio luces sobre la nueva poliacutetica de
energiacutea en la reciente edicioacuten del Congreso Nacional de Infraestructura en noviembre de
2019 (DINERO 2020)
El alcalde Pumarejo dijo que es un proyecto que estaacute pensado en primera fase para la
autogeneracioacuten de la alcaldiacutea de Barranquilla para luego general y comercializar energiacuteas
renovables (DINERO 2020) El mandatario explicoacute que el desarrollo econoacutemico de la
capital del Atlaacutentico implica contar con energiacuteas de fuentes renovables Estas son
sinoacutenimo ndashseguacuten eacutelndash de maacutes ingresos empleo y resiliencia ante el cambio climaacutetico
(DINERO 2020)
110
Barranquilla es reconocida mundialmente como la capital energeacutetica de Colombia es
por esto que vale la pena mencionar esta clase de proyectos dentro de la redaccioacuten de
este documento porque el uso de energiacuteas renovables va tomando cada vez maacutes fuerza
en nuestro paiacutes y es de gran importancia para nosotros como ingenieros civiles
aprovechar esta oportunidad para crear proyectos innovadores como Step by Step que
hace usos de energiacuteas limpias y se puede implementar en cualquier parte del paiacutes
En Londres existe una empresa llamada Pavegen que es una compantildeiacutea de
tecnologiacutea limpia esta empresa adopta un enfoque innovador hacia la sostenibilidad al
generar energiacutea a partir de algo que la mayoriacutea de la gente hace todos los diacuteas caminar
La compantildeiacutea innovando en la arquitectura inteligente ha presentado la primera lsquovereda
inteligentelsquo del mundo en Londres un camino que transforma el pavimento en un generador
de energiacutea eleacutectrica esto gracias al paso que dan los peatones A diferencia de anteriores
instalaciones en Washington DC y Rio de Janeiro el proyecto en Londres cuenta con su
propia app brindado informacioacuten exacta a los visitantes sobre la energiacutea que estaacuten
generando e incentivando su uso al brindar descuentos en tiendas comerciales por los pasos
que den (ARQUITECTOS 2018)
Seguacuten el CEO de Pavegen Laurance Kemball-Cook quien sentildealoacute que esta es una nueva
aacuterea de produccioacuten de energiacutea una que ofrece muchas posibilidades interesantes laquoCuando
una persona camina genera 5 vatios de energiacutea de forma continua por lo que usted es
como todos somos una fuente de alimentacioacuten de 5 vatios Ahora imagine 10 personas eso
es 50 vatios de energiacutea de forma continua Puede que no parezca una cantidad exorbitante
de energiacutea pero es suficiente para suministrar energiacutea para una serie de necesidades Por
ejemplo la tecnologiacutea se puede utilizar para iluminar caminos a medida que los peatones
caminan sobre ellos lo que podriacutea frenar el crimen (ARQUITECTOS 2018)
111
Figura 5 Baldosa que produce energiacutea eleacutectrica
Fuente Pavegencom
El CEO tambieacuten sentildealoacute que el proyecto es muy importante y puso como ejemplo Grand
Central Station en Londres donde diariamente transitan unas 40000 personas por hora esa
energiacutea que generan esas personas se almacena en bateriacuteas y en la noche se enciende
Asiacute que los municipios las estaciones de tren las oficinas las escuelas en cualquier lugar
con mucha gente caminando son perfectas para el proyecto (ARQUITECTOS 2018)
El proyecto realizado en Londres es muy similar a Step by Step puesto que los dos se
tratan de un sendero inteligente El factor diferencial es que Step by Step convierte la energiacutea
solar en energiacutea eleacutectrica el proyecto de Londres lo que hace es convertir la energiacutea cineacutetica
que generan las personas al caminar en energiacutea eleacutectrica
En Madrid Espantildea se ha unido el Aacuterea de Emprendimiento Empleo e Innovacioacuten quien
ha impulsado el proyecto y el Aacuterea de Medio Ambiente y Movilidad que ha corrido con los
gastos para crear un cruce peatonal inteligente el proyecto se trata de crear un cruce
peatonal inteligente para reducir los accidentes por lo cual se ha escogido una zona poco
luminosa en horas de la noche (PAIS 2020)
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Figura 6 Cruce peatonal inteligente
Fuente (PAIS 2020)
Seguacuten la portavoz de las concejaliacuteas que llevan a cabo el proyecto que cuenta con un
paso de cebra cuenta con una sentildeal lumiacutenica que funciona con sensores y
tecnologiacutea led y que se activa en modo nocturno cuando cruza un peatoacuten Al detectar a
la persona se encienden de forma continua las sentildeales horizontales y los cajones
lumiacutenicos de las sentildeales verticales Cuando no hay nadie el sistema permanece en
reposo (PAIS 2020)
Sobre la construccioacuten y mejoras en la fabricacioacuten e instalacioacuten de adoquines se
conocioacute que Samuel S Lngalls de Chicago en Illinois en el antildeo 1877 patentoacute un adoquiacuten
en concreto con una forma rectangular (Estados Unidos Patente nordm 952S6 1877) Pero
el inventor se dio cuenta que el adoquiacuten patentado presentaba fallas a la hora de su
instalacioacuten por lo que realizoacute un estudio para verificar las fallas y asiacute poder mejorar esto
Para lo cual patentoacute una mejora para la instalacioacuten de los adoquines en donde Samuel
Lngalls dejoacute un paso a paso para evitar que los adoquines se fracturaran con el tiempo
113
la fractura se da en las esquinas y para esto se debe poner cemento en las juntas y
esquinas
De la misma manera que Samuel Lngalls Charles Pettit tambieacuten realizoacute una patente
de la invencioacuten de un adoquiacuten pero dicha patente fue hecha en Greenford en el condado
de Mahoning y el estado de Ohio en el antildeo 1912 En la misma patente deja una guiacutea
praacutectica de instalacioacuten de dichos adoquines Pettit realiza esta invencioacuten para solucionar
la problemaacutetica de que los adoquines se desencajen y en muchas ocasiones presente
pandeo en una viacutea de adoquines estos pandeos generan en algunos casos accidentes
viales Esto lo soluciona garantizando un enclavamiento seguro entre las filas de
adoquines adyacentes y se puede hacer el enclavamiento dado a la forma del adoquiacuten
patentado el enclavamiento entre filas y columnas de adoquines evita el desplazamiento
y el pandeo del pavimento articulado (Estados Unidos Patente nordm 573212 1912)
42 MARCO TEOacuteRICO
Por medio del marco teoacuterico se pone en contexto las bases teoacutericas de la metodologiacutea
realizada para la construccioacuten del sendero inteligente en el cual se explicaran diferentes
tipos de tecnologiacuteas entre las cuales se encuentra la implementacioacuten de la tecnologiacutea de
generacioacuten de energiacutea por medio de componentes electroacutenicos de piezoelectricidad los
cuales aprovechan la energiacutea cineacutetica al caminar convirtieacutendola en energiacutea eleacutectrica
tambieacuten las tecnologiacuteas que utilizan energiacutea eleacutectrica para la construccioacuten de senderos
inteligentes los pavimentos inteligentes que aprovechan la energiacutea solar por medio de
paneles solares instalados en su estructura que aprovechan la energiacutea para los usos en
su entorno o en su misma estructura
Tipos de pavimentos inteligentes
En el mundo al pasar de los tiempos y con la incorporacioacuten de nuevas tecnologiacuteas al
mercado se han realizado diversos tipos de pavimentos los cuales tienen diferentes
caracteriacutesticas utilizando diferentes tipos de energiacuteas siendo las maacutes utilizadas la
piezoelectricidad la energiacutea eleacutectrica y la energiacutea solar
Piezoeleacutectricos
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Uno de estos es el sendero inteligente presentado por pavegen en Londres el 29 de
junio del 2017 llamado Bird Street el cual utiliza la energiacutea piezoeleacutectrica
Bird Street se estaacute asociando con una serie de visionarios tecnoloacutegicos que incluyen
Pavegen Que fabrica una galardonada tecnologiacutea de pisos de generacioacuten de datos y
electricidad La compantildeiacutea del Reino unido ha instalado una matriz de 10 metros
cuadrados que inicialmente enciende luces y sonidos de paacutejaros y tambieacuten proporciona
una fuente de datos de energiacutea Incorporaraacute transmisores bluetooth de baja energiacutea que
le permitiraacuten interactuar con aplicaciones de marca por ejemplo recompensar a los
usuarios con descuentos cupones y recursos educativos para sus pasos en el sistema
pavegen (PAVEGEN 2017)
Este pavimento inteligente con la tecnologiacutea pavegen fue el primero en su tipo ya que
utiliza la energiacutea de las pisadas en el cual logra captar la energiacutea cineacutetica que se produce
al caminar sobre la superficie del pavimento por medio de un sistema en el cual se
posicionan 3 dispositivos en cada esquina de adoquiacuten y al pisarlo gracias al peso propio
del usuario se presionan los 3 a la vez esto ocasiona que el dispositivo descienda
generando electricidad gracias a los principios de la piezoelectricidad los cuales son
contemplados de la siguiente manera
Cuando una presioacuten es aplicada a u material piezoeleacutectrico causa una deformacioacuten
mecaacutenica y a su vez un desplazamiento de cargas Estas cargas son directamente
proporcionales a la presioacuten aplicada Si se ejerce una presioacuten a los extremos del eje polar
se produce polarizacioacuten un flujo de electrones de carga negativa mientras que en el
extremo opuesto se induce una carga positiva (Chacon Cesar Alexander 2012)
La tecnologiacutea para los senderos inteligentes se ha visto fortalecida en los uacuteltimos antildeos
ya que se viene implementando en diferentes proyectos en el mundo como antes se
nombroacute la piezoelectricidad es una de ellas siendo practica ya que funciona con la
presioacuten generada por los usuarios algo que es muy concurrido en un pavimento en ese
orden de ideas esta tecnologiacutea permite que el pavimento sea auto sustentable ya que
gracias a estas presiones se genera energiacutea
Energiacutea que se utiliza de la siguiente forma
La energiacutea proveniente de los pasos es captada por el material piezoeleacutectrico como
anteriormente se analizoacute el cual se encuentra situado al adoquiacuten del pavimento de forma
115
que esta genera corriente alterna la cual por medio de un convertidor se transforma a
corriente directa la cual sirve en este caso para el funcionamiento de los diferentes
aparatos electroacutenicos a traveacutes del sendero inteligente antes de ser enviada la energiacutea es
almacenada en una bateriacutea la cual garantiza que el sendero disponga de energiacutea en todo
momento para posteriormente ser enviada a las innovaciones instaladas con el fin de ser
utilizadas cada vez que un usuario pise los piezoeleacutectricos
Eleacutectrico
Otro tipo de sendero inteligente es el denominado como sendero inteligente de Espantildea
castilla y leoacuten alimentado por energiacutea eleacutectrica el cual tiene las siguientes caracteriacutesticas
El sendero homologado es una instalacioacuten deportiva identificada por las marcas
registradas GRreg PRreg oacute SLreg que se desarrolla preferentemente en medio natural y
sobre viales tradicionales puacuteblicos o privados Es un entramado de caminos sentildealizados
bajo una normas estandarizadas y reconocidas a nivel internacional y que han pasado el
sello de calidad de la federacioacuten de deportes de montantildea escalada y senderismo de
castilla y leoacuten (FDMESCYL 2017)
Los senderos de deportes extremos se realizan en partes rurales mayormente esto
dificulta implementar tecnologiacuteas en estos el sendero de castilla y leoacuten se considera
inteligente ya que se han implementado estas tecnologiacuteas eficientemente durante el
recorrido de los senderos en los deportes extremos los que resaltan son los siguientes
El sendero inteligente incluye obras de gran envergadura como el enlosado de la
totalidad del firme instalacioacuten de puntos de recargas de moacuteviles y dispositivos
electroacutenicos que cuentan con tomas USB y la colocacioacuten de maacutequinas expendedoras de
bebidas y aperitivos Las novedades del nuevo tramo se completan con la posibilidad de
que los senderistas se conecten a una red WIFI gratuita que permite a los usuarios estar
geo localizados en todo momento y monitorizados por los equipos de emergencia de
castilla y leoacuten (FDMESCYL 2017)
El sendero inteligente de Castilla y leoacuten es un beneficio para los turistas y
ciudadanos que concurren en esta zona de Espantildea se evidencia en este sendero
inteligente que cubre gran cantidad de recorrido siendo este para deportes extremos
generando seguridad a los usuarios gracias a las tecnologiacuteas implementadas a traveacutes del
mismo como lo es la interconexioacuten entre los usuarios por medio de wifi gratuito
116
permitiendo tambieacuten el reporte de emergencias a la praacutectica de los deportes extremos a
lo largo del sendero y tambieacuten un sistema de ahorro de energiacutea con farolas que regulan
la cantidad de luz emitida gracias a sensores que permiten captar la cantidad de luz en
el entorno y disminuyeacutendola cuando no sea necesaria
Energiacutea solar
Un tipo de pavimento inteligente es el alimentado por energiacutea solar son las placas de
pavimento solar roadways quienes han hecho investigaciones para generar placas con
paneles de energiacutea solar con el fin de crear pavimentos inteligentes que funciones con
base a esta energiacutea renovable
SOLAR ROADWAYS es un sistema modular de paneles solares que se pueden
caminar y conducir Nuestros paneles solares contienen luces LED para crear liacuteneas de
sentildealizacioacuten sin pintura Contienen elementos calefactores para evitar la acumulacioacuten de
nieve y hielo Los paneles contienen microprocesadores los cuales los hace inteligentes
Esto permite que los paneles se comuniquen entre si una estacioacuten de control central y
los vehiacuteculos (SOLAR ROADWAYS 2020)
La energiacutea solar es una de las maacutes famosas y maacutes utilizadas entre las energiacuteas
renovables ya que el sol genera energiacutea permanente que en su mayoriacutea no es utilizada
por el ser humano los pavimentos tienen contacto con el sol a diario ya que se
encuentran a la intemperie generando una oportunidad de aplicacioacuten de teacutecnicas de
recoleccioacuten de energiacutea solar para asiacute mismo utilizarlo en el entorno y para la estructura
misma del pavimento La captacioacuten de energiacutea solar se realiza por medio de un panel
solar que se instala en la parte superior del pavimento teniendo en cuenta que el panel
solar tiene una resistencia mayor al comuacuten ya que tiene que soportar pesos de todo tipo
de vehiacuteculos seguacuten el profesor shyam s nandwani afirma que
la potencia solar que recibe el planeta tierra (fuera de la atmosfera) es cerca de 173 x
10^12 Kw o una energiacutea de 15x^15 kWh por antildeo Al atravesar la atmosfera cerca de 53
de esta radiacioacuten es reflejada y absorbida por el nitroacutegeno oxigeno ozono dioacutexido de
carbono vapor de agua polvo y las nubes Por lo tanto al pasar esta radiacioacuten por una
distancia de 150 millones de km se reduce esta cantidad y el final el planeta recibe
energiacutea promedio de 3x10^17 kWh al antildeo equivalente a 4000 veces el consumo del
mundo entero en un antildeo (7x10^13 kWhantildeo) o cual nos indica el enorme potencial del
sol (nandwani 2005)
117
Con las nuevas tecnologiacuteas la energiacutea solar se ha ido modernizando e incluyeacutendose
en diferentes proyectos entre estos el pavimento inteligente anterior mente nombrado en
cuanto al funcionamiento se puede afirmar que
Para cualquiera de las aplicaciones de la energiacutea solar la parte principal del sistema
es el COLECTOR ndash el artefacto que capta energiacutea solar y convierte en energiacutea uacutetil ndash sea
en forma caloacuterica o eleacutectrica Para la conversioacuten de energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica se
utilizan CELDAS SOLARES proveniente de los materiales semiconductores ndashtipo silicio
principalmente (nandwani 2005)
Despueacutes de convertir la energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica se procede a poner en
funcionamiento el circuito el cual se debe tener en cuenta que
Dependiendo de la capacidad de almacenamiento de la bateriacutea se puede calcular el
tiempo aproximado de funcionamiento de varios dispositivos y el aacuterea necesaria del panel
solar para usos especiacuteficos Una instalacioacuten ademaacutes requiere controlar el voltaje
mediante un regulador dirigir la corriente hacia una bateriacutea para almacenarla Como la
corriente eleacutectrica producida es directa es necesario para algunas aplicaciones un
inversor para convertirla en alterna (nandwani 2005)
Despueacutes de producir la energiacutea eleacutectrica por medio del panel solar instalado en el
pavimento se transfiere a un control de carga el cual regula la energiacutea con el fin de evitar
dantildeos en la bateriacutea la cual se encuentra en el siguiente paso de la energiacutea esta almacena
la corriente para ser utilizada se encuentra el panel produciendo energiacutea o no todo esto
para ser enviada al alumbrado puacuteblico situado en el pavimento volvieacutendolo auto
sostenible
Moacutedulo de control de carga para bateriacuteas
Moacutedulo de control de carga para bateriacuteas de litio Puede ser programado para
comenzar la carga de voltaje y para finalizarla (ELECTRONICA 2020)
Por ejemplo Configurando 12V como voltaje de inicio y 15V como voltaje de parada
cuando el voltaje este por debajo de 12V el releacute se cerraraacute permitiendo la carga de voltaje
a la bateriacutea cuando el voltaje alcance los 15V o sea mayor el releacute se apagaraacute deteniendo
la carga (ELECTRONICA 2020)
118
Caracteriacutesticas
Voltaje de entrada 10-30V
Precisioacuten del display 01V
Precisioacuten del control 01V
Tipo de salida salida directa
Tolerancia plusmn01V
Dimensiones 82x58x18mm
Regulador de carga de panel solar
El regulador solar o regulador de carga es un dispositivo necesario en la instalacioacuten
solar ya que se encarga de controlar la entrada a las bateriacuteas de la energiacutea generada en
los paneles solares El regulador permite por un lado alargar la vida de la bateriacutea y por
el otro obtener informacioacuten y paraacutemetros del funcionamiento de la instalacioacuten Permite
alargar la vida de las bateriacuteas ya que permite el paso de la electricidad seguacuten el estado
en que se encuentre la bateriacutea en cada momento Por ejemplo cuando esta esteacute a un
nivel de carga inferior al 95 permitiraacute el paso libre de toda la electricidad con el objetivo
de cargarla cuanto antes posible Mientras que si se encuentra en un porcentaje de carga
del 95 al 99 permitiraacute el paso de forma muy controlada que es lo que llamamos carga
de flotacioacuten con el fin de llenar al maacuteximo la bateriacutea Por otra parte si la bateriacutea se
encuentra completamente cargada cortaraacute el paso de corriente para evitar sobrecargas
o un sobrecalentamiento del acumulador Gracias a realizar la carga de esta forma se
evitan problemas en las bateriacuteas solares y se alarga al maacuteximo sus antildeos de vida
(DamiaSolar 2016)
Existen 2 tipos de reguladores de carga el PWM o convencional y el MPPT o
maximizador El uso de uno u otro dependeraacute del tipo de placa solar que utilicemos Si
se tratan de placas solares de 36 o 72 ceacutelulas (paneles de hasta 200W) seraacute suficiente
usar un regulador PWM ya que estas placas tienen un voltaje en el punto de maacutexima
potencia alto Mientras que si usamos placas de 60 ceacutelulas (paneles de potencia superior
a 200W) seraacute de uso obligatorio el regulador MPPT ya que estas placas tiene un voltaje
119
menor pues priorizan el amperaje en lugar del voltaje con lo cual seraacute necesario siempre
un regulador MPPT el cual modula el voltaje del panel y lo adapta a las caracteriacutesticas de
las bateriacuteas conectadas (DamiaSolar 2016)
Los paneles solares de 60 ceacutelulas se conocen popularmente como paneles de red ya
que se utilizaban antiguamente en las huertas solares que se conectaban a la red Para
diferenciar los paneles de red de los paneles convencionales se debe mirar su ficha
teacutecnica impresa en la pegatina posterior del panel El panel de red indicaraacute un valor VMP
de solamente 29V o similar mientras que las placas convencionales o de aislada generan
un VMP aproximado de 36 voltios en las placas de 24V y de 18 voltios en las placas de
12V (DamiaSolar 2016)
Para saber si necesito un regulador de 10A 20A 30A 60A o 80A (A= amperios) se
deberaacute mirar el amperaje del panel indicado como corriente nominal o IMP i multiplicarlo
por el nuacutemero de paneles que queramos instalar en la instalacioacuten solar Por ejemplo en
una instalacioacuten solar de 12V donde se instalen 6 placas de 140W 12V el IMP de este
panel seraacute de 797A Por lo tanto si se disponen de 7 placas se obtendraacute una corriente
maacutexima de 5579 y seraacute necesario usar un regulador solar de 60A Tambieacuten es
importante si en un futuro hay previsto instalar maacutes paneles poner ya de inicio un
regulador de mayor capacidad asiacute cuando se instalen seraacute necesario cambiar este
dispositivo (DamiaSolar 2016)
Bateriacutea Recargable
Tanto los paneles solares como las turbinas eoacutelicas son fuente de energiacutea verde y
renovable pero el problema de estos sistemas de autoabastecimiento eleacutectrico reside en
el almacenamiento Las instalaciones tradicionales proporcionan la energiacutea de manera
inmediata de manera que lo que no se consuma en el momento se pierde y ademaacutes si
el diacutea se nubla o el viento se detiene no es posible obtener suministro
(Ambientesoluciones 2020)
Para resolver este inconveniente este grupo de investigadores ha disentildeado
una bateriacutea de flujo segura y rentable que se puede utilizar tanto de manera domeacutestica
como comercial Estaacute elaborada con materiales de bajo coste que se encuentran en la
tierra de forma habitual como carbono oxiacutegeno nitroacutegeno hidroacutegeno hierro y potasio
Los compuestos no son toacutexicos ni tampoco inflamables (Ambientesoluciones 2020)
120
Los materiales no son toacutexicos son baratos y al estar disueltos en una
abundante cantidad de agua son seguros ya que no puede prenderse
fuego un detalle muy importante cuando se estaacuten almacenando grandes
cantidades de energiacutea eleacutectrica cerca de la gente explica Michael J
Aziz uno de los ingenieros que ha desarrollado el invento
(Ambientesoluciones 2020)
A diferencia de las bateriacuteas de electrodos soacutelidos las bateriacuteas de flujo almacenan la
energiacutea en los liacutequidos contenidos en los tanques externos de manera similar a las pilas
de combustible Los tanques establecen la capacidad de almacenamiento y el hardware
de conversioacuten electroquiacutemica a traveacutes del que se bombean los fluidos establece la
potencia (Ambientesoluciones 2020)
Ambos elementos se pueden personalizar para que cada usuario disponga de la
energiacutea atendiendo a sus necesidades Ademaacutes como la cantidad de energiacutea que puede
guardar aumentar con soacutelo aumentar el tamantildeo de los tanques se puede almacenar
mucha maacutes a un menor coste que los sistemas de bateriacuteas tradicionales
(Ambientesoluciones 2020)
Panel solar
El panel solar es el elemento maacutes conocido de los componentes utilizados en la
implementacioacuten de energiacutea solar se trata de un elemento que aprovecha la energiacutea del
sol para transformarlo en energiacutea eleacutectrica o caloacuterica la cual se puede utilizar de
diferentes maneras en esta transformacioacuten de la energiacutea solar se pueden distinguir
diferentes propoacutesitos de la energiacutea la primera por ejemplo es la utilizacioacuten de esta para
producir agua caliente lo cual se ve generalmente en los hogares y la segunda y una de
las maacutes conocidas son la transformacioacuten de energiacutea por medio de paneles fotovoltaicos
los cuales permiten producir electricidad captando la radiacioacuten solar las cuales recaen en
las ceacutelulas fotovoltaicas del panel solar (SLU 2015)
La energiacutea solar se puede captar de diferentes formas las dos mencionadas
anteriormente permiten entender el funcionamiento y la forma en la que se aprovechan
las radiaciones solares tales como se puede identificar en el siguiente paacuterrafo que nos
muestra el funcionamiento por medio de recoleccioacuten y transformacioacuten en energiacutea caloacuterica
121
En cuanto a las dos formas anteriormente nombradas el sistema de recoleccioacuten de
energiacutea solar uno de estos es por medio del colector solar en el cual tiene un liacutequido en
su interior que tiene la funcioacuten de absorber la radiacioacuten generada por el sol y
posteriormente la convierte en calor por medio de este liacutequido el cual se almacena para
ser utilizado por medio de ductos instalados en conjunto con el servicio de agua ya que
este se convierte en un intercambiador de calor por medio de unos ductos lo que permite
que el recurso hiacutedrico al ser usado tenga la temperatura deseada este ciclo se repite ya
que el liacutequido que funciona como intercambiador de calor retorna al colector solar para
realizar el proceso de nuevo (SLU 2015)
La recoleccioacuten de energiacutea eleacutectrica por medio de paneles solares es la maacutes
conocida en el mundo ya que es la base de esta tecnologiacutea para entender su
funcionamiento se debe comprender sus caracteriacutesticas por medio del siguiente paacuterrafo
se pueden identificar
La recoleccioacuten de energiacutea solar por medio de paneles fotovoltaicos se obtiene
gracias a las celdas que se encuentran en la superficie del panel solar las cuales son
denominadas como ceacutelulas fotovoltaicas estas tienen la capacidad de convertir la
energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica esto es llamado efecto fotovoltaico este efecto provoca
la energiacutea solar (fotones) posteriormente se producen unas cargas positivas y negativas
en unos componentes llamados semiconductores que estaacuten directamente relacionados
con las celdas y tienen distinto tipo y por medio de estos se crea un campo eleacutectrico que
posteriormente permite obtener corriente eleacutectrica (SLU 2015)
El panel solar puede funcionar con diferentes tipos de materiales los cuales
funcionan de una manera similar los maacutes utilizados para producirlos son el arseniuro de
galio (Gas) este es maacutes utilizado en diferentes tipos de aparatos electroacutenicos los cuales
son maacutes complejos y el segundo es el silicio (Si) el cual tiene un costo econoacutemico menor
estos son maacutes faacuteciles de encontrar y por lo mismo son los maacutes utilizados en general
ademaacutes de ser utilizados por la industria microelectroacutenica cuando se evaluacutea el
rendimiento de las celular fotovoltaicas se puede concluir que estas estaacuten ligadas con la
estructura tridimensional en el interior de la laacutemina de silicio (SLU 2015)
El panel solar tiene la funcioacuten de recibir la energiacutea lo cual lo convierte en un
elemento clave a la hora de construir dispositivos que necesiten aprovechar la energiacutea
solar ya que tambieacuten se deben tener en cuenta factores importantes en cuanto al manejo
122
de este tales como son la ubicacioacuten ya que es de vital importancia garantizar que se
aprovecha de la mejor manera la energiacutea proporcionada por el sol esto debido a que se
debe tener en cuenta el movimiento de la tierra alrededor del sol para identificar los
aacutengulos y zonas que permitan optimizar esta recoleccioacuten de energiacutea
Pavimentos articulados
Los pavimentos articulados tienen una caracteriacutestica principal y es que estaacuten
disentildeados con adoquines en su capa superior tambieacuten estaacute compuesta por un cuerpo el
cual contiene una capa de base y sub base con unas caracteriacutesticas de compactacioacuten
ademaacutes de opcionalmente realizar una adaptacioacuten a la sub rasante
Los adoquines son la caracteriacutestica maacutes visible de los pavimentos articulados ya que
estaacuten en su capa superior y son los primeros en tener contacto con los usuarios estos
se disentildean generalmente en forma de bloque macizo lo cuales tienen caracteriacutesticas de
dimensionamiento similares ya que es necesario uniformidad para su instalacioacuten ya que
son prefabricados y se traen al terreno para ser instalados uno tras de otro dejando juntas
entre ellos
Las demaacutes partes que componen el pavimento articulado son constituidas por un sello
de arena el cual se instala entre las juntas de los adoquines con el fin de rellenar pero
tambieacuten aportan un buen funcionamiento del pavimento a flexioacuten y la capacidad portante
de la superficie del pavimento posteriormente se encuentra una capa de arena la cual se
coloca con el fin de instalar los adoquines sobre esta esta arena debe tener una
granulometriacutea optima que permita un flujo libre de agua y la infiltracioacuten ademaacutes que sus
partiacuteculas deben ser resistentes a la degradacioacuten (CASTILLO 2003)
Las capas siguientes son denominadas cuerpo la que se encuentra posteriormente a
la capa de arena es llamada base y es la encargada de proporcionar una mejor capacidad
estructurar y tambieacuten permite un apoyo uniforme del pavimento siguieacutendole por una capa
llamada sub base la cual se encuentra debajo de la base y es utilizada para traacuteficos
medios y altos mayormente ya que para traficas bajos basta con la uacuteltima capa llamada
capa de conformacioacuten esta capa se encuentra entre la sub base y la sub rasante es
instalada para mejorar las caracteriacutesticas del suelo y funciona como plataforma para la
construccioacuten de las anteriores capas (CASTILLO 2003)
123
Sensores de movimiento
Los sensores de movimiento son dispositivos electroacutenicos estos generalmente
funcionan de forma inalaacutembrica y su funcionamiento parte de captar el movimiento para
asiacute enviar informacioacuten a una central de control estos sensores son capaces de registrar
movimientos de un aacuterea determinada y son reconocidos en todo el mundo por su
utilizacioacuten en sistemas de seguridad e iluminacioacuten entre otras funciones (Palacios 2020)
Entre los sensores de movimiento varios tipos y variedades dependiendo de la
utilizacioacuten en cada caso entre los cuales se encuentran los siguientes
Los sensores de regulacioacuten luz crepuscular estos sensores basan su funcionamiento
en aumentar o disminuir la luz del dispositivo luminario relacionado con la luz ambiente
lo cual permite que si la luz ambiente es de mayor intensidad se disminuya la generada
por el dispositivo esto genera que se optimice la eficiencia del sistema de iluminacioacuten al
maacuteximo aprovechando la luz al maacuteximo solo cuando se es necesario este sensor es
utilizado generalmente en exteriores ya que en ese entorno se optimiza mejor su ventaja
al tener directamente la luz del ambiente (LEDOVET 2018)
Los sensores de movimiento de infrarrojos estos sensores basan su funcionamiento
en la utilizacioacuten de luces infrarrojas para identificar cambios caloriacuteficos en el aacuterea de
cobertura predeterminada lo que permite detectar si una persona se mueve dentro de
dicha aacuterea y puede utilizarse como receptor de informacioacuten para seguridad donde se
conectariacutea con otro dispositivo de alerta o tambieacuten combinarlo con un sistema de
iluminacioacuten que genere luz a la presencia de personas (LEDOVET 2018)
Los sensores de presencia ultrasoacutenicos estos sensores basan su funcionamiento en
la utilizacioacuten de ondas ultrasoacutenicas las cuales son generadas por el dispositivo en una
determinada aacuterea las cuales regresan por rebote al ya que chochan con cada objeto
encontrado en el entorno cuando estas ondas regresan y detectan un cambio en su
rebote alertan este cambio activando el sistema con el cual este disentildeado (SampP 2018)
Los sensores combinados estos tipos de sensores son disentildeados con las tecnologiacuteas
anteriormente nombradas ya que estas se pueden combinar con el fin de obtener ventajas
en su funcionamiento estos teniendo en cuenta la importancia ya que se pueden instalar
de forma que aumente el nivel de deteccioacuten como puede ser una combinacioacuten entre las
tres tecnologiacuteas o solo dos de las tres con el fin de aumentar la sensibilidad del sistema
124
informacioacuten recibida ya que se genera una activacioacuten de todo el sistema con la deteccioacuten
de solo uno de los dispositivos tambieacuten se puede lograr el efecto inverso al instalarlos
de forma que se tengan que activar los dos o tres lo que baja la intensidad de deteccioacuten
y le da una mejor flexibilidad en espacios donde no es necesaria tanta seguridad y evitar
incomodidades a los usuarios
En cuanto a la forma de regulacioacuten de estos sensores se encuentran la regulacioacuten
dependiendo del alcance en metros con el que sea disentildeado el sistema esto se realiza
con el fin de solo cubrir la zona donde se requiere la funcioacuten del sensor y no interferir en
otros lugares del mismo entorno donde no es necesario o no se desea interferir otra
forma de regulacioacuten de estos sensores se puede realizar por medio del tiempo ya que se
puede disentildear con el fin de que se active desde que detectan un cuerpo hasta que se
desee que dejen de funcionar con el fin de optimizar el uso buscando la maacutexima eficacia
tambieacuten se mitigara el consumo energeacutetico ya que solo permaneceraacute en funcionamiento
los momentos que sea necesario y por ultimo un tipo de regulacioacuten es con la tecnologiacutea
anteriormente nombrada la crepuscular donde se regula dependiendo de la luz
encontrada en el ambiente solo encendiendo cuando es necesario la luz (SampP 2018)
Concreto translucido
El concreto translucido es un material utilizado de diferentes formas ya que sus
propiedades le permiten aprovechar la luz siendo esta un factor maacutes influyente en las
obra de infraestructura a las que se le implementa este tipo de concreto ya sea para el
aprovechamiento de luz del entorno y asiacute mitigar problemas ambientales o crear maacutes
confort en los usuarios como para generar una estructura combinada con luz artificial
que a su vez tambieacuten se puede combinar con energiacuteas renovables para obtener
beneficios ambientales ademaacutes de poder jugar con las diferentes formas y lugares en los
cuales se puedan construir como estructuras deportivas viacuteas zonas comunes entre otras
donde estas tengan un impacto innovador
El concreto translucido fue patentado por aron losonczi el cual tuvo la idea de unir dos
caracteriacutesticas diferentes como lo es la dureza del concreto y la transparencia de un
material translucido su investigacioacuten se dirigioacute a la implementacioacuten de fibras oacutepticas en
el concreto convencional con el fin de crear productos que permitan construir paredes de
interiores o exteriores suelos iluminados o en proyectos de arte y disentildeo (OMPI
ORGANIZACION MUNDIAL DE LA PROPIEDAD INTELECTUAL 2015)
125
En la actualidad existen dos tipos de concreto translucido que destacan en el
mundo los cuales son el concreto translucido construido con fibra oacuteptica y el concreto
translucido polimeacuterico
Concreto translucido con fibra oacuteptica
El concreto translucido con fibra oacuteptica estaacute compuesto por miles de filamentos de fibra
oacuteptica la cual se agrega al concreto y generalmente tienen un diaacutemetro entre los 2mm y
2 micras para que tenga un buen desempentildeo deben estar orientadas en la misma
direccioacuten esto de un lado al otro de la pieza que se construya generalmente la proporcioacuten
de fibra suministrada al conglomerado es del 4 del volumen de la pieza de concreto
construida en total (ARCUS GLOBAL 2020)
La caracteriacutestica que le da lo translucido al concreto es a implementacioacuten de las fibras
oacutepticas ya que la luz que impacta por una cara del concreto en un extremo de las fibras
oacutepticas acomodadas en la misma direccioacuten generan que la luz se perciba aunque con
una menor intensidad al otro extremo de las fibras oacutepticas en este orden de ideas entre
maacutes intensa sea la luz en la cara donde se realiza el contacto maacutes intenso se veraacute en la
otra cara de la pieza construida (ARCUS GLOBAL 2020)
Otra caracteriacutestica de las piezas construidas con fibras oacutepticas son las sombras
generadas en la cara que se tiene luz ya que estas tambieacuten aparecen en la otra cara del
concreto y se destacan por su contorno lo que le da un plus de esteacutetica y esta
caracteriacutestica del concreto translucido con la luminosidad se puede dar hasta 20 metros
todo gracias a las fibras oacutepticas que contienen en su interior y en cuanto a la parte
estructural no se implementan barras de aceros como se acostumbra en el concreto
convencional si no barras de plaacutestico transparentes y tambieacuten se obtiene una resistencia
similar a la de los concretos tradicionales (ARCUS GLOBAL 2020)
Concreto Translucido Polimeacuterico
El concreto translucido polimeacuterico tiene una composicioacuten que se asemeja mas a la
tradicional la caracteriacutestica que le permite ser translucido es el cambio del cemento
convencional parcial o complementariamente por un conglomerante polimeacuterico
transparente llamado el ilum (ARCUS GLOBAL 2020)
La diferencia entre el anterior concreto desarrollado a partir de fibras oacutepticas y este
desarrollado a partir de ilum es que el ilum permite la entrada de luminiscencia por todas
126
las direcciones esto tambieacuten depende de la dosificacioacuten ya que al agregar el componente
aacuterido pierde un poco esta caracteriacutestica para obtener grandes resultados se debe tener
una granulometriacutea bien cuidada tambieacuten se obtiene que la resistencia a la compresioacuten
de este tipo de concreto translucido puede ser similar o en ocasiones superior a la del
concreto convencional (ARCUS GLOBAL 2020)
Este trabajo de investigacioacuten utiliza el concreto transluacutecido SEUS elaborado con
poliacutemeros y materiales reciclados que seguacuten Perdomo amp Fandintildeo (2020) registra una
buena resistencia a la compresioacuten (44 MPa) cuando se usa aglomerante de resina de
polieacutester insaturado (Perdomo C amp Fandintildeo M 2020)
43 MARCO CONCEPTUAL
Meacutetodos de disentildeo de pavimentos
Meacutetodo racional
El meacutetodo racional muestra la estructura de pavimento como un medio elaacutestico sobre
el cual se coloca una carga la cual genera en la estructura un esfuerzo el cual es aplicado
especiacuteficamente en la capa superior para comprender estos esfuerzos se puede
interpretar a traveacutes de un modelo mecaacutenico el esfuerzo ejercido en la capa superior se
propaga a traveacutes de la estructura y cada vez que avanza en la estructura el esfuerzo es
menor esto quiere decir que si el grosor del medio elaacutestico que soporta los esfuerzos es
mayor mejor soporta los esfuerzos por que maacutes distancia recorre maacutes deacutebil se vuelve el
esfuerzo
Para el dimensionamiento del pavimento por el meacutetodo racional por el modelo
Boussinesq se tiene en cuenta que la presioacuten ejercida por el neumaacutetico o un peatoacuten el
cual ejerce una carga (Lizcano 2003) las cuales generalmente son mayores de lo que
puede soportar un terreno natural por esta razoacuten la calzada disentildeada debe repartir esta
presioacuten con el fin de volverla tolerable y estos modelos siguen las hipoacutetesis encontradas
a continuacioacuten
ldquoLa carga aplicada a la calzada se esquematiza por una presioacuten qₒ sobre un circulo de
radio ϕ como se puede observar en la siguiente figurardquo (Lizcano 2003)
127
ldquoEl suelo soporte requiere elaacutestico modo de Young E2 relacioacuten de poisson v2 este
suelo solo puede resistir sin deformarse exageradamente un esfuerzo vertical admisible
(σ2) inferior presioacuten a ntildea presioacuten qₒ coacutemo se puede observar en la siguiente figurardquo
(Lizcano 2003)
Figura 7 Distribucioacuten de esfuerzos Modelo Boussinesq
Fuente (Boussinesq 2020)
Posteriormente se identifica una profundidad la cual se determina como H esto con el
fin de que la presioacuten vertical se encuentre al final difusa ya que no se puede sobrepasar
el esfuerzo vertical admisible (Sz) el meacutetodo Boussinesq encontroacute una solucioacuten al poner
que en una profundidad z el esfuerzo vertical es de la siguiente manera (Lizcano 2003)
1205902 = 1199020
[
1 minus(119911119886)
3
(1 + (1199112
1198862))
32
]
Donde
σ2= esfuerzo vertical
128
α = radio de la carga de la huella circular o semieje en la direccioacuten x de la carga de
huella eliacuteptica
q = presioacuten de la carga
X Y y Z = coordenadas cartesianas de un punto
Esta nomenclatura aplicada al pavimento se puede representar de la siguiente manera
Figura 8 Esfuerzos que sufren los pavimentos en tres direcciones
Fuente (Lizcano 2003)
Donde
σ2= esfuerzo vertical
σr= esfuerzo radial de traccioacuten
Es= moacutedulo de Young de un masivo semifinito
v= coeficiente de poisson
ͳ= cizallamiento
Las fuerzas anteriormente nombradas ejercidas en el pavimento se pueden observar
en la siguiente grafica donde se puede identificar la forma en la que un neumaacutetico ejerce
presioacuten sobre el pavimento teniendo en cuenta que el neumaacutetico tiene una forma en la
cual se distribuyen las presiones en forma de ovalo por lo cual en cuanto maacutes se acerca
a su centro maacutes fuerte se vuelve esta presioacuten se puede observar como en la uacuteltima fase
los colores son cada vez maacutes intensos esto quiere decir que en ese logar el pavimento
estaacute sometido a maacutes esfuerzo
129
Figura 9 Huella de la llanta del vehiacuteculo sobre el pavimento
Esfuerzos graficados Fuente (Xiaodi Hu 2017)
Meacutetodo AASHTO
El meacutetodo AASHTO llamado asiacute por sus siglas (American Association of State Highway
and Transportation Officials) es caracteriacutestico por ser un meacutetodo de disentildeo semiempirico
donde en sus inicios fue evaluado para pavimentos flexibles pero tambieacuten fue adaptado
para pavimentos articulados ya que cogieron este como base esto conlleva a que
compartan muchas similitudes es importante tener en cuenta que este meacutetodo emplea
unidades las cuales se estiman mediante el traacutefico ejes estaacutendar en unidades inglesas
18 Kips (82 toneladas) (CASTILLO 2003)
La foacutermula base de este meacutetodo es la siguiente
log10(119864119860119871119904 lowast 119865119903)
= 939 lowast log10(119878119873 + 1) minus 02 + (log10 (119875119900 minus 119875119905
119875119900 minus 15) (04 + (
1094
(119878119873 + 1)519)
+ (232 lowast log10 119872119903) minus 807
Donde
EALs= numero de eje de 18 Kips acumulado en el periodo de disentildeo
Fr= factor de confiabilidad del disentildeo 10^(Zr+So)
Zr= fractil estaacutendar de la ley (funcioacuten de R)
So= desviacioacuten estaacutendar
R= nivel de confiabilidad
SN= numero estructural de la capa
Po= serviciabilidad inicial del pavimento
Pt= serviciabilidad final del pavimento
130
Mr= moacutedulo resiliente de la subrasante (psi)
Generalmente la desviacioacuten estaacutendar es recomendada como 045 el factor de
confiabilidad usado en la formula anteriormente nombra se encuentra dependiendo de la
importancia de la viacutea con lo que se debe tener en cuenta las siguientes recomendaciones
para encontrar el Fr
Tabla 1 Factor de confiabilidad
Nivel de confiabilidad
() 119917119929
50 1000
60 1300
70 1721
75 2010
80 2390
85 2929
90 3775
95 5499
99 8527
Fuente (CASTILLO 2003)
Para definir el nivel de confiabilidad con el que se debe disentildear la viacutea se debe tener en
cuenta factores que dan un nivel de importancia dependiendo del tipo de viacutea que se va a
construir en el siguiente cuadro se encuentran los criterios que deben tenerse en cuenta
para poder obtener un nivel de confiabilidad recomendado
131
Tabla 2 Nivel de confiabilidad
Clase de viacutea
Trafico
promedio
diario
Factor de
distribucioacuten por
carril()
Nivel de
confiabilidad
recomendado
()
Arterias o viacuteas principales
Urbana 40000 90 90
Rural 15000 90 85
Colectora principal
Urbana 15000 90 85
Rural 6000 90 80
Colectora
secundaria
Urbana 6000 100 80
Rural 2000 100 80
Comercial Multifamiliar
Urbana 2000 100 75
Fuente (CASTILLO 2003)
Para encontrar el numero estructural de la capa se debe utilizar la siguiente formula
119878119873 = Σ(119886119894 lowast 119905119894)
Donde
ai= coeficiente de capa de la i
ti= espesor de la capa i
La estructura del pavimento disentildeada por el meacutetodo Asshto despueacutes de tener en
cuenta los materiales con los que se van a construir cada capa y el aporte estructural que
se encuentra en cada una de estas con los cuales dependiendo de la necesidad se elige
su espesor quedariacutean de la siguiente manera
132
Figura 10 Estructura del pavimento AASTHO 1993
Fuente Guiacutea para el disentildeo de estructuras de pavimentos AASTHO 1993
Meacutetodo PCA
Para el disentildeo por el meacutetodo PCA se rige principalmente por los siguientes factores
-resistencia del concreto a la flexioacuten denominada como MR
El moacutedulo de rotura denominado como Mr es uno de los factores maacutes importantes en
el disentildeo de pavimentos articulados ya que por medio de este se mide la tensioacuten maacutexima
que puede soportar un espeacutecimen el cual debe ser fallado a flexioacuten esto ejerciendo las
cargas en 3 puntos
El moacutedulo de rotura puede ser obtenido mediante cargas cantiliver en un punto central
en los tercios Una diferencia importante en estos meacutetodos de prueba es que la prueba
de la carga en los tercios da la miacutenima resistencia en el tercio central de la viga ensayada
mientras que los otros dos meacutetodos muestran la resistencia en un solo punto (Robert G
Packard 1995)
Las pruebas anteriormente mencionadas se realizan generalmente a los 7 14 y 28 y
90 diacuteas las pruebas realizadas a los 7 y 14 diacuteas son utilizados generalmente para
recopilar informacioacuten sobre el comportamiento del concreto y control en el trabajo y para
determinar en queacute momento se puede dar apertura al pavimento los ensayos a 28 diacuteas
son comuacutenmente utilizados para los espesores de la capa superior del pavimento y el
133
uacuteltimo ensayo el de los 90 diacuteas son utilizados para el disentildeo de pistas de aterrizaje
(Robert G Packard 1995)
El concreto tiene una la habilidad de ganar resistencia al aumentar los antildeos de vida
esto se puede representar en una graacutefica la cual representa diferentes tipos de ensayos
realizados a vigas de pruebas las cuales fueron curadas en el campo y tambieacuten de varias
partes de hormigos las cuales estaban en servicio lo cual se puede observar a
continuacioacuten
Figura 11 Evolucioacuten de la resistencia a la flexioacuten en funcioacuten del tiempo
Grafica resistencia Fuente (Robert G Packard 1995)
-Resistencia encontrada de la subrasante y la subbase combinadas denominada como
K
El soporte de la subrasante y la subbase es definido en teacuterminos del moacutedulo de
reaccioacuten de la subrasnate (k) de westergaard Es igual a la carga en libras por pulgada
cuadrada sobre el aacuterea de la carga dividido por la deflexioacuten en pulgadas para esa carga
Los valores de k son expresados como libras por pulgada cuadrada por pulgada es decir
como libras por pulgada cubica (pci) (Robert G Packard 1995) En la siguientes dos
tablas se puede observar el efecto de la subbase asiacute encontrando el valor de K donde
se evaluacutean de dos formas una con la subbase no tratada y la otra con la subbase tratada
con cemento
Tabla 3 Nivel de confiabilidad
Valor de k de la subrasante pci
Valor k de la subbase pci
4 Pulg 6 Pulg 9 Pulg 12 Pulg
134
50 65 75 85 110
100 130 140 160 190
200 220 230 270 320
300 320 330 370 430
Valor de k subbase no tratada Fuente (Robert G Packard 1995)
Tabla 4 Nivel de confiabilidad
Valor de k de la subrasante pci
Valor k de la sub-base pci
4 Pulg 6 Pulg 9 Pulg 12 Pulg
50 170 230 310 390
100 280 400 520 640
200 470 640 830 -
Valor de k subbase tratada con cemento Fuente (Robert G Packard 1995)
-los tipos de cargas que soportara el pavimento frecuencia y pesos
Este factor estaacute en unos de los maacutes importantes ya que se determinan las cargas a las
cuales se va a estar expuesta la viacutea durante toda su vida uacutetil y estas cargas son
directamente responsables con los otros factores del espesor de la viacutea y se deben tener
en cuenta tres factores los cuales se pueden observar a continuacioacuten
Trafico promedio diario de todos los vehiacuteculos
Trafico promedio diario de camiones
Cargas axiales de los camiones
-El uacuteltimo factor es el periodo de disentildeo de la viacutea
El periodo de disentildeo de la viacutea generalmente estaacute en 20 antildeos algunas veces maacutes y
otras menos pero todo depende del criterio que se tenga en la caracteriacutesticas que
requiera la viacutea algunos ingenieros dicen que el rango de periodo de disentildeo debe estar
entre 30 y 35 antildeos algunas obras donde sus materiales carecen de defectos se pueden
disentildear hasta maacutes de 40 antildeos pero todos estos periodos de disentildeo se pueden justificar
de acuerdo a la importancia o tambieacuten econoacutemicamente ya que este afecta directamente
al grosor del pavimento ya que al aumentar los antildeos de disentildeo se incrementan los
135
nuacutemeros de ejes estaacutendar que pasaran por la viacutea ademaacutes de los servicios adicionales
durante el periodo (Robert G Packard 1995)
44 MARCO CONTEXTUAL
El tramo de prueba donde se realizaraacute la validacioacuten en campo del sendero inteligente
Step by Step estaacute ubicado en el Parque Simoacuten Boliacutevar del municipio de Agua de Dios
sitio muy concurrido por la poblacioacuten lo que aduce que no solo impacta a traacutefico peatonal
si no que genera atractivo turiacutestico
El municipio tradicionalmente celebra actividades religiosas en el cerro de la cruz en
un ambiente de clima huacutemedo oacuteptimo para realizar actividades luacutedicas con la naturaleza
con gran variedad de especies Sin embargo desde los uacuteltimos 15 antildeos la afluencia de
los habitantes a estas fiestas ha registrado un declive dejando de lado los atractivos de
este sitio como las aguas azufradas a las cuales se dice que fueron la razoacuten de la
denominacioacuten del municipio sumado a una historia basada en el abandono de los
enfermos de Lepra por parte de la sociedad en el tradicional Puente de los Suspiros
Figura 12 Localizacioacuten del Municipio de Agua de Dios Cundinamarca
Fuente web httpswwwgooglecommaps 2020
El municipio Agua de Dios se encuentra ubicado en el departamento de Cundinamarca
en la zona del alto magdalena donde sus municipios vecinos son Girardot a 26 km al
noreste Tocaima a 15 km al noroeste y Nilo a 8km al sur del municipio Este municipio
136
con un poco maacutes 10000 habitantes (DANE 2018) y que se encuentra a una distancia
total de 124 kiloacutemetros de la Capital del paiacutes Bogotaacute es un municipio pequentildeo de veranos
largos muy calientes y bochornosos los inviernos son cortos Seguacuten el IDEAM la
temperatura media anual de agua de Dios se encuentra entre 26degC y 28degC (IDEAM
2014)
Figura 13 Zona urbana Municipio de Agua de Dios
Fuente web httpswwwgooglecommaps 2020
Al sur oriente se localiza el parque ecoturiacutestico los chorros (ver Figura 14) lugar que
cuenta con una historia enriquecedora desde la fundacioacuten del municipio y que
actualmente se encuentra en un estado de deterioro Pese a que se encuentran diferentes
tipos de especies de aacuterboles y animales lo convierten en sitio turiacutestico rodeado de
balnearios y zonas de comida con un clima extraordinario y con una riqueza cultural a
nivel nacional siendo un sitio propicio para implementar el Step by Step a futuro
137
Figura 14 Balneario los Chorros Agua de Dios
Fuente (Alcaldia de Agua de Dios 2019)
Seguacuten el IDEAM la radiacioacuten solar que emite el Sol se propaga en todas las direcciones
a traveacutes del espacio esa energiacutea es el motor que determina la dinaacutemica de procesos
atmosfeacutericos y de clima La radiacioacuten solar nos proporciona efectos fisioloacutegicos positivos
tales como estimular la siacutentesis de vitamina D que previene el raquitismos y osteoporosis
favorece la circulacioacuten sanguiacutenea actuando en algunos tratamientos en algunas
dermatosis y estimula en algunos casos la siacutentesis de los neurotransmisores cerebrales
responsables del estado aniacutemico (IDEAM 2014) Por esto estaacute encargado de medir la
radiacioacuten solar a nivel nacional argumentando que es importante principalmente como
una de las fuentes alternativas de energiacutea en la generacioacuten de electricidad ademaacutes de
que ayuda a un sin nuacutemero de aplicaciones para crear modelos de prediccioacuten del tiempo
y el clima (IDEAM 2014)
El portal ACCUWEATHER de internet cuenta con alta tecnologiacutea y esta actualizado
cada diacutea sobre datos de clima viento lluvias en cualquier lugar del mundo El sitio web
dice que en el municipio de Agua de Dios se encuentra un historial de temperaturas que
estaacuten entre los 9degC y los 32degC asiacute como hay raacutefagas de viendo que superan los 10
kiloacutemetros por hora (accuweather 2020)
Asiacute mismo cuenta con la microcuenca de la quebrada la Punaacute y esta a su vez hace
parte de la subcuenca del Rio Bogotaacute Cuenca mayor del Rio Magdalena (SECHAGUA
2016) se cuentan con estudios medio ambientales que referencian al municipio y del cual
se pueden tener en cuenta para los datos de precipitacioacuten de lluvias sobre el municipio
138
Seguacuten la Corporacioacuten Autoacutenoma Regional de Cundinamarca CAR en el municipio se
encuentra la estacioacuten meteoroloacutegica de precipitacioacuten denominada Las Violetas Dicha
estacioacuten recoge informacioacuten importante para dar a conocer un valor puntual climaacutetico de
la zona de estudio y con estos datos se pueden evaluar otros factores que sirven para la
agricultura y demaacutes Dichos valores de precipitacioacuten son para los puntos de control para
altitudes de 0 a 1000 metros sobre el nivel del mar
Agua de Dios dentro de un escenario neutro se encuentra en el intervalo de
precipitacioacuten 186 miliacutemetros a 1656 miliacutemetros Bajo un escenario donde se presenta el
fenoacutemeno de El Nintildeo en un intervalo que va desde 264 miliacutemetros hasta 1933
miliacutemetros Y por uacuteltimo bajo un escenario en el que se presenta el fenoacutemeno de La Nintildea
en un intervalo que va desde 436 miliacutemetros hasta 2192 miliacutemetros (CAR 2015)
Teniendo en cuenta los datos anteriores y otros tomados en periodos maacutes largos de
tiempo la CAR hace un anaacutelisis espacial de la precipitacioacuten sobre los municipios que
hacen parte de la jurisdiccioacuten de la CAR Dicho lo anterior el anaacutelisis muestra un reacutegimen
de lluvias bimodal lo que quiere decir que se presentan dos temporadas de lluvias altas
y dos temporadas de lluvias de baja intensidad durante el antildeo la primera temporada de
lluvias se presenta en los meses de diciembre enero y febrero al mismo tiempo se
presentan diferencias en sus cantidades de lluvias espacialmente los menores
voluacutemenes de lluvia se presentan en la cuenca del Rio Bogotaacute donde oscilan en promedio
de 11 y 40 mm mensuales La segunda temporada de lluvias menos intensa se presenta
en los meses de junio Julio y agosto los valores maacutes bajos de lluvias se presentan en la
Cuenca del Rio Bogotaacute donde oscilan de 19 a 42 mm La primera temporada de
voluacutemenes altos de lluvias se presenta en los meses de marzo abril y mayo donde los
valores se encuentran entre 200 y 400 mm mensuales La segunda temporada de lluvias
altas se dan en los meses de septiembre octubre y noviembre los voluacutemenes de lluvia
se encuentran entre 150 y 340 mm mensuales acumulados (CAR 2015)
En consecuencia la temporada de lluvias bajas se concentra en seis meses del antildeo
meses que son importantes para el turismo en todas las regiones del paiacutes Se evidencia
la temporada de fin de antildeo y de mitad de antildeo que son importantes porque la mayoriacutea de
las personas se encuentra en temporada de vacaciones y el municipio de Agua de Dios
durante esa eacutepoca es visitado por ciudadanos de todas las regiones
139
45 MARCO LEGAL
La norma que establece las especificaciones teacutecnicas para el control de calidad de
adoquines de concreto hidraacuteulico en Colombia es la Norma Teacutecnica Colombiana (NTC)
2017 para construir pavimentos articulados tanto para traacutefico peatonal como traacutefico
vehicular asiacute como tambieacuten la descripcioacuten de los materiales que se usan para su
fabricacioacuten
Si se desean caracteriacutesticas diferentes a las que exige la norma estas deben ser
especificadas antes de iniciar el disentildeo del adoquiacuten
A continuacioacuten se muestran unas tablas donde se refleja lo que exige la norma teacutecnica
colombiana NTC 2017 en cuanto al disentildeo de adoquines Ademaacutes de esto la informacioacuten
se sustenta con informacioacuten tomada del Instituto para el Desarrollo Urbano de Bogotaacute la
norma internacional ASTM la norma del Instituto Nacional de Viacuteas (INVIAS)
Tabla 5 Partes de los Adoquines
PARTE ESPECIFICACION ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Cara de desgaste
NTC 2017 Parte superior del adoquiacuten la cual queda al aire en su instalacioacuten
Soporta directamente el transito
Capa superior capa superficial
NTC 2017 Capa que conforma la cara de desgaste en adoquines bicapa
No todos los adoquines son bicapa
Capa inferior NTC 2017
Capa ubicada debajo de la capa superficial en adoquiacuten bicapa Constituye la mayoriacutea de la masa de los mismos
No todos los adoquines son bicapa
Cara de apoyo
NTC 2017 Cara inferior del adoquiacuten
Cara que queda en contacto con la capa de arena en su instalacioacuten
Superficie de referencia
NTC 2017
En adoquines no biselados es la superficie que corresponde a la cara de desgaste En adoquines biselados corresponde a la
140
cara de desgaste sin tomar en cuenta el volumen del prisma sustraiacutedo por el bisel
Forma
NTC 2017
Poliacutegono que define la cara de desgaste y la cara de apoyo y que a su vez determina el prisma recto que le da volumen al adoquiacuten
Arista NTC 2017 Liacutenea de interseccioacuten entre dos planos o caras
Hace referencia a lo que conforma la cara de desgaste y las paredes
Arista de Laacutepiz
NTC 2017
Arista de forma redondeada con radio de35 mm aproximadamente
Se le da forma redondeada en el proceso de fabricacioacuten
Bisel NTC 2017
Perfil inclinado a 45deg aproximadamente en adoquiacuten biselado o parcialmente biselado
Se considera como parte del bisel la franja generada por las rebabas verticales una vez retiradas
Separador NTC 2017
Salientes verticales (nervaduras placas) generadas en las paredes del adoquiacuten para garantizar la separacioacuten
Se hace con el fin de que las juntas se puedan llenar de arena
FUENTE Informacioacuten propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 de
2004-02-05 y el Instituto de Desarrollo Urbano (IDU)
Tabla 6 Geometriacutea del adoquiacuten seguacuten NTC 2017
DIMENSIONES ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Espesor Dimensioacuten perpendicular a la cara de desgaste
141
Medida desde la cara de desgaste hasta la capa inferior
Espesor estaacutendar (ee)
Espesor tomado de manera anaacuteloga del espesor real
Lo especifica el productor
Espesor real (er) Espesor del adoquiacuten Medido en cada espeacutecimen
Espesor real promedio (er) del espeacutecimen
Promedio de cuatro mediciones del espesor real
Las cuatro mediciones son en el mismo espeacutecimen
Espesor real promedio (er) de la muestra
Promedio de valores del espesor real promedio del espeacutecimen
Se calcula con la cantidad de especiacutemenes de la muestra
Espesor de la capa superficial (ecs) del espeacutecimen
Espesor miacutenimo de la capa superficial en adoquines bicapa
Se mide con relacioacuten a la superficie de referencia
Espesor de la capa superficial (ecs) de la muestra
Promedio de valores del espesor de la capa superficial del espeacutecimen
Se calcula con la cantidad de especiacutemenes para la muestra
Longitud Dimensioacuten del adoquiacuten en direccioacuten del eje mayor del aacutengulo inscrito
No se incluyen separadores
Longitud estaacutendar (le)
Longitud tomada de manera anaacuteloga de la longitud real
Se especifica por el fabricante
Longitud nominal (ln)
Suma de la longitud estaacutendar maacutes el ancho estaacutendar
Longitud real (lr) Es la longitud del adoquiacuten Longitud medida directamente en cada espeacutecimen
Longitud real promedio (lr) del espeacutecimen
Promedio de dos mediciones de la longitud real
Longitudes medidas para cada espeacutecimen
Longitud real promedio (lr) de la muestra
Promedio de los valores de la longitud real promedio del espeacutecimen
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Ancho Medicioacuten del adoquiacuten en direccioacuten del eje menor del rectaacutengulo inscrito
No se incluyen separadores
142
Ancho estaacutendar (ae)
Ancho tomado de manera anaacuteloga del ancho real
Se especifica por el fabricante
Ancho nominal (an)
Suma del ancho estaacutendar maacutes el ancho de la junta estaacutendar
Ancho real (ar) Es el ancho del adoquiacuten Se mide directamente sobre cada espeacutecimen
Ancho real promedio (ar) del espeacutecimen
Promedio de dos mediciones del ancho real
Medidas para cada espeacutecimen
Ancho real promedio (ar) de la muestra
Es el promedio del ancho real promedio del espeacutecimen
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Ancho del rectaacutengulo inscrito (ai)
Dimensioacuten del eje menor del rectaacutengulo inscrito
Proyeccioacuten horizontal del bisel (phb)
Proyeccioacuten del perfil del bisel sobre la superficie de referencia
Incluye la franja por rebaba si existe
Proyeccioacuten vertical del bisel (pvb)
Proyeccioacuten del perfil del bisel sobre la pared del adoquiacuten
Incluye la franja por rebaba si existe
Ancho de los separadores (as)
Dimensioacuten transversal de los separadores en el plano de la pared del adoquiacuten
Espesor de los separadores (as)
Dimensioacuten de los separadores en sentido perpendicular a la pared del adoquiacuten
Espesor de los separadores promedio (es) del espeacutecimen
Promedio de los valores del espesor de los separadores
Medidos para cada espeacutecimen
Espesor de los separadores promedio (es) de la muestra
Promedio de los valores del espesor de los separadores promedio
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Fuente Propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 publicada 2004-02-
05
143
Tabla 7 Requisitos geomeacutetricos de los adoquines
REQUISITOS ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Longitud nominal (ln)
No debe ser mayor a 250 mm ni menor a 50 mm
Por lo general se encuentra entre 100 mm y 250 mm
Ancho nominal (an)
No debe ser menor a 50 mm Por lo general se recomienda 80 mm
Espesor estaacutendar (ee)
No debe ser menor a 60 mm Se recomienda espesores para uso peatonal no menor a 60 mm y a vehicular no menor a 80 mm
Junta estaacutendar Deber ser de 2 mm Si es mayor se considera malformacioacuten
Relacioacuten entre longitud nominal y ancho nominal
Debe ser menor o igual a 4 No se aplica a unidad complementaria o especial
Relacioacuten entre longitud nominal y espesor estaacutendar
Debe ser menor o igual a 4 No se aplica a unidad complementaria o especial
Tolerancias en la longitud real y ancho real
Cada par de mediciones no debe diferir entre si en maacutes de 15 mm
Mediciones tomadas sobre la cara de desgaste y sobre la cara de apoyo
Tolerancias en la longitud real promedia y ancho real promedia
Cada espeacutecimen de la muestra no deben diferir de la longitud estaacutendar y ancho estaacutendar en maacutes de 15mm
Mediciones tomadas en cada espeacutecimen de la muestra
Tolerancias en espesor real y espesor estaacutendar
Las mediciones del espesor real no deben diferir del espesor estaacutendar en maacutes de 2 mm
Adoquines con acabado plano o junta falsa
Aristas
Para las aristas en adoquines no biselados se aceptan desportilladuras con una dimensioacuten no mayor a 3 mm
Desportilladuras mayores a 3 mm se consideran defectos
Bisel
Debe tener igual forma y perfil en toda la longitud Tanto proyeccioacuten horizontal (phb) y proyeccioacuten vertical (pvh) debe ser miacutenimo 3 mm y maacuteximo 7 mm
Rango La diferencia entre la mayor y la menor de las mediciones de phb
Medidas tomas para cada espeacutecimen de la muestra
144
y pvh no debe ser mayor de 15mm
Separadores
En cada pared del adoquiacuten se debe tener un separador por adoquiacuten seguacuten el patroacuten de instalacioacuten Ancho de separador debe estar entre 4 mm y 15 mm Espesor del separador debe ser 2 mm maacutes o menos 05 mm
Solo aplica para adoquines con separadores descritos anteriormente
Capa superficial Espesor de la capa superficial (ecs) debe ser al menos 8 mm
Solo se aplica para adoquines bicapa En ninguacuten momento durante su uso o en el ensayo a flexo traccioacuten se debe presentar desprendimiento total y parcial de las dos capas
Fuente Propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 publicada 2004-02-
05
451 ABSORCION DE AGUA
Seguacuten la Norma Teacutecnica Colombiana ICONTEC 2017 lo adoquines de concreto al
momento de salir de la faacutebrica deben presentar una absorcioacuten de agua (Aa) menor o
igual al 7 como valor promedio de los especiacutemenes de la muestra y menor o igual a 8rdquo
para cada adoquiacuten individual (Icontec 2018)
Equipo
Para realizar las mediciones de las dimensiones del adoquiacuten se debe contar con un
calibrador de aguja con divisiones cada 01mm (Icontec 2018)
Para realizar ensayo de absorcioacuten de agua se usan los cinco especiacutemenes de la
muestra despueacutes de haberles medido las dimensiones exceptuando la del espesor de la
capa superficial y a los que posteriormente se les va a realizar ensayo a flexo traccioacuten
(Icontec 2018) Las masas se deben registrar con una balanza con una sensibilidad de
1 gramo
Y un horno ventilado con una temperatura controlada entre 100 C y 115 C y con un
volumen de al menos 25 veces el de los especiacutemenes que se van a secar al mismo
tiempo (Icontec 2018)
145
Procedimiento
Todos los especiacutemenes de la muestra se deben secar simultaacuteneamente en un horno
ventilado a una temperatura entre 100 C y 115 C Deben quedar separados entre si y de
cualquier superficie caliente como miacutenimo 25 mm Se deben secar hasta obtener una
masa sema (ms) constante despueacutes de un periodo miacutenimo de secado de 24 horas y
hasta que en dos pesajes sucesivos a intervalos de 2 horas la masa presente una
disminucioacuten de menos del 02 con respecto a la masa anterior (Icontec 2018)
Saturacioacuten
Para el ensayo los especiacutemenes deben ser sumergidos en agua durante 24 horas a
una temperatura que debe encontrarse entre 15 C y 27 C Debe haber un volumen de
agua suficiente para que entre la superficie y la cara del adoquiacuten haya una medida entre
25 mm y 50 mm No se deben poner especiacutemenes sobre otros (Icontec 2018)
Caacutelculos
Se debe usar la siguiente ecuacioacuten para hallar el porcentaje de absorcioacuten de agua del
espeacutecimen (Icontec 2018)
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899 (119860119886) =(119872ℎ minus 119872119904)
119872119904lowast 100
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
452 RESISTENCIA A LA FLEXO TRACCION (MODULO DE ROTURA)
ESPECIMENES DE ENSAYO
Los especiacutemenes a usar son unidades a las que ya les fue evaluada la apariencia las
dimensiones y hallado el porcentaje de absorcioacuten de agua Deben ser unidades
completas Las unidades son sometidas al ensayo a flexo traccioacuten con el fin de halla el
146
Modulo de Rotura (MR) Las unidades deben permanecer sumergidas en el agua durante
24 horas antes del ensayo se sacan y se dejan escurrir durante un minuto luego se
secan con un pantildeo seco para someterlas a ensayo (Icontec 2018)
EQUIPO
La maacutequina de ensayo para la determinacioacuten de la resistencia a la flexo traccioacuten debe
ser capaz de aplicar cargas de 20 KN (Icontec 2018)
Figura 15 Prueba de ensayo a Flexo traccioacuten de Adoquines de concreto (Icontec
2018)
147
Fuente Editada por los autores de (Icontec 2018)
Procedimiento
El espeacutecimen saturado y superficialmente seco se coloca sobre la maacutequina de ensayo
con la cara de desgaste hacia arriba de manera que el elemento superior de la maquina
coincida con el eje menor del rectaacutengulo inscrito sobre la cara de desgaste y los apoyos
inferiores coincida con una liacutenea paralela 10 mm adentro de los lados menores del
rectaacutengulo inscrito (Icontec 2018)
La maacutequina de ensayo debe aplicar la carga a una velocidad tal que produzca un
aumento cercano a 05MPas quiere decir que un tiempo de ensayo de 10 segundos
para 5 MPas El valor calculado se debe expresar en la unidad equivalente a MPa con
exactitud de 01 MPa (Icontec 2018)
Aparte de la Norma Teacutecnica Colombiana (NTC) 2017 que es la norma que rige la
fabricacioacuten y el uso de adoquines existe la norma American Society of Testing Materials
(ASTM) es una asociacioacuten que se encarga de medir la resistencia de los materiales para
la construccioacuten dicha norma es la base para crear las normas de nuestro paiacutes por eso
148
es de gran importancia hacer mencioacuten de ella en este documento y a las normas que se
abarcan (Icontec 2018)
A continuacioacuten algunas de las normas ASTM para adoquines en concreto
ASTM C-936 absorcioacuten flexo traccioacuten y abrasioacuten (Icontec 2018)
Absorcioacuten maacutexima a la humedad la cual dice que la absorcioacuten promedio de las
muestras ensayadas no seraacute mayor del 5 con ninguacuten resultado individual mayor del 7
(Torres 2020)
clasifica a los adoquines en tipo A B Y C seguacuten cuadro
Tabla 8 Clasificacioacuten de los adoquines seguacuten su absorcioacuten
Clase
Absorcioacuten ( en de masa)
Promedio de 3
adoquines miacutenimo
Valor maacuteximo
individual
A le7 77
B le9 99
C le9 99
Fuente (Icontec 2018)
Ensayos a la flexo traccioacuten (moacutedulo de rotura) seguacuten norma ASTM C-936 promedio
459 kgcm2 individual 367Kgcm2 no se realiza en nuestro caso al menos que sea una
peticioacuten especial del cliente consiste en someter el adoquiacuten a una carga puntual para
medir su capacidad elaacutestica antes de romperse (Torres 2020)
Clasificacioacuten de los adoquines por su uso 1- Clase A uso industrial y traacutensito pesado
350 kgcm2 2- Clase b uso transito liviano 250 kgcm2 3- Clase c uso peatonales y
espacios puacuteblicos menores de 250 kgcm2
Tabla 9 Resistencia miacutenima de los adoquines
Clase Espesor miacutenimo
del adoquiacuten (mm)
Resistencia miacutenima a flexioacuten del adoquiacuten Mpa
(kgcm2)
Promedio de 3
adoquines
Miacutenimo de adoquiacuten
individual
149
A 54(55) 46(468)
B 41(42) 35(357)
C 41(42) 35(357)
Ensayo a la Abrasioacuten Es una prueba al desgaste que en algunos proyectos exigen
como referente para medir la perdida de volumen del aacuterea sometida (Torres 2020)
Tabla 10 Resistencia a la abrasioacuten
Meacutetodo de Ensayo Valor
Mediante arena y disco
metaacutelico ancho le23 mm
Ensayo de Bohme le20000 mm35000 mm2
Fuente (Icontec 2018)
ASTM C 33 Esta norma indica coacutemo hacer concreto y que elementos deben agregarse
para prepararlo y usarlo Los agregados tratados en la norma son tanto finos como
gruesos En la norma los agregados finos estaacuten definidos como arena natural arena
elaborada o una combinacioacuten de ambas Los agregados gruesos se definen como grava
grava triturada escombros horneados y enfriados por aire concreto triturado de cemento
hidraacuteulico (Velares 2020)
Tambieacuten establece los liacutemites sobre sustancias perjudiciales o nocivas de agregado
de concreto fino Por ejemplo hay liacutemites en la cantidad de terrones de arcilla y partiacuteculas
deleznables (piezas pequentildeas de agregado que se descomponen faacutecilmente) Eacutestas se
limitan a 30 por ciento o menos de la masa total El agregado extremadamente ligero
tambieacuten se limita a 30 por ciento o menos de la masa total y el carboacuten y lignito se limitan
a 50 por ciento o menos Cualquiera de estos elementos puede hacer que el concreto
pierda fuerza y se deteriore de forma maacutes raacutepida (Velares 2020)
ASTM C-140 Dicha norma se refiere al ensayo de absorcioacuten de agua dejando un
valor menor al 5 para la absorcioacuten promedio por muestra y de 7 para valores
individuales
ASTM C-979 Especificaciones sobre el uso de pigmentos
150
ASTM C-144 Requerimientos de granulometriacutea
Tabla 11 Franja granulomeacutetrica para arena de prefabricados
TAMIZ
PORCENTAJE QUE PASA
ARENA NATURAL
ARENA MANUFACTURADA
No 4 (475mm) 100 100
No 8 (236mm) 95-100 95-100
No 16 (118mm) 70-100 70-100
No 30 (0600 mm) 40-55 40-100
No 50 (0300 mm) 13-35 13-58
No 100 (0150mm) 2--15 10--15
No 200 (0075 mm) 0 0-10
Fuente (Icontec 2018)
En Colombia existen algunas leyes que promueven el uso de energiacuteas renovables
pero tambieacuten esas mismas leyes las regulan La ley maacutes importante en el paiacutes
colombiano es la Ley 1775 de mayo de 2014 dicha ley dice que se promueve y regula el
desarrollo y el uso de las fuentes de energiacuteas renovables no convencionales en especial
las que son renovables Promueve su integracioacuten al mercado eleacutectrico la participacioacuten
en zonas vulnerables y en otros usos energeacuteticos que aportan para el desarrollo
sostenible del paiacutes (COLOMBIA 2014)
La ley 1775 de 2014 y que promueve y regula el uso de energiacuteas renovables a su vez
es regulada por la Resolucioacuten 281 del 5 de Junio de 2015 que dictoacute el director general de
la Unidad de Planeacioacuten Minero Energeacutetica (UPME) la resolucioacuten dice que por medio de
la cual se regula la integracioacuten de energiacuteas renovables no convencionales al sistema
energeacutetico del paiacutes estable el marco legal y los instrumentos para la promocioacuten el
desarrollo y la utilizacioacuten de fuentes no convencionales de energiacutea (FNCE) (UPME 2015)
La UPME realizo anaacutelisis teacutecnicos y econoacutemicos consignados en el documento
ldquoANALISIS PARA LA DEFINICION DEL LIMITE MAXIMO DE POTENCIA DE LA
AUTOGENERACION A PEQUENtildeA ESCALA EN EL SISTEMA INTERCONECTADO
151
NACIONAL (SIN)rdquo y que estos sirvieron para la definicioacuten del liacutemite de que trata la
resolucioacuten Que resuelve que
ldquoARTICULO PRIMERO El liacutemite maacuteximo de potencia de la autogeneracioacuten a pequentildea
escala seraacute un (1) MW y corresponderaacute a la capacidad instalada del sistema de
generacioacuten del autogeneradorrdquo (UPME 2015)
152
5 DISENtildeO METODOLOacuteGICO
Este proyecto de investigacioacuten se realizaraacute bajo las condiciones espaciales
medioambientales de Girardot Ciudad y Regioacuten en coordinacioacuten en la sede de la Unidad
de ensayos e investigacioacuten del semillero de investigacioacuten SEUS donde se gestoacute y que
hace parte del macroproyecto ldquoPREFABRICADOS DE NUEVA GENERACIOacuteNrdquo
51 INSTRUMENTOS
La instrumentacioacuten que se emplea en el desarrollo de este proyecto de investigacioacuten
son propiedad del laboratorio PC Disentildeos y Construccioacuten SAS y que se pueden usar
gracias al convenio interinstitucional con la Universidad Piloto de Colombia SAM ldquoUnidad
de ensayos e investigacioacutenrdquo y el laboratorio
De igual forma se usan como patrones de medida lo que especifica la norma
colombiana para construccioacuten de edificaciones Sismo Resistentes NSR-10 Los
procedimientos de cada ensayo se ajustaron de acuerdo a las normas teacutecnicas
colombianas como las ICONTEC y homologada de la norma internacional ASTM
Tabla 12 Instrumentos empleados para el proyecto
INSTRUMENTO MUESTRA PROCEDIMIENTO
Juego de tamices y balanza 01
gr
Granulometriacutea mediante
uso de tamices
ASTM C136-01
NTC 77
Mesa de flujo y moldes para
cubos
Fluidez de morteros de
cemento hidraacuteulico ASTM C-230
Equipo de concretos
Mezcladora (trompo) balanzas
palustres varilla punta roma
cilindros de acero
Toma de muestras de
concreto y fabricacioacuten de
adoquines
ASTM C172-10
NTC 454
Formaleta para adoquiacuten
Fabricacioacuten de
especiacutemenes para
ensayos y tramo de
prueba
NSR-10
Prototipo disentildeado
por los autores
Prensa hidraacuteulica para ensayo a
compresioacuten
ASTM C392005
NTC 673
153
Compresioacuten de cilindros
de concreto y
especiacutemenes de adoquiacuten
Prensa hidraacuteulica para ensayo a
flexo traccioacuten
Ensayo a flexo traccioacuten
de especiacutemenes de
muestra
Horno para ensayo de
absorcioacuten y para secado
Ensayo de absorcioacuten y
secado de las muestras
Entrevista Comunidad Municipio
Agua de Dios
Canal comunitario
H20 TV
FUENTE Los autores 2020
154
6 PROCEDIMIENTO
Aquiacute seriacutea bueno que incluyeran un paacuterrafo contando de que se trata el procedimiento
de la investigacioacuten
Figura 16 Ruta de actividades para el prototipaje de Step by Step
Fuente Los autores octubre 2020
61 CRONOGRAMA
El horario de trabajo en campo es acordado entre los autores dado al nuevo ajuste por
las restricciones por la pandemia haciendo una articulacioacuten con la sede la Unidades de
ensayos e investigaciones del semillero SEUS Fabricando los adoquines en casa y
Caracteriza-cioacuten de
agregados
bull Arena
bullCemento
bullGravilla
Disentildeo de mezclas
bullDosificacioacuten
bullConcreto translucido
Disentildeo de prototipo
bullFormaleta
bullGeometriacutea
bullPeso
ResistenciabullFabricacioacuten de muestra
bullEnsayos a muestras
155
realizando los ensayos bajo las normas teacutecnicas y de bioseguridad en la sede del
laboratorio
Para cumplir cumplir con los objetivos de este proyecto de investigacioacuten se acuerda el
siguiente cronograma
Tabla 13 Cronograma de actividades para el prototipaje de Step by Step
Fases y sus actividades Responsables Fechas de
ejecucioacuten
Recursos a
utilizar
Formulacioacuten Marlon Barrera
Fabio Viancha nov-19 Laboratorio
Caracterizacioacuten de
agregados (ensayos de
laboratorio)
Marlon Barrera
Fabio Viancha feb-20 Laboratorio
Disentildeo de mezcla- adoquiacuten
de prueba 1
Marlon Barrera
Fabio Viancha mar-20 Laboratorio
Compresioacuten de cilindros-
Resistencias
Marlon Barrera
Fabio Viancha
Abril- Mayo
2020 Laboratorio
Mezcla con materiales
reciclados
Marlon Barrera
Fabio Viancha Junio-Julio 2020 Laboratorio
Elaboracioacuten de documento Marlon Barrera
Fabio Viancha
Agosto-Sept-
Oct 2020 Biblioteca
156
7 CAPITULO 1 PROTOTIPAJE DEL ADOQUIacuteN
Como se ha mencionado se va a usar material reciclado para el disentildeo de mezcla
siendo el principal material reciclado el vidrio molido Dicho material se muele dentro del
laboratorio haciendo uso de la maacutequina de los aacutengeles El procedimiento para moler el
vidrio molido comienza pesando 5000 gramos de vidrio partido en una balanza digital
como se muestra en la siguiente imagen
Figura 17 Material reciclado (vidrio)
Fuente Los autores 2020
Luego de pesar el material se debe hacer uso de la maacutequina de los aacutengeles se
introduce el vidrio dentro de la maquina con todas las esferas de acero se pone a
funcionar la maquina durante 17 minutos
157
Figura 18 Trituracioacuten del vidrio con molino de bolas
Fuente Los autores octubre 2020
Cuando pasan los 17 minutos de tiempo de la maquina en funcionamiento esta debe
ser apagada para descargarla el vidrio ya molido se descarga sobre la bandeja de la
maacutequina
Figura 19 Vidrio pulverizado luego de la trituracioacuten y molienda
Fuente Los autores 2020
158
Luego el material se debe tamizar haciendo uso del tamiz frac12 que tiene aberturas en su malla de un diaacutemetro de 125 miliacutemetros y maacutes abajo el tamiz nuacutemero 4 que tiene aberturas en su malla de un diaacutemetro de 475 miliacutemetros
Figura 20 Tamizado del material
Fuente Los autores octubre 2020
El material a usar es el que pasa el tamiz frac12 y el que queda retenido en el tamiz nuacutemero 4 Luego el material se debe lavar usando el tamiz nuacutemero 200 para que no se pierda material
Figura 21 Vidrio lavado y secado en horno
Vidrio lavado Fuente Los autores octubre 2020
159
Luego el vidrio se debe poner a secar durante 24 horas en un horno a una temperatura de 115degC Finalmente el vidrio molido y limpio en su totalidad se almacena en canecas como se muestra en las siguientes imaacutegenes a la espera de tener el adoquiacuten con concreto convencional para luego hacer la mezcla del concreto translucido El vidrio molido queda del mismo tamantildeo de la grava y de una arena entonces en el concreto translucido este material reciclado hace el reemplazo
Figura 22 Diferentes gradaciones de vidrio triturado y molido
Fuente Los autores octubre 2020
Para la mezcla del concreto convencional se usaron agregados como la grava de
planta de diaacutemetro frac12 pulgada y a arena gris de planta asiacute como tambieacuten se usa cemento
de uso general marca Argos
La caracterizacioacuten de los materiales como la grava y la arena tuvo que realizarse de
manera remota por medio de reuniones virtuales entre los autores y la tutora de esta
investigacioacuten que por su experiencia profesional supo de queacute materiales se trataban y
se hizo una caracterizacioacuten basados en su experiencia Esto se realizoacute debido a las
restricciones de movilidad dadas por la pandemia mundial vivida en el antildeo en curso
La caracterizacioacuten del cemento de uso general marca argos se tomoacute con datos y
experimentos que ya se han realizado en el laboratorio de investigacioacuten de ante mano
se sabe que el cemento tiene un buen comportamiento con buenas caracteriacutesticas
mecaacutenicas que ayudan a que la resistencia del concreto buscada de sus resultados
160
Figura 23 Agregados para la mezcla de concreto
Fuente Los autores septiembre 2020
Teniendo la caracterizacioacuten de los materiales agregados se procede a realizar el
disentildeo de mezcla Se busca que los especiacutemenes del adoquiacuten tengan una resistencia
total a los 28 diacuteas de 4000 psi por lo que para el volumen de los adoquines que se van
a fundir se hace el siguiente disentildeo de mezcla
Tabla 14 Dosificacioacuten para la elaboracioacuten de las muestras
Material Unidad Cantidad
Cemento Kg 17
Agua Kg 85
Agregado grueso Kg 30
Agregado fino Kg 26
Aditivo cm3 170
Se aclara que el agregado grueso se refiere a la grava y el agregado fino a la arena
161
El aditivo que se usa para la mezcla es Sika Fluid es un aditivo proporcionado por el
laboratorio de PC Disentildeos y construccioacuten SAS Este aditivo es liacutequido y lo que hace es
permitir que la mezcla de concreto sea maacutes fluida y trabajable sin la necesidad de usar
maacutes agua ademaacutes de esto mejora la resistencia del concreto es todas las edades y
disminuye la permeabilidad del mismo
Este aditivo tiene tres usos plastificante reductor de agua y economizador de
cemento Como plastificante ayuda a obtener mezclas maacutes fluidas se adiciona a una
mezcla de concreto y se consigue que se incremente el asentamiento (SIKA 2018)
Como reductor de agua al adicionarlo a la mezcla sin variar el asentamiento se reduce
el agua y se incrementa la resistencia (SIKA 2018) Como economizador de cemento
ese incremento en resistencia se puede aprovechar reduciendo la cantidad de cemento
y se reducen los gastos (SIKA 2018) Para realizar la mezcla de concreto con el disentildeo
de mezcla obtenido primero se pesan los materiales haciendo uso de una balanza para
personas como la que se muestra en la imagen a continuacioacuten
Figura 24 Dosificacioacuten de agregados
Fuente 2020
Masa de agregados Homogenizacioacuten en seco
Mezclado Elaboracioacuten de muestras
162
Al pesar los agregados estos se vaciacutean sobre una batea y se mezclan en seco de una
manera uniforme para que la mezcla quede homogeacutenea eso se realiza usando uso de
una pala Finalmente se moja la mezcla con la cantidad de agua mezclada con el aditivo
estipulada en el disentildeo de mezcla y se revuelve dentro de la batea de una manera
uniforme buscando que la mezcla de concreto quede homogeacutenea Seguido se procede a
realizar es a untar la formaleta de acpm y vaciar el concreto sobre ella para fundir los
adoquines Se espera un diacutea despueacutes de la fundida para desencofrar y proceder a curar
los adoquines en una caneca de agua como se muestra en las siguientes imaacutegenes
Figura 25 Desencofrado de prototipos de concreto hidraacuteulico
Fuente los autores 2020
En la imagen anterior se logra evidenciar la forma de cada adoquiacuten el orificio del medio
es por donde se instalaraacuten los cables hacia la pieza de forma trapezoidal donde iraacute la luz
led y el concreto translucido
Desencofrado de muestras Curado de muestras
163
8 CAPITULO 2 DISENtildeO GEOMEacuteTRICO DEL PAVIMENTO ARTICULADO
Disentildeo de adoquiacuten
Como primera medida se realizoacute un disentildeo de la forma del adoquiacuten prefabricado el
cual se escogioacute de forma rectangular y con las especificaciones mostradas en las
siguientes imaacutegenes donde se adjunta el modelo haciendo uso de programas de disentildeo
como AutoCAD en las cuales encontramos
Detalle de adoquiacuten
Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida
Detalle del adoquiacuten 3D
Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 3D
Figura 26 Detalle del adoquiacuten
Fuente los autores 2020
164
Figura 27 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida
Fuente los autores septiembre 2020
Figura 28 Detalle del adoquiacuten 3D
Fuente los autores 2020
CINTA DE LUCES LED
PIEZA DE CONCRETO TRANSLUCIDO
CABLEADO
COLORCARACTERISTICO
165
Figura 29 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 3D
Fuente los autores septiembre 2020
En las figuras anteriores se identifica el disentildeo de adoquiacuten individualmente donde
se puede observar un espesor de 8 cm en cuanto a su espesor total en las caras
exteriores un espesor de 2 cm en el concreto translucido el cual se puede observar en
el medio del adoquiacuten tambieacuten unas dimensiones en cuanto a su largo y ancho de 25 cm
y 15 cm respectivamente en el concreto convencional y en su interior la pieza translucida
las dimensiones en cuanto a su largo y ancho son de 16 cm y 8 cm respectivamente por
uacuteltimo en las imaacutegenes se puede observar un agujero en el medio del adoquiacuten que
atraviesa el concreto convencional por el cual pasariacutea el cableado que permitiriacutea conectar
los adoquines al sistema de sensores y de energiacutea solar u adaptable a otras energiacuteas
166
Para definir teoacutericamente las propiedades del adoquiacuten y tener una base que nos
permita tener en cuenta caracteriacutesticas como el espesor teniendo en cuenta la resistencia
a la compresioacuten y flexioacuten esto aplicando el meacutetodo racional despejando la formula
principal anteriormente nombrada
1205902 = 1199020
[
1 minus(119911119886)
3
(1 + (1199112
1198862))
32
]
1205902 = 2942
[
1 minus(
0080025
)3
(1 + (0082
00252))
32
]
1205902 = 87124 119873
Donde
σ2= esfuerzo vertical
en esfuerzo vertical es el resultado de la operacioacuten anterior donde el resultado despueacutes
de despejar fue de 87124 newton
α = radio de la carga de la huella circular o semieje en la direccioacuten x de la carga de
huella eliacuteptica donde se realizoacute un estudio de una llanta promedio donde se pintoacute y se
dibujoacute la huella con el fin de conocer el radio teniendo un resultado de 25 cm de radio la
huella realizada se puede observar en la siguiente imagen
167
Figura 30 Huella de neumaacutetico
Fuente los autores 2020
qo = presioacuten de la carga encontrada en el puente por medio de una estimacioacuten la cual
contiene el peso promedio de una persona el cual es de 63 kg pero tambieacuten se tiene en
cuenta si la persona se desplaza en cicla ya que cabe la posibilidad aunque es peatonal
y tenemos un factor de seguridad estimado de 3 veces el peso promedio lo cual nos dariacutea
un peso maacuteximo de 300 kg lo cual en cuanto a la carga multiplicaacutendolo por la gravedad
tendriacuteamos 2942 N
X Y y Z = coordenadas cartesianas de un punto es encontrada gracias a la estructura
del pavimento ya que ese desplazamiento de la energiacutea en el eje z en el caso de este
sendero es de 8 cm el cual es el espesor del adoquiacuten este solo descansa en una capa
de arena
Disentildeo de Tramo
Despueacutes de disentildear el adoquiacuten como unidad se procedioacute a disentildear un tramo el cual
como antes se nombroacute un sitio ideal para el desarrollo del mismo es la vereda los chorros
por lo cual se decidioacute para obtener una adaptabilidad al terreno y un disentildeo que sea
atractivo y el resultado de este tramo con los adoquines propuestos se puede observar
en la siguiente imagen
Figura 31 Vista en planta sendero inteligente
168
Fuente los autores 2020
Como se puede observar en la Figura 31 se obtiene una vista en planta la cual tiene
un disentildeo intercalado con una armoniacutea en los colores caracteriacutesticos del adoquiacuten que le
permite al sendero inteligente ser tener un impacto el cual genere un acercamiento de los
turistas y comunidad en general tambieacuten el tramo contiene unas dimensiones tentativas
de 17 metros y de 293 metros en cuanto a su ancho y largo respectivamente
169
Posterior mente se realizoacute un plano esquemaacutetico donde se observan las tuberiacuteas y
cableado electro a implementar en el disentildeo del sendero inteligente donde se encuentra
una red eleacutectrica guiada por tuberiacuteas en la parte inferior que conduce el cableado hasta
el sistema que compone la alimentacioacuten con energiacutea solar el cual se puede observar a
continuacioacuten
Figura 32 Informacioacuten eleacutectrica
Fuente los autores 2020
170
Disentildeo de formaleta
Al tener los materiales necesarios con su respectiva caracterizacioacuten el siguiente paso
fue realizar el disentildeo y la construccioacuten de la formaleta en la cual se fundiriacutea la parte
construida con concreto del adoquiacuten esta se puede observar a continuacioacuten
Figura 33 Formaleta
Fuente los autores 2020
En la Figura 33 se puede observar la formaleta construida en madera de un buen
grosor ya que se necesita una buena esta resistencia la cual fue disentildeada con unos
trozos de madera de 2 cm de espesor el cual deja el espacio para la posterior adicioacuten del
concreto translucido tambieacuten se puede observar un cilindro de madera el cual permite
dejar el espacio para la conexioacuten de la luz led
Construccioacuten de adoquines
Despueacutes de tener construida la formaleta y con los materiales listos el siguiente
paso es realizar la mezcla del concreto convencional para vaciarlos en la formaleta ya
preparada tal como se puede observar a continuacioacuten
171
Figura 34 Prototipaje del adoquiacuten
Fuente los autores 2020
Mezcla Concreto hidraacuteulico Vaciado del concreto
Pasantes de cables Desecofrado de pasantes
Adoquiacuten parte inferior Adoquines con pasantes
Concreto transluacutecido Adoquines bicapa
172
Posteriormente se realizoacute el vaciado del concreto convencional en la formaleta
preparada con su respectivo vibrado y las diferentes teacutecnicas que permiten tener un
concreto de buena finalmente cuando el concreto tiene una consistencia considerable y
teniendo en cuenta el entorno se procede a desencofrar los adoquines y retirar los
implementos instalados en el medio para permitir el paso del cableado (ver Figura 34)
Despueacutes de tener los adoquines desencofrados el siguiente paso es apartas los que
van a ser sometidos a pruebas de compresioacuten y flexioacuten dejaacutendolos sumergidos durante
el tiempo estipulado en el siguiente capiacutetulo donde algunos son fallados con y otros sin
concreto translucido ademaacutes de apartar los 14 adoquines del tramo de prueba los cuales
fueron fundidos con el concreto translucido instalando previamente una cinta de luz led
la cual tiene un cableado interno como anteriormente se nombroacute tambieacuten cabe resaltar
que el conglomerado de la pieza translucida estaacute constituida por agregado preparado con
vidrio el cual se tara de diferentes tamantildeos para realizar la mezcla que le otorga a la pieza
las propiedades translucidas
Por uacuteltimo se realiza la prueba del circuito eleacutectrico el resultado es que todos
funcionaron correctamente tal como se pueden observar en la Figura 35 durante el diacutea y
en la Figura 36 durante la noche
Figura 35 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica diacutea
Fuente los autores octubre 2020
173
Figura 36 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica noche
Fuente los autores 2020
Finalmente se prosiguioacute a aplicar la pintura para darle el color caracteriacutestico a cada
adoquiacuten tal como se puede observar a continuacioacuten
Figura 37 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica
Fuente los autores 2020
174
9 CAPITULO 3 RESISTENCIA MECAacuteNICA
Para realizar los ensayos de resistencia y cumplir con las especificaciones y
caracteriacutesticas que tiene la normar colombiana NTC 2017 en el apartado del marco legal
se fabricaron 40 adoquines estos se fundieron en 4 diacuteas diferentes debido a que la
capacidad de la formaleta solo es para 10 adoquines Se fabricaron con el mismo disentildeo
de mezcla
Al desencofrar 10 adoquines estos entraban en proceso de curado en una caneca de
55 galones de capacidad a la espera de tener toda la cantidad de adoquines fabricada y
esta a su vez poder ser trasladados a las instalaciones del laboratorio PC Disentildeos y
Construccioacuten SAS donde inmediatamente entran a continuar el proceso de curado en
una piscina como se muestra en la imagen a continuacioacuten
Figura 38 Curado de muestras de Step by Step
Fuente Los autores 2020
175
A los especiacutemenes de la muestra se les realizan ensayos de resistencia a la
compresioacuten ensayo de resistencia a flexo traccioacuten esto con el fin de conocer el moacutedulo
de rotura (MR) y garantizar que los especiacutemenes cumplan con el miacutenimo que requiere la
norma aparte se realiza ensayo de absorcioacuten de agua para evitar dantildeos en eacutepocas de
lluvias Se deja claro en este documento que no se realiza ensayo de abrasioacuten dado a
que es un prototipo que seraacute usado en andenes y senderos peatonales en ninguacuten caso
y bajo ninguna circunstancia los especiacutemenes podraacuten ser expuestos por el traacutensito de
automotores
Al completarse los diacuteas de las edades de maduracioacuten del concreto los adoquines se
deben dejar secar luego se procede a tomar medidas tres anchos tres largos y el
espesor asiacute como tambieacuten se deben pesar antes de realizar el ensayo
Figura 39 Peso de muestras de Step by Step
Peso de adoquiacuten Fuente Los autores septiembre 2020
Al haberles tomado el peso y las medidas correspondientes se procede a poner el
espeacutecimen de manera cuidadosa sobre la prensa hidraacuteulica de manera que quede
centrado y bien puesto Se realiza el ensayo y se anotan los resultados para los caacutelculos
176
correspondientes Este proceso debe repetirse para todos los especiacutemenes de la muestra
que se tengan para ensayo el diacutea seguacuten corresponda
Tabla 15 Datos iniciales resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo
Fecha
Toma
Fecha Rotur
a
Edad
Ancho Largo Rectaacutengulo
Inscrito
a1 a2 a3 L1 L2 L3 Anch
o Larg
o
mm
mm
mm
mm mm
mm
mm mm
S-1 C 8-sep 15-sep 7
diacuteas 145 146 146 250 250 249 90 170
S-1 C 8-sep 15-sep 7
diacuteas 154 154 155 250 250 250 90 170
S-1 C 8-sep 22-sep 14
diacuteas 152 152 153 250 250 250 90 170
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 153 153 153 249 249 250 90 170
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 153 153 152 251 251 251 90 170
S-2 C 9-sep 16-sep 7
diacuteas 148 149 148
2515
252 251 90 170
S-2 C 9-sep 16-sep 7
diacuteas 153 153 153 252 252 251 90 170
S-2 C 9-sep 23-sep 14
diacuteas 155 154 154 249 249 250 90 170
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 150 150 150 250 251 250 90 170
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 152 152 151 252 252 253 90 170
S-3 C 10-sep
17-sep 7
diacuteas 152 153 156 256 254 253 90 170
S-3 C 10-sep
17-sep 7
diacuteas 150 150 150 250 250 249 90 170
S-3 C 10-sep
24-sep 14
diacuteas 150 149 149 252 251 251 90 170
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 150 154 255 255 254 90 170
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 151 152 249 251 252 90 170
177
S-4 C 11-sep
18-sep 7
diacuteas 159 149 150 253 253 253 90 170
S-4 C 11-sep
18-sep 7
diacuteas 153 153 152 251 251 252 90 170
S-4 C 11-sep
25-sep 14
diacuteas 150 150 151 253 253 252 90 170
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 152 153 153 253 252 252 90 170
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 155 152 150 251 251 252 90 170
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Tabla 16 Resultados de resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo Aacuterea
rectaacutengulo Inscrito (mmsup2)
W (gr)
Carga maacutexima
(kN) Resistencia
S-1 C 15300 6752 3684 1749 MPa
2536 psi
S-1 C 15300 6885 3991 1714 MPa
2486 psi
S-1 C 15300 6810 4579 2010 MPa
2915 psi
S-1 C 15300 6908 4491 1966 MPa
2851 psi
S-1 C 15300 6641 454 1972 MPa
2861 psi
S-2 C 15300 6831 4624 2101 MPa
3048 psi
S-2 C 15300 6821 4974 2144 MPa
3109 psi
S-2 C 15300 6977 5695 2457 MPa
3563 psi
S-2 C 15300 6874 5213 2343 MPa
3398 psi
S-2 C 15300 7021 5379 2342 MPa
3396 psi
S-3 C 15300 7417 415 1745 MPa
2531 psi
S-3 C 15300 6929 4346 1962 MPa
2846 psi
178
S-3 C 15300 6963 3889 1749 MPa
2537 psi
S-3 C 15300 7022 4301 1844 MPa
2674 psi
S-3 C 15300 6960 4691 2073 MPa
3006 psi
S-4 C 15300 7114 3771 1617 MPa
2345 psi
S-4 C 15300 7255 504 2185 MPa
3169 psi
S-4 C 15300 7385 5357 2362 MPa
3425 psi
S-4 C 15300 6990 4991 2149 MPa
3117 psi
S-4 C 15300 7223 4791 2084 MPa
3023 psi
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Figura 40 Registro fotograacutefico de las muestras a compresioacuten
Fuente Los autores 2020
Para calcular la resistencia de la muestra total se deben calcular promedios primero
un promedio de los resultados de las pruebas a 7 diacuteas luego promedio con los resultados
de las pruebas a 14 diacuteas y por uacuteltimo un promedio con los resultados de las pruebas a 28
diacuteas
Finalmente los resultados son los siguientes
Compresioacuten de muestras Fractura de muestras
179
Tabla 17 Consolidado de la resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Edad Resistencia
7 diacuteas 2759 psi
14 diacuteas 3110 psi
28 diacuteas 3041 psi
Fuente Los autores octubre 2020
Para el ensayo de resistencia a la flexotraccioacuten tambieacuten es necesario tomar tres
medidas de ancho tres medidas de largo el espesor y el peso
El espeacutecimen debe ponerse cuidadosamente sobre la maacutequina de ensayo de rotura al
tercio medio se debe dejar el apoyo superior en la mitad exacta del espeacutecimen y los
apoyos inferiores deben quedar de manera que a los dos costados se tenga la misma
medida desde donde se encuentra el apoyo hasta el final del espeacutecimen se procede a
realizar el ensayo y se anotan los resultados para los caacutelculos correspondientes
Figura 41 Resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto
Fuente Los autores septiembre 2020
180
Tabla 18 Datos iniciales resistencia a la flexo traccioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo Fecha Toma
Fecha Rotura
Edad
Ancho Largo Espesor
a1 a2 a3 L1 L2 L3 er
mm mm mm mm mm mm mm
S-1 C 8-sep 15-sep
7 diacuteas
149 149 150 252 252 252 100
S-1 C 8-sep 15-sep
7 diacuteas
152 152 151 250 250 250 100
S-1 C 8-sep 22-sep
14 diacuteas
152 152 151 250 251 251 100
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 150 150 150 149 250 250 100
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 149 149 150 150 250 250 100
S-2 C 9-sep 16-sep
7 diacuteas
151 151 151 250 250 250 100
S-2 C 9-sep 16-sep
7 diacuteas
150 150 149 249 250 249 100
S-2 C 9-sep 23-sep
14 diacuteas
149 149 149 150 252 252 100
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 151 151 151 150 251 251 100
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 152 153 153 251 251 251 100
S-3 C 10-sep
17-sep
7 diacuteas
152 152 153 246 249 250 100
S-3 C 10-sep
17-sep
7 diacuteas
154 153 151 252 252 253 100
S-3 C 10-sep
24-sep
14 diacuteas
153 153 154 254 254 254 100
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 152 152 153 253 254 253 100
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 152 152 250 250 251 100
S-4 C 11-sep
18-sep
7 diacuteas
150 150 151 252 252 253 100
S-4 C 11-sep
18-sep
7 diacuteas
154 155 153 252 253 252 100
S-4 C 11-sep
25-sep
14 diacuteas
151 151 152 250 251 251 100
181
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 151 152 152 253 253 253 100
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 153 152 151 253 253 255 100
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Tabla 19 Resultados de resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo W (Peso)
Longitud entre
apoyos
Carga maacutexima
Moacutedulo de Rotura
6620 165 176 583 MPa
S-1 C 6467 165 111 362 MPa
S-1 C 6845 165 191 623 MPa
S-1 C 6717 165 2385 787 MPa
S-1 C 6716 165 25 829 MPa
S-1 C 6885 165 2075 680 MPa
S-2 C 6807 165 1835 607 MPa
S-2 C 6792 165 2205 733 MPa
S-2 C 6917 165 2395 785 MPa
S-2 C 6977 165 2255 731 MPa
S-2 C 7145 165 213 692 MPa
S-3 C 6904 165 1885 611 MPa
S-3 C 7120 165 1815 586 MPa
S-3 C 7138 165 1855 603 MPa
S-3 C 6918 165 179 584 MPa
S-3 C 7327 165 162 533 MPa
S-4 C 7181 165 194 624 MPa
S-4 C 7117 165 227 743 MPa
S-4 C 6950 165 1771 578 MPa
S-4 C 6923 165 1725 562 MPa
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
182
La maacutequina de ensayo de resistencia a flexo traccioacuten arroja un dato de carga puntual
en Kilo Newton se deben hacer las conversiones correspondientes para tener el
resultado de moacutedulo de rotura (MR) en MPa
Para calcular el moacutedulo de rotura (MR) de la muestra total se deben calcular
promedios primero un promedio de los resultados de las pruebas a 7 diacuteas luego
promedio con los resultados de las pruebas a 14 diacuteas y por uacuteltimo un promedio con los
resultados de las pruebas a 28 diacuteas
Finalmente los resultados son los siguientes
Tabla 20 Resultados de moacutedulo de rotura
Edad MR
7 diacuteas 59 MPa
14 diacuteas 67 MPa
28 diacuteas 68 MPa
Fuente Los autores 2020
Los resultados del moacutedulo de rotura cumplen y garantizan la norma NTC 2017 dado
a que como se explicoacute en el apartado del marco legal el resultado de moacutedulo de rotura
para cada espeacutecimen debe ser 38 MPa y como se observa en la tabla de resultados los
valores se encuentran claramente por encima de ese valor para toda la muestra y el
promedio el resultado debe ser miacutenimo 42 MPa teniendo un resultado total de moacutedulo
de rotura a los 28 diacuteas de 11 Mpa por lo que claramente se garantiza el cumplimiento
de esta caracteriacutestica
La norma especiacutefica que se pueden dejar moacutedulos de rotura mayores a los que se
especifican
ABSORCION
Para realizar el ensayo de absorcioacuten se toman 8 especiacutemenes a los que ya se les ha
realizado el ensayo de flexo traccioacuten El ensayo de absorcioacuten inicia tomando los
especiacutemenes de la muestra para tomar un peso inicial tal cual estaacuten luego se colocan
183
en el horno durante 24 horas a una temperatura de entre 100 degC y 115degC al pasar las
24 horas deben ser sacados se dejan enfriar y se toma el peso que es el peso seco
(Ms)
Luego de tomar el peso seco se toman los especiacutemenes y se sumergen en agua
durante 24 horas a una temperatura de entre 15degC y 27degC al pasar el tiempo de
saturacioacuten y haciendo uso de un alambre se toma el peso que es el peso sumergido
(Ma) Finalmente se deben sacar del agua los especiacutemenes y se deben dejar escurrir
durante un minuto luego se seca su superficie con un pantildeuelo y se toma el peso del
espeacutecimen lo que es el peso sumergido con superficie seca (Mh)
Al tener los resultados de los pesos se procede a realizar los caacutelculos
correspondientes
Se debe iniciar reemplazando para hallar el valor de la absorcioacuten (Aa) en kgm3 de
la siguiente manera
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899(119860119886)119896119892
1198983=
(119872ℎ minus 119872119904)
119872ℎ minus 119872119886lowast 1000
Luego se calcula el porcentaje de absorcioacuten de la siguiente manera
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899 (119860119886) =(119872ℎ minus 119872119904)
119872119904lowast 100
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
Finalmente se calcula la densidad del espeacutecimen seco lo cual se realiza usando la
siguiente formula
119863119890119899119904119894119889119886119889 (119863)1198921199031198881198983 =(119872119904 minus 119872ℎ)
119872119886
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
184
Ma Masa inmersa en agua y suspendida del espeacutecimen en gramos
Al realizar los caacutelculos correspondientes se obtienen los siguientes resultados
Tabla 21 Resultados Prueba de Absorcioacuten
Coacutedigo Peso Seco
Peso Saturado
SS
Aa ()
Densidad
1C 6417 gr 6506 gr 14 2001grcmsup3
3 8732 gr 8780 gr 05 2086grcmsup3
5 6040 gr 6070 gr 05 2076grcmsup3
7 6449 gr 6466 gr 03 2143grcmsup3
9 3760 gr 3782 gr 06 2062grcmsup3
11 13247
gr 13275 gr
02 2105grcmsup3
13 10067
gr 10166 gr
10 2069grcmsup3
15 9641 gr 9689 gr 05 2145grcmsup3
Fuente Los autores 2020
El valor promedio de Absorcioacuten (Aa) de la muestra es 060 como se evidencioacute
en el apartado del marco legal el valor promedio de la muestra no debe superar el 7
para lo cual la muestra cumple el requisito de absorcioacuten que exige la norma NTC 2017
185
10 CAPITULO 4 COSTOS
Desde que se comienza con la planificacioacuten del proyecto se lleva una bitaacutecora en
donde se van anotando con fechas cada uno de los insumos requeridos para la ejecucioacuten
del proyecto desde la etapa inicial con el disentildeo de formaletas hasta la etapa final con la
construccioacuten del sendero inteligente
Cabe resaltar que como se contaba con recursos limitados a raiacutez de la pandemia
generada por el Covid-19 la mayoriacutea de las herramientas utilizadas en el proyecto fueron
prestadas solo fue de gran importancia construir la formaleta para el prototipo de adoquiacuten
como se muestra en la siguiente tabla
Tabla 22 Costos generales de maquinaria y equipo
Herramientas empleadas Step by Step
Herramientas cantidad valor unitario valor total
Batea 1
pala 1
Palustre 1
Baldes 1
Balanza 1
Llana de madera 1
Caneca de 55Galones
1
Formaleta 1 $ 110000 $ 110000
Fuente los autores 2020
Para las pruebas y ensayos de laboratorio fue necesario la construccioacuten de 40
adoquines para los cuales fueron requeridos los siguientes materiales con sus precios
respectivos
186
Tabla 23 Presupuesto general de materiales para el prototipaje
Materiales empleados step by step Adoquines de prueba
Materiales cantidad valor unitario valor total
Agregado Grueso 2 bogados $ 8000 $ 16000
Agregado Fino 2 bogados $ 7000 $ 14000
Cemento 2 bultos $ 25500 $ 51000
Aditivo 1 $ 5840 $ 5840
Resina Ortoftalica 2 botellas $ 15000 $ 30000
Catalizador 2 $ 2000 $ 4000
Agua $ 5000 $ 5000
Vidrio 2000 gramos $ 8500 $ 17000
Pigmento 2 $ 3000 $ 6000
Acpm $ 2000 $ 2000
TOTAL $ 150840
Fuente los autores 2020
Finalmente y despueacutes de las pruebas garantizando que se cumpliera la normativa se
construyen los adoquines que son requeridos para la construccioacuten del tramo de prueba
para lo cual fue necesario llevar los siguientes costos en bitaacutecora
Tabla 24 Presupuesto general Tramo de prueba
Adoquines para tramo de prueba
Materiales Cantidad Valor unitario Valor total
Arena 25 baldes $ 1100 $ 27500
Grava 25 baldes $ 1100 $ 27500 Aditivo 1 $ 5840 $ 5840
Pigmento 2 $ 3000 $ 6000 Vidrio 2000 gramos $ 8500 $ 17000
Resina ortoftalica 2 botellas $ 15000 $ 30000 Catalizador 2 $ 2000 $ 4000
Aditivo 1 $ 2200 $ 2200 Cemento 2550 Kg $ 13000 $ 13000
Luz led 250 metros $ 13000 $ 32500
187
Cable 2 metros $ 500 $ 1000 TOTAL $ 117040
Cabe la pena aclarar que el costo total es para veinte adoquines por lo que el precio
total por unidad de adoquiacuten es de $5842 pero para el tramo de prueba solo fueron
necesarios catorce adoquines por lo que para el costo total del sendero solo se tiene en
cuenta el costo de los catorce adoquines y no de los veinte ya que los seis restantes se
usaron para ensayos de laboratorio con el concreto translucido
Despueacutes de haber realizado todos los ensayos y de garantizar que el prototipo del
adoquiacuten cumpliera con la normativa se procede a disentildear y construir el tramo de prueba
para lo cual se realizoacute un presupuesto de obra en donde se incluyen todos los insumos
y materiales usados para el tramo con sus respectivos costos
Tabla 25 Cantidades de obra para tramo de prueba
Iacutetem Actividad Und Cant VUnit Vtotal
1 Excavacioacuten Manual zanja en tierra H=04m
m3 04 $ 30000
$ 30000
2 Relleno en recebo para subbase
Bogado 3 $ 4500
$ 13500
3 Capa de arena para sentar adoquines
Bogado 1 $ 8500
$ 8500
4 Concreto para bordes y caja de elementos electroacutenicos
m3 0012 $ 22500
$ 270
5 Adoquines UND 14 $ 5842
$ 81788
6 Arduino uno UND 1 $ 31900
$ 31900
7 Releacute cuatro puertos UND 1 $ 11700
$ 11700
8 Bateriacutea 40 Ah UND 1 $ 322000
$ 322000
9 Panel solar 55W UND 1 $ 280000
$ 280000
10 Regulador de carga UND 1 $ 51500
$ 51500
11 Inversor de Carga UND 1 $ 70000
$ 70000
188
12 Fuente de 110v a 12v UND 2 $ 15000
$ 30000
13 Sensor ultrasonido UND 2 $ 7100
$ 14200
14 Conectores HM UND 20 $ 3000
$ 60000
15 Conectores MM UND 20 $ 3000
$ 60000
TOTAL $ 1065358
Fuente los autores 2020
Como se evidencia en la tabla anterior el costo del sendero de prueba es de $1065358
es de importancia aclarar que como se contaba con la limitacioacuten de recursos solo se
pudo hacer la construccioacuten del sendero inteligente haciendo uso de catorce adoquines
pero que los elementos electroacutenicos que componen el sistema fotovoltaico para la
recoleccioacuten de energiacutea y los sensores que se encuentran en el sendero funcionan para
un sendero maacutes largo y ancho si asiacute se requiere lo que quiere decir que si se desea
construir un sendero inteligente Step by Step de 3 metros de largo por 1 metro de ancho
no es necesario adquirir un sistema fotovoltaico maacutes costoso
Finalmente al costo del tramo de prueba se le debe sumar el costo de los adoquines
que fueron necesarios para los ensayos previos el cual fue de $150840 maacutes el costo de
mano de obra que fue de $200000 para que finalmente el costo a lo que este proyecto
se refiere en su totalidad es de $1416198
189
190
11 VALIDACIOacuteN EN CAMPO TRAMO DE PRUEBA
Con el fin de prototipar el proyecto Step by Step se realizoacute un tramo de prueba en el
municipio de Agua de Dios el cual se acogioacute en conjunto con la alcaldiacutea municipal la cual
nos otorgoacute el permiso y expreso el beneficio del proyecto para la comunidad y su intereacutes
en el por medio de un oficio
El tramo de prueba se construyoacute en el parque Simoacuten Boliacutevar en el municipio de Agua
de Dios el cual es muy concurrido ya que es el segundo parque maacutes importante del
municipio su localizacioacuten se puede observar a continuacioacuten por medio de una imagen
tomada de la plataforma satelital google maps
Figura 42 Localizacioacuten tramo de prueba
Fuente (Google Earth 2020)
Como se puede observar en la imagen anterior el parque boliacutevar se encuentra ente la
carrera 11- 12 y entre la calle 11 ndash 12 al lado de la biblioteca municipal del municipio de
Agua de Dios Despueacutes de escoger el lugar donde se va a instalar se prosiguioacute a escoger
en que parte del parque se instala por lo cual se escogioacute en el centro del parque en
terreno natural enseguida del lugar donde se realizan ejercicios se puede observar en la
siguiente imagen
Se realizoacute una excavacioacuten manual por parte de los autores la cual tuvo unas
dimensiones de 1 metro de ancho por 1 metro de largo por 41 cm de profundidad el cual
se puede observar en la siguiente imagen
Figura 43 Proceso constructivo del Tramo de prueba Step by Step
191
Fuente los autores 2020
Excavacioacuten Profundidad de excavacioacuten
Sub base compactada Arena
Instalacioacuten eleacutectrica Instalacioacuten de adoquines
Confinamiento lateral
192
Despueacutes de realizar la excavacioacuten se prosiguioacute a rellenar y compactar con recebo el
cual tiene un espesor de 30 cm para mejorar las condiciones del terreno Posteriormente
al relleno con recebo se prosigue a poner la capa de arena que sirve como cama para la
instalacioacuten de adoquines la cual tiene un espesor de 3 cm El siguiente paso es realizar
una nivelacioacuten de la arena y con la cama totalmente plana se acomodan los adoquines
como se disentildearon anteriormente con el cableado de los adoquines sacaacutendolos por el
lado escogido por el terreno Posteriormente a tener los adoquines instalados con el
cableado eleacutectrico se prosiguioacute a fundir concreto con el fin de mejorar la esteacutetica del tramo
de prueba ademaacutes de realizar la estructura donde se dejaraacuten fijas las cajas eleacutectricas en
un bordillo de concreto
Posteriormente a la instalacioacuten integral del tramo de prueba el siguiente paso es
realizar la parte electroacutenica del tramo de prueba la cual viene alimentada por energiacutea
solar la cual se activa por medio de sensores instalados en el bordillo anteriormente
mencionado los cuales trabajan en conjunto con Arduino uno y un moacutedulo releacute de cuatro
canales lo cual viene de la siguiente manera en el esquema observado a continuacioacuten
Figura 44 Cableado parte electroacutenica
Fuente los autores 2020
En la imagen anterior se puede observar el cableado electroacutenico el cual consta de 2
sensores ultrasonido los cuales van conectados al Arduino uno el cual estaacute encargado
de enviar la informacioacuten al moacutedulo releacute para posteriormente el alumbrado de los
adoquines instalados anteriormente
Despueacutes de realizar el cableado el siguiente paso es realizar la programacioacuten del
arduino uno la cual consiste en recibir la informacioacuten de los sensores al detectar un
cambio en un campo estimado de 60 cm estos comenzaacutendose a contar despueacutes de 20
193
cm los cuales son los que se estiman desde el bordillo y posteriormente esta informacioacuten
ordena en conjunto con el moacutedulo releacute al encendido de la luz led instalada en los
adoquines los cuales se encenderaacuten en grupos de a 6 cada grupo instalado a un sensor
esta programacioacuten se puede observar en la siguiente imagen
Figura 45 Programacioacuten Arduino uno
Fuente los autores 2020
Despueacutes de tener lista la programacioacuten el siguiente paso es introducir esta
programacioacuten por medio de la aplicacioacuten oficial de Arduino y un cable que es otorgado
en la compra del Arduino esta instruccioacuten se puede observar en la siguiente imagen
194
Figura 46 Introduccioacuten de la programacioacuten al Arduino uno
Fuente los autores 2020
Posteriormente a tener los componentes electroacutenicos funcionando en conjunto con los
sensores el siguiente paso es la instalacioacuten en el tramo de prueba en donde se introducen
en una caja eleacutectrica la cual se impermeabiliza completamente y se introduce en una
estructura de concreto construida que funciona como capa protectora para las cajas con
los implementos electroacutenicos esto se puede observar a continuacioacuten
Figura 47 Caja con implementos electroacutenicos sellada
Fuente los autores noviembre 2020
195
Figura 48 Elementos electroacutenicos instalados
Fuente los autores noviembre 2020
El siguiente paso fue conectar los componentes electroacutenicos anteriormente nombrados
con la fuente de energiacutea la cual es proporcionada por un panel solar el cual viene
conectado por medio de un cableado esto se puede observar a continuacioacuten donde se
encuentra el panel solar y el sendero inteligente Step by Step recolectando energiacutea en el
diacutea tomaacutendola del sol para posteriormente ser aprovechada en la noche para hacer
funcionar la iluminacioacuten del sendero
Figura 49 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar
Fuente los autores noviembre 2020
Por uacuteltimo se encuentra el prototipo del sendero inteligente Step by Step en
funcionamiento el cual es encendido a las 6 pm y se pone a disposicioacuten de la comunidad
196
donde se observoacute un gran impacto en todas las personas que transitan este parque del
municipio de Agua de Dios en las siguientes imaacutegenes se puede observar el sendero
inteligente funcionando con la energiacutea solar recolectada durante el diacutea y en disposicioacuten
de los usuarios
Figura 50 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar en funcionamiento
Fuente los autores 2020
1 2
3 4
5 6
197
12 CONCLUSIONES
Al culminar el proceso de disentildeo prototipaje y validacioacuten en campo del sendero
inteligente Step by Step se concluye que la adherencia entre el concreto hidraacuteulico y el
concreto transluacutecido elaborados con materiales reciclados en un adoquiacuten bicapa para
traacutefico peatonal en las dimensiones propuestas de la Figura 28 registra una resistencia
a la compresioacuten de 3000 psi un moacutedulo de rotura de 68 MPa valores que seguacuten las
notas teacutecnicas colombianas son admisibles
La forma innovadora permite usar el concreto translucido como un conductor de luz
que da diferentes tonalidades de acuerdo al pigmento usado lo que no solo mantiene la
resistencia del prototipo sino que mediante una conexioacuten de circuitos entre los adoquines
contiguos asegura la iluminacioacuten del sendero la resistencia y durabilidad ante las cargas
de traacutefico peatonal
El sistema eleacutectrico mediante un sistema fotovoltaico permite el almacenamiento de
energiacutea suficiente para mantener la funcionalidad de los sensores durante toda la noche
de manera que el sendero ubicado en el parque Simoacuten Boliacutevar del Municipio de Agua de
Dios-Cundinamarca genera un impacto en la comunidad favorable certificado por la
Alcaldiacutea municipal y los habitantes del municipio
Luego de la transmisioacuten del programa de televisioacuten local como una actividad de
apropiacioacuten social del conocimiento realizado por los autores y la tutora en el canal de
televisioacuten local H2O Tv la comunidad en general recibioacute con agrado la tecnologiacutea
prestando intereacutes en instalarlo en diferentes lugares turiacutesticos de Agua de Dios
La translucidez de las piezas del pavimento peatonal con el pigmento azul fue
aceptada por la comunidad como un nuevo emblema del municipio ya que su reflejo y
luminosidad es una alegoriacutea al nombre lsquoAgua de Diosrsquo marcando un nuevo hito en el
municipio que deja atraacutes la historia triste de las aguas azufradas y una enfermedad
incurable por un nuevo camino llamado por el Semillero SEUS Step by Step Sendero
Inteligente
198
13 BIBLIOGRAFIacuteA
accuweather (2020) accuweathercom Retrieved from accuweathercom
httpswwwaccuweathercomescoagua-de-dios102159current-
weather102159
Alcaldia de Agua de Dios (2019 08 08) Retrieved from httpwwwaguadedios-
cundinamarcagovcoturismolos-chorros
Ambientesoluciones (2020) Ambientesolucionescom Retrieved from
Ambientesolucionescom
httpswwwambientesolucionescomsitiocontenidos_mophpit=5675
ARCUS GLOBAL (2020 10 21) Retrieved from httpswwwarcus-
globalcomwpconcreto-translucido-existe
ARQUITECTOS S (2018 05 20) Sala de Arquitectos Retrieved from Sala de
Arquitectos La compantildeiacutea innovando en la arquitectura inteligente ha presentado
la primera lsquovereda inteligentelsquo del mundo en Londres un camino que transforma el
pavimento en un generador de energiacutea eleacutectrica esto gracias al paso que dan los
peatones A diferencia de
Avalos J C (2016 07 29) BBC MUNDO Retrieved from BBC MUNDO
httpswwwbbccommundonoticias-36662912
BBC (2016 6 29) BBC MUNDO Retrieved from BBC MUNDO
httpswwwbbccommundonoticias-36662912
Boussinesq (2020 16 10) Google Retrieved from
httpswwwgooglecomsearchq=difusion+del+esfuerzo+pavimentosamptbm=isch
ampved=2ahUKEwij9quT87nsAhWENFkKHXP-DXUQ2-
cCegQIABAAampoq=difusion+del+esfuerzo+pavimentosampgs_lcp=CgNpbWcQA1C_
gwFY1I4BYMiQAWgAcAB4AIABpQKIAf4QkgEFMC40LjaYAQCgAQGqAQtnd3Mt
d2l6LWltZ8ABAQamps
Bradsher (2018 6 13) new York Times Espantildeol Retrieved from new York Times
Espantildeol httpswwwnytimescomes20180613espanolenergia-solar-
autopista-chinahtml
199
Bradsher K (2018 06 13) THE NEW YORK TIMES Retrieved from THE NEW YORK
TIMES httpswwwnytimescomes20180613espanolenergia-solar-autopista-
chinahtml
CAR (2015) ESTUDIO PARA LA DETERMINACIOacuteN DE MOacuteDULOS DE CONSUMO
DEL RECURSO HIDRICO
CASTILLO X A (2003) DISENtildeO DE PAVIMENTOS ARTICULADOS PARA TRAFICO
MEDIO Y ALTO Retrieved from
httpsrepositoriouniandeseducobitstreamhandle199220919u245809pdf
Chacon Cesar Alexander C J (2012 OCTUBRE 16) TECNURA UNIVERSIDAD
DISTRITAL FRANCISCO JOSEacute DE CALDAS COLOMBIA Retrieved from
httpswwwredalycorgpdf2570257025147010pdf
COLOMBIA C D (2014 05 13) fedebiocombustibles Retrieved from
fedebiocombustibles httpwwwfedebiocombustiblescomfiles1715pdf
CONSTRUIBLE (2015 03 11) Construccioacuten Sostenible Retrieved from Construccioacuten
Sostenible httpswwwconstruiblees20150311energy-floors-genera-
electricidad-a-partir-de-la-energia-de-la-pisada
DamiaSolar (2016 03 19) DamiaSolar Retrieved from DamiaSolar
httpswwwdamiasolarcomactualidadblogarticulos-sobre-la-energia-solar-y-
sus-componentesque-regulador-solar-
necesito_1~text=El20regulador20solar20o20reguladorgenerada20e
n20los20paneles20solares
DANE (2018) danegovco Retrieved from danegovco
httpswwwdanegovcoindexphplista-de-resultados-de-
busquedasearchword=poblacion20agua20de20dios20cundinamarcaampse
archphrase=all
DINERO R (2020 03 05) REVISTA DINERO Retrieved from REVISTA DINERO
httpswwwdinerocomempresasarticulocual-capital-de-colombia-tendra-la-
primera-empresa-publica-de-energias-renovables282296
200
ELECTRONICA I (2020) I+D ELECTRONICA Retrieved from I+D ELECTRONICA
httpswwwdidacticaselectronicascomindexphpbaterias-
cargadorescargadores-1mC3B3dulo-de-control-de-carga-para-
baterC3ADas-12-24v-7009-detail
FDMESCYL (2017 Diciembre 28) Federacion de deportes de montantildea Escalada y
senderismo de Castilla y Leon Retrieved from
httpswwwfclmcom20171228nace-primer-sendero-inteligente-espana-
castilla-leon
Google Earth (2020) Retrieved from httpsearthgooglecomweb437516685-
74667982183897115512a53657125248d35y662480933h028419733t0r
Icontec (2018 11 12) NTC 2017 Adoquines de Concreto para Pavimentos Bogotaacute DC
Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) Retrieved
from METROBLOCK httpsmetroblockcomconorma-tecnica-colombiana-ntc-
2017
IDEAM (2014) ideamgovco Retrieved from ideamgovco
httpwwwideamgovcowebtiempo-y-climaradiacion-solar
indiasolarpowercanals (2015 07 02) inbright Retrieved from inbright
httpsinbrightmxblogpostsindiasolarpowercanals
ingrenovables (2014 6 25) ingrenovablesblogspot Retrieved from
ingrenovablesblogspo httpingrenovablesblogspotcom201406el-primer-
canal-solar-del-mundohtml
LEDOVET (2018 02 23) Retrieved from httpswwwledovetcomtipos-de-sensores-de-
movimiento
Lizcano F A (2003) DISENtildeO RACIONAL DE PAVIMENTOS Bogotaacute ESCUELA
COLOMBIANA DE INGENIERIA
Lngalls S (1877) Estados Unidos Patent No 952S6
MAGAZINE T (2020 03 05) TYS MAGAZINE Retrieved from TYS MAGAZINE
httpswwwtysmagazinecomenergy-floor-la-energia-de-tus-pisadas
201
nandwani S s (2005 junio) energia solar conceptos basicos y su utilizacion Retrieved
from httpssistemamidcompaneluploadsbiblioteca2014-06-27_10-14-
37105995pdf
OMPI ORGANIZACION MUNDIAL DE LA PROPIEDAD INTELECTUAL (2015 09 16)
Retrieved from httpswwwwipointipadvantageesdetailsjspid=2590
PAIS E (2020 02 07) EL PAIS Retrieved from EL PAIS
httpselpaiscomccaa20200207madrid1581085171_646387html
Palacios A (2020) Ca COMPARADOR DE ALARMAS Retrieved from
httpswwwcomparadoralarmascomtipos-de-sensores-de-movimiento-cual-
necesitas
PAVEGEN (2017 JUNIO 29) Retrieved from httpspavegencomwp-
contentuploads201905Pavegen-BirdStreetpressreleasepdf
Perdomo C S amp Fandintildeo M E (2020 10 26) Anaacutelisis de las propiedades mecaacutenicas
del concreto transluacutecido elaborado con poliacutemeros y materiales reciclados
Retrieved from Repositorio Universidad Piloto
httprepositoryunipilotoeducohandle20500122779448
Pettit C (1912) Estados Unidos Patent No 573212
Ramos J (2014 11 12) motos pasion Retrieved from motos pasion
httpswwwmotorpasioncomgaleriasolaroad4
Robert G Packard P (1995) Thickness Design for Concrete Pavements on Highways amp
Streets PCA Method Retrieved from
httpsceprofsciviltamuedudzollingerCVEN-637-Fall202004EB109PDF
SampP (2018 10 15) El Blog de la ventilacioacuten eficiente Retrieved from
httpswwwsolerpalaucomes-esblogsensores-movimiento
SLU A E (2015 04 19) Autosolar Retrieved from Autosolar
httpsautosolaresblogaspectos-tecnicosque-es-un-panel-solar
202
SECHAGUA D A (2016) VALORACIOacuteN SOCIOAMBIENTAL DE LA MICROCUENCA
QUEBRADA LA PUNAacute MUNICIPIO AGUA DE DIOS GIRARDOT
SIKA (2018) FLUIDIFICANTE PARA MEZCLAS DE CONCRETO Tocancipa
SOLAR ROADWAYS (2020) Retrieved from httpssolarroadwayscom
SOLAROAD (2016 03 07) NATIONAL GEOGRAPHIC ESPANtildeA Retrieved from
NATIONAL GEOGRAPHIC ESPANtildeA
httpswwwnationalgeographiccomescienciasolaroad-el-carril-bici-hecho-con-
paneles-solares-en-holanda-cumple-su-primer-ano-de-vida_9916
Suaacuterez A L (2018 04 09) PORTAFOLIO Retrieved from PORTAFOLIO
httpswwwportafolioconegociosel-mayor-proyecto-de-energia-eolica-da-sus-
primeros-pasos-516003
Torres O (2020 03 09) Resumen de ASTM Retrieved from
httpbloquesdeconcretocomsvdescargarNormas20ASTMpdf
UPC (2018) Proyecto Educativo Institucional Bogotaacute DC Universidad Piloto de
Colombia
UPME (2015 06 05) Retrieved from
httpwwwnuevalegislacioncomfilessusccdjconcr_upme_281_15pdf
Velares J M (2020 03 09) Academiaedu Retrieved from Academiaedu
httpswwwacademiaedu25432780Especificaciones_de_ASTM_C-33
Xiaodi Hu A N (2017 Abril 21) Effects of tire inclination (turning traffic) and dynamic
loading on Retrieved from
httpswwwsciencedirectcomsciencearticlepiiS199668141630164Xvia3Dih
ub
96
Benavides Seguacuten la Unidad de Planeacioacuten Minero Energeacutetica del Ministerio de Minas y
Energiacutea de Colombia actualmente solo hay instalados en el paiacutes 1842 megavatios de
potencia eoacutelica parque Jepiacuterachi (en Uribiacutea Guajira) propiedad de Empresas Puacuteblicas
de Medelliacuten SA Entroacute en operacioacuten en abril de 2004
Para la investigacioacuten de este proyecto se usa la metodologiacutea de tipo cientiacutefico dado a
que para el disentildeo y construccioacuten del prefabricado en concreto de alta resistencia se usan
instrumentos para medir la resistencia del concreto hasta encontrar el disentildeo de mezcla
oacuteptimo para la construccioacuten del prefabricado Es por esto que el inicio del trabajo es
praacutectico porque se debe encontrar la resistencia optima el disentildeo de la forma del
prefabricado y la validacioacuten en laboratorio para finalmente hacer ensayos en campo de
prueba
97
1 PROBLEMA DE INVESTIGACIOacuteN
El Cambio Climaacutetico se ha hecho mucho maacutes notable en los uacuteltimos antildeos quizaacute los
efectos maacutes importantes de esta gran cataacutestrofe natural son la sequiacutea y las altas
temperaturas que afectan principalmente a territorios de clima caacutelido esto se debe a la
accioacuten del ser humano en la tierra donde en eacutepocas anteriores se disponiacutea de los
recursos naturales sin tener alguacuten tipo de restriccioacuten y maacutes aun sin restaurar el dantildeo que
se haciacutea tal vez creyendo que los recursos nunca acabariacutean con el pasar de los antildeos los
gobiernos y diferentes organizaciones mundiales se han planteado objetivos con el fin de
prevenir la accioacuten del cambio climaacutetico entre las que han sido incluidas las energiacuteas
renovables
Tambieacuten se ha visto un decrecimiento de la poblacioacuten en el municipio de Agua de Dios
donde su economiacutea ha caiacutedo y se ha venido apostaacutendole al campo turiacutestico donde se ve
limitado por sus atractivos ya que estos han venido decayendo con el pasar de los antildeos
sin una implementacioacuten de nuevos atractivos
En la zona donde se implementa el proyecto a pesar de ser una de las zonas maacutes
turiacutesticas y reconocidas en Agua de Dios se tiene una gran inseguridad ya que es
concurrida por personas que se dedican a consumir sustancias psicoactivas lo que
conlleva a tener maacutes probabilidades de un ataque por parte de estas personas todo esto
se ve en las horas de la noche donde falta la iluminacioacuten ya que el alumbrado puacuteblico es
escaso casi nulo en esta parte ademaacutes de tener en cuenta los grandes costos por el
alumbrado puacuteblico lo que se vuelve un problema para la comunidad ya que se crea una
dependencia a estos pagos por energiacutea eleacutectrica existiendo energiacuteas alternativas y auto
sostenibles
98
11 PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIOacuteN
Para abordar el disentildeo experimental de esta investigacioacuten es necesario aclarar que
este trabajo pertenece al macro proyecto de investigacioacuten lsquoPrefabricados de Nueva
Generacioacuten para obras de Infraestructura vialrsquo cuyo propoacutesito es disentildear prototipos
prefabricados que incorporen materiales reciclados En el caso de Step by Step se
propone un adoquiacuten peatonal en concreto hidraacuteulica bicapa con un recubrimiento en
concreto transluacutecido compuesto por poliacutemeros y vidrio reciclado
Figura 1 Distribucioacuten de variables de la Investigacioacuten
Fuente los autores
Es asiacute como surge la variable dependiente que es el prototipo para el sendero
inteligente lsquoStep by Steprsquo las variables independientes que seraacuten modificadas en el
Variable Interviniente
Variable Dependiente
Variable Dependiente
Sendero Inteligente
Disentildeo de mezcla
Agregados reciclados
Concreto hidraacuteulico
Geometriacutea
Carga de servicio
Especificiaciones teacutecnicas NTC2017
Resistencia
Compresioacuten
Flexioacuten
Absorcioacuten
99
proceso es el disentildeo de la mezcla la geometriacutea y la resistencia todo esto que se ajuste
a las condiciones del contexto como es el uso de agregados reciclados cementos por
desempentildeo o cementos hidraacuteulicos la carga de servicio y las especificaciones NTC 2017
que regulan tanto la geometriacutea como su resistencia medida a la compresioacuten a flexioacuten y
la absorcioacuten tal como se indica en la Figura 1
Este trabajo de investigacioacuten pertenece al semillero SEUS y forma parte del macro
proyecto lsquoPrefabricados de nueva generacioacuten para obras de Infraestructura Vialrsquo de la
liacutenea de investigacioacuten institucional acuteHaacutebitat Biodiversidad y tecnologiacuteas Sosteniblesrsquo y de
la liacutenea de grupo lsquoInfraestructura y Nuevas Tecnologiacuteasrsquo Enmarcado en la misioacuten de la
Universidad Piloto de Colombia de
ldquoIncorpora a la comunidad acadeacutemica como partiacutecipe en el aacutembito
cientiacutefico inmersa en una cultura de investigacioacuten caracterizada por ser
reflexiva pertinente sistemaacutetica y metoacutedica con el objeto de promover
los desarrollos urbanos y regionales de su aacuterea de influencia en los
aacutembitos nacional e internacional asiacute como los demaacutes prospectados
acorde con los eacutenfasis y campos de accioacuten de la Universidadrdquo (UPC
2018 paacuteg 19)
En consecuencia luego de recibir la carta de aceptacioacuten y agradecimiento de la
Secretariacutea de Planeacioacuten y de instalar el tramo de prueba en el Parque Simoacuten Boliacutevar del
municipio de Agua de Dios se realizaron labores de apropiacioacuten social del conocimiento
como programas de televisioacuten en el canal local H2O Televisioacuten participacioacuten en eventos
cientiacuteficos como el Encuentro de Semilleros TEINCO 2020 entre otras actividades
100
12 PREGUNTA DE INVESTIGACIOacuteN
Alrededor del mundo se estaacuten impulsando proyectos importantes que abarcan el uso
de energiacuteas renovables como una alternativa a la reduccioacuten de contaminacioacuten esto se
ha visto reflejado en la construccioacuten de infraestructura sostenible implementado energiacuteas
renovables como la solar piezoeleacutectrica eoacutelica entre otras tambieacuten en los paiacuteses maacutes
desarrollados se identifica un matrimonio entre las energiacutea renovables y el turismo donde
se combinan con la infraestructura generando impacto positivo en ellos A partir de esto
se formula la siguiente pregunta de investigacioacuten
iquestCoacutemo prototipar un adoquiacuten para pavimento articulado de traacutensito
peatonal que permita iluminar el paso del peatoacuten almacenando la
energiacutea solar que absorbe durante el diacutea para luego convertirla en
iluminacioacuten eleacutectrica en la noche
101
2 JUSTIFICACIOacuteN
Se ha identificado una problemaacutetica ambiental que se incrementa al pasar el tiempo
en el mundo esto por la generacioacuten de contaminantes al utilizar energiacuteas no renovables
ademaacutes en el municipio de Agua de Dios se observa una carencia en infraestructuras que
permitan ser un centro turiacutestico de la regioacuten ya que se ve opacado por los municipios
vecinos resulta de gran importancia generar proyectos los cuales implementen las
energiacuteas renovables y maacutes en el municipio de agua de dios donde es necesario un
desarrollo turiacutestico para el cual se vea sustentado con una infraestructura de intereacutes
generando un desarrollo econoacutemico social cultural y ambiental en el municipio
El proyecto Step by Step sendero inteligente surge de la necesidad de tener
infraestructura innovadora y amigable con el medio ambiente este proyecto trata de un
sendero peatonal el cual se piensa construir por medio de un conjunto de adoquines
disentildeados de forma que permitan obtener una luminiscencia por medio de bombillos led
instalados en el disentildeo y alimentados por medio de energiacutea solar ademaacutes de
implementar en el disentildeo un conjunto de sensores los cuales funcionen armoacutenicamente
con los visitantes prendiendo y apagando al desplazamiento de cada usuario
El proyecto Step by Step es importante para la comunidad del municipio de Agua de
Dios ya que con este proyecto se incentiva el cuidado por el medio ambiente tambieacuten
tiene un impacto positivo directo en la comunidad de la zona ya que se valorizan los
predios y los negocios alrededor de la vereda los chorros al atraer maacutes turistas genera
que tengan un crecimiento econoacutemico ademaacutes de poder utilizar el mismo sendero como
base para diferentes actividades de prestacioacuten de servicios generando nuevos empleos
en el municipio y al mismo tiempo mejorando la calidad de vida de los habitantes
Debido a que en la zona y generalmente en el paiacutes no se implementan los suficientes
proyectos que permitan un desarrollo de la infraestructura de la mano con el medio
ambiente este proyecto aporta en el desarrollo de proyectos futuros en el campo de los
senderos inteligentes primordialmente e infraestructura vial ademaacutes de ser un aporte en
el desarrollo de infraestructura innovadora dirigida al sector turiacutestico todo esto con la
implementacioacuten de energiacutea solar
102
Como consecuencia de la formacioacuten en investigacioacuten de la Universidad Piloto de
Colombia se justifica el proyecto Step by Step que aporta a la comunidad del municipio
de Agua de Dios impactando en su cultura en la parte religiosa con las congregaciones
que se realizan en esta zona y en su historia ya que se revitaliza un lugar emblemaacutetico
para los primeros habitantes del municipio tambieacuten aporta en el aspecto cientiacutefico ya que
la implementacioacuten de las nuevas formas de construccioacuten de concreto incentivan a la
investigacioacuten de las mismas a implementarse en la tecnologiacutea gracias a las energiacutea
renovables utilizadas y el concreto translucido el cual seraacute innovador para el municipio e
impactando beneficiosamente a el desarrollo por medio de la mejora en su turismo y asiacute
mismo en la economiacutea de la poblacioacuten que trabaja en esta zona
El proyecto step by step aporta a la misioacuten institucional por medio de los anaacutelisis a la
poblacioacuten sobre sus necesidades y daacutendole la solucioacuten a estas como lo es la parte
econoacutemica ya que el municipio se encuentra enfocado en la parte turiacutestica como fuente
de dinero generando estabilidad econoacutemica y bienestar en la poblacioacuten que beneficiada
con este proyecto y se puede observar un manejo adecuado del medio ambiento con
energiacuteas renovables
En consecuencia el proyecto Step by Step se articula con la misioacuten de un ingeniero
Unipiloto como una herramienta desarrollada por personas integrales soportado sobre
una soacutelida fundamentacioacuten conceptual que se brindaron en las aacutereas teacutecnicas y
cientiacuteficas a lo largo de la carrera universitaria se ajusta a la realidad del municipio de
Agua de Dios y busca soluciones puntuales en temas sociales ambientales turiacutesticos y
econoacutemicos
103
3 OBJETIVOS
31 OBJETIVO GENERAL
Prototipar y validar en campo un adoquiacuten para pavimento articulado peatonal
prefabricado en concreto hidraacuteulica bicapa y que en su interior tenga una pieza
translucida que sea capaz de transformar la energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica con el
fin de que cuando el peatoacuten transite con su pisada active un sensor y este encienda una
luz led que se encuentra al interior de la pieza de concreto
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Validar en laboratorio un adoquiacuten en concreto hidraacuteulico que se ajuste a las con las
Especificaciones teacutecnicas NTC 2017
Disentildear y validar en laboratorio la geometriacutea del adoquiacuten bicapa usando concreto
transluacutecido (Perdomo C amp Fandintildeo M 2020) y medir su resistencia a la compresioacuten
flexioacuten y la absorcioacuten para luego ser comparado con la NTC 2017
Disentildear y validar en campo el sistema de encendido usando sistemas alternativos
como los paneles solares
104
4 MARCOS DE REFERENCIA
41 MARCO DE ANTECEDENTES
Estudiantes mexicanos del Instituto Tecnoloacutegico de Estudios Superiores Monterrey
(ITESM) campus puebla desarrollaron un proyecto denominado Enegy Floor el cual es
un sistema que aprovecha el flujo de peatones para la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica
es una tecnologiacutea que se instala debajo de los pisos convencionales como las losetas
Seguacuten este proyecto cada vez que una persona pasa sobre el piso soportado por este
desarrollo tecnoloacutegico se activa un dispositivo mecaacutenico que produce cinco watts de
electricidad por cada paso (MAGAZINE 2020)
Los estudiantes artiacutefices de este proyecto expresaron que es una tecnologiacutea amigable
con el medio ambiente puesto que es un dispositivo que se activa con fuerza mecaacutenica
Para su elaboracioacuten los estudiantes usaron aluminio y una loseta que fue elaborada a
basa de poliacutemero ultrarresistente denominado nylamid (MAGAZINE 2020) El factor
diferencial entre el proyecto de los estudiantes mexicanos y Step by Step es que ellos
usan energiacutea mecaacutenica del flujo peatonal Step by Step usa energiacuteas renovables como la
solar
En Rotterdam existe una empresa llamada Energy Floors que antes era conocida
como Club de Baile Sostenible pues dicha empresa estaacute revolucionando el panorama de
la energiacutea sostenible al transformar la energiacutea cineacutetica y mecaacutenica que se produce al
caminar en energiacutea eleacutectrica En 2008 lanzaron su producto Sustainable Dance Floor
(SDF) que utiliza el movimiento de las personas como fuente de energiacutea al convertir la
energiacutea cineacutetica en energiacutea eleacutectrica Con ella se alimentan las luces LED de la pista de
baile creando una atmoacutesfera de discoteca y proporcionando al puacuteblico una experiencia
interactiva Esto es asiacute porque los moacutedulos que integran la pista de baile se flexionan al
ser pisados creando un movimiento que se transforma en energiacutea eleacutectrica por un
pequentildeo generador interno Cada moacutedulo de un tamantildeo de 75x75x20 cm puede producir
hasta 35 vatios de salida sostenida Entre cinco y veinte vatios por persona
(CONSTRUIBLE 2015) Al igual que el proyecto de los estudiantes la diferencia con Step
by Step es que se usa energiacutea mecaacutenica generada por las pisadas de las personas en
este caso en pistas de baile de discotecas
105
El mexicano Joseacute Carlos Rubio Avalos quien es investigador de la Universidad
Michoacana de San Nicolaacutes de Hidalgo buscoacute otra funcioacuten para el cemento el
investigador pensoacute en que el cemento casi siempre estaba expuesto a la radiacioacuten solar
y debiacutea buscar la manera de desarrollar una investigacioacuten innovadora Por esto el material
creado por el investigador consiste en absorber la radiacioacuten ultravioleta durante el diacutea
para luego brilla en la noche (BBC 2016)
El problema que el investigador tuvo es que el cemento es un cuerpo opaco y no
permite el paso de luz por eso estudioacute la composicioacuten del cemento Portland que es el
maacutes usado alrededor del mundo modificoacute la estructura microscoacutepica y con este cambio
logroacute que el material absorbiera los rayos uv El investigador Joseacute Carlos explicoacute en una
entrevista para la BBC Mundo que lo que se busca era permitir el paso y difusioacuten de luz
solar a traveacutes del siacutelice que se encuentra presente en el cemento el siacutelice es el mismo
material con el que se fabrica el vidrio (BBC 2016)
A lo que se refiere en si al proyecto del investigador mexicano es a cambiarle las
propiedades oacutepticas del material para hacerlo fosforescente Es un proceso logrado por
la incorporacioacuten de aditivos los cuales permiten que la luz pase y se pueda observar un
color de la fosforescencia El cemento como es un material orgaacutenico tiene mayor
rendimiento y durabilidad en el proceso (Avalos 2016)
El cemento fosforescente es un material mucho maacutes costoso que un cemento
convencional es por eso que solo se concibe como una capa de recubrimiento para
fachadas de edificios o para la sentildealizacioacuten de viacuteas Este proyecto mexicano es un
proyecto similar a Step by Step pues lo que se busca es hacer uso de las energiacuteas
renovables tambieacuten
En Holanda se construyoacute un proyecto denominada SolaRoad lo que se hizo fue
sustituir el asfalto por un pavimento que integra paneles solares fotovoltaicos ademaacutes de
esto se incluyeron luces led para iluminar el sendero en diacuteas de niebla y un sistema para
calentar la viacutea y evitar la formacioacuten de placas de hielo en invierno en el invierno En el
primer antildeo cumplido de este proyecto se han producido 70 KWh al antildeo por cada metro
cuadrado lo que ha sido suficiente para abastecer a tres viviendas
El primer antildeo de funcionamiento de un tramo de 70 metros ha llevado a los
investigadores a concluir que el proyecto funciona muy bien pero econoacutemicamente aun
no es factible porque en la construccioacuten se invirtieron 3 millones de euros y haciendo la
106
conversioacuten por cada KWh ha hecho un retorno final de tan solo 1862 euros (SOLAROAD
2016)
Figura 2 Sistema de pavimento Solaroad
Fuente (Ramos 2014)
Como se evidencia en la imagen anterior los constructores instalan moacutedulos de
concreto con una capa transparente que permite que la luz se infiltre debajo de dicha
capa se instalas celdas solares que recogen la energiacutea y finalmente son las que sirven
para alimentar el alumbrado puacuteblico la luz del traacutefico y hasta los hogares (SOLAROAD
2016)
El factor diferencial entre Solaroad y Step by Step es que el sendero de Step by Step
hace aprovechamiento de la energiacutea usando un solo panel solar y Solaroad hace uso de
cierta cantidad de moacutedulos solares para ser instalados en todo el tramo
China es uno de los paiacuteses que maacutes estaacute interesado e invierte en el uso de energiacuteas
renovables con el fin de innovar y dominar el mercado de dicha tecnologiacutea es por esto
107
que se disentildeoacute y construyoacute una autopista con paneles solares en la ciudad de Jinan
(Bradsher 2018)
Figura 3 Autopista China de Paneles solares
Fuente (Bradsher K 2018)
Este proyecto es importante nombrarlo en este documento porque destaca el gran
crecimiento que ha tenido el uso de paneles solares en el mundo y de que China uno
de los paiacuteses maacutes desarrollados del mundo esteacute apostando e invirtiendo en el uso de las
energiacuteas renovables
En la India se estaacute revolucionando el mercado de los paneles solares por la
construccioacuten de plantas de energiacutea solar sobre canales de agua esto hace que se
cumplan dos tareas importantes para la preservacioacuten del medio ambiente la primera es
la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica aprovechando la energiacutea solar y la segunda es la
preservacioacuten del liacutequido precioso evitando la evaporacioacuten
108
Figura 4 Canal solar en India
Fuente (ingrenovables 2014)
El Jefe de Gobierno Indio el Sr Narendra Modi inauguraraacute la primera serie de este
proyecto conocido como Canal Proyecto de Energiacutea Solar cuando ponga en marcha un
proyecto piloto de 1 megavatio (MW) que ya se encargoacute en el canal de la rama Narmada
cerca de la aldea Chandrasan de Kadi taluka en el distrito Mesina el martes
(indiasolarpowercanals 2015)
El proyecto de la India es de importancia mencionarlo en este documento dado a su
similar parecido con Step by Step pues los dos hacen uso de la energiacutea solar para
preservas los recursos medio ambientales que cada vez son maacutes escasos es de gran
aporte el conocimiento adquirido en cuanto a la forma en la que se construye el proyecto
para preservar el agua tambieacuten
En 2018 se dijo que La Guajira en Colombia se convertiriacutea en escenario de los grandes
proyectos de generacioacuten de energiacutea eleacutectrica a partir del viento que abasteceraacuten el
Sistema Interconectado Nacional (SIN) en la proacutexima deacutecada (Suaacuterez 2018)
109
A finales de febrero pasado la Autoridad Nacional de Licencias Ambientales (ANLA)
comenzoacute el estudio del que seraacute uno de los parques eoacutelicos representativos que tendraacute
el paiacutes por su tamantildeo y capacidad de produccioacuten y que se sumaraacute a otros que se
montaraacuten en la citada zona (Suaacuterez 2018) Se trata del proyecto de Generacioacuten de
Energiacutea Eoacutelica Alpha que desarrolla la empresa Vientos del Norte que pertenece al
conglomerado portugueacutes Renovatio Group como lo registra el Certificado de Reporte del
Sistema de Informacioacuten sobre Biodiversidad de Colombia (CR-SIB) (Suaacuterez 2018)
Este parque eoacutelico que tendraacute una capacidad de generacioacuten superior a los 200
megavatios (Mw) es la primera iniciativa que evaluacutea la Anla ya que se requiere
autorizacioacuten de la autoridad nacional ambiental despueacutes de los 100 Mw de energiacutea
(Suaacuterez 2018)
Es importante destacar este proyecto de recoleccioacuten de energiacutea eleacutectrica a traveacutes de
la energiacutea eoacutelica en este documento dado a que en este documento y para este proyecto
estamos tratando con todo tipo de energiacuteas renovables aunque es un proyecto que estaacute
en estudios y en traacutemite de licencias con antelacioacuten se sabe que seraacute un boom de
innovacioacuten con respecto a paiacuteses de la regioacuten y que se estaacuten apoyando los proyectos
que abarquen el uso de energiacuteas limpias en el paiacutes Step by Step estaacute pensado para que
funcione con cualquier tipo de energiacutea renovable que se pueda aprovechar
Seguacuten la revista dinero en Barranquilla con el cambio de administracioacuten de alcaldiacutea y
de gobernacioacuten del Atlaacutentico se vienen cambios en temas energeacuteticos para la regioacuten
Caribe pues se sabe desde antildeos atraacutes que Electricaribe tiene millonarias deudas y presta
un servicio deficiente el alcalde Jaime Pumarejo anuncioacute la adjudicacioacuten de los nuevos
operadores para el 20 de Marzo de 2020 tambieacuten dio luces sobre la nueva poliacutetica de
energiacutea en la reciente edicioacuten del Congreso Nacional de Infraestructura en noviembre de
2019 (DINERO 2020)
El alcalde Pumarejo dijo que es un proyecto que estaacute pensado en primera fase para la
autogeneracioacuten de la alcaldiacutea de Barranquilla para luego general y comercializar energiacuteas
renovables (DINERO 2020) El mandatario explicoacute que el desarrollo econoacutemico de la
capital del Atlaacutentico implica contar con energiacuteas de fuentes renovables Estas son
sinoacutenimo ndashseguacuten eacutelndash de maacutes ingresos empleo y resiliencia ante el cambio climaacutetico
(DINERO 2020)
110
Barranquilla es reconocida mundialmente como la capital energeacutetica de Colombia es
por esto que vale la pena mencionar esta clase de proyectos dentro de la redaccioacuten de
este documento porque el uso de energiacuteas renovables va tomando cada vez maacutes fuerza
en nuestro paiacutes y es de gran importancia para nosotros como ingenieros civiles
aprovechar esta oportunidad para crear proyectos innovadores como Step by Step que
hace usos de energiacuteas limpias y se puede implementar en cualquier parte del paiacutes
En Londres existe una empresa llamada Pavegen que es una compantildeiacutea de
tecnologiacutea limpia esta empresa adopta un enfoque innovador hacia la sostenibilidad al
generar energiacutea a partir de algo que la mayoriacutea de la gente hace todos los diacuteas caminar
La compantildeiacutea innovando en la arquitectura inteligente ha presentado la primera lsquovereda
inteligentelsquo del mundo en Londres un camino que transforma el pavimento en un generador
de energiacutea eleacutectrica esto gracias al paso que dan los peatones A diferencia de anteriores
instalaciones en Washington DC y Rio de Janeiro el proyecto en Londres cuenta con su
propia app brindado informacioacuten exacta a los visitantes sobre la energiacutea que estaacuten
generando e incentivando su uso al brindar descuentos en tiendas comerciales por los pasos
que den (ARQUITECTOS 2018)
Seguacuten el CEO de Pavegen Laurance Kemball-Cook quien sentildealoacute que esta es una nueva
aacuterea de produccioacuten de energiacutea una que ofrece muchas posibilidades interesantes laquoCuando
una persona camina genera 5 vatios de energiacutea de forma continua por lo que usted es
como todos somos una fuente de alimentacioacuten de 5 vatios Ahora imagine 10 personas eso
es 50 vatios de energiacutea de forma continua Puede que no parezca una cantidad exorbitante
de energiacutea pero es suficiente para suministrar energiacutea para una serie de necesidades Por
ejemplo la tecnologiacutea se puede utilizar para iluminar caminos a medida que los peatones
caminan sobre ellos lo que podriacutea frenar el crimen (ARQUITECTOS 2018)
111
Figura 5 Baldosa que produce energiacutea eleacutectrica
Fuente Pavegencom
El CEO tambieacuten sentildealoacute que el proyecto es muy importante y puso como ejemplo Grand
Central Station en Londres donde diariamente transitan unas 40000 personas por hora esa
energiacutea que generan esas personas se almacena en bateriacuteas y en la noche se enciende
Asiacute que los municipios las estaciones de tren las oficinas las escuelas en cualquier lugar
con mucha gente caminando son perfectas para el proyecto (ARQUITECTOS 2018)
El proyecto realizado en Londres es muy similar a Step by Step puesto que los dos se
tratan de un sendero inteligente El factor diferencial es que Step by Step convierte la energiacutea
solar en energiacutea eleacutectrica el proyecto de Londres lo que hace es convertir la energiacutea cineacutetica
que generan las personas al caminar en energiacutea eleacutectrica
En Madrid Espantildea se ha unido el Aacuterea de Emprendimiento Empleo e Innovacioacuten quien
ha impulsado el proyecto y el Aacuterea de Medio Ambiente y Movilidad que ha corrido con los
gastos para crear un cruce peatonal inteligente el proyecto se trata de crear un cruce
peatonal inteligente para reducir los accidentes por lo cual se ha escogido una zona poco
luminosa en horas de la noche (PAIS 2020)
112
Figura 6 Cruce peatonal inteligente
Fuente (PAIS 2020)
Seguacuten la portavoz de las concejaliacuteas que llevan a cabo el proyecto que cuenta con un
paso de cebra cuenta con una sentildeal lumiacutenica que funciona con sensores y
tecnologiacutea led y que se activa en modo nocturno cuando cruza un peatoacuten Al detectar a
la persona se encienden de forma continua las sentildeales horizontales y los cajones
lumiacutenicos de las sentildeales verticales Cuando no hay nadie el sistema permanece en
reposo (PAIS 2020)
Sobre la construccioacuten y mejoras en la fabricacioacuten e instalacioacuten de adoquines se
conocioacute que Samuel S Lngalls de Chicago en Illinois en el antildeo 1877 patentoacute un adoquiacuten
en concreto con una forma rectangular (Estados Unidos Patente nordm 952S6 1877) Pero
el inventor se dio cuenta que el adoquiacuten patentado presentaba fallas a la hora de su
instalacioacuten por lo que realizoacute un estudio para verificar las fallas y asiacute poder mejorar esto
Para lo cual patentoacute una mejora para la instalacioacuten de los adoquines en donde Samuel
Lngalls dejoacute un paso a paso para evitar que los adoquines se fracturaran con el tiempo
113
la fractura se da en las esquinas y para esto se debe poner cemento en las juntas y
esquinas
De la misma manera que Samuel Lngalls Charles Pettit tambieacuten realizoacute una patente
de la invencioacuten de un adoquiacuten pero dicha patente fue hecha en Greenford en el condado
de Mahoning y el estado de Ohio en el antildeo 1912 En la misma patente deja una guiacutea
praacutectica de instalacioacuten de dichos adoquines Pettit realiza esta invencioacuten para solucionar
la problemaacutetica de que los adoquines se desencajen y en muchas ocasiones presente
pandeo en una viacutea de adoquines estos pandeos generan en algunos casos accidentes
viales Esto lo soluciona garantizando un enclavamiento seguro entre las filas de
adoquines adyacentes y se puede hacer el enclavamiento dado a la forma del adoquiacuten
patentado el enclavamiento entre filas y columnas de adoquines evita el desplazamiento
y el pandeo del pavimento articulado (Estados Unidos Patente nordm 573212 1912)
42 MARCO TEOacuteRICO
Por medio del marco teoacuterico se pone en contexto las bases teoacutericas de la metodologiacutea
realizada para la construccioacuten del sendero inteligente en el cual se explicaran diferentes
tipos de tecnologiacuteas entre las cuales se encuentra la implementacioacuten de la tecnologiacutea de
generacioacuten de energiacutea por medio de componentes electroacutenicos de piezoelectricidad los
cuales aprovechan la energiacutea cineacutetica al caminar convirtieacutendola en energiacutea eleacutectrica
tambieacuten las tecnologiacuteas que utilizan energiacutea eleacutectrica para la construccioacuten de senderos
inteligentes los pavimentos inteligentes que aprovechan la energiacutea solar por medio de
paneles solares instalados en su estructura que aprovechan la energiacutea para los usos en
su entorno o en su misma estructura
Tipos de pavimentos inteligentes
En el mundo al pasar de los tiempos y con la incorporacioacuten de nuevas tecnologiacuteas al
mercado se han realizado diversos tipos de pavimentos los cuales tienen diferentes
caracteriacutesticas utilizando diferentes tipos de energiacuteas siendo las maacutes utilizadas la
piezoelectricidad la energiacutea eleacutectrica y la energiacutea solar
Piezoeleacutectricos
114
Uno de estos es el sendero inteligente presentado por pavegen en Londres el 29 de
junio del 2017 llamado Bird Street el cual utiliza la energiacutea piezoeleacutectrica
Bird Street se estaacute asociando con una serie de visionarios tecnoloacutegicos que incluyen
Pavegen Que fabrica una galardonada tecnologiacutea de pisos de generacioacuten de datos y
electricidad La compantildeiacutea del Reino unido ha instalado una matriz de 10 metros
cuadrados que inicialmente enciende luces y sonidos de paacutejaros y tambieacuten proporciona
una fuente de datos de energiacutea Incorporaraacute transmisores bluetooth de baja energiacutea que
le permitiraacuten interactuar con aplicaciones de marca por ejemplo recompensar a los
usuarios con descuentos cupones y recursos educativos para sus pasos en el sistema
pavegen (PAVEGEN 2017)
Este pavimento inteligente con la tecnologiacutea pavegen fue el primero en su tipo ya que
utiliza la energiacutea de las pisadas en el cual logra captar la energiacutea cineacutetica que se produce
al caminar sobre la superficie del pavimento por medio de un sistema en el cual se
posicionan 3 dispositivos en cada esquina de adoquiacuten y al pisarlo gracias al peso propio
del usuario se presionan los 3 a la vez esto ocasiona que el dispositivo descienda
generando electricidad gracias a los principios de la piezoelectricidad los cuales son
contemplados de la siguiente manera
Cuando una presioacuten es aplicada a u material piezoeleacutectrico causa una deformacioacuten
mecaacutenica y a su vez un desplazamiento de cargas Estas cargas son directamente
proporcionales a la presioacuten aplicada Si se ejerce una presioacuten a los extremos del eje polar
se produce polarizacioacuten un flujo de electrones de carga negativa mientras que en el
extremo opuesto se induce una carga positiva (Chacon Cesar Alexander 2012)
La tecnologiacutea para los senderos inteligentes se ha visto fortalecida en los uacuteltimos antildeos
ya que se viene implementando en diferentes proyectos en el mundo como antes se
nombroacute la piezoelectricidad es una de ellas siendo practica ya que funciona con la
presioacuten generada por los usuarios algo que es muy concurrido en un pavimento en ese
orden de ideas esta tecnologiacutea permite que el pavimento sea auto sustentable ya que
gracias a estas presiones se genera energiacutea
Energiacutea que se utiliza de la siguiente forma
La energiacutea proveniente de los pasos es captada por el material piezoeleacutectrico como
anteriormente se analizoacute el cual se encuentra situado al adoquiacuten del pavimento de forma
115
que esta genera corriente alterna la cual por medio de un convertidor se transforma a
corriente directa la cual sirve en este caso para el funcionamiento de los diferentes
aparatos electroacutenicos a traveacutes del sendero inteligente antes de ser enviada la energiacutea es
almacenada en una bateriacutea la cual garantiza que el sendero disponga de energiacutea en todo
momento para posteriormente ser enviada a las innovaciones instaladas con el fin de ser
utilizadas cada vez que un usuario pise los piezoeleacutectricos
Eleacutectrico
Otro tipo de sendero inteligente es el denominado como sendero inteligente de Espantildea
castilla y leoacuten alimentado por energiacutea eleacutectrica el cual tiene las siguientes caracteriacutesticas
El sendero homologado es una instalacioacuten deportiva identificada por las marcas
registradas GRreg PRreg oacute SLreg que se desarrolla preferentemente en medio natural y
sobre viales tradicionales puacuteblicos o privados Es un entramado de caminos sentildealizados
bajo una normas estandarizadas y reconocidas a nivel internacional y que han pasado el
sello de calidad de la federacioacuten de deportes de montantildea escalada y senderismo de
castilla y leoacuten (FDMESCYL 2017)
Los senderos de deportes extremos se realizan en partes rurales mayormente esto
dificulta implementar tecnologiacuteas en estos el sendero de castilla y leoacuten se considera
inteligente ya que se han implementado estas tecnologiacuteas eficientemente durante el
recorrido de los senderos en los deportes extremos los que resaltan son los siguientes
El sendero inteligente incluye obras de gran envergadura como el enlosado de la
totalidad del firme instalacioacuten de puntos de recargas de moacuteviles y dispositivos
electroacutenicos que cuentan con tomas USB y la colocacioacuten de maacutequinas expendedoras de
bebidas y aperitivos Las novedades del nuevo tramo se completan con la posibilidad de
que los senderistas se conecten a una red WIFI gratuita que permite a los usuarios estar
geo localizados en todo momento y monitorizados por los equipos de emergencia de
castilla y leoacuten (FDMESCYL 2017)
El sendero inteligente de Castilla y leoacuten es un beneficio para los turistas y
ciudadanos que concurren en esta zona de Espantildea se evidencia en este sendero
inteligente que cubre gran cantidad de recorrido siendo este para deportes extremos
generando seguridad a los usuarios gracias a las tecnologiacuteas implementadas a traveacutes del
mismo como lo es la interconexioacuten entre los usuarios por medio de wifi gratuito
116
permitiendo tambieacuten el reporte de emergencias a la praacutectica de los deportes extremos a
lo largo del sendero y tambieacuten un sistema de ahorro de energiacutea con farolas que regulan
la cantidad de luz emitida gracias a sensores que permiten captar la cantidad de luz en
el entorno y disminuyeacutendola cuando no sea necesaria
Energiacutea solar
Un tipo de pavimento inteligente es el alimentado por energiacutea solar son las placas de
pavimento solar roadways quienes han hecho investigaciones para generar placas con
paneles de energiacutea solar con el fin de crear pavimentos inteligentes que funciones con
base a esta energiacutea renovable
SOLAR ROADWAYS es un sistema modular de paneles solares que se pueden
caminar y conducir Nuestros paneles solares contienen luces LED para crear liacuteneas de
sentildealizacioacuten sin pintura Contienen elementos calefactores para evitar la acumulacioacuten de
nieve y hielo Los paneles contienen microprocesadores los cuales los hace inteligentes
Esto permite que los paneles se comuniquen entre si una estacioacuten de control central y
los vehiacuteculos (SOLAR ROADWAYS 2020)
La energiacutea solar es una de las maacutes famosas y maacutes utilizadas entre las energiacuteas
renovables ya que el sol genera energiacutea permanente que en su mayoriacutea no es utilizada
por el ser humano los pavimentos tienen contacto con el sol a diario ya que se
encuentran a la intemperie generando una oportunidad de aplicacioacuten de teacutecnicas de
recoleccioacuten de energiacutea solar para asiacute mismo utilizarlo en el entorno y para la estructura
misma del pavimento La captacioacuten de energiacutea solar se realiza por medio de un panel
solar que se instala en la parte superior del pavimento teniendo en cuenta que el panel
solar tiene una resistencia mayor al comuacuten ya que tiene que soportar pesos de todo tipo
de vehiacuteculos seguacuten el profesor shyam s nandwani afirma que
la potencia solar que recibe el planeta tierra (fuera de la atmosfera) es cerca de 173 x
10^12 Kw o una energiacutea de 15x^15 kWh por antildeo Al atravesar la atmosfera cerca de 53
de esta radiacioacuten es reflejada y absorbida por el nitroacutegeno oxigeno ozono dioacutexido de
carbono vapor de agua polvo y las nubes Por lo tanto al pasar esta radiacioacuten por una
distancia de 150 millones de km se reduce esta cantidad y el final el planeta recibe
energiacutea promedio de 3x10^17 kWh al antildeo equivalente a 4000 veces el consumo del
mundo entero en un antildeo (7x10^13 kWhantildeo) o cual nos indica el enorme potencial del
sol (nandwani 2005)
117
Con las nuevas tecnologiacuteas la energiacutea solar se ha ido modernizando e incluyeacutendose
en diferentes proyectos entre estos el pavimento inteligente anterior mente nombrado en
cuanto al funcionamiento se puede afirmar que
Para cualquiera de las aplicaciones de la energiacutea solar la parte principal del sistema
es el COLECTOR ndash el artefacto que capta energiacutea solar y convierte en energiacutea uacutetil ndash sea
en forma caloacuterica o eleacutectrica Para la conversioacuten de energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica se
utilizan CELDAS SOLARES proveniente de los materiales semiconductores ndashtipo silicio
principalmente (nandwani 2005)
Despueacutes de convertir la energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica se procede a poner en
funcionamiento el circuito el cual se debe tener en cuenta que
Dependiendo de la capacidad de almacenamiento de la bateriacutea se puede calcular el
tiempo aproximado de funcionamiento de varios dispositivos y el aacuterea necesaria del panel
solar para usos especiacuteficos Una instalacioacuten ademaacutes requiere controlar el voltaje
mediante un regulador dirigir la corriente hacia una bateriacutea para almacenarla Como la
corriente eleacutectrica producida es directa es necesario para algunas aplicaciones un
inversor para convertirla en alterna (nandwani 2005)
Despueacutes de producir la energiacutea eleacutectrica por medio del panel solar instalado en el
pavimento se transfiere a un control de carga el cual regula la energiacutea con el fin de evitar
dantildeos en la bateriacutea la cual se encuentra en el siguiente paso de la energiacutea esta almacena
la corriente para ser utilizada se encuentra el panel produciendo energiacutea o no todo esto
para ser enviada al alumbrado puacuteblico situado en el pavimento volvieacutendolo auto
sostenible
Moacutedulo de control de carga para bateriacuteas
Moacutedulo de control de carga para bateriacuteas de litio Puede ser programado para
comenzar la carga de voltaje y para finalizarla (ELECTRONICA 2020)
Por ejemplo Configurando 12V como voltaje de inicio y 15V como voltaje de parada
cuando el voltaje este por debajo de 12V el releacute se cerraraacute permitiendo la carga de voltaje
a la bateriacutea cuando el voltaje alcance los 15V o sea mayor el releacute se apagaraacute deteniendo
la carga (ELECTRONICA 2020)
118
Caracteriacutesticas
Voltaje de entrada 10-30V
Precisioacuten del display 01V
Precisioacuten del control 01V
Tipo de salida salida directa
Tolerancia plusmn01V
Dimensiones 82x58x18mm
Regulador de carga de panel solar
El regulador solar o regulador de carga es un dispositivo necesario en la instalacioacuten
solar ya que se encarga de controlar la entrada a las bateriacuteas de la energiacutea generada en
los paneles solares El regulador permite por un lado alargar la vida de la bateriacutea y por
el otro obtener informacioacuten y paraacutemetros del funcionamiento de la instalacioacuten Permite
alargar la vida de las bateriacuteas ya que permite el paso de la electricidad seguacuten el estado
en que se encuentre la bateriacutea en cada momento Por ejemplo cuando esta esteacute a un
nivel de carga inferior al 95 permitiraacute el paso libre de toda la electricidad con el objetivo
de cargarla cuanto antes posible Mientras que si se encuentra en un porcentaje de carga
del 95 al 99 permitiraacute el paso de forma muy controlada que es lo que llamamos carga
de flotacioacuten con el fin de llenar al maacuteximo la bateriacutea Por otra parte si la bateriacutea se
encuentra completamente cargada cortaraacute el paso de corriente para evitar sobrecargas
o un sobrecalentamiento del acumulador Gracias a realizar la carga de esta forma se
evitan problemas en las bateriacuteas solares y se alarga al maacuteximo sus antildeos de vida
(DamiaSolar 2016)
Existen 2 tipos de reguladores de carga el PWM o convencional y el MPPT o
maximizador El uso de uno u otro dependeraacute del tipo de placa solar que utilicemos Si
se tratan de placas solares de 36 o 72 ceacutelulas (paneles de hasta 200W) seraacute suficiente
usar un regulador PWM ya que estas placas tienen un voltaje en el punto de maacutexima
potencia alto Mientras que si usamos placas de 60 ceacutelulas (paneles de potencia superior
a 200W) seraacute de uso obligatorio el regulador MPPT ya que estas placas tiene un voltaje
119
menor pues priorizan el amperaje en lugar del voltaje con lo cual seraacute necesario siempre
un regulador MPPT el cual modula el voltaje del panel y lo adapta a las caracteriacutesticas de
las bateriacuteas conectadas (DamiaSolar 2016)
Los paneles solares de 60 ceacutelulas se conocen popularmente como paneles de red ya
que se utilizaban antiguamente en las huertas solares que se conectaban a la red Para
diferenciar los paneles de red de los paneles convencionales se debe mirar su ficha
teacutecnica impresa en la pegatina posterior del panel El panel de red indicaraacute un valor VMP
de solamente 29V o similar mientras que las placas convencionales o de aislada generan
un VMP aproximado de 36 voltios en las placas de 24V y de 18 voltios en las placas de
12V (DamiaSolar 2016)
Para saber si necesito un regulador de 10A 20A 30A 60A o 80A (A= amperios) se
deberaacute mirar el amperaje del panel indicado como corriente nominal o IMP i multiplicarlo
por el nuacutemero de paneles que queramos instalar en la instalacioacuten solar Por ejemplo en
una instalacioacuten solar de 12V donde se instalen 6 placas de 140W 12V el IMP de este
panel seraacute de 797A Por lo tanto si se disponen de 7 placas se obtendraacute una corriente
maacutexima de 5579 y seraacute necesario usar un regulador solar de 60A Tambieacuten es
importante si en un futuro hay previsto instalar maacutes paneles poner ya de inicio un
regulador de mayor capacidad asiacute cuando se instalen seraacute necesario cambiar este
dispositivo (DamiaSolar 2016)
Bateriacutea Recargable
Tanto los paneles solares como las turbinas eoacutelicas son fuente de energiacutea verde y
renovable pero el problema de estos sistemas de autoabastecimiento eleacutectrico reside en
el almacenamiento Las instalaciones tradicionales proporcionan la energiacutea de manera
inmediata de manera que lo que no se consuma en el momento se pierde y ademaacutes si
el diacutea se nubla o el viento se detiene no es posible obtener suministro
(Ambientesoluciones 2020)
Para resolver este inconveniente este grupo de investigadores ha disentildeado
una bateriacutea de flujo segura y rentable que se puede utilizar tanto de manera domeacutestica
como comercial Estaacute elaborada con materiales de bajo coste que se encuentran en la
tierra de forma habitual como carbono oxiacutegeno nitroacutegeno hidroacutegeno hierro y potasio
Los compuestos no son toacutexicos ni tampoco inflamables (Ambientesoluciones 2020)
120
Los materiales no son toacutexicos son baratos y al estar disueltos en una
abundante cantidad de agua son seguros ya que no puede prenderse
fuego un detalle muy importante cuando se estaacuten almacenando grandes
cantidades de energiacutea eleacutectrica cerca de la gente explica Michael J
Aziz uno de los ingenieros que ha desarrollado el invento
(Ambientesoluciones 2020)
A diferencia de las bateriacuteas de electrodos soacutelidos las bateriacuteas de flujo almacenan la
energiacutea en los liacutequidos contenidos en los tanques externos de manera similar a las pilas
de combustible Los tanques establecen la capacidad de almacenamiento y el hardware
de conversioacuten electroquiacutemica a traveacutes del que se bombean los fluidos establece la
potencia (Ambientesoluciones 2020)
Ambos elementos se pueden personalizar para que cada usuario disponga de la
energiacutea atendiendo a sus necesidades Ademaacutes como la cantidad de energiacutea que puede
guardar aumentar con soacutelo aumentar el tamantildeo de los tanques se puede almacenar
mucha maacutes a un menor coste que los sistemas de bateriacuteas tradicionales
(Ambientesoluciones 2020)
Panel solar
El panel solar es el elemento maacutes conocido de los componentes utilizados en la
implementacioacuten de energiacutea solar se trata de un elemento que aprovecha la energiacutea del
sol para transformarlo en energiacutea eleacutectrica o caloacuterica la cual se puede utilizar de
diferentes maneras en esta transformacioacuten de la energiacutea solar se pueden distinguir
diferentes propoacutesitos de la energiacutea la primera por ejemplo es la utilizacioacuten de esta para
producir agua caliente lo cual se ve generalmente en los hogares y la segunda y una de
las maacutes conocidas son la transformacioacuten de energiacutea por medio de paneles fotovoltaicos
los cuales permiten producir electricidad captando la radiacioacuten solar las cuales recaen en
las ceacutelulas fotovoltaicas del panel solar (SLU 2015)
La energiacutea solar se puede captar de diferentes formas las dos mencionadas
anteriormente permiten entender el funcionamiento y la forma en la que se aprovechan
las radiaciones solares tales como se puede identificar en el siguiente paacuterrafo que nos
muestra el funcionamiento por medio de recoleccioacuten y transformacioacuten en energiacutea caloacuterica
121
En cuanto a las dos formas anteriormente nombradas el sistema de recoleccioacuten de
energiacutea solar uno de estos es por medio del colector solar en el cual tiene un liacutequido en
su interior que tiene la funcioacuten de absorber la radiacioacuten generada por el sol y
posteriormente la convierte en calor por medio de este liacutequido el cual se almacena para
ser utilizado por medio de ductos instalados en conjunto con el servicio de agua ya que
este se convierte en un intercambiador de calor por medio de unos ductos lo que permite
que el recurso hiacutedrico al ser usado tenga la temperatura deseada este ciclo se repite ya
que el liacutequido que funciona como intercambiador de calor retorna al colector solar para
realizar el proceso de nuevo (SLU 2015)
La recoleccioacuten de energiacutea eleacutectrica por medio de paneles solares es la maacutes
conocida en el mundo ya que es la base de esta tecnologiacutea para entender su
funcionamiento se debe comprender sus caracteriacutesticas por medio del siguiente paacuterrafo
se pueden identificar
La recoleccioacuten de energiacutea solar por medio de paneles fotovoltaicos se obtiene
gracias a las celdas que se encuentran en la superficie del panel solar las cuales son
denominadas como ceacutelulas fotovoltaicas estas tienen la capacidad de convertir la
energiacutea solar en energiacutea eleacutectrica esto es llamado efecto fotovoltaico este efecto provoca
la energiacutea solar (fotones) posteriormente se producen unas cargas positivas y negativas
en unos componentes llamados semiconductores que estaacuten directamente relacionados
con las celdas y tienen distinto tipo y por medio de estos se crea un campo eleacutectrico que
posteriormente permite obtener corriente eleacutectrica (SLU 2015)
El panel solar puede funcionar con diferentes tipos de materiales los cuales
funcionan de una manera similar los maacutes utilizados para producirlos son el arseniuro de
galio (Gas) este es maacutes utilizado en diferentes tipos de aparatos electroacutenicos los cuales
son maacutes complejos y el segundo es el silicio (Si) el cual tiene un costo econoacutemico menor
estos son maacutes faacuteciles de encontrar y por lo mismo son los maacutes utilizados en general
ademaacutes de ser utilizados por la industria microelectroacutenica cuando se evaluacutea el
rendimiento de las celular fotovoltaicas se puede concluir que estas estaacuten ligadas con la
estructura tridimensional en el interior de la laacutemina de silicio (SLU 2015)
El panel solar tiene la funcioacuten de recibir la energiacutea lo cual lo convierte en un
elemento clave a la hora de construir dispositivos que necesiten aprovechar la energiacutea
solar ya que tambieacuten se deben tener en cuenta factores importantes en cuanto al manejo
122
de este tales como son la ubicacioacuten ya que es de vital importancia garantizar que se
aprovecha de la mejor manera la energiacutea proporcionada por el sol esto debido a que se
debe tener en cuenta el movimiento de la tierra alrededor del sol para identificar los
aacutengulos y zonas que permitan optimizar esta recoleccioacuten de energiacutea
Pavimentos articulados
Los pavimentos articulados tienen una caracteriacutestica principal y es que estaacuten
disentildeados con adoquines en su capa superior tambieacuten estaacute compuesta por un cuerpo el
cual contiene una capa de base y sub base con unas caracteriacutesticas de compactacioacuten
ademaacutes de opcionalmente realizar una adaptacioacuten a la sub rasante
Los adoquines son la caracteriacutestica maacutes visible de los pavimentos articulados ya que
estaacuten en su capa superior y son los primeros en tener contacto con los usuarios estos
se disentildean generalmente en forma de bloque macizo lo cuales tienen caracteriacutesticas de
dimensionamiento similares ya que es necesario uniformidad para su instalacioacuten ya que
son prefabricados y se traen al terreno para ser instalados uno tras de otro dejando juntas
entre ellos
Las demaacutes partes que componen el pavimento articulado son constituidas por un sello
de arena el cual se instala entre las juntas de los adoquines con el fin de rellenar pero
tambieacuten aportan un buen funcionamiento del pavimento a flexioacuten y la capacidad portante
de la superficie del pavimento posteriormente se encuentra una capa de arena la cual se
coloca con el fin de instalar los adoquines sobre esta esta arena debe tener una
granulometriacutea optima que permita un flujo libre de agua y la infiltracioacuten ademaacutes que sus
partiacuteculas deben ser resistentes a la degradacioacuten (CASTILLO 2003)
Las capas siguientes son denominadas cuerpo la que se encuentra posteriormente a
la capa de arena es llamada base y es la encargada de proporcionar una mejor capacidad
estructurar y tambieacuten permite un apoyo uniforme del pavimento siguieacutendole por una capa
llamada sub base la cual se encuentra debajo de la base y es utilizada para traacuteficos
medios y altos mayormente ya que para traficas bajos basta con la uacuteltima capa llamada
capa de conformacioacuten esta capa se encuentra entre la sub base y la sub rasante es
instalada para mejorar las caracteriacutesticas del suelo y funciona como plataforma para la
construccioacuten de las anteriores capas (CASTILLO 2003)
123
Sensores de movimiento
Los sensores de movimiento son dispositivos electroacutenicos estos generalmente
funcionan de forma inalaacutembrica y su funcionamiento parte de captar el movimiento para
asiacute enviar informacioacuten a una central de control estos sensores son capaces de registrar
movimientos de un aacuterea determinada y son reconocidos en todo el mundo por su
utilizacioacuten en sistemas de seguridad e iluminacioacuten entre otras funciones (Palacios 2020)
Entre los sensores de movimiento varios tipos y variedades dependiendo de la
utilizacioacuten en cada caso entre los cuales se encuentran los siguientes
Los sensores de regulacioacuten luz crepuscular estos sensores basan su funcionamiento
en aumentar o disminuir la luz del dispositivo luminario relacionado con la luz ambiente
lo cual permite que si la luz ambiente es de mayor intensidad se disminuya la generada
por el dispositivo esto genera que se optimice la eficiencia del sistema de iluminacioacuten al
maacuteximo aprovechando la luz al maacuteximo solo cuando se es necesario este sensor es
utilizado generalmente en exteriores ya que en ese entorno se optimiza mejor su ventaja
al tener directamente la luz del ambiente (LEDOVET 2018)
Los sensores de movimiento de infrarrojos estos sensores basan su funcionamiento
en la utilizacioacuten de luces infrarrojas para identificar cambios caloriacuteficos en el aacuterea de
cobertura predeterminada lo que permite detectar si una persona se mueve dentro de
dicha aacuterea y puede utilizarse como receptor de informacioacuten para seguridad donde se
conectariacutea con otro dispositivo de alerta o tambieacuten combinarlo con un sistema de
iluminacioacuten que genere luz a la presencia de personas (LEDOVET 2018)
Los sensores de presencia ultrasoacutenicos estos sensores basan su funcionamiento en
la utilizacioacuten de ondas ultrasoacutenicas las cuales son generadas por el dispositivo en una
determinada aacuterea las cuales regresan por rebote al ya que chochan con cada objeto
encontrado en el entorno cuando estas ondas regresan y detectan un cambio en su
rebote alertan este cambio activando el sistema con el cual este disentildeado (SampP 2018)
Los sensores combinados estos tipos de sensores son disentildeados con las tecnologiacuteas
anteriormente nombradas ya que estas se pueden combinar con el fin de obtener ventajas
en su funcionamiento estos teniendo en cuenta la importancia ya que se pueden instalar
de forma que aumente el nivel de deteccioacuten como puede ser una combinacioacuten entre las
tres tecnologiacuteas o solo dos de las tres con el fin de aumentar la sensibilidad del sistema
124
informacioacuten recibida ya que se genera una activacioacuten de todo el sistema con la deteccioacuten
de solo uno de los dispositivos tambieacuten se puede lograr el efecto inverso al instalarlos
de forma que se tengan que activar los dos o tres lo que baja la intensidad de deteccioacuten
y le da una mejor flexibilidad en espacios donde no es necesaria tanta seguridad y evitar
incomodidades a los usuarios
En cuanto a la forma de regulacioacuten de estos sensores se encuentran la regulacioacuten
dependiendo del alcance en metros con el que sea disentildeado el sistema esto se realiza
con el fin de solo cubrir la zona donde se requiere la funcioacuten del sensor y no interferir en
otros lugares del mismo entorno donde no es necesario o no se desea interferir otra
forma de regulacioacuten de estos sensores se puede realizar por medio del tiempo ya que se
puede disentildear con el fin de que se active desde que detectan un cuerpo hasta que se
desee que dejen de funcionar con el fin de optimizar el uso buscando la maacutexima eficacia
tambieacuten se mitigara el consumo energeacutetico ya que solo permaneceraacute en funcionamiento
los momentos que sea necesario y por ultimo un tipo de regulacioacuten es con la tecnologiacutea
anteriormente nombrada la crepuscular donde se regula dependiendo de la luz
encontrada en el ambiente solo encendiendo cuando es necesario la luz (SampP 2018)
Concreto translucido
El concreto translucido es un material utilizado de diferentes formas ya que sus
propiedades le permiten aprovechar la luz siendo esta un factor maacutes influyente en las
obra de infraestructura a las que se le implementa este tipo de concreto ya sea para el
aprovechamiento de luz del entorno y asiacute mitigar problemas ambientales o crear maacutes
confort en los usuarios como para generar una estructura combinada con luz artificial
que a su vez tambieacuten se puede combinar con energiacuteas renovables para obtener
beneficios ambientales ademaacutes de poder jugar con las diferentes formas y lugares en los
cuales se puedan construir como estructuras deportivas viacuteas zonas comunes entre otras
donde estas tengan un impacto innovador
El concreto translucido fue patentado por aron losonczi el cual tuvo la idea de unir dos
caracteriacutesticas diferentes como lo es la dureza del concreto y la transparencia de un
material translucido su investigacioacuten se dirigioacute a la implementacioacuten de fibras oacutepticas en
el concreto convencional con el fin de crear productos que permitan construir paredes de
interiores o exteriores suelos iluminados o en proyectos de arte y disentildeo (OMPI
ORGANIZACION MUNDIAL DE LA PROPIEDAD INTELECTUAL 2015)
125
En la actualidad existen dos tipos de concreto translucido que destacan en el
mundo los cuales son el concreto translucido construido con fibra oacuteptica y el concreto
translucido polimeacuterico
Concreto translucido con fibra oacuteptica
El concreto translucido con fibra oacuteptica estaacute compuesto por miles de filamentos de fibra
oacuteptica la cual se agrega al concreto y generalmente tienen un diaacutemetro entre los 2mm y
2 micras para que tenga un buen desempentildeo deben estar orientadas en la misma
direccioacuten esto de un lado al otro de la pieza que se construya generalmente la proporcioacuten
de fibra suministrada al conglomerado es del 4 del volumen de la pieza de concreto
construida en total (ARCUS GLOBAL 2020)
La caracteriacutestica que le da lo translucido al concreto es a implementacioacuten de las fibras
oacutepticas ya que la luz que impacta por una cara del concreto en un extremo de las fibras
oacutepticas acomodadas en la misma direccioacuten generan que la luz se perciba aunque con
una menor intensidad al otro extremo de las fibras oacutepticas en este orden de ideas entre
maacutes intensa sea la luz en la cara donde se realiza el contacto maacutes intenso se veraacute en la
otra cara de la pieza construida (ARCUS GLOBAL 2020)
Otra caracteriacutestica de las piezas construidas con fibras oacutepticas son las sombras
generadas en la cara que se tiene luz ya que estas tambieacuten aparecen en la otra cara del
concreto y se destacan por su contorno lo que le da un plus de esteacutetica y esta
caracteriacutestica del concreto translucido con la luminosidad se puede dar hasta 20 metros
todo gracias a las fibras oacutepticas que contienen en su interior y en cuanto a la parte
estructural no se implementan barras de aceros como se acostumbra en el concreto
convencional si no barras de plaacutestico transparentes y tambieacuten se obtiene una resistencia
similar a la de los concretos tradicionales (ARCUS GLOBAL 2020)
Concreto Translucido Polimeacuterico
El concreto translucido polimeacuterico tiene una composicioacuten que se asemeja mas a la
tradicional la caracteriacutestica que le permite ser translucido es el cambio del cemento
convencional parcial o complementariamente por un conglomerante polimeacuterico
transparente llamado el ilum (ARCUS GLOBAL 2020)
La diferencia entre el anterior concreto desarrollado a partir de fibras oacutepticas y este
desarrollado a partir de ilum es que el ilum permite la entrada de luminiscencia por todas
126
las direcciones esto tambieacuten depende de la dosificacioacuten ya que al agregar el componente
aacuterido pierde un poco esta caracteriacutestica para obtener grandes resultados se debe tener
una granulometriacutea bien cuidada tambieacuten se obtiene que la resistencia a la compresioacuten
de este tipo de concreto translucido puede ser similar o en ocasiones superior a la del
concreto convencional (ARCUS GLOBAL 2020)
Este trabajo de investigacioacuten utiliza el concreto transluacutecido SEUS elaborado con
poliacutemeros y materiales reciclados que seguacuten Perdomo amp Fandintildeo (2020) registra una
buena resistencia a la compresioacuten (44 MPa) cuando se usa aglomerante de resina de
polieacutester insaturado (Perdomo C amp Fandintildeo M 2020)
43 MARCO CONCEPTUAL
Meacutetodos de disentildeo de pavimentos
Meacutetodo racional
El meacutetodo racional muestra la estructura de pavimento como un medio elaacutestico sobre
el cual se coloca una carga la cual genera en la estructura un esfuerzo el cual es aplicado
especiacuteficamente en la capa superior para comprender estos esfuerzos se puede
interpretar a traveacutes de un modelo mecaacutenico el esfuerzo ejercido en la capa superior se
propaga a traveacutes de la estructura y cada vez que avanza en la estructura el esfuerzo es
menor esto quiere decir que si el grosor del medio elaacutestico que soporta los esfuerzos es
mayor mejor soporta los esfuerzos por que maacutes distancia recorre maacutes deacutebil se vuelve el
esfuerzo
Para el dimensionamiento del pavimento por el meacutetodo racional por el modelo
Boussinesq se tiene en cuenta que la presioacuten ejercida por el neumaacutetico o un peatoacuten el
cual ejerce una carga (Lizcano 2003) las cuales generalmente son mayores de lo que
puede soportar un terreno natural por esta razoacuten la calzada disentildeada debe repartir esta
presioacuten con el fin de volverla tolerable y estos modelos siguen las hipoacutetesis encontradas
a continuacioacuten
ldquoLa carga aplicada a la calzada se esquematiza por una presioacuten qₒ sobre un circulo de
radio ϕ como se puede observar en la siguiente figurardquo (Lizcano 2003)
127
ldquoEl suelo soporte requiere elaacutestico modo de Young E2 relacioacuten de poisson v2 este
suelo solo puede resistir sin deformarse exageradamente un esfuerzo vertical admisible
(σ2) inferior presioacuten a ntildea presioacuten qₒ coacutemo se puede observar en la siguiente figurardquo
(Lizcano 2003)
Figura 7 Distribucioacuten de esfuerzos Modelo Boussinesq
Fuente (Boussinesq 2020)
Posteriormente se identifica una profundidad la cual se determina como H esto con el
fin de que la presioacuten vertical se encuentre al final difusa ya que no se puede sobrepasar
el esfuerzo vertical admisible (Sz) el meacutetodo Boussinesq encontroacute una solucioacuten al poner
que en una profundidad z el esfuerzo vertical es de la siguiente manera (Lizcano 2003)
1205902 = 1199020
[
1 minus(119911119886)
3
(1 + (1199112
1198862))
32
]
Donde
σ2= esfuerzo vertical
128
α = radio de la carga de la huella circular o semieje en la direccioacuten x de la carga de
huella eliacuteptica
q = presioacuten de la carga
X Y y Z = coordenadas cartesianas de un punto
Esta nomenclatura aplicada al pavimento se puede representar de la siguiente manera
Figura 8 Esfuerzos que sufren los pavimentos en tres direcciones
Fuente (Lizcano 2003)
Donde
σ2= esfuerzo vertical
σr= esfuerzo radial de traccioacuten
Es= moacutedulo de Young de un masivo semifinito
v= coeficiente de poisson
ͳ= cizallamiento
Las fuerzas anteriormente nombradas ejercidas en el pavimento se pueden observar
en la siguiente grafica donde se puede identificar la forma en la que un neumaacutetico ejerce
presioacuten sobre el pavimento teniendo en cuenta que el neumaacutetico tiene una forma en la
cual se distribuyen las presiones en forma de ovalo por lo cual en cuanto maacutes se acerca
a su centro maacutes fuerte se vuelve esta presioacuten se puede observar como en la uacuteltima fase
los colores son cada vez maacutes intensos esto quiere decir que en ese logar el pavimento
estaacute sometido a maacutes esfuerzo
129
Figura 9 Huella de la llanta del vehiacuteculo sobre el pavimento
Esfuerzos graficados Fuente (Xiaodi Hu 2017)
Meacutetodo AASHTO
El meacutetodo AASHTO llamado asiacute por sus siglas (American Association of State Highway
and Transportation Officials) es caracteriacutestico por ser un meacutetodo de disentildeo semiempirico
donde en sus inicios fue evaluado para pavimentos flexibles pero tambieacuten fue adaptado
para pavimentos articulados ya que cogieron este como base esto conlleva a que
compartan muchas similitudes es importante tener en cuenta que este meacutetodo emplea
unidades las cuales se estiman mediante el traacutefico ejes estaacutendar en unidades inglesas
18 Kips (82 toneladas) (CASTILLO 2003)
La foacutermula base de este meacutetodo es la siguiente
log10(119864119860119871119904 lowast 119865119903)
= 939 lowast log10(119878119873 + 1) minus 02 + (log10 (119875119900 minus 119875119905
119875119900 minus 15) (04 + (
1094
(119878119873 + 1)519)
+ (232 lowast log10 119872119903) minus 807
Donde
EALs= numero de eje de 18 Kips acumulado en el periodo de disentildeo
Fr= factor de confiabilidad del disentildeo 10^(Zr+So)
Zr= fractil estaacutendar de la ley (funcioacuten de R)
So= desviacioacuten estaacutendar
R= nivel de confiabilidad
SN= numero estructural de la capa
Po= serviciabilidad inicial del pavimento
Pt= serviciabilidad final del pavimento
130
Mr= moacutedulo resiliente de la subrasante (psi)
Generalmente la desviacioacuten estaacutendar es recomendada como 045 el factor de
confiabilidad usado en la formula anteriormente nombra se encuentra dependiendo de la
importancia de la viacutea con lo que se debe tener en cuenta las siguientes recomendaciones
para encontrar el Fr
Tabla 1 Factor de confiabilidad
Nivel de confiabilidad
() 119917119929
50 1000
60 1300
70 1721
75 2010
80 2390
85 2929
90 3775
95 5499
99 8527
Fuente (CASTILLO 2003)
Para definir el nivel de confiabilidad con el que se debe disentildear la viacutea se debe tener en
cuenta factores que dan un nivel de importancia dependiendo del tipo de viacutea que se va a
construir en el siguiente cuadro se encuentran los criterios que deben tenerse en cuenta
para poder obtener un nivel de confiabilidad recomendado
131
Tabla 2 Nivel de confiabilidad
Clase de viacutea
Trafico
promedio
diario
Factor de
distribucioacuten por
carril()
Nivel de
confiabilidad
recomendado
()
Arterias o viacuteas principales
Urbana 40000 90 90
Rural 15000 90 85
Colectora principal
Urbana 15000 90 85
Rural 6000 90 80
Colectora
secundaria
Urbana 6000 100 80
Rural 2000 100 80
Comercial Multifamiliar
Urbana 2000 100 75
Fuente (CASTILLO 2003)
Para encontrar el numero estructural de la capa se debe utilizar la siguiente formula
119878119873 = Σ(119886119894 lowast 119905119894)
Donde
ai= coeficiente de capa de la i
ti= espesor de la capa i
La estructura del pavimento disentildeada por el meacutetodo Asshto despueacutes de tener en
cuenta los materiales con los que se van a construir cada capa y el aporte estructural que
se encuentra en cada una de estas con los cuales dependiendo de la necesidad se elige
su espesor quedariacutean de la siguiente manera
132
Figura 10 Estructura del pavimento AASTHO 1993
Fuente Guiacutea para el disentildeo de estructuras de pavimentos AASTHO 1993
Meacutetodo PCA
Para el disentildeo por el meacutetodo PCA se rige principalmente por los siguientes factores
-resistencia del concreto a la flexioacuten denominada como MR
El moacutedulo de rotura denominado como Mr es uno de los factores maacutes importantes en
el disentildeo de pavimentos articulados ya que por medio de este se mide la tensioacuten maacutexima
que puede soportar un espeacutecimen el cual debe ser fallado a flexioacuten esto ejerciendo las
cargas en 3 puntos
El moacutedulo de rotura puede ser obtenido mediante cargas cantiliver en un punto central
en los tercios Una diferencia importante en estos meacutetodos de prueba es que la prueba
de la carga en los tercios da la miacutenima resistencia en el tercio central de la viga ensayada
mientras que los otros dos meacutetodos muestran la resistencia en un solo punto (Robert G
Packard 1995)
Las pruebas anteriormente mencionadas se realizan generalmente a los 7 14 y 28 y
90 diacuteas las pruebas realizadas a los 7 y 14 diacuteas son utilizados generalmente para
recopilar informacioacuten sobre el comportamiento del concreto y control en el trabajo y para
determinar en queacute momento se puede dar apertura al pavimento los ensayos a 28 diacuteas
son comuacutenmente utilizados para los espesores de la capa superior del pavimento y el
133
uacuteltimo ensayo el de los 90 diacuteas son utilizados para el disentildeo de pistas de aterrizaje
(Robert G Packard 1995)
El concreto tiene una la habilidad de ganar resistencia al aumentar los antildeos de vida
esto se puede representar en una graacutefica la cual representa diferentes tipos de ensayos
realizados a vigas de pruebas las cuales fueron curadas en el campo y tambieacuten de varias
partes de hormigos las cuales estaban en servicio lo cual se puede observar a
continuacioacuten
Figura 11 Evolucioacuten de la resistencia a la flexioacuten en funcioacuten del tiempo
Grafica resistencia Fuente (Robert G Packard 1995)
-Resistencia encontrada de la subrasante y la subbase combinadas denominada como
K
El soporte de la subrasante y la subbase es definido en teacuterminos del moacutedulo de
reaccioacuten de la subrasnate (k) de westergaard Es igual a la carga en libras por pulgada
cuadrada sobre el aacuterea de la carga dividido por la deflexioacuten en pulgadas para esa carga
Los valores de k son expresados como libras por pulgada cuadrada por pulgada es decir
como libras por pulgada cubica (pci) (Robert G Packard 1995) En la siguientes dos
tablas se puede observar el efecto de la subbase asiacute encontrando el valor de K donde
se evaluacutean de dos formas una con la subbase no tratada y la otra con la subbase tratada
con cemento
Tabla 3 Nivel de confiabilidad
Valor de k de la subrasante pci
Valor k de la subbase pci
4 Pulg 6 Pulg 9 Pulg 12 Pulg
134
50 65 75 85 110
100 130 140 160 190
200 220 230 270 320
300 320 330 370 430
Valor de k subbase no tratada Fuente (Robert G Packard 1995)
Tabla 4 Nivel de confiabilidad
Valor de k de la subrasante pci
Valor k de la sub-base pci
4 Pulg 6 Pulg 9 Pulg 12 Pulg
50 170 230 310 390
100 280 400 520 640
200 470 640 830 -
Valor de k subbase tratada con cemento Fuente (Robert G Packard 1995)
-los tipos de cargas que soportara el pavimento frecuencia y pesos
Este factor estaacute en unos de los maacutes importantes ya que se determinan las cargas a las
cuales se va a estar expuesta la viacutea durante toda su vida uacutetil y estas cargas son
directamente responsables con los otros factores del espesor de la viacutea y se deben tener
en cuenta tres factores los cuales se pueden observar a continuacioacuten
Trafico promedio diario de todos los vehiacuteculos
Trafico promedio diario de camiones
Cargas axiales de los camiones
-El uacuteltimo factor es el periodo de disentildeo de la viacutea
El periodo de disentildeo de la viacutea generalmente estaacute en 20 antildeos algunas veces maacutes y
otras menos pero todo depende del criterio que se tenga en la caracteriacutesticas que
requiera la viacutea algunos ingenieros dicen que el rango de periodo de disentildeo debe estar
entre 30 y 35 antildeos algunas obras donde sus materiales carecen de defectos se pueden
disentildear hasta maacutes de 40 antildeos pero todos estos periodos de disentildeo se pueden justificar
de acuerdo a la importancia o tambieacuten econoacutemicamente ya que este afecta directamente
al grosor del pavimento ya que al aumentar los antildeos de disentildeo se incrementan los
135
nuacutemeros de ejes estaacutendar que pasaran por la viacutea ademaacutes de los servicios adicionales
durante el periodo (Robert G Packard 1995)
44 MARCO CONTEXTUAL
El tramo de prueba donde se realizaraacute la validacioacuten en campo del sendero inteligente
Step by Step estaacute ubicado en el Parque Simoacuten Boliacutevar del municipio de Agua de Dios
sitio muy concurrido por la poblacioacuten lo que aduce que no solo impacta a traacutefico peatonal
si no que genera atractivo turiacutestico
El municipio tradicionalmente celebra actividades religiosas en el cerro de la cruz en
un ambiente de clima huacutemedo oacuteptimo para realizar actividades luacutedicas con la naturaleza
con gran variedad de especies Sin embargo desde los uacuteltimos 15 antildeos la afluencia de
los habitantes a estas fiestas ha registrado un declive dejando de lado los atractivos de
este sitio como las aguas azufradas a las cuales se dice que fueron la razoacuten de la
denominacioacuten del municipio sumado a una historia basada en el abandono de los
enfermos de Lepra por parte de la sociedad en el tradicional Puente de los Suspiros
Figura 12 Localizacioacuten del Municipio de Agua de Dios Cundinamarca
Fuente web httpswwwgooglecommaps 2020
El municipio Agua de Dios se encuentra ubicado en el departamento de Cundinamarca
en la zona del alto magdalena donde sus municipios vecinos son Girardot a 26 km al
noreste Tocaima a 15 km al noroeste y Nilo a 8km al sur del municipio Este municipio
136
con un poco maacutes 10000 habitantes (DANE 2018) y que se encuentra a una distancia
total de 124 kiloacutemetros de la Capital del paiacutes Bogotaacute es un municipio pequentildeo de veranos
largos muy calientes y bochornosos los inviernos son cortos Seguacuten el IDEAM la
temperatura media anual de agua de Dios se encuentra entre 26degC y 28degC (IDEAM
2014)
Figura 13 Zona urbana Municipio de Agua de Dios
Fuente web httpswwwgooglecommaps 2020
Al sur oriente se localiza el parque ecoturiacutestico los chorros (ver Figura 14) lugar que
cuenta con una historia enriquecedora desde la fundacioacuten del municipio y que
actualmente se encuentra en un estado de deterioro Pese a que se encuentran diferentes
tipos de especies de aacuterboles y animales lo convierten en sitio turiacutestico rodeado de
balnearios y zonas de comida con un clima extraordinario y con una riqueza cultural a
nivel nacional siendo un sitio propicio para implementar el Step by Step a futuro
137
Figura 14 Balneario los Chorros Agua de Dios
Fuente (Alcaldia de Agua de Dios 2019)
Seguacuten el IDEAM la radiacioacuten solar que emite el Sol se propaga en todas las direcciones
a traveacutes del espacio esa energiacutea es el motor que determina la dinaacutemica de procesos
atmosfeacutericos y de clima La radiacioacuten solar nos proporciona efectos fisioloacutegicos positivos
tales como estimular la siacutentesis de vitamina D que previene el raquitismos y osteoporosis
favorece la circulacioacuten sanguiacutenea actuando en algunos tratamientos en algunas
dermatosis y estimula en algunos casos la siacutentesis de los neurotransmisores cerebrales
responsables del estado aniacutemico (IDEAM 2014) Por esto estaacute encargado de medir la
radiacioacuten solar a nivel nacional argumentando que es importante principalmente como
una de las fuentes alternativas de energiacutea en la generacioacuten de electricidad ademaacutes de
que ayuda a un sin nuacutemero de aplicaciones para crear modelos de prediccioacuten del tiempo
y el clima (IDEAM 2014)
El portal ACCUWEATHER de internet cuenta con alta tecnologiacutea y esta actualizado
cada diacutea sobre datos de clima viento lluvias en cualquier lugar del mundo El sitio web
dice que en el municipio de Agua de Dios se encuentra un historial de temperaturas que
estaacuten entre los 9degC y los 32degC asiacute como hay raacutefagas de viendo que superan los 10
kiloacutemetros por hora (accuweather 2020)
Asiacute mismo cuenta con la microcuenca de la quebrada la Punaacute y esta a su vez hace
parte de la subcuenca del Rio Bogotaacute Cuenca mayor del Rio Magdalena (SECHAGUA
2016) se cuentan con estudios medio ambientales que referencian al municipio y del cual
se pueden tener en cuenta para los datos de precipitacioacuten de lluvias sobre el municipio
138
Seguacuten la Corporacioacuten Autoacutenoma Regional de Cundinamarca CAR en el municipio se
encuentra la estacioacuten meteoroloacutegica de precipitacioacuten denominada Las Violetas Dicha
estacioacuten recoge informacioacuten importante para dar a conocer un valor puntual climaacutetico de
la zona de estudio y con estos datos se pueden evaluar otros factores que sirven para la
agricultura y demaacutes Dichos valores de precipitacioacuten son para los puntos de control para
altitudes de 0 a 1000 metros sobre el nivel del mar
Agua de Dios dentro de un escenario neutro se encuentra en el intervalo de
precipitacioacuten 186 miliacutemetros a 1656 miliacutemetros Bajo un escenario donde se presenta el
fenoacutemeno de El Nintildeo en un intervalo que va desde 264 miliacutemetros hasta 1933
miliacutemetros Y por uacuteltimo bajo un escenario en el que se presenta el fenoacutemeno de La Nintildea
en un intervalo que va desde 436 miliacutemetros hasta 2192 miliacutemetros (CAR 2015)
Teniendo en cuenta los datos anteriores y otros tomados en periodos maacutes largos de
tiempo la CAR hace un anaacutelisis espacial de la precipitacioacuten sobre los municipios que
hacen parte de la jurisdiccioacuten de la CAR Dicho lo anterior el anaacutelisis muestra un reacutegimen
de lluvias bimodal lo que quiere decir que se presentan dos temporadas de lluvias altas
y dos temporadas de lluvias de baja intensidad durante el antildeo la primera temporada de
lluvias se presenta en los meses de diciembre enero y febrero al mismo tiempo se
presentan diferencias en sus cantidades de lluvias espacialmente los menores
voluacutemenes de lluvia se presentan en la cuenca del Rio Bogotaacute donde oscilan en promedio
de 11 y 40 mm mensuales La segunda temporada de lluvias menos intensa se presenta
en los meses de junio Julio y agosto los valores maacutes bajos de lluvias se presentan en la
Cuenca del Rio Bogotaacute donde oscilan de 19 a 42 mm La primera temporada de
voluacutemenes altos de lluvias se presenta en los meses de marzo abril y mayo donde los
valores se encuentran entre 200 y 400 mm mensuales La segunda temporada de lluvias
altas se dan en los meses de septiembre octubre y noviembre los voluacutemenes de lluvia
se encuentran entre 150 y 340 mm mensuales acumulados (CAR 2015)
En consecuencia la temporada de lluvias bajas se concentra en seis meses del antildeo
meses que son importantes para el turismo en todas las regiones del paiacutes Se evidencia
la temporada de fin de antildeo y de mitad de antildeo que son importantes porque la mayoriacutea de
las personas se encuentra en temporada de vacaciones y el municipio de Agua de Dios
durante esa eacutepoca es visitado por ciudadanos de todas las regiones
139
45 MARCO LEGAL
La norma que establece las especificaciones teacutecnicas para el control de calidad de
adoquines de concreto hidraacuteulico en Colombia es la Norma Teacutecnica Colombiana (NTC)
2017 para construir pavimentos articulados tanto para traacutefico peatonal como traacutefico
vehicular asiacute como tambieacuten la descripcioacuten de los materiales que se usan para su
fabricacioacuten
Si se desean caracteriacutesticas diferentes a las que exige la norma estas deben ser
especificadas antes de iniciar el disentildeo del adoquiacuten
A continuacioacuten se muestran unas tablas donde se refleja lo que exige la norma teacutecnica
colombiana NTC 2017 en cuanto al disentildeo de adoquines Ademaacutes de esto la informacioacuten
se sustenta con informacioacuten tomada del Instituto para el Desarrollo Urbano de Bogotaacute la
norma internacional ASTM la norma del Instituto Nacional de Viacuteas (INVIAS)
Tabla 5 Partes de los Adoquines
PARTE ESPECIFICACION ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Cara de desgaste
NTC 2017 Parte superior del adoquiacuten la cual queda al aire en su instalacioacuten
Soporta directamente el transito
Capa superior capa superficial
NTC 2017 Capa que conforma la cara de desgaste en adoquines bicapa
No todos los adoquines son bicapa
Capa inferior NTC 2017
Capa ubicada debajo de la capa superficial en adoquiacuten bicapa Constituye la mayoriacutea de la masa de los mismos
No todos los adoquines son bicapa
Cara de apoyo
NTC 2017 Cara inferior del adoquiacuten
Cara que queda en contacto con la capa de arena en su instalacioacuten
Superficie de referencia
NTC 2017
En adoquines no biselados es la superficie que corresponde a la cara de desgaste En adoquines biselados corresponde a la
140
cara de desgaste sin tomar en cuenta el volumen del prisma sustraiacutedo por el bisel
Forma
NTC 2017
Poliacutegono que define la cara de desgaste y la cara de apoyo y que a su vez determina el prisma recto que le da volumen al adoquiacuten
Arista NTC 2017 Liacutenea de interseccioacuten entre dos planos o caras
Hace referencia a lo que conforma la cara de desgaste y las paredes
Arista de Laacutepiz
NTC 2017
Arista de forma redondeada con radio de35 mm aproximadamente
Se le da forma redondeada en el proceso de fabricacioacuten
Bisel NTC 2017
Perfil inclinado a 45deg aproximadamente en adoquiacuten biselado o parcialmente biselado
Se considera como parte del bisel la franja generada por las rebabas verticales una vez retiradas
Separador NTC 2017
Salientes verticales (nervaduras placas) generadas en las paredes del adoquiacuten para garantizar la separacioacuten
Se hace con el fin de que las juntas se puedan llenar de arena
FUENTE Informacioacuten propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 de
2004-02-05 y el Instituto de Desarrollo Urbano (IDU)
Tabla 6 Geometriacutea del adoquiacuten seguacuten NTC 2017
DIMENSIONES ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Espesor Dimensioacuten perpendicular a la cara de desgaste
141
Medida desde la cara de desgaste hasta la capa inferior
Espesor estaacutendar (ee)
Espesor tomado de manera anaacuteloga del espesor real
Lo especifica el productor
Espesor real (er) Espesor del adoquiacuten Medido en cada espeacutecimen
Espesor real promedio (er) del espeacutecimen
Promedio de cuatro mediciones del espesor real
Las cuatro mediciones son en el mismo espeacutecimen
Espesor real promedio (er) de la muestra
Promedio de valores del espesor real promedio del espeacutecimen
Se calcula con la cantidad de especiacutemenes de la muestra
Espesor de la capa superficial (ecs) del espeacutecimen
Espesor miacutenimo de la capa superficial en adoquines bicapa
Se mide con relacioacuten a la superficie de referencia
Espesor de la capa superficial (ecs) de la muestra
Promedio de valores del espesor de la capa superficial del espeacutecimen
Se calcula con la cantidad de especiacutemenes para la muestra
Longitud Dimensioacuten del adoquiacuten en direccioacuten del eje mayor del aacutengulo inscrito
No se incluyen separadores
Longitud estaacutendar (le)
Longitud tomada de manera anaacuteloga de la longitud real
Se especifica por el fabricante
Longitud nominal (ln)
Suma de la longitud estaacutendar maacutes el ancho estaacutendar
Longitud real (lr) Es la longitud del adoquiacuten Longitud medida directamente en cada espeacutecimen
Longitud real promedio (lr) del espeacutecimen
Promedio de dos mediciones de la longitud real
Longitudes medidas para cada espeacutecimen
Longitud real promedio (lr) de la muestra
Promedio de los valores de la longitud real promedio del espeacutecimen
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Ancho Medicioacuten del adoquiacuten en direccioacuten del eje menor del rectaacutengulo inscrito
No se incluyen separadores
142
Ancho estaacutendar (ae)
Ancho tomado de manera anaacuteloga del ancho real
Se especifica por el fabricante
Ancho nominal (an)
Suma del ancho estaacutendar maacutes el ancho de la junta estaacutendar
Ancho real (ar) Es el ancho del adoquiacuten Se mide directamente sobre cada espeacutecimen
Ancho real promedio (ar) del espeacutecimen
Promedio de dos mediciones del ancho real
Medidas para cada espeacutecimen
Ancho real promedio (ar) de la muestra
Es el promedio del ancho real promedio del espeacutecimen
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Ancho del rectaacutengulo inscrito (ai)
Dimensioacuten del eje menor del rectaacutengulo inscrito
Proyeccioacuten horizontal del bisel (phb)
Proyeccioacuten del perfil del bisel sobre la superficie de referencia
Incluye la franja por rebaba si existe
Proyeccioacuten vertical del bisel (pvb)
Proyeccioacuten del perfil del bisel sobre la pared del adoquiacuten
Incluye la franja por rebaba si existe
Ancho de los separadores (as)
Dimensioacuten transversal de los separadores en el plano de la pared del adoquiacuten
Espesor de los separadores (as)
Dimensioacuten de los separadores en sentido perpendicular a la pared del adoquiacuten
Espesor de los separadores promedio (es) del espeacutecimen
Promedio de los valores del espesor de los separadores
Medidos para cada espeacutecimen
Espesor de los separadores promedio (es) de la muestra
Promedio de los valores del espesor de los separadores promedio
Calculados para los especiacutemenes de la muestra
Fuente Propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 publicada 2004-02-
05
143
Tabla 7 Requisitos geomeacutetricos de los adoquines
REQUISITOS ESTANDAR OBSERVACIOacuteN
Longitud nominal (ln)
No debe ser mayor a 250 mm ni menor a 50 mm
Por lo general se encuentra entre 100 mm y 250 mm
Ancho nominal (an)
No debe ser menor a 50 mm Por lo general se recomienda 80 mm
Espesor estaacutendar (ee)
No debe ser menor a 60 mm Se recomienda espesores para uso peatonal no menor a 60 mm y a vehicular no menor a 80 mm
Junta estaacutendar Deber ser de 2 mm Si es mayor se considera malformacioacuten
Relacioacuten entre longitud nominal y ancho nominal
Debe ser menor o igual a 4 No se aplica a unidad complementaria o especial
Relacioacuten entre longitud nominal y espesor estaacutendar
Debe ser menor o igual a 4 No se aplica a unidad complementaria o especial
Tolerancias en la longitud real y ancho real
Cada par de mediciones no debe diferir entre si en maacutes de 15 mm
Mediciones tomadas sobre la cara de desgaste y sobre la cara de apoyo
Tolerancias en la longitud real promedia y ancho real promedia
Cada espeacutecimen de la muestra no deben diferir de la longitud estaacutendar y ancho estaacutendar en maacutes de 15mm
Mediciones tomadas en cada espeacutecimen de la muestra
Tolerancias en espesor real y espesor estaacutendar
Las mediciones del espesor real no deben diferir del espesor estaacutendar en maacutes de 2 mm
Adoquines con acabado plano o junta falsa
Aristas
Para las aristas en adoquines no biselados se aceptan desportilladuras con una dimensioacuten no mayor a 3 mm
Desportilladuras mayores a 3 mm se consideran defectos
Bisel
Debe tener igual forma y perfil en toda la longitud Tanto proyeccioacuten horizontal (phb) y proyeccioacuten vertical (pvh) debe ser miacutenimo 3 mm y maacuteximo 7 mm
Rango La diferencia entre la mayor y la menor de las mediciones de phb
Medidas tomas para cada espeacutecimen de la muestra
144
y pvh no debe ser mayor de 15mm
Separadores
En cada pared del adoquiacuten se debe tener un separador por adoquiacuten seguacuten el patroacuten de instalacioacuten Ancho de separador debe estar entre 4 mm y 15 mm Espesor del separador debe ser 2 mm maacutes o menos 05 mm
Solo aplica para adoquines con separadores descritos anteriormente
Capa superficial Espesor de la capa superficial (ecs) debe ser al menos 8 mm
Solo se aplica para adoquines bicapa En ninguacuten momento durante su uso o en el ensayo a flexo traccioacuten se debe presentar desprendimiento total y parcial de las dos capas
Fuente Propia con informacioacuten tomada de ICONTEC NTC 2017 publicada 2004-02-
05
451 ABSORCION DE AGUA
Seguacuten la Norma Teacutecnica Colombiana ICONTEC 2017 lo adoquines de concreto al
momento de salir de la faacutebrica deben presentar una absorcioacuten de agua (Aa) menor o
igual al 7 como valor promedio de los especiacutemenes de la muestra y menor o igual a 8rdquo
para cada adoquiacuten individual (Icontec 2018)
Equipo
Para realizar las mediciones de las dimensiones del adoquiacuten se debe contar con un
calibrador de aguja con divisiones cada 01mm (Icontec 2018)
Para realizar ensayo de absorcioacuten de agua se usan los cinco especiacutemenes de la
muestra despueacutes de haberles medido las dimensiones exceptuando la del espesor de la
capa superficial y a los que posteriormente se les va a realizar ensayo a flexo traccioacuten
(Icontec 2018) Las masas se deben registrar con una balanza con una sensibilidad de
1 gramo
Y un horno ventilado con una temperatura controlada entre 100 C y 115 C y con un
volumen de al menos 25 veces el de los especiacutemenes que se van a secar al mismo
tiempo (Icontec 2018)
145
Procedimiento
Todos los especiacutemenes de la muestra se deben secar simultaacuteneamente en un horno
ventilado a una temperatura entre 100 C y 115 C Deben quedar separados entre si y de
cualquier superficie caliente como miacutenimo 25 mm Se deben secar hasta obtener una
masa sema (ms) constante despueacutes de un periodo miacutenimo de secado de 24 horas y
hasta que en dos pesajes sucesivos a intervalos de 2 horas la masa presente una
disminucioacuten de menos del 02 con respecto a la masa anterior (Icontec 2018)
Saturacioacuten
Para el ensayo los especiacutemenes deben ser sumergidos en agua durante 24 horas a
una temperatura que debe encontrarse entre 15 C y 27 C Debe haber un volumen de
agua suficiente para que entre la superficie y la cara del adoquiacuten haya una medida entre
25 mm y 50 mm No se deben poner especiacutemenes sobre otros (Icontec 2018)
Caacutelculos
Se debe usar la siguiente ecuacioacuten para hallar el porcentaje de absorcioacuten de agua del
espeacutecimen (Icontec 2018)
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899 (119860119886) =(119872ℎ minus 119872119904)
119872119904lowast 100
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
452 RESISTENCIA A LA FLEXO TRACCION (MODULO DE ROTURA)
ESPECIMENES DE ENSAYO
Los especiacutemenes a usar son unidades a las que ya les fue evaluada la apariencia las
dimensiones y hallado el porcentaje de absorcioacuten de agua Deben ser unidades
completas Las unidades son sometidas al ensayo a flexo traccioacuten con el fin de halla el
146
Modulo de Rotura (MR) Las unidades deben permanecer sumergidas en el agua durante
24 horas antes del ensayo se sacan y se dejan escurrir durante un minuto luego se
secan con un pantildeo seco para someterlas a ensayo (Icontec 2018)
EQUIPO
La maacutequina de ensayo para la determinacioacuten de la resistencia a la flexo traccioacuten debe
ser capaz de aplicar cargas de 20 KN (Icontec 2018)
Figura 15 Prueba de ensayo a Flexo traccioacuten de Adoquines de concreto (Icontec
2018)
147
Fuente Editada por los autores de (Icontec 2018)
Procedimiento
El espeacutecimen saturado y superficialmente seco se coloca sobre la maacutequina de ensayo
con la cara de desgaste hacia arriba de manera que el elemento superior de la maquina
coincida con el eje menor del rectaacutengulo inscrito sobre la cara de desgaste y los apoyos
inferiores coincida con una liacutenea paralela 10 mm adentro de los lados menores del
rectaacutengulo inscrito (Icontec 2018)
La maacutequina de ensayo debe aplicar la carga a una velocidad tal que produzca un
aumento cercano a 05MPas quiere decir que un tiempo de ensayo de 10 segundos
para 5 MPas El valor calculado se debe expresar en la unidad equivalente a MPa con
exactitud de 01 MPa (Icontec 2018)
Aparte de la Norma Teacutecnica Colombiana (NTC) 2017 que es la norma que rige la
fabricacioacuten y el uso de adoquines existe la norma American Society of Testing Materials
(ASTM) es una asociacioacuten que se encarga de medir la resistencia de los materiales para
la construccioacuten dicha norma es la base para crear las normas de nuestro paiacutes por eso
148
es de gran importancia hacer mencioacuten de ella en este documento y a las normas que se
abarcan (Icontec 2018)
A continuacioacuten algunas de las normas ASTM para adoquines en concreto
ASTM C-936 absorcioacuten flexo traccioacuten y abrasioacuten (Icontec 2018)
Absorcioacuten maacutexima a la humedad la cual dice que la absorcioacuten promedio de las
muestras ensayadas no seraacute mayor del 5 con ninguacuten resultado individual mayor del 7
(Torres 2020)
clasifica a los adoquines en tipo A B Y C seguacuten cuadro
Tabla 8 Clasificacioacuten de los adoquines seguacuten su absorcioacuten
Clase
Absorcioacuten ( en de masa)
Promedio de 3
adoquines miacutenimo
Valor maacuteximo
individual
A le7 77
B le9 99
C le9 99
Fuente (Icontec 2018)
Ensayos a la flexo traccioacuten (moacutedulo de rotura) seguacuten norma ASTM C-936 promedio
459 kgcm2 individual 367Kgcm2 no se realiza en nuestro caso al menos que sea una
peticioacuten especial del cliente consiste en someter el adoquiacuten a una carga puntual para
medir su capacidad elaacutestica antes de romperse (Torres 2020)
Clasificacioacuten de los adoquines por su uso 1- Clase A uso industrial y traacutensito pesado
350 kgcm2 2- Clase b uso transito liviano 250 kgcm2 3- Clase c uso peatonales y
espacios puacuteblicos menores de 250 kgcm2
Tabla 9 Resistencia miacutenima de los adoquines
Clase Espesor miacutenimo
del adoquiacuten (mm)
Resistencia miacutenima a flexioacuten del adoquiacuten Mpa
(kgcm2)
Promedio de 3
adoquines
Miacutenimo de adoquiacuten
individual
149
A 54(55) 46(468)
B 41(42) 35(357)
C 41(42) 35(357)
Ensayo a la Abrasioacuten Es una prueba al desgaste que en algunos proyectos exigen
como referente para medir la perdida de volumen del aacuterea sometida (Torres 2020)
Tabla 10 Resistencia a la abrasioacuten
Meacutetodo de Ensayo Valor
Mediante arena y disco
metaacutelico ancho le23 mm
Ensayo de Bohme le20000 mm35000 mm2
Fuente (Icontec 2018)
ASTM C 33 Esta norma indica coacutemo hacer concreto y que elementos deben agregarse
para prepararlo y usarlo Los agregados tratados en la norma son tanto finos como
gruesos En la norma los agregados finos estaacuten definidos como arena natural arena
elaborada o una combinacioacuten de ambas Los agregados gruesos se definen como grava
grava triturada escombros horneados y enfriados por aire concreto triturado de cemento
hidraacuteulico (Velares 2020)
Tambieacuten establece los liacutemites sobre sustancias perjudiciales o nocivas de agregado
de concreto fino Por ejemplo hay liacutemites en la cantidad de terrones de arcilla y partiacuteculas
deleznables (piezas pequentildeas de agregado que se descomponen faacutecilmente) Eacutestas se
limitan a 30 por ciento o menos de la masa total El agregado extremadamente ligero
tambieacuten se limita a 30 por ciento o menos de la masa total y el carboacuten y lignito se limitan
a 50 por ciento o menos Cualquiera de estos elementos puede hacer que el concreto
pierda fuerza y se deteriore de forma maacutes raacutepida (Velares 2020)
ASTM C-140 Dicha norma se refiere al ensayo de absorcioacuten de agua dejando un
valor menor al 5 para la absorcioacuten promedio por muestra y de 7 para valores
individuales
ASTM C-979 Especificaciones sobre el uso de pigmentos
150
ASTM C-144 Requerimientos de granulometriacutea
Tabla 11 Franja granulomeacutetrica para arena de prefabricados
TAMIZ
PORCENTAJE QUE PASA
ARENA NATURAL
ARENA MANUFACTURADA
No 4 (475mm) 100 100
No 8 (236mm) 95-100 95-100
No 16 (118mm) 70-100 70-100
No 30 (0600 mm) 40-55 40-100
No 50 (0300 mm) 13-35 13-58
No 100 (0150mm) 2--15 10--15
No 200 (0075 mm) 0 0-10
Fuente (Icontec 2018)
En Colombia existen algunas leyes que promueven el uso de energiacuteas renovables
pero tambieacuten esas mismas leyes las regulan La ley maacutes importante en el paiacutes
colombiano es la Ley 1775 de mayo de 2014 dicha ley dice que se promueve y regula el
desarrollo y el uso de las fuentes de energiacuteas renovables no convencionales en especial
las que son renovables Promueve su integracioacuten al mercado eleacutectrico la participacioacuten
en zonas vulnerables y en otros usos energeacuteticos que aportan para el desarrollo
sostenible del paiacutes (COLOMBIA 2014)
La ley 1775 de 2014 y que promueve y regula el uso de energiacuteas renovables a su vez
es regulada por la Resolucioacuten 281 del 5 de Junio de 2015 que dictoacute el director general de
la Unidad de Planeacioacuten Minero Energeacutetica (UPME) la resolucioacuten dice que por medio de
la cual se regula la integracioacuten de energiacuteas renovables no convencionales al sistema
energeacutetico del paiacutes estable el marco legal y los instrumentos para la promocioacuten el
desarrollo y la utilizacioacuten de fuentes no convencionales de energiacutea (FNCE) (UPME 2015)
La UPME realizo anaacutelisis teacutecnicos y econoacutemicos consignados en el documento
ldquoANALISIS PARA LA DEFINICION DEL LIMITE MAXIMO DE POTENCIA DE LA
AUTOGENERACION A PEQUENtildeA ESCALA EN EL SISTEMA INTERCONECTADO
151
NACIONAL (SIN)rdquo y que estos sirvieron para la definicioacuten del liacutemite de que trata la
resolucioacuten Que resuelve que
ldquoARTICULO PRIMERO El liacutemite maacuteximo de potencia de la autogeneracioacuten a pequentildea
escala seraacute un (1) MW y corresponderaacute a la capacidad instalada del sistema de
generacioacuten del autogeneradorrdquo (UPME 2015)
152
5 DISENtildeO METODOLOacuteGICO
Este proyecto de investigacioacuten se realizaraacute bajo las condiciones espaciales
medioambientales de Girardot Ciudad y Regioacuten en coordinacioacuten en la sede de la Unidad
de ensayos e investigacioacuten del semillero de investigacioacuten SEUS donde se gestoacute y que
hace parte del macroproyecto ldquoPREFABRICADOS DE NUEVA GENERACIOacuteNrdquo
51 INSTRUMENTOS
La instrumentacioacuten que se emplea en el desarrollo de este proyecto de investigacioacuten
son propiedad del laboratorio PC Disentildeos y Construccioacuten SAS y que se pueden usar
gracias al convenio interinstitucional con la Universidad Piloto de Colombia SAM ldquoUnidad
de ensayos e investigacioacutenrdquo y el laboratorio
De igual forma se usan como patrones de medida lo que especifica la norma
colombiana para construccioacuten de edificaciones Sismo Resistentes NSR-10 Los
procedimientos de cada ensayo se ajustaron de acuerdo a las normas teacutecnicas
colombianas como las ICONTEC y homologada de la norma internacional ASTM
Tabla 12 Instrumentos empleados para el proyecto
INSTRUMENTO MUESTRA PROCEDIMIENTO
Juego de tamices y balanza 01
gr
Granulometriacutea mediante
uso de tamices
ASTM C136-01
NTC 77
Mesa de flujo y moldes para
cubos
Fluidez de morteros de
cemento hidraacuteulico ASTM C-230
Equipo de concretos
Mezcladora (trompo) balanzas
palustres varilla punta roma
cilindros de acero
Toma de muestras de
concreto y fabricacioacuten de
adoquines
ASTM C172-10
NTC 454
Formaleta para adoquiacuten
Fabricacioacuten de
especiacutemenes para
ensayos y tramo de
prueba
NSR-10
Prototipo disentildeado
por los autores
Prensa hidraacuteulica para ensayo a
compresioacuten
ASTM C392005
NTC 673
153
Compresioacuten de cilindros
de concreto y
especiacutemenes de adoquiacuten
Prensa hidraacuteulica para ensayo a
flexo traccioacuten
Ensayo a flexo traccioacuten
de especiacutemenes de
muestra
Horno para ensayo de
absorcioacuten y para secado
Ensayo de absorcioacuten y
secado de las muestras
Entrevista Comunidad Municipio
Agua de Dios
Canal comunitario
H20 TV
FUENTE Los autores 2020
154
6 PROCEDIMIENTO
Aquiacute seriacutea bueno que incluyeran un paacuterrafo contando de que se trata el procedimiento
de la investigacioacuten
Figura 16 Ruta de actividades para el prototipaje de Step by Step
Fuente Los autores octubre 2020
61 CRONOGRAMA
El horario de trabajo en campo es acordado entre los autores dado al nuevo ajuste por
las restricciones por la pandemia haciendo una articulacioacuten con la sede la Unidades de
ensayos e investigaciones del semillero SEUS Fabricando los adoquines en casa y
Caracteriza-cioacuten de
agregados
bull Arena
bullCemento
bullGravilla
Disentildeo de mezclas
bullDosificacioacuten
bullConcreto translucido
Disentildeo de prototipo
bullFormaleta
bullGeometriacutea
bullPeso
ResistenciabullFabricacioacuten de muestra
bullEnsayos a muestras
155
realizando los ensayos bajo las normas teacutecnicas y de bioseguridad en la sede del
laboratorio
Para cumplir cumplir con los objetivos de este proyecto de investigacioacuten se acuerda el
siguiente cronograma
Tabla 13 Cronograma de actividades para el prototipaje de Step by Step
Fases y sus actividades Responsables Fechas de
ejecucioacuten
Recursos a
utilizar
Formulacioacuten Marlon Barrera
Fabio Viancha nov-19 Laboratorio
Caracterizacioacuten de
agregados (ensayos de
laboratorio)
Marlon Barrera
Fabio Viancha feb-20 Laboratorio
Disentildeo de mezcla- adoquiacuten
de prueba 1
Marlon Barrera
Fabio Viancha mar-20 Laboratorio
Compresioacuten de cilindros-
Resistencias
Marlon Barrera
Fabio Viancha
Abril- Mayo
2020 Laboratorio
Mezcla con materiales
reciclados
Marlon Barrera
Fabio Viancha Junio-Julio 2020 Laboratorio
Elaboracioacuten de documento Marlon Barrera
Fabio Viancha
Agosto-Sept-
Oct 2020 Biblioteca
156
7 CAPITULO 1 PROTOTIPAJE DEL ADOQUIacuteN
Como se ha mencionado se va a usar material reciclado para el disentildeo de mezcla
siendo el principal material reciclado el vidrio molido Dicho material se muele dentro del
laboratorio haciendo uso de la maacutequina de los aacutengeles El procedimiento para moler el
vidrio molido comienza pesando 5000 gramos de vidrio partido en una balanza digital
como se muestra en la siguiente imagen
Figura 17 Material reciclado (vidrio)
Fuente Los autores 2020
Luego de pesar el material se debe hacer uso de la maacutequina de los aacutengeles se
introduce el vidrio dentro de la maquina con todas las esferas de acero se pone a
funcionar la maquina durante 17 minutos
157
Figura 18 Trituracioacuten del vidrio con molino de bolas
Fuente Los autores octubre 2020
Cuando pasan los 17 minutos de tiempo de la maquina en funcionamiento esta debe
ser apagada para descargarla el vidrio ya molido se descarga sobre la bandeja de la
maacutequina
Figura 19 Vidrio pulverizado luego de la trituracioacuten y molienda
Fuente Los autores 2020
158
Luego el material se debe tamizar haciendo uso del tamiz frac12 que tiene aberturas en su malla de un diaacutemetro de 125 miliacutemetros y maacutes abajo el tamiz nuacutemero 4 que tiene aberturas en su malla de un diaacutemetro de 475 miliacutemetros
Figura 20 Tamizado del material
Fuente Los autores octubre 2020
El material a usar es el que pasa el tamiz frac12 y el que queda retenido en el tamiz nuacutemero 4 Luego el material se debe lavar usando el tamiz nuacutemero 200 para que no se pierda material
Figura 21 Vidrio lavado y secado en horno
Vidrio lavado Fuente Los autores octubre 2020
159
Luego el vidrio se debe poner a secar durante 24 horas en un horno a una temperatura de 115degC Finalmente el vidrio molido y limpio en su totalidad se almacena en canecas como se muestra en las siguientes imaacutegenes a la espera de tener el adoquiacuten con concreto convencional para luego hacer la mezcla del concreto translucido El vidrio molido queda del mismo tamantildeo de la grava y de una arena entonces en el concreto translucido este material reciclado hace el reemplazo
Figura 22 Diferentes gradaciones de vidrio triturado y molido
Fuente Los autores octubre 2020
Para la mezcla del concreto convencional se usaron agregados como la grava de
planta de diaacutemetro frac12 pulgada y a arena gris de planta asiacute como tambieacuten se usa cemento
de uso general marca Argos
La caracterizacioacuten de los materiales como la grava y la arena tuvo que realizarse de
manera remota por medio de reuniones virtuales entre los autores y la tutora de esta
investigacioacuten que por su experiencia profesional supo de queacute materiales se trataban y
se hizo una caracterizacioacuten basados en su experiencia Esto se realizoacute debido a las
restricciones de movilidad dadas por la pandemia mundial vivida en el antildeo en curso
La caracterizacioacuten del cemento de uso general marca argos se tomoacute con datos y
experimentos que ya se han realizado en el laboratorio de investigacioacuten de ante mano
se sabe que el cemento tiene un buen comportamiento con buenas caracteriacutesticas
mecaacutenicas que ayudan a que la resistencia del concreto buscada de sus resultados
160
Figura 23 Agregados para la mezcla de concreto
Fuente Los autores septiembre 2020
Teniendo la caracterizacioacuten de los materiales agregados se procede a realizar el
disentildeo de mezcla Se busca que los especiacutemenes del adoquiacuten tengan una resistencia
total a los 28 diacuteas de 4000 psi por lo que para el volumen de los adoquines que se van
a fundir se hace el siguiente disentildeo de mezcla
Tabla 14 Dosificacioacuten para la elaboracioacuten de las muestras
Material Unidad Cantidad
Cemento Kg 17
Agua Kg 85
Agregado grueso Kg 30
Agregado fino Kg 26
Aditivo cm3 170
Se aclara que el agregado grueso se refiere a la grava y el agregado fino a la arena
161
El aditivo que se usa para la mezcla es Sika Fluid es un aditivo proporcionado por el
laboratorio de PC Disentildeos y construccioacuten SAS Este aditivo es liacutequido y lo que hace es
permitir que la mezcla de concreto sea maacutes fluida y trabajable sin la necesidad de usar
maacutes agua ademaacutes de esto mejora la resistencia del concreto es todas las edades y
disminuye la permeabilidad del mismo
Este aditivo tiene tres usos plastificante reductor de agua y economizador de
cemento Como plastificante ayuda a obtener mezclas maacutes fluidas se adiciona a una
mezcla de concreto y se consigue que se incremente el asentamiento (SIKA 2018)
Como reductor de agua al adicionarlo a la mezcla sin variar el asentamiento se reduce
el agua y se incrementa la resistencia (SIKA 2018) Como economizador de cemento
ese incremento en resistencia se puede aprovechar reduciendo la cantidad de cemento
y se reducen los gastos (SIKA 2018) Para realizar la mezcla de concreto con el disentildeo
de mezcla obtenido primero se pesan los materiales haciendo uso de una balanza para
personas como la que se muestra en la imagen a continuacioacuten
Figura 24 Dosificacioacuten de agregados
Fuente 2020
Masa de agregados Homogenizacioacuten en seco
Mezclado Elaboracioacuten de muestras
162
Al pesar los agregados estos se vaciacutean sobre una batea y se mezclan en seco de una
manera uniforme para que la mezcla quede homogeacutenea eso se realiza usando uso de
una pala Finalmente se moja la mezcla con la cantidad de agua mezclada con el aditivo
estipulada en el disentildeo de mezcla y se revuelve dentro de la batea de una manera
uniforme buscando que la mezcla de concreto quede homogeacutenea Seguido se procede a
realizar es a untar la formaleta de acpm y vaciar el concreto sobre ella para fundir los
adoquines Se espera un diacutea despueacutes de la fundida para desencofrar y proceder a curar
los adoquines en una caneca de agua como se muestra en las siguientes imaacutegenes
Figura 25 Desencofrado de prototipos de concreto hidraacuteulico
Fuente los autores 2020
En la imagen anterior se logra evidenciar la forma de cada adoquiacuten el orificio del medio
es por donde se instalaraacuten los cables hacia la pieza de forma trapezoidal donde iraacute la luz
led y el concreto translucido
Desencofrado de muestras Curado de muestras
163
8 CAPITULO 2 DISENtildeO GEOMEacuteTRICO DEL PAVIMENTO ARTICULADO
Disentildeo de adoquiacuten
Como primera medida se realizoacute un disentildeo de la forma del adoquiacuten prefabricado el
cual se escogioacute de forma rectangular y con las especificaciones mostradas en las
siguientes imaacutegenes donde se adjunta el modelo haciendo uso de programas de disentildeo
como AutoCAD en las cuales encontramos
Detalle de adoquiacuten
Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida
Detalle del adoquiacuten 3D
Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 3D
Figura 26 Detalle del adoquiacuten
Fuente los autores 2020
164
Figura 27 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida
Fuente los autores septiembre 2020
Figura 28 Detalle del adoquiacuten 3D
Fuente los autores 2020
CINTA DE LUCES LED
PIEZA DE CONCRETO TRANSLUCIDO
CABLEADO
COLORCARACTERISTICO
165
Figura 29 Dimensiones del adoquiacuten y su pieza translucida 3D
Fuente los autores septiembre 2020
En las figuras anteriores se identifica el disentildeo de adoquiacuten individualmente donde
se puede observar un espesor de 8 cm en cuanto a su espesor total en las caras
exteriores un espesor de 2 cm en el concreto translucido el cual se puede observar en
el medio del adoquiacuten tambieacuten unas dimensiones en cuanto a su largo y ancho de 25 cm
y 15 cm respectivamente en el concreto convencional y en su interior la pieza translucida
las dimensiones en cuanto a su largo y ancho son de 16 cm y 8 cm respectivamente por
uacuteltimo en las imaacutegenes se puede observar un agujero en el medio del adoquiacuten que
atraviesa el concreto convencional por el cual pasariacutea el cableado que permitiriacutea conectar
los adoquines al sistema de sensores y de energiacutea solar u adaptable a otras energiacuteas
166
Para definir teoacutericamente las propiedades del adoquiacuten y tener una base que nos
permita tener en cuenta caracteriacutesticas como el espesor teniendo en cuenta la resistencia
a la compresioacuten y flexioacuten esto aplicando el meacutetodo racional despejando la formula
principal anteriormente nombrada
1205902 = 1199020
[
1 minus(119911119886)
3
(1 + (1199112
1198862))
32
]
1205902 = 2942
[
1 minus(
0080025
)3
(1 + (0082
00252))
32
]
1205902 = 87124 119873
Donde
σ2= esfuerzo vertical
en esfuerzo vertical es el resultado de la operacioacuten anterior donde el resultado despueacutes
de despejar fue de 87124 newton
α = radio de la carga de la huella circular o semieje en la direccioacuten x de la carga de
huella eliacuteptica donde se realizoacute un estudio de una llanta promedio donde se pintoacute y se
dibujoacute la huella con el fin de conocer el radio teniendo un resultado de 25 cm de radio la
huella realizada se puede observar en la siguiente imagen
167
Figura 30 Huella de neumaacutetico
Fuente los autores 2020
qo = presioacuten de la carga encontrada en el puente por medio de una estimacioacuten la cual
contiene el peso promedio de una persona el cual es de 63 kg pero tambieacuten se tiene en
cuenta si la persona se desplaza en cicla ya que cabe la posibilidad aunque es peatonal
y tenemos un factor de seguridad estimado de 3 veces el peso promedio lo cual nos dariacutea
un peso maacuteximo de 300 kg lo cual en cuanto a la carga multiplicaacutendolo por la gravedad
tendriacuteamos 2942 N
X Y y Z = coordenadas cartesianas de un punto es encontrada gracias a la estructura
del pavimento ya que ese desplazamiento de la energiacutea en el eje z en el caso de este
sendero es de 8 cm el cual es el espesor del adoquiacuten este solo descansa en una capa
de arena
Disentildeo de Tramo
Despueacutes de disentildear el adoquiacuten como unidad se procedioacute a disentildear un tramo el cual
como antes se nombroacute un sitio ideal para el desarrollo del mismo es la vereda los chorros
por lo cual se decidioacute para obtener una adaptabilidad al terreno y un disentildeo que sea
atractivo y el resultado de este tramo con los adoquines propuestos se puede observar
en la siguiente imagen
Figura 31 Vista en planta sendero inteligente
168
Fuente los autores 2020
Como se puede observar en la Figura 31 se obtiene una vista en planta la cual tiene
un disentildeo intercalado con una armoniacutea en los colores caracteriacutesticos del adoquiacuten que le
permite al sendero inteligente ser tener un impacto el cual genere un acercamiento de los
turistas y comunidad en general tambieacuten el tramo contiene unas dimensiones tentativas
de 17 metros y de 293 metros en cuanto a su ancho y largo respectivamente
169
Posterior mente se realizoacute un plano esquemaacutetico donde se observan las tuberiacuteas y
cableado electro a implementar en el disentildeo del sendero inteligente donde se encuentra
una red eleacutectrica guiada por tuberiacuteas en la parte inferior que conduce el cableado hasta
el sistema que compone la alimentacioacuten con energiacutea solar el cual se puede observar a
continuacioacuten
Figura 32 Informacioacuten eleacutectrica
Fuente los autores 2020
170
Disentildeo de formaleta
Al tener los materiales necesarios con su respectiva caracterizacioacuten el siguiente paso
fue realizar el disentildeo y la construccioacuten de la formaleta en la cual se fundiriacutea la parte
construida con concreto del adoquiacuten esta se puede observar a continuacioacuten
Figura 33 Formaleta
Fuente los autores 2020
En la Figura 33 se puede observar la formaleta construida en madera de un buen
grosor ya que se necesita una buena esta resistencia la cual fue disentildeada con unos
trozos de madera de 2 cm de espesor el cual deja el espacio para la posterior adicioacuten del
concreto translucido tambieacuten se puede observar un cilindro de madera el cual permite
dejar el espacio para la conexioacuten de la luz led
Construccioacuten de adoquines
Despueacutes de tener construida la formaleta y con los materiales listos el siguiente
paso es realizar la mezcla del concreto convencional para vaciarlos en la formaleta ya
preparada tal como se puede observar a continuacioacuten
171
Figura 34 Prototipaje del adoquiacuten
Fuente los autores 2020
Mezcla Concreto hidraacuteulico Vaciado del concreto
Pasantes de cables Desecofrado de pasantes
Adoquiacuten parte inferior Adoquines con pasantes
Concreto transluacutecido Adoquines bicapa
172
Posteriormente se realizoacute el vaciado del concreto convencional en la formaleta
preparada con su respectivo vibrado y las diferentes teacutecnicas que permiten tener un
concreto de buena finalmente cuando el concreto tiene una consistencia considerable y
teniendo en cuenta el entorno se procede a desencofrar los adoquines y retirar los
implementos instalados en el medio para permitir el paso del cableado (ver Figura 34)
Despueacutes de tener los adoquines desencofrados el siguiente paso es apartas los que
van a ser sometidos a pruebas de compresioacuten y flexioacuten dejaacutendolos sumergidos durante
el tiempo estipulado en el siguiente capiacutetulo donde algunos son fallados con y otros sin
concreto translucido ademaacutes de apartar los 14 adoquines del tramo de prueba los cuales
fueron fundidos con el concreto translucido instalando previamente una cinta de luz led
la cual tiene un cableado interno como anteriormente se nombroacute tambieacuten cabe resaltar
que el conglomerado de la pieza translucida estaacute constituida por agregado preparado con
vidrio el cual se tara de diferentes tamantildeos para realizar la mezcla que le otorga a la pieza
las propiedades translucidas
Por uacuteltimo se realiza la prueba del circuito eleacutectrico el resultado es que todos
funcionaron correctamente tal como se pueden observar en la Figura 35 durante el diacutea y
en la Figura 36 durante la noche
Figura 35 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica diacutea
Fuente los autores octubre 2020
173
Figura 36 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica noche
Fuente los autores 2020
Finalmente se prosiguioacute a aplicar la pintura para darle el color caracteriacutestico a cada
adoquiacuten tal como se puede observar a continuacioacuten
Figura 37 Prueba de la luz led con energiacutea eleacutectrica
Fuente los autores 2020
174
9 CAPITULO 3 RESISTENCIA MECAacuteNICA
Para realizar los ensayos de resistencia y cumplir con las especificaciones y
caracteriacutesticas que tiene la normar colombiana NTC 2017 en el apartado del marco legal
se fabricaron 40 adoquines estos se fundieron en 4 diacuteas diferentes debido a que la
capacidad de la formaleta solo es para 10 adoquines Se fabricaron con el mismo disentildeo
de mezcla
Al desencofrar 10 adoquines estos entraban en proceso de curado en una caneca de
55 galones de capacidad a la espera de tener toda la cantidad de adoquines fabricada y
esta a su vez poder ser trasladados a las instalaciones del laboratorio PC Disentildeos y
Construccioacuten SAS donde inmediatamente entran a continuar el proceso de curado en
una piscina como se muestra en la imagen a continuacioacuten
Figura 38 Curado de muestras de Step by Step
Fuente Los autores 2020
175
A los especiacutemenes de la muestra se les realizan ensayos de resistencia a la
compresioacuten ensayo de resistencia a flexo traccioacuten esto con el fin de conocer el moacutedulo
de rotura (MR) y garantizar que los especiacutemenes cumplan con el miacutenimo que requiere la
norma aparte se realiza ensayo de absorcioacuten de agua para evitar dantildeos en eacutepocas de
lluvias Se deja claro en este documento que no se realiza ensayo de abrasioacuten dado a
que es un prototipo que seraacute usado en andenes y senderos peatonales en ninguacuten caso
y bajo ninguna circunstancia los especiacutemenes podraacuten ser expuestos por el traacutensito de
automotores
Al completarse los diacuteas de las edades de maduracioacuten del concreto los adoquines se
deben dejar secar luego se procede a tomar medidas tres anchos tres largos y el
espesor asiacute como tambieacuten se deben pesar antes de realizar el ensayo
Figura 39 Peso de muestras de Step by Step
Peso de adoquiacuten Fuente Los autores septiembre 2020
Al haberles tomado el peso y las medidas correspondientes se procede a poner el
espeacutecimen de manera cuidadosa sobre la prensa hidraacuteulica de manera que quede
centrado y bien puesto Se realiza el ensayo y se anotan los resultados para los caacutelculos
176
correspondientes Este proceso debe repetirse para todos los especiacutemenes de la muestra
que se tengan para ensayo el diacutea seguacuten corresponda
Tabla 15 Datos iniciales resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo
Fecha
Toma
Fecha Rotur
a
Edad
Ancho Largo Rectaacutengulo
Inscrito
a1 a2 a3 L1 L2 L3 Anch
o Larg
o
mm
mm
mm
mm mm
mm
mm mm
S-1 C 8-sep 15-sep 7
diacuteas 145 146 146 250 250 249 90 170
S-1 C 8-sep 15-sep 7
diacuteas 154 154 155 250 250 250 90 170
S-1 C 8-sep 22-sep 14
diacuteas 152 152 153 250 250 250 90 170
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 153 153 153 249 249 250 90 170
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 153 153 152 251 251 251 90 170
S-2 C 9-sep 16-sep 7
diacuteas 148 149 148
2515
252 251 90 170
S-2 C 9-sep 16-sep 7
diacuteas 153 153 153 252 252 251 90 170
S-2 C 9-sep 23-sep 14
diacuteas 155 154 154 249 249 250 90 170
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 150 150 150 250 251 250 90 170
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 152 152 151 252 252 253 90 170
S-3 C 10-sep
17-sep 7
diacuteas 152 153 156 256 254 253 90 170
S-3 C 10-sep
17-sep 7
diacuteas 150 150 150 250 250 249 90 170
S-3 C 10-sep
24-sep 14
diacuteas 150 149 149 252 251 251 90 170
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 150 154 255 255 254 90 170
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 151 152 249 251 252 90 170
177
S-4 C 11-sep
18-sep 7
diacuteas 159 149 150 253 253 253 90 170
S-4 C 11-sep
18-sep 7
diacuteas 153 153 152 251 251 252 90 170
S-4 C 11-sep
25-sep 14
diacuteas 150 150 151 253 253 252 90 170
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 152 153 153 253 252 252 90 170
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 155 152 150 251 251 252 90 170
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Tabla 16 Resultados de resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo Aacuterea
rectaacutengulo Inscrito (mmsup2)
W (gr)
Carga maacutexima
(kN) Resistencia
S-1 C 15300 6752 3684 1749 MPa
2536 psi
S-1 C 15300 6885 3991 1714 MPa
2486 psi
S-1 C 15300 6810 4579 2010 MPa
2915 psi
S-1 C 15300 6908 4491 1966 MPa
2851 psi
S-1 C 15300 6641 454 1972 MPa
2861 psi
S-2 C 15300 6831 4624 2101 MPa
3048 psi
S-2 C 15300 6821 4974 2144 MPa
3109 psi
S-2 C 15300 6977 5695 2457 MPa
3563 psi
S-2 C 15300 6874 5213 2343 MPa
3398 psi
S-2 C 15300 7021 5379 2342 MPa
3396 psi
S-3 C 15300 7417 415 1745 MPa
2531 psi
S-3 C 15300 6929 4346 1962 MPa
2846 psi
178
S-3 C 15300 6963 3889 1749 MPa
2537 psi
S-3 C 15300 7022 4301 1844 MPa
2674 psi
S-3 C 15300 6960 4691 2073 MPa
3006 psi
S-4 C 15300 7114 3771 1617 MPa
2345 psi
S-4 C 15300 7255 504 2185 MPa
3169 psi
S-4 C 15300 7385 5357 2362 MPa
3425 psi
S-4 C 15300 6990 4991 2149 MPa
3117 psi
S-4 C 15300 7223 4791 2084 MPa
3023 psi
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Figura 40 Registro fotograacutefico de las muestras a compresioacuten
Fuente Los autores 2020
Para calcular la resistencia de la muestra total se deben calcular promedios primero
un promedio de los resultados de las pruebas a 7 diacuteas luego promedio con los resultados
de las pruebas a 14 diacuteas y por uacuteltimo un promedio con los resultados de las pruebas a 28
diacuteas
Finalmente los resultados son los siguientes
Compresioacuten de muestras Fractura de muestras
179
Tabla 17 Consolidado de la resistencia a la compresioacuten de adoquines de concreto
Edad Resistencia
7 diacuteas 2759 psi
14 diacuteas 3110 psi
28 diacuteas 3041 psi
Fuente Los autores octubre 2020
Para el ensayo de resistencia a la flexotraccioacuten tambieacuten es necesario tomar tres
medidas de ancho tres medidas de largo el espesor y el peso
El espeacutecimen debe ponerse cuidadosamente sobre la maacutequina de ensayo de rotura al
tercio medio se debe dejar el apoyo superior en la mitad exacta del espeacutecimen y los
apoyos inferiores deben quedar de manera que a los dos costados se tenga la misma
medida desde donde se encuentra el apoyo hasta el final del espeacutecimen se procede a
realizar el ensayo y se anotan los resultados para los caacutelculos correspondientes
Figura 41 Resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto
Fuente Los autores septiembre 2020
180
Tabla 18 Datos iniciales resistencia a la flexo traccioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo Fecha Toma
Fecha Rotura
Edad
Ancho Largo Espesor
a1 a2 a3 L1 L2 L3 er
mm mm mm mm mm mm mm
S-1 C 8-sep 15-sep
7 diacuteas
149 149 150 252 252 252 100
S-1 C 8-sep 15-sep
7 diacuteas
152 152 151 250 250 250 100
S-1 C 8-sep 22-sep
14 diacuteas
152 152 151 250 251 251 100
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 150 150 150 149 250 250 100
S-1 C 8-sep 6-oct 28
diacuteas 149 149 150 150 250 250 100
S-2 C 9-sep 16-sep
7 diacuteas
151 151 151 250 250 250 100
S-2 C 9-sep 16-sep
7 diacuteas
150 150 149 249 250 249 100
S-2 C 9-sep 23-sep
14 diacuteas
149 149 149 150 252 252 100
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 151 151 151 150 251 251 100
S-2 C 9-sep 7-oct 28
diacuteas 152 153 153 251 251 251 100
S-3 C 10-sep
17-sep
7 diacuteas
152 152 153 246 249 250 100
S-3 C 10-sep
17-sep
7 diacuteas
154 153 151 252 252 253 100
S-3 C 10-sep
24-sep
14 diacuteas
153 153 154 254 254 254 100
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 152 152 153 253 254 253 100
S-3 C 10-sep
8-oct 28
diacuteas 151 152 152 250 250 251 100
S-4 C 11-sep
18-sep
7 diacuteas
150 150 151 252 252 253 100
S-4 C 11-sep
18-sep
7 diacuteas
154 155 153 252 253 252 100
S-4 C 11-sep
25-sep
14 diacuteas
151 151 152 250 251 251 100
181
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 151 152 152 253 253 253 100
S-4 C 11-sep
9-oct 28
diacuteas 153 152 151 253 253 255 100
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
Tabla 19 Resultados de resistencia a la flexotraccioacuten de adoquines de concreto
Coacutedigo W (Peso)
Longitud entre
apoyos
Carga maacutexima
Moacutedulo de Rotura
6620 165 176 583 MPa
S-1 C 6467 165 111 362 MPa
S-1 C 6845 165 191 623 MPa
S-1 C 6717 165 2385 787 MPa
S-1 C 6716 165 25 829 MPa
S-1 C 6885 165 2075 680 MPa
S-2 C 6807 165 1835 607 MPa
S-2 C 6792 165 2205 733 MPa
S-2 C 6917 165 2395 785 MPa
S-2 C 6977 165 2255 731 MPa
S-2 C 7145 165 213 692 MPa
S-3 C 6904 165 1885 611 MPa
S-3 C 7120 165 1815 586 MPa
S-3 C 7138 165 1855 603 MPa
S-3 C 6918 165 179 584 MPa
S-3 C 7327 165 162 533 MPa
S-4 C 7181 165 194 624 MPa
S-4 C 7117 165 227 743 MPa
S-4 C 6950 165 1771 578 MPa
S-4 C 6923 165 1725 562 MPa
Fuente los autores con informacioacuten suministrada por PC Disentildeos y Construccioacuten
SAS
182
La maacutequina de ensayo de resistencia a flexo traccioacuten arroja un dato de carga puntual
en Kilo Newton se deben hacer las conversiones correspondientes para tener el
resultado de moacutedulo de rotura (MR) en MPa
Para calcular el moacutedulo de rotura (MR) de la muestra total se deben calcular
promedios primero un promedio de los resultados de las pruebas a 7 diacuteas luego
promedio con los resultados de las pruebas a 14 diacuteas y por uacuteltimo un promedio con los
resultados de las pruebas a 28 diacuteas
Finalmente los resultados son los siguientes
Tabla 20 Resultados de moacutedulo de rotura
Edad MR
7 diacuteas 59 MPa
14 diacuteas 67 MPa
28 diacuteas 68 MPa
Fuente Los autores 2020
Los resultados del moacutedulo de rotura cumplen y garantizan la norma NTC 2017 dado
a que como se explicoacute en el apartado del marco legal el resultado de moacutedulo de rotura
para cada espeacutecimen debe ser 38 MPa y como se observa en la tabla de resultados los
valores se encuentran claramente por encima de ese valor para toda la muestra y el
promedio el resultado debe ser miacutenimo 42 MPa teniendo un resultado total de moacutedulo
de rotura a los 28 diacuteas de 11 Mpa por lo que claramente se garantiza el cumplimiento
de esta caracteriacutestica
La norma especiacutefica que se pueden dejar moacutedulos de rotura mayores a los que se
especifican
ABSORCION
Para realizar el ensayo de absorcioacuten se toman 8 especiacutemenes a los que ya se les ha
realizado el ensayo de flexo traccioacuten El ensayo de absorcioacuten inicia tomando los
especiacutemenes de la muestra para tomar un peso inicial tal cual estaacuten luego se colocan
183
en el horno durante 24 horas a una temperatura de entre 100 degC y 115degC al pasar las
24 horas deben ser sacados se dejan enfriar y se toma el peso que es el peso seco
(Ms)
Luego de tomar el peso seco se toman los especiacutemenes y se sumergen en agua
durante 24 horas a una temperatura de entre 15degC y 27degC al pasar el tiempo de
saturacioacuten y haciendo uso de un alambre se toma el peso que es el peso sumergido
(Ma) Finalmente se deben sacar del agua los especiacutemenes y se deben dejar escurrir
durante un minuto luego se seca su superficie con un pantildeuelo y se toma el peso del
espeacutecimen lo que es el peso sumergido con superficie seca (Mh)
Al tener los resultados de los pesos se procede a realizar los caacutelculos
correspondientes
Se debe iniciar reemplazando para hallar el valor de la absorcioacuten (Aa) en kgm3 de
la siguiente manera
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899(119860119886)119896119892
1198983=
(119872ℎ minus 119872119904)
119872ℎ minus 119872119886lowast 1000
Luego se calcula el porcentaje de absorcioacuten de la siguiente manera
119860119887119904119900119903119888119894oacute119899 (119860119886) =(119872ℎ minus 119872119904)
119872119904lowast 100
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
Finalmente se calcula la densidad del espeacutecimen seco lo cual se realiza usando la
siguiente formula
119863119890119899119904119894119889119886119889 (119863)1198921199031198881198983 =(119872119904 minus 119872ℎ)
119872119886
Donde
Mh Masa saturada (humedad) del espeacutecimen en gramos
Ms Masa seca del espeacutecimen en gramos
184
Ma Masa inmersa en agua y suspendida del espeacutecimen en gramos
Al realizar los caacutelculos correspondientes se obtienen los siguientes resultados
Tabla 21 Resultados Prueba de Absorcioacuten
Coacutedigo Peso Seco
Peso Saturado
SS
Aa ()
Densidad
1C 6417 gr 6506 gr 14 2001grcmsup3
3 8732 gr 8780 gr 05 2086grcmsup3
5 6040 gr 6070 gr 05 2076grcmsup3
7 6449 gr 6466 gr 03 2143grcmsup3
9 3760 gr 3782 gr 06 2062grcmsup3
11 13247
gr 13275 gr
02 2105grcmsup3
13 10067
gr 10166 gr
10 2069grcmsup3
15 9641 gr 9689 gr 05 2145grcmsup3
Fuente Los autores 2020
El valor promedio de Absorcioacuten (Aa) de la muestra es 060 como se evidencioacute
en el apartado del marco legal el valor promedio de la muestra no debe superar el 7
para lo cual la muestra cumple el requisito de absorcioacuten que exige la norma NTC 2017
185
10 CAPITULO 4 COSTOS
Desde que se comienza con la planificacioacuten del proyecto se lleva una bitaacutecora en
donde se van anotando con fechas cada uno de los insumos requeridos para la ejecucioacuten
del proyecto desde la etapa inicial con el disentildeo de formaletas hasta la etapa final con la
construccioacuten del sendero inteligente
Cabe resaltar que como se contaba con recursos limitados a raiacutez de la pandemia
generada por el Covid-19 la mayoriacutea de las herramientas utilizadas en el proyecto fueron
prestadas solo fue de gran importancia construir la formaleta para el prototipo de adoquiacuten
como se muestra en la siguiente tabla
Tabla 22 Costos generales de maquinaria y equipo
Herramientas empleadas Step by Step
Herramientas cantidad valor unitario valor total
Batea 1
pala 1
Palustre 1
Baldes 1
Balanza 1
Llana de madera 1
Caneca de 55Galones
1
Formaleta 1 $ 110000 $ 110000
Fuente los autores 2020
Para las pruebas y ensayos de laboratorio fue necesario la construccioacuten de 40
adoquines para los cuales fueron requeridos los siguientes materiales con sus precios
respectivos
186
Tabla 23 Presupuesto general de materiales para el prototipaje
Materiales empleados step by step Adoquines de prueba
Materiales cantidad valor unitario valor total
Agregado Grueso 2 bogados $ 8000 $ 16000
Agregado Fino 2 bogados $ 7000 $ 14000
Cemento 2 bultos $ 25500 $ 51000
Aditivo 1 $ 5840 $ 5840
Resina Ortoftalica 2 botellas $ 15000 $ 30000
Catalizador 2 $ 2000 $ 4000
Agua $ 5000 $ 5000
Vidrio 2000 gramos $ 8500 $ 17000
Pigmento 2 $ 3000 $ 6000
Acpm $ 2000 $ 2000
TOTAL $ 150840
Fuente los autores 2020
Finalmente y despueacutes de las pruebas garantizando que se cumpliera la normativa se
construyen los adoquines que son requeridos para la construccioacuten del tramo de prueba
para lo cual fue necesario llevar los siguientes costos en bitaacutecora
Tabla 24 Presupuesto general Tramo de prueba
Adoquines para tramo de prueba
Materiales Cantidad Valor unitario Valor total
Arena 25 baldes $ 1100 $ 27500
Grava 25 baldes $ 1100 $ 27500 Aditivo 1 $ 5840 $ 5840
Pigmento 2 $ 3000 $ 6000 Vidrio 2000 gramos $ 8500 $ 17000
Resina ortoftalica 2 botellas $ 15000 $ 30000 Catalizador 2 $ 2000 $ 4000
Aditivo 1 $ 2200 $ 2200 Cemento 2550 Kg $ 13000 $ 13000
Luz led 250 metros $ 13000 $ 32500
187
Cable 2 metros $ 500 $ 1000 TOTAL $ 117040
Cabe la pena aclarar que el costo total es para veinte adoquines por lo que el precio
total por unidad de adoquiacuten es de $5842 pero para el tramo de prueba solo fueron
necesarios catorce adoquines por lo que para el costo total del sendero solo se tiene en
cuenta el costo de los catorce adoquines y no de los veinte ya que los seis restantes se
usaron para ensayos de laboratorio con el concreto translucido
Despueacutes de haber realizado todos los ensayos y de garantizar que el prototipo del
adoquiacuten cumpliera con la normativa se procede a disentildear y construir el tramo de prueba
para lo cual se realizoacute un presupuesto de obra en donde se incluyen todos los insumos
y materiales usados para el tramo con sus respectivos costos
Tabla 25 Cantidades de obra para tramo de prueba
Iacutetem Actividad Und Cant VUnit Vtotal
1 Excavacioacuten Manual zanja en tierra H=04m
m3 04 $ 30000
$ 30000
2 Relleno en recebo para subbase
Bogado 3 $ 4500
$ 13500
3 Capa de arena para sentar adoquines
Bogado 1 $ 8500
$ 8500
4 Concreto para bordes y caja de elementos electroacutenicos
m3 0012 $ 22500
$ 270
5 Adoquines UND 14 $ 5842
$ 81788
6 Arduino uno UND 1 $ 31900
$ 31900
7 Releacute cuatro puertos UND 1 $ 11700
$ 11700
8 Bateriacutea 40 Ah UND 1 $ 322000
$ 322000
9 Panel solar 55W UND 1 $ 280000
$ 280000
10 Regulador de carga UND 1 $ 51500
$ 51500
11 Inversor de Carga UND 1 $ 70000
$ 70000
188
12 Fuente de 110v a 12v UND 2 $ 15000
$ 30000
13 Sensor ultrasonido UND 2 $ 7100
$ 14200
14 Conectores HM UND 20 $ 3000
$ 60000
15 Conectores MM UND 20 $ 3000
$ 60000
TOTAL $ 1065358
Fuente los autores 2020
Como se evidencia en la tabla anterior el costo del sendero de prueba es de $1065358
es de importancia aclarar que como se contaba con la limitacioacuten de recursos solo se
pudo hacer la construccioacuten del sendero inteligente haciendo uso de catorce adoquines
pero que los elementos electroacutenicos que componen el sistema fotovoltaico para la
recoleccioacuten de energiacutea y los sensores que se encuentran en el sendero funcionan para
un sendero maacutes largo y ancho si asiacute se requiere lo que quiere decir que si se desea
construir un sendero inteligente Step by Step de 3 metros de largo por 1 metro de ancho
no es necesario adquirir un sistema fotovoltaico maacutes costoso
Finalmente al costo del tramo de prueba se le debe sumar el costo de los adoquines
que fueron necesarios para los ensayos previos el cual fue de $150840 maacutes el costo de
mano de obra que fue de $200000 para que finalmente el costo a lo que este proyecto
se refiere en su totalidad es de $1416198
189
190
11 VALIDACIOacuteN EN CAMPO TRAMO DE PRUEBA
Con el fin de prototipar el proyecto Step by Step se realizoacute un tramo de prueba en el
municipio de Agua de Dios el cual se acogioacute en conjunto con la alcaldiacutea municipal la cual
nos otorgoacute el permiso y expreso el beneficio del proyecto para la comunidad y su intereacutes
en el por medio de un oficio
El tramo de prueba se construyoacute en el parque Simoacuten Boliacutevar en el municipio de Agua
de Dios el cual es muy concurrido ya que es el segundo parque maacutes importante del
municipio su localizacioacuten se puede observar a continuacioacuten por medio de una imagen
tomada de la plataforma satelital google maps
Figura 42 Localizacioacuten tramo de prueba
Fuente (Google Earth 2020)
Como se puede observar en la imagen anterior el parque boliacutevar se encuentra ente la
carrera 11- 12 y entre la calle 11 ndash 12 al lado de la biblioteca municipal del municipio de
Agua de Dios Despueacutes de escoger el lugar donde se va a instalar se prosiguioacute a escoger
en que parte del parque se instala por lo cual se escogioacute en el centro del parque en
terreno natural enseguida del lugar donde se realizan ejercicios se puede observar en la
siguiente imagen
Se realizoacute una excavacioacuten manual por parte de los autores la cual tuvo unas
dimensiones de 1 metro de ancho por 1 metro de largo por 41 cm de profundidad el cual
se puede observar en la siguiente imagen
Figura 43 Proceso constructivo del Tramo de prueba Step by Step
191
Fuente los autores 2020
Excavacioacuten Profundidad de excavacioacuten
Sub base compactada Arena
Instalacioacuten eleacutectrica Instalacioacuten de adoquines
Confinamiento lateral
192
Despueacutes de realizar la excavacioacuten se prosiguioacute a rellenar y compactar con recebo el
cual tiene un espesor de 30 cm para mejorar las condiciones del terreno Posteriormente
al relleno con recebo se prosigue a poner la capa de arena que sirve como cama para la
instalacioacuten de adoquines la cual tiene un espesor de 3 cm El siguiente paso es realizar
una nivelacioacuten de la arena y con la cama totalmente plana se acomodan los adoquines
como se disentildearon anteriormente con el cableado de los adoquines sacaacutendolos por el
lado escogido por el terreno Posteriormente a tener los adoquines instalados con el
cableado eleacutectrico se prosiguioacute a fundir concreto con el fin de mejorar la esteacutetica del tramo
de prueba ademaacutes de realizar la estructura donde se dejaraacuten fijas las cajas eleacutectricas en
un bordillo de concreto
Posteriormente a la instalacioacuten integral del tramo de prueba el siguiente paso es
realizar la parte electroacutenica del tramo de prueba la cual viene alimentada por energiacutea
solar la cual se activa por medio de sensores instalados en el bordillo anteriormente
mencionado los cuales trabajan en conjunto con Arduino uno y un moacutedulo releacute de cuatro
canales lo cual viene de la siguiente manera en el esquema observado a continuacioacuten
Figura 44 Cableado parte electroacutenica
Fuente los autores 2020
En la imagen anterior se puede observar el cableado electroacutenico el cual consta de 2
sensores ultrasonido los cuales van conectados al Arduino uno el cual estaacute encargado
de enviar la informacioacuten al moacutedulo releacute para posteriormente el alumbrado de los
adoquines instalados anteriormente
Despueacutes de realizar el cableado el siguiente paso es realizar la programacioacuten del
arduino uno la cual consiste en recibir la informacioacuten de los sensores al detectar un
cambio en un campo estimado de 60 cm estos comenzaacutendose a contar despueacutes de 20
193
cm los cuales son los que se estiman desde el bordillo y posteriormente esta informacioacuten
ordena en conjunto con el moacutedulo releacute al encendido de la luz led instalada en los
adoquines los cuales se encenderaacuten en grupos de a 6 cada grupo instalado a un sensor
esta programacioacuten se puede observar en la siguiente imagen
Figura 45 Programacioacuten Arduino uno
Fuente los autores 2020
Despueacutes de tener lista la programacioacuten el siguiente paso es introducir esta
programacioacuten por medio de la aplicacioacuten oficial de Arduino y un cable que es otorgado
en la compra del Arduino esta instruccioacuten se puede observar en la siguiente imagen
194
Figura 46 Introduccioacuten de la programacioacuten al Arduino uno
Fuente los autores 2020
Posteriormente a tener los componentes electroacutenicos funcionando en conjunto con los
sensores el siguiente paso es la instalacioacuten en el tramo de prueba en donde se introducen
en una caja eleacutectrica la cual se impermeabiliza completamente y se introduce en una
estructura de concreto construida que funciona como capa protectora para las cajas con
los implementos electroacutenicos esto se puede observar a continuacioacuten
Figura 47 Caja con implementos electroacutenicos sellada
Fuente los autores noviembre 2020
195
Figura 48 Elementos electroacutenicos instalados
Fuente los autores noviembre 2020
El siguiente paso fue conectar los componentes electroacutenicos anteriormente nombrados
con la fuente de energiacutea la cual es proporcionada por un panel solar el cual viene
conectado por medio de un cableado esto se puede observar a continuacioacuten donde se
encuentra el panel solar y el sendero inteligente Step by Step recolectando energiacutea en el
diacutea tomaacutendola del sol para posteriormente ser aprovechada en la noche para hacer
funcionar la iluminacioacuten del sendero
Figura 49 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar
Fuente los autores noviembre 2020
Por uacuteltimo se encuentra el prototipo del sendero inteligente Step by Step en
funcionamiento el cual es encendido a las 6 pm y se pone a disposicioacuten de la comunidad
196
donde se observoacute un gran impacto en todas las personas que transitan este parque del
municipio de Agua de Dios en las siguientes imaacutegenes se puede observar el sendero
inteligente funcionando con la energiacutea solar recolectada durante el diacutea y en disposicioacuten
de los usuarios
Figura 50 Sendero inteligente alimentado con energiacutea solar en funcionamiento
Fuente los autores 2020
1 2
3 4
5 6
197
12 CONCLUSIONES
Al culminar el proceso de disentildeo prototipaje y validacioacuten en campo del sendero
inteligente Step by Step se concluye que la adherencia entre el concreto hidraacuteulico y el
concreto transluacutecido elaborados con materiales reciclados en un adoquiacuten bicapa para
traacutefico peatonal en las dimensiones propuestas de la Figura 28 registra una resistencia
a la compresioacuten de 3000 psi un moacutedulo de rotura de 68 MPa valores que seguacuten las
notas teacutecnicas colombianas son admisibles
La forma innovadora permite usar el concreto translucido como un conductor de luz
que da diferentes tonalidades de acuerdo al pigmento usado lo que no solo mantiene la
resistencia del prototipo sino que mediante una conexioacuten de circuitos entre los adoquines
contiguos asegura la iluminacioacuten del sendero la resistencia y durabilidad ante las cargas
de traacutefico peatonal
El sistema eleacutectrico mediante un sistema fotovoltaico permite el almacenamiento de
energiacutea suficiente para mantener la funcionalidad de los sensores durante toda la noche
de manera que el sendero ubicado en el parque Simoacuten Boliacutevar del Municipio de Agua de
Dios-Cundinamarca genera un impacto en la comunidad favorable certificado por la
Alcaldiacutea municipal y los habitantes del municipio
Luego de la transmisioacuten del programa de televisioacuten local como una actividad de
apropiacioacuten social del conocimiento realizado por los autores y la tutora en el canal de
televisioacuten local H2O Tv la comunidad en general recibioacute con agrado la tecnologiacutea
prestando intereacutes en instalarlo en diferentes lugares turiacutesticos de Agua de Dios
La translucidez de las piezas del pavimento peatonal con el pigmento azul fue
aceptada por la comunidad como un nuevo emblema del municipio ya que su reflejo y
luminosidad es una alegoriacutea al nombre lsquoAgua de Diosrsquo marcando un nuevo hito en el
municipio que deja atraacutes la historia triste de las aguas azufradas y una enfermedad
incurable por un nuevo camino llamado por el Semillero SEUS Step by Step Sendero
Inteligente
198
13 BIBLIOGRAFIacuteA
accuweather (2020) accuweathercom Retrieved from accuweathercom
httpswwwaccuweathercomescoagua-de-dios102159current-
weather102159
Alcaldia de Agua de Dios (2019 08 08) Retrieved from httpwwwaguadedios-
cundinamarcagovcoturismolos-chorros
Ambientesoluciones (2020) Ambientesolucionescom Retrieved from
Ambientesolucionescom
httpswwwambientesolucionescomsitiocontenidos_mophpit=5675
ARCUS GLOBAL (2020 10 21) Retrieved from httpswwwarcus-
globalcomwpconcreto-translucido-existe
ARQUITECTOS S (2018 05 20) Sala de Arquitectos Retrieved from Sala de
Arquitectos La compantildeiacutea innovando en la arquitectura inteligente ha presentado
la primera lsquovereda inteligentelsquo del mundo en Londres un camino que transforma el
pavimento en un generador de energiacutea eleacutectrica esto gracias al paso que dan los
peatones A diferencia de
Avalos J C (2016 07 29) BBC MUNDO Retrieved from BBC MUNDO
httpswwwbbccommundonoticias-36662912
BBC (2016 6 29) BBC MUNDO Retrieved from BBC MUNDO
httpswwwbbccommundonoticias-36662912
Boussinesq (2020 16 10) Google Retrieved from
httpswwwgooglecomsearchq=difusion+del+esfuerzo+pavimentosamptbm=isch
ampved=2ahUKEwij9quT87nsAhWENFkKHXP-DXUQ2-
cCegQIABAAampoq=difusion+del+esfuerzo+pavimentosampgs_lcp=CgNpbWcQA1C_
gwFY1I4BYMiQAWgAcAB4AIABpQKIAf4QkgEFMC40LjaYAQCgAQGqAQtnd3Mt
d2l6LWltZ8ABAQamps
Bradsher (2018 6 13) new York Times Espantildeol Retrieved from new York Times
Espantildeol httpswwwnytimescomes20180613espanolenergia-solar-
autopista-chinahtml
199
Bradsher K (2018 06 13) THE NEW YORK TIMES Retrieved from THE NEW YORK
TIMES httpswwwnytimescomes20180613espanolenergia-solar-autopista-
chinahtml
CAR (2015) ESTUDIO PARA LA DETERMINACIOacuteN DE MOacuteDULOS DE CONSUMO
DEL RECURSO HIDRICO
CASTILLO X A (2003) DISENtildeO DE PAVIMENTOS ARTICULADOS PARA TRAFICO
MEDIO Y ALTO Retrieved from
httpsrepositoriouniandeseducobitstreamhandle199220919u245809pdf
Chacon Cesar Alexander C J (2012 OCTUBRE 16) TECNURA UNIVERSIDAD
DISTRITAL FRANCISCO JOSEacute DE CALDAS COLOMBIA Retrieved from
httpswwwredalycorgpdf2570257025147010pdf
COLOMBIA C D (2014 05 13) fedebiocombustibles Retrieved from
fedebiocombustibles httpwwwfedebiocombustiblescomfiles1715pdf
CONSTRUIBLE (2015 03 11) Construccioacuten Sostenible Retrieved from Construccioacuten
Sostenible httpswwwconstruiblees20150311energy-floors-genera-
electricidad-a-partir-de-la-energia-de-la-pisada
DamiaSolar (2016 03 19) DamiaSolar Retrieved from DamiaSolar
httpswwwdamiasolarcomactualidadblogarticulos-sobre-la-energia-solar-y-
sus-componentesque-regulador-solar-
necesito_1~text=El20regulador20solar20o20reguladorgenerada20e
n20los20paneles20solares
DANE (2018) danegovco Retrieved from danegovco
httpswwwdanegovcoindexphplista-de-resultados-de-
busquedasearchword=poblacion20agua20de20dios20cundinamarcaampse
archphrase=all
DINERO R (2020 03 05) REVISTA DINERO Retrieved from REVISTA DINERO
httpswwwdinerocomempresasarticulocual-capital-de-colombia-tendra-la-
primera-empresa-publica-de-energias-renovables282296
200
ELECTRONICA I (2020) I+D ELECTRONICA Retrieved from I+D ELECTRONICA
httpswwwdidacticaselectronicascomindexphpbaterias-
cargadorescargadores-1mC3B3dulo-de-control-de-carga-para-
baterC3ADas-12-24v-7009-detail
FDMESCYL (2017 Diciembre 28) Federacion de deportes de montantildea Escalada y
senderismo de Castilla y Leon Retrieved from
httpswwwfclmcom20171228nace-primer-sendero-inteligente-espana-
castilla-leon
Google Earth (2020) Retrieved from httpsearthgooglecomweb437516685-
74667982183897115512a53657125248d35y662480933h028419733t0r
Icontec (2018 11 12) NTC 2017 Adoquines de Concreto para Pavimentos Bogotaacute DC
Instituto Colombiano de Normas Teacutecnicas y Certificacioacuten (ICONTEC) Retrieved
from METROBLOCK httpsmetroblockcomconorma-tecnica-colombiana-ntc-
2017
IDEAM (2014) ideamgovco Retrieved from ideamgovco
httpwwwideamgovcowebtiempo-y-climaradiacion-solar
indiasolarpowercanals (2015 07 02) inbright Retrieved from inbright
httpsinbrightmxblogpostsindiasolarpowercanals
ingrenovables (2014 6 25) ingrenovablesblogspot Retrieved from
ingrenovablesblogspo httpingrenovablesblogspotcom201406el-primer-
canal-solar-del-mundohtml
LEDOVET (2018 02 23) Retrieved from httpswwwledovetcomtipos-de-sensores-de-
movimiento
Lizcano F A (2003) DISENtildeO RACIONAL DE PAVIMENTOS Bogotaacute ESCUELA
COLOMBIANA DE INGENIERIA
Lngalls S (1877) Estados Unidos Patent No 952S6
MAGAZINE T (2020 03 05) TYS MAGAZINE Retrieved from TYS MAGAZINE
httpswwwtysmagazinecomenergy-floor-la-energia-de-tus-pisadas
201
nandwani S s (2005 junio) energia solar conceptos basicos y su utilizacion Retrieved
from httpssistemamidcompaneluploadsbiblioteca2014-06-27_10-14-
37105995pdf
OMPI ORGANIZACION MUNDIAL DE LA PROPIEDAD INTELECTUAL (2015 09 16)
Retrieved from httpswwwwipointipadvantageesdetailsjspid=2590
PAIS E (2020 02 07) EL PAIS Retrieved from EL PAIS
httpselpaiscomccaa20200207madrid1581085171_646387html
Palacios A (2020) Ca COMPARADOR DE ALARMAS Retrieved from
httpswwwcomparadoralarmascomtipos-de-sensores-de-movimiento-cual-
necesitas
PAVEGEN (2017 JUNIO 29) Retrieved from httpspavegencomwp-
contentuploads201905Pavegen-BirdStreetpressreleasepdf
Perdomo C S amp Fandintildeo M E (2020 10 26) Anaacutelisis de las propiedades mecaacutenicas
del concreto transluacutecido elaborado con poliacutemeros y materiales reciclados
Retrieved from Repositorio Universidad Piloto
httprepositoryunipilotoeducohandle20500122779448
Pettit C (1912) Estados Unidos Patent No 573212
Ramos J (2014 11 12) motos pasion Retrieved from motos pasion
httpswwwmotorpasioncomgaleriasolaroad4
Robert G Packard P (1995) Thickness Design for Concrete Pavements on Highways amp
Streets PCA Method Retrieved from
httpsceprofsciviltamuedudzollingerCVEN-637-Fall202004EB109PDF
SampP (2018 10 15) El Blog de la ventilacioacuten eficiente Retrieved from
httpswwwsolerpalaucomes-esblogsensores-movimiento
SLU A E (2015 04 19) Autosolar Retrieved from Autosolar
httpsautosolaresblogaspectos-tecnicosque-es-un-panel-solar
202
SECHAGUA D A (2016) VALORACIOacuteN SOCIOAMBIENTAL DE LA MICROCUENCA
QUEBRADA LA PUNAacute MUNICIPIO AGUA DE DIOS GIRARDOT
SIKA (2018) FLUIDIFICANTE PARA MEZCLAS DE CONCRETO Tocancipa
SOLAR ROADWAYS (2020) Retrieved from httpssolarroadwayscom
SOLAROAD (2016 03 07) NATIONAL GEOGRAPHIC ESPANtildeA Retrieved from
NATIONAL GEOGRAPHIC ESPANtildeA
httpswwwnationalgeographiccomescienciasolaroad-el-carril-bici-hecho-con-
paneles-solares-en-holanda-cumple-su-primer-ano-de-vida_9916
Suaacuterez A L (2018 04 09) PORTAFOLIO Retrieved from PORTAFOLIO
httpswwwportafolioconegociosel-mayor-proyecto-de-energia-eolica-da-sus-
primeros-pasos-516003
Torres O (2020 03 09) Resumen de ASTM Retrieved from
httpbloquesdeconcretocomsvdescargarNormas20ASTMpdf
UPC (2018) Proyecto Educativo Institucional Bogotaacute DC Universidad Piloto de
Colombia
UPME (2015 06 05) Retrieved from
httpwwwnuevalegislacioncomfilessusccdjconcr_upme_281_15pdf
Velares J M (2020 03 09) Academiaedu Retrieved from Academiaedu
httpswwwacademiaedu25432780Especificaciones_de_ASTM_C-33
Xiaodi Hu A N (2017 Abril 21) Effects of tire inclination (turning traffic) and dynamic
loading on Retrieved from
httpswwwsciencedirectcomsciencearticlepiiS199668141630164Xvia3Dih
ub
