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Introducción
Las primeras estructuras de protección portuaria fueron construidas a fines del siglo XIX usando diversos tipos de analogías con otras estructuras construidas en México y en otras partes del mundo, situación que demandaba en ese entonces de un inminente desarrollo de tecnología en materia de Ingeniería de Puertos y Costas. 1952 es un año en el que hubo un avance tecnológico importante, al disponer de un método gráfico para realizar diagramas de refracción de oleaje (Ver Fig.1), y una fórmula para el diseño de rompeolas, mismos que fueron desarrollados por el Ing. Ramón Iribarren Cavanilles e introducidos a México por el Ing. Julio Dueso Landaida [1], ambos de origen Español (Ver Fig. 2).
Figura 1. Estudio de refracción de oleaje para el puerto de Ensenada, B. C., realizado por el Ing. Roberto Vera Strathman en 1958
Figura 2. Texto y figuras del libro Nociones de Puertos, escrito por Julio Dueso Landaida en 1958
En el año de 1964 el gobierno federal puso en operación el Laboratorio de Hidráulica Marítima en una superficie de 30, 259 m2, en San Juan Ixhuatepec, Estado de México.
De julio de 1984 a junio de 1988, se llevó a cabo un convenio de cooperación internacional con el gobierno del Japón, y dio inicio al proyecto denominado “Centro Hidráulico Portuario de México” el cual se estableció en el Laboratorio de Hidráulica Marítima. En este proyecto el objetivo principal fue el desarrollar la ingeniería hidráulica portuaria introduciendo especialmente la irregularidad del oleaje en los ensayos en modelos hidráulicos y en los modelos numéricos.
En 1997, el Laboratorio de Hidráulica Marítima, perteneciente entonces a la Dirección General de Puertos de la SCT, pasó a formar parte del IMT, ahora como División de Ingeniería de Puertos y Costas. En el año 2000 trasladó su personal y equipos de las antiguas instalaciones en el Estado de México a las del Instituto en Sanfandila, Qro., donde luego de completar el acondicionamiento del nuevo Laboratorio de Ingeniería de Puertos y Costas, comenzó a operar en julio de 2001. La División de Ingeniería de Puertos y Costas está conformada por las siguientes áreas: · Laboratorio de Hidráulica Marítima. · Hidráulica Computacional. · Proyectos Hidráulicos Portuarios y Costeros. · Estudios de Campo. · Laboratorio de Calibración de Equipo Oceanográfico. · Laboratorio de Simulación de Maniobras de Embarcaciones. · Laboratorio de Hidráulica Portuaria Ambiental (en desarrollo). · Taller de Herrería. · Taller de Carpintería. Sus principales funciones incluyen la realización de investigación básica y aplicada, basada en estudios de campo, en estudios en modelos físicos y en estudios en modelos numéricos de los fenómenos oceanográficos y de dinámica costera, relacionados con las obras exteriores portuarias y costeras, y la prestación de servicios tecnológicos afines.
1. Nuestras raíces
El Laboratorio de Hidráulica Marítima adscrito a la División de Ingeniería de Puertos y Costas del Instituto Mexicano del Transporte, Órgano Desconcentrado de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes, es una Institución que se enorgullece de su pasado y presente, y que enfrenta con fortaleza los retos futuros para seguir evolucionando como pilar técnico y científico en el desarrollo de la infraestructura Portuaria y Costera Nacional.
Ø Noviembre de 1964
El 9 de noviembre de 1964 se puso en operación el Laboratorio de Hidráulica Marítima (Fig. 3), adscrito en ese entonces al Departamento de Estudios y Laboratorios, dependiente de la Dirección General de Obras Marítimas de la Secretaría de Marina, ubicado en la calle Lerdo de Tejada No. 6, en San Juan Ixhuatepec, Estado de México.
Figura 3. Placa conmemorativa de la inauguración del Laboratorio de Hidráulica Marítima.
Su función se enfocó en la realización de investigación básica y aplicada, basada en estudios de campo, en estudios en modelos físicos y en estudios en modelos numéricos de los fenómenos oceanográficos y de dinámica costera, relacionados con las obras exteriores portuarias y costeras, utilizando los resultados de dichos estudios para la concepción de los proyectos ejecutivos de las obras marítimas antes mencionadas.
Las instalaciones del Laboratorio ocupaban una superficie de 30, 259 m2, entre las que se encontraban un edificio de oficinas de dos pisos con lozas de concreto, un cárcamo para el acopio de agua con capacidad de 1000 m3, salas que albergaban tanques y canales de olas para la experimentación en modelos hidráulicos, sala de usos múltiples, talleres y biblioteca, las cuales se encontraban techadas con láminas de distintos tipos. En la figura No. 4, se indican las diferentes instalaciones que en ese entonces ocupaba el Laboratorio de Hidráulica Marítima.
Figura 4. Instalaciones del Laboratorio de Hidráulica Marítima en 1966
2. Fechas que marcan hitos en la historia del Laboratorio de Hidráulica Marítima
En el período de 1964 a 1970, se dió un importante impulso a la investigación y estudios de actividades portuarias, marítimas y costeras, esto debido a la creación del Departamento de Estudios y Laboratorios en el que estaba adscrito el Laboratorio de Hidráulica Marítima. El Jefe del Departamento de Estudios y Laboratorios estuvo a cargo del Ing. Roberto Vera Strathman.
En este período se inician las obras del Puerto de Yucalpetén, Yuc., se inaugura el Puerto de San Carlos, B. C. y se le da un amplio apoyo a la actividad portuaria y marítima a lo largo de nuestras costas como lo constatan las obras realizadas en Mazatlán, Balsas, La Paz, Topolobampo, Vallarta, Manzanillo, Salina Cruz (Ver fig. 5), Tampico, Punta Banda, Pichilingue, San Blas, Puerto Madero y Tuxpan, permitiendo que varios de estos proyectos fueran realizados en modelos hidráulicos en el Laboratorio de Hidráulica Marítima, los cuales sirvieron para consolidar a un destacado grupo de investigadores que a lo largo del tiempo han logrado fortalecer el desarrollo de los espacios marítimos, portuarios y costeros de nuestro país [2].
Figura 5. Estudio en modelo hidráulico de fondo móvil del problema de azolvamiento en acceso del puerto de Salina Cruz, Oax.
La estructura organizacional en ese entonces estuvo conformada por las siguientes áreas:
· Subjefe del Departamento de Estudios y Laboratorios. · Estudios de Campo. · Proyectos Hidráulicos. · Sección de Proyectos Marítimos. · Laboratorio de Hidráulica. · Sección de modelos Hidráulicos. · Sección de modelos Fluviales. · Sección de Aparatos y Medidas.
En el período de 1970 a 1976, la Jefatura del Departamento de Estudios y Laboratorios continúa a cargo del Ing. Roberto Vera Strathman hasta el año 1974, cuando el Dr. Carlos H. Castro Sepúlveda se hizo cargo de la citada Jefatura de 1974 a 1976, la estructura organizacional del Departamento de Estudios y Laboratorios, continuó siendo la misma que el período anterior.
Durante el período de 1976 a 1982, la Jefatura del Departamento de Estudios y Laboratorios estuvo a cargo del Ing. Luis Hernández Aguilar (1976-1977), continuando el Ing. Arturo Campillo Sáenz (1977-1980) como Jefe del Departamento de Estudios y Laboratorios.
En 1980 el Departamento de Estudios y Laboratorios se reestructura, dividiendo sus funciones en dos Departamentos, el Departamento de Estudios y el Departamento de Laboratorios. El Departamento de Estudios estuvo a cargo del Ing. Javier Yllescas Torres de 1980 a 1984, y el Departamento de Laboratorios estuvo a cargo del Ing. Francisco Téllez Granados de 1980 a 1982.
Cabe señalar que durante el período presidencial en cuestión, fue uno de los de mayor actividad en el Laboratorio de Hidráulica Marítima, realizándose los estudios y planeación de los puertos industriales de Altamira, Tamps., Lázaro Cárdenas, Mich., y Salina Cruz, Oax., así como de los puertos petroleros de Salina Cruz, Oax., Laguna del Ostión, Ver., y Dos Bocas, Tab.
Durante el período comprendido de 1981 a 1984, misiones especialistas Japoneses de la Agencia de Cooperación Internacional de Japón (JICA) realizaron visitas a México para analizar la posibilidad de realizar una cooperación técnica con nuestro país en materia de experimentación en modelos hidráulicos, medición de fenómenos oceanográficos y en el diseño de estructuras portuarias y costeras.
En el período de 1982 a 1988, durante los años 1982 a 1986, el Ing. Francisco Téllez Granados continúa como Jefe del Departamento de Laboratorios, y de 1986 a 1988 el Ing. Faustino San Juan García, ocupó el cargo de la Jefatura del Departamento de Laboratorios. Por otra parte, de 1984 a 1988 el Ing. José Luis Jiménez Tiburcio, ocupó el cargo de la Jefatura del Departamento de Estudios.
Con motivo del desarrollo del Proyecto del Centro Hidráulico Portuario de México realizado entre los Gobiernos de México y del Japón, el cual inició en 1984, la Dirección General de Obras Marítimas realizó obras de mantenimiento y de construcción en las instalaciones del Laboratorio de Hidráulica Marítima, entre las que destacan, la construcción de la red de distribución de agua potable del cárcamo principal a los tanques de experimentación de modelos hidráulicos y la construcción de cobertizos para los canales de olas exteriores.
Ø Propósito del proyecto del Centro Hidráulico Portuario de México
El propósito del proyecto consistió en desarrollar la ingeniería hidráulica portuaria con base en la cooperación técnica entre el Gobierno de Japón y el de los Estados Unidos Mexicanos (ver Figura 6), introduciendo especialmente la irregularidad del oleaje en sus ensayos en modelos hidráulicos.
Figura 6. Fotografía que muestra la firma del convenio de Cooperación internacional entre los gobiernos de México y del Japón, representados por el Ing. Daniel Díaz Díaz, Secretario de la S. C. T., y por el Dr. Shoji Sato, representante de la Misión de JICA
Ø Necesidad de realizar experimentos en modelos hidráulicos y simulaciones numéricas con oleaje irregular
Dentro de los factores ambientales que actúan sobre las estructuras portuarias y costeras, el oleaje es el que tiene mayor influencia, y por lo tanto, es conveniente definir claramente dicho fenómeno al realizar simulaciones numéricas y experimentos en modelos hidráulicos, los cuales son indispensables para el diseño y la construcción de estructuras portuarias y costeras.
De 1964 y hasta 1984, en el Laboratorio de Hidráulica Marítima se realizaron experimentos en modelos hidráulicos con oleaje regular. Sin embargo, cabe señalar que los ensayos con oleaje regular no tienen validez suficiente, ya que se está negando de antemano la característica principal del oleaje que es su irregularidad.
Los experimentos con oleaje irregular conducen a resultados con una mayor precisión que los realizados con oleaje regular.
Los mayores beneficios se tienen al utilizar oleaje irregular en los experimentos en los modelos hidráulicos son los siguientes:
· Transformación del oleaje por efectos de la configuración del fondo marino o de las estructuras marítimas construidas en el mar.
· Determinación de la sobreelevación del oleaje (Wave Overtopping).
· Estabilidad y seguridad de las estructuras marinas.
· Movimiento de estructuras flotantes en el mar, incluyendo barcos y boyas.
Por lo antes indicado, resulta necesario utilizar oleaje irregular en los experimentos bidimensionales en canal de olas, y en los experimentos tridimensionales que se realizan en tanques de olas.
Como ejemplo de lo antes indicado, en las figuras que se indican a continuación, las cuales muestran el fenómeno de la difracción del oleaje para oleaje regular y para oleaje irregular, indican claramente que existe una gran diferencia en la distribución de las curvas de coeficientes de difracción para el oleaje regular y para oleaje irregular, observándose que la altura de ola detrás del rompeolas con oleaje regular es menor que la altura de ola para el oleaje irregular.
Lo anterior indica que al analizar el fenómeno de la difracción con oleaje regular puede conducir a subestimar la altura de ola detrás de los rompeolas.
Figura 7. Comparativa de las alturas de ola difractadas detrás de un rompeolas semiinfinito.
Figura 8. Fotografía que muestra las actividades de transferencia de tecnología en experimentación en modelos hidráulicos, durante la vigencia del proyecto del Centro Hidráulico Portuario de México.
Los tópicos contemplados dentro del proyecto del Centro Hidráulico Portuario de México fueron los siguientes:
Ø Estimación del grado de calma en el puerto y determinación de la disposición en planta de los rompeolas.
Ø Estabilidad de rompeolas en canal y tanque de olas, y el diseño estructural de obras exteriores de protección y de muelles.
Ø Estudios de procesos costeros y de azolvamiento de canales de acceso en puertos, basados en mediciones de campo, simulaciones numéricas y en modelos hidráulicos.
Ø Estudios en modelos hidráulicos del movimiento de los barcos atracados.
La duración del proyecto fue de julio de 1984 a junio de 1988 (ver Fig. 9), y se organizó de acuerdo con lo indicado en la Figura 10.
Figura 9. Vista del modelo hidráulico del puerto de Veracruz, construido y estudiado dentro de la vigencia del Centro Hidráulico Portuario de México.
Figura 10. Organización del Centro Hidráulico Portuario de México.
Ø Términos de cooperación entre los dos gobiernos
Para lograr el propósito del proyecto, los dos gobiernos colaboran tomando como base los siguientes términos:
Parte Japonesa:
a) Envío de especialistas (3 de largo plazo y varios de plazo corto).
b) Proporcionar capacitación al personal contraparte del Laboratorio de Hidráulica Marítima.
c) Transferir tecnología al personal contraparte, en materia de experimentación en modelos hidráulicos y en mediciones de campo (Figura 8).
d) Donación de equipos, conforme a lo que se indica a continuación:
· Generadores de oleaje irregular:
Uno para el canal de olas largo
Tres para el tanque de olas cubierto
Uno para el canal de olas ancho
· Una computadora estación de trabajo
· Equipos de medición de oleaje y de corrientes para los experimentos de oleaje irregular (Ver figura 11)
· Equipos para medir y analizar los movimientos de barcos atracados, en los experimentos en modelos hidráulicos
· Pintura fluorescente y equipo detector de trazadores fluorescentes
e) Capacitación en Japón de las contrapartes.
Figura 11. Equipos de medición y análisis de corrientes para experimentos de oleaje irregular.
Parte Mexicana:
a) Designación de las contrapartes
b) Instalación de los equipos donados
c) Preparación de la oficina, secretaria y teléfono para los especialistas japoneses d) Mejoramiento y adecuación de las instalaciones de experimentación y de los edificios del Laboratorio de Hidráulica Marítima
Ø Las principales acciones en el proyecto del Centro Hidráulico Portuario de México fueron las siguientes:
· Junio, 1984: Misión de JICA (Para iniciar el proyecto)
· Octubre, 1984: Llegada del Dr. Shoji Sato, especialista de largo plazo, Asesor en jefe del proyecto.
· Diciembre, 1984: Inicio de la transferencia de tecnología por los especialistas japoneses de plazo largo. Primer Comité Conjunto.
· Junio, 1985: Llegada del Ing. Toshihiko Nagai, experto de largo plazo.
· Octubre 1985: Instalación del generador de oleaje irregular en el canal, de olas largo, por dos especialistas japoneses de corto plazo, Ing. Izumisawa e Ing. Isozaki.
· Noviembre, 1985: Curso en materia de reflexión y difracción del oleaje irregular, dictado por el Dr. Tanaka, experto de corto plazo.
· Diciembre, 1985: Ceremonia de inauguración de la instalación del generador de oleaje irregular en el canal de olas largo, Misión de JICA y segundo Comité Conjunto.
· Enero, 1986: Inicio de las clases por los expertos de plazo largo, dividiendo a las contrapartes en tres grupos.
· Agosto 1986, Curso sobre experimentos de oleaje irregular en el canal de olas, dictado por el Dr. Tanimoto, experto de corto plazo
· Agosto, 1986: Instalación de dos generadores de oleaje irregular en el tanque de olas cubierto, e instalación de la computadora estación de trabajo; actividades realizadas por el Ing. Izumisawa y por el Ing. Enpo, expertos de corto plazo.
· Septiembre, 1986: Llegada del Ing. Okamoto y salida del Ing. Soejima, relevo de un experto corto de plazo.
· Diciembre, 1986: Misión de JICA, Tercer Comité Conjunto.
Ø Beneficios obtenidos de la ejecución del proyecto
Como resultado del proyecto del Centro Hidráulico Portuario de México, la Dirección General de Obras Marítimas, posteriormente llamada vocalía de Obras Marítimas dentro del órgano desconcentrado Puertos Mexicanos, y la Agencia de Cooperación Internacional de Japón (JICA) , celebraron de 1988 a 1992 el curso internacional en Ingeniería Hidráulica Portuaria (Primera etapa), siendo el país anfitrión México, con el propósito de ofrecer tecnología en materia de Ingeniería de Puertos y Costas a los países de América Latina y del Caribe. En este contexto, el número de participantes en los citados cursos fue de 17 técnicos de México y 62 técnicos más de diferentes países de América Latina. De 1993 a 1997, de forma complementaria se realizó el curso internacional de Ingeniería Hidráulica Portuaria (Segunda etapa) en el cual participaron 34 técnicos de países de América Latina y 6 técnicos de México.
De 1988 a 1994 y como resultado de la reestructuración de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes, en marzo de 1989, se crea el órgano desconcentrado Puertos Mexicanos en la Administración Pública Federal, como consecuencia de dicha reestructuración, el Laboratorio de Hidráulica Marítima estuvo administrado por Puertos Mexicanos dentro de la Subgerencia de Estudios Básicos e Investigación, a cargo esta última del Ing. Roberto Vera Strathman hasta el año 1995.
En el año 1995 y hasta junio de 1996, la Jefatura del Laboratorio de Hidráulica Marítima estuvo a cargo del M. en C. José Miguel Montoya Rodríguez, adscrito a la Dirección General de Puertos.
De julio a diciembre de 1996, la Jefatura del Laboratorio de Hidráulica Marítima estuvo a cargo del Ing. Alejandro Murillo Bagundo, adscrito a la Dirección General de Puertos.
De enero a diciembre de 1997, la Jefatura del Laboratorio de Hidráulica Marítima estuvo a cargo del Ing. Enrique León de la Barra Montelongo, adscrito a la Dirección General de Puertos.
De enero a junio de 1998, la Jefatura del Laboratorio de Hidráulica Marítima estuvo a cargo del M. en C. José Miguel Montoya Rodríguez, adscrito a la Dirección General de Puertos.
De junio de 1998 a la fecha, la Jefatura del Laboratorio de Hidráulica Marítima ha estado a cargo del M. en C. José Miguel Montoya Rodríguez, adscrito al Instituto Mexicano del Transporte.
Ø Incorporación del Laboratorio de Hidráulica Marítima al Instituto Mexicano del Transporte
Durante el período de 1994 a 2000, por acuerdo del Secretario de Comunicaciones y Transportes, en 1997, el Laboratorio de Hidráulica Marítima se transfirió de la Dirección General de Puertos dependiente de la Coordinación General de Puertos y Marina Mercante al Instituto Mexicano del Transporte, incluyendo personal técnico, equipos y mobiliario asignado, para continuar desarrollando las funciones de investigación y de desarrollo de estudios y proyectos en materia de Ingeniería Hidráulica Portuaria y Costera, orientadas a proporcionar apoyo técnico al sector Comunicaciones y Transportes y a los usuarios que de otros sectores e instituciones requiriesen de los servicios del citado Laboratorio.
Debido al deterioro que guardaban las instalaciones del Laboratorio de Hidráulica Marítima, ubicado en ese entonces en San Juan Ixhuatepec, Estado de México, en 1998 el Instituto Mexicano del Transporte recibió la autorización del Secretario de Comunicaciones y Transportes, para iniciar la construcción de un nuevo Laboratorio de Hidráulica Marítima en las instalaciones del Instituto Mexicano del Transporte en Sanfandila, Querétaro, quedando concluidas las obras del citado Laboratorio en el año 2001.
Cabe señalar que de 1997 al 2000, el Laboratorio de Hidráulica Marítima siguió operando en las instalaciones de San Juan Ixhuatepec, proporcionando diversos servicios de apoyo para el desarrollo de nuevos proyectos portuarios y costeros, así como para la realización de estudios específicos apoyados en la operación de modelos hidráulicos y de modelos numéricos, así como de estudios de campo, requeridos por la Dirección General de Puertos, diversas Administraciones Portuarias Integrales, Comisión Federal de Electricidad, y varios Gobiernos de los Estados, entre otros usuarios.
En el año 2001 el Laboratorio de Hidráulica Marítima inició sus operaciones en las instalaciones en Sanfandila, Querétaro, realizando los estudios y proyectos de Puerto Madero, Chis., mediante el estudio en modelos hidráulicos de fondo fijo y de fondo móvil, en el tanque de olas mayor y en los canales de olas ancho y angosto.
En el año 2002, se iniciaron los estudios en modelos hidráulicos de agitación de oleaje y de estabilidad de rompeolas del proyecto de ampliación del Puerto de Veracruz, solicitados al Instituto Mexicano del Transporte por la Administración Portuaria Integral de Veracruz, S. A. de C. V., estudios que se realizan en los tanques de olas mayor y menor, y en el canal de olas ancho. Así mismo, realizó para la Administración Portuaria Integral de Dos Bocas, S. A. de C. V., la realización de estudios de estabilidad de los rompeolas Oriente y Poniente del Puerto de Dos Bocas, situación que puso al Laboratorio de Hidráulica Marítima en un 100% de operación de sus instalaciones de experimentación hidráulica.
Cabe hacer mención que además de los trabajos que se realizaron en los modelos hidráulicos antes citados, la División de Hidráulica Marítima quien tiene asignadas las instalaciones del citado Laboratorio, realizó diversos estudios de campo y en modelos numéricos para la Dirección General de Puertos y para las Administraciones Portuarias Integrales de Progreso y Lázaro Cárdenas, además de la realización de estudios en modelos numéricos para las Administraciones Portuarias Integrales de Manzanillo, Tampico y Veracruz, así como para los Gobiernos de los Estados de Colima y Sinaloa, en la costa de Norte de Manzanillo y en el Río Sinaloa y playa las Glorias respectivamente.
La infraestructura del Laboratorio de Hidráulica Marítima está integrada por las siguientes instalaciones: Un tanque de olas con dimensiones de 43 m de largo, 29 m de ancho; un tanque de olas con dimensiones de 40 m de largo, 16.40 m de ancho, ambos tanques con profundidades de 1.20 m y equipados con generadores de oleaje aleatorio y sistemas de absorción dinámica del oleaje. Adicionalmente, cuenta con dos canales de olas, el primero con dimensiones de 35 m de largo y 4.90 m de ancho, y el segundo con dimensiones de 50 m de largo, 0.60 m de ancho, ambos canales de olas con profundidad de 1.20 m y equipados con generadores de oleaje aleatorio y sistemas de absorción dinámica del oleaje. Los principales estudios que se realizan en el Laboratorio de Hidráulica Marítima utilizan modelos hidráulicos de fondo fijo (ver Fig. 12) para el estudios de agitación de oleaje en puertos, modelos hidráulicos de fondo móvil (ver Fig. 13) para el estudio de problemas de erosión de playas y de sedimentación de canales de acceso a puertos, estudios de fondo fijo para el estudio de estabilidad de rompeolas y de escolleras de protección de puertos (ver Fig. 14 y 15) y estudios en modelos hidráulicos de fondo fijo para el estudio del movimiento de embarcaciones atracadas en muelles (ver Fig. 16).
Figura 12. Estudios de agitación de oleaje en puertos
Figura 13.- Estudios de estabilidad de rompeolas en canal de olas
Figura 14. Estudios de estabilidad de rompeolas en tanque de olas
Figura 15. Estudios de estabilidad de dinámica de costa.
Figura 16. Estudios del movimiento de embarcaciones atracadas en muelles.
Durante el período de 2000 a 2006, específicamente a lo largo del año 2004, la División de Ingeniería de Puertos y Costas del Instituto Mexicano del Transporte (IMT) elaboró, con el apoyo de la Dirección General de Puertos (DGP) el Atlas de Oleaje Oceánico de México (ATLOOM), para definir las condiciones del oleaje medio y extremal que se presenta en los litorales nacionales. Para tal efecto, se utilizó el modelo numérico WAM (Wave Model) sobre una malla de 181 x 141 puntos, con resolución espacial de 1°, se generaron los espectros direccionales del oleaje en 23 lugares de aguas profundas del Golfo de México y el Mar Caribe, y 38 en el Océano Pacífico así como las series de tiempo con los principales variables del oleaje: altura significante, período medio, frecuencia pico y dirección de incidencia media, para cada uno de estos sitios. Las series de tiempo contienen datos a cada hora para el período comprendido del 1 de enero de 1958 al 31 de diciembre de 2001. La información comprendida en el ATLOOM es muy valiosa, siendo la primera base de datos de oleaje para la República Mexicana. Estos datos pueden ser utilizados en una gran variedad de estudios. Sin embargo, para aquellos estudios y actividades en la zona costera, es necesario realizar una propagación de oleaje, para así obtener las características del oleaje en aguas someras. Durante el año 2005, las actividades desarrolladas por la División de Ingeniería de Puertos y Costas incluyeron la publicación del ATLOOM en la página web del IMT, así como el desarrollo de un sistema de pronóstico numérico de oleaje oceánico (en tiempo real) para los litorales del Océano Pacífico, Golfo de México y Mar Caribe. En diciembre del 2006, el IMT en colaboración con el Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE), ha venido instalando, sistemas para la observación del nivel del mar en tiempo real, con equipos de alta frecuencia, en diversos puertos de la república Mexicana. Cada sistema utiliza un sensor de presión que opera a 16 Hz y tiene una resolución de 0.002 % de la profundidad, lo que le permite detectar variaciones de 2 milímetros en el nivel del mar cuando el instrumento se instala a una profundidad de 100 m. El sensor está conectado a una computadora que procesa los datos y envía la información en tiempo real a un servidor encargado de mantenerla disponible en una página de Internet. Con la instalación de estos sistemas, el IMT y el CICESE unen esfuerzos con el propósito común de establecer una red colaborativa de observatorios de tsunamis, en la que si bien, un observatorio particular no ayudará a que un tsunami generado localmente por un sismo frente a la costa afecte a las localidades más cercanas a dicho observatorio (en virtud de la gran rapidez de desplazamiento de la onda generada), sí permitirá que los vecinos más distantes vean inmediatamente, en Internet, si se presentan anomalías en el nivel del mar después del sismo, y puedan tomar a tiempo las medidas necesarias.
En el período de 2006 a 2012, el IMT continuó con la implementación de la Red Nacional de Estaciones Oceanográficas y Meteorológicas (RENEOM), en la segunda etapa (2007) se agregaron 10 estaciones más y finalmente en la tercera etapa (2008) se instalaron equipos en 21 sitios más, para dar un total de 39 estaciones (Figura 17).
Figura 17. Ubicación de los puertos instrumentados con la RENEOM.
En el año 2010 el IMT construyó el “Laboratorio de calibración de equipo oceanográfico”, (Ver figura 18), el cual tiene como principal objetivo, el realizar en dicha instalación la calibración y mantenimiento a las boyas direccionales medidoras de oleaje de la RENEOM; dichos trabajos requieren de instalaciones y tecnología especializadas.
Figura 18. Vista del Laboratorio de Calibración de Equipos Oceanográficos.
Para ello la División de Ingeniería de Puertos y Costas, consciente del alto costo y el tiempo que implica enviar dichos equipos a Holanda, tomó la iniciativa de construir la infraestructura necesaria para reducir en tiempo y costo los trabajos de calibración y mantenimiento de las boyas direccionales medidoras de oleaje, con los principales propósitos de evitar la salida de divisas, no depender tecnológicamente de una empresa para el mantenimiento y calibración de los equipos y con ello cumplir en tiempo y forma con los compromisos adquiridos con la Coordinación General de Puertos y Marina Mercante en lo relativo a la realización de mediciones sistemáticas de oleaje en los litorales nacionales [3]. El Laboratorio de calibración de equipo oceanográfico se construyó en las instalaciones del IMT en Sanfandila, Querétaro, en una superficie de 820 m2, cuenta con tres sistemas para la calibración de boyas (Ver Figura 19), los cuales consisten en una estructura no magnética de aluminio, operados por computadora, mediante un software se realiza la calibración de las boyas.
Figura 19. Laboratorio de calibración de equipo oceanográfico.
Para el diseño del edificio y de las instalaciones se contó con el apoyo técnico del Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas del gobierno de España (CEDEX). Las principales actividades que se realizarán en el Laboratorio de calibración equipo oceanográfico, son las siguientes: · Realización de pruebas de calibración de las boyas direccionales medidoras de oleaje. · Diagnóstico del estado de los equipos y con ello, la determinación de averías y acciones para la reparación de las boyas direccionales medidoras de oleaje. · Elaboración de informes de calibración y reparación de daños en dichos equipos. En el año 2012 se instalaron 3 estaciones mareográficas en coordinación con el Sistema Nacional de Alerta de Tsunamis (SINAT) las cuales transmiten información de los niveles del mar a cada 5 minutos por sistema satelital GOES. Cabe señalar que para la medición del oleaje en la RENEOM, el IMT utiliza boyas direccionales medidoras de oleaje de marca Holandesa. Actualmente el IMT cuenta con aproximadamente 61 boyas direccionales medidoras de oleaje, las cuales deben ofrecer mediciones confiables y de calidad garantizada. En estos simuladores, las boyas son sometidas a pruebas que permiten establecer con exactitud la correspondencia entre las mediciones de la boya, y los valores simulados y controlados del oleaje que se generan en el Laboratorio. Adicionalmente, el Laboratorio cuenta con una balanza de presión, unidad patrón que permite la calibración de sensores de presión sumergibles que también forman parte de la RENEOM, y con los cuales se miden los niveles del mar generados por acciones astronómicas o por eventos extraordinarios como fenómenos meteorológicos o tsunamis.
En el Laboratorio también se realizan trabajos de mantenimiento preventivo y se realizan pruebas de funcionamiento a los sensores de medición de las variables meteorológicas de la velocidad y dirección del viento, de la presión atmosférica, de la humedad relativa, de la temperatura del aire, de la radiación solar y de la precipitación pluvial, además de los sensores que se utilizan en las mediciones de la temperatura en la columna del agua de mar, de velocidad y dirección de las corrientes marinas y de las ecosondas que se utilizan para medir las profundidades del mar.
La información de las mediciones de los niveles del mar se comparte con el Centro de Alerta de Tsunamis a cargo de la Secretaría de Marina, el cual forma parte del Sistema de Alerta de Tsunamis (SINAT) creado por Decreto Presidencial y publicado el 8 de mayo de 2012 (Ver figura 20).
Figura 20. Logotipo del Sistema Nacional de Alerta de Tsunamis
El SINAT está integrado por la Secretaría de Gobernación, por la Secretaría de Marina, por la Universidad Nacional Autónoma de México representada por su Instituto de Geofísica (Servicio Mareográfico y Servicio Sismológico), por el Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, por el Centro Nacional de Prevención de Desastres y por la Secretaría de Comunicaciones y Transporte representada por el Instituto Mexicano del Transporte.
Durante el período de 2012 a la fecha, como respuesta a las necesidades del sistema portuario nacional, la División de Ingeniería de Puertos y Costas en coordinación con la Dirección General de Puertos contemplaron la construcción de la obra civil, la adquisición, instalación y puesta en operación del equipamiento del Laboratorio de Simulación de Maniobras de Embarcaciones en Tiempo Real, cuyo propósito principal es la realización de diversas aplicaciones en materia de investigación aplicada, desarrollo y servicios tecnológicos para el sector marítimo y portuario.
Ø Septiembre 2011 inicia la construcción del Laboratorio de Simulación de Maniobras de Embarcaciones en Tiempo Real, concluyendo en marzo del 2012. Ø De noviembre 2012 a julio 2013 se lleva a cabo el equipamiento del Laboratorio de Simulación de Maniobras de Embarcaciones en Tiempo Real. El citado Laboratorio está construido en una superficie total de 829 m2, y está equipado con un puente principal, que contiene controles de los equipos para manipular una amplia gama de embarcaciones (ver Fig. 21), el sistema de visualización cuenta con un campo visual horizontal de 240 grados, y 48 grados para campo de visión vertical, que puede recrear escenas realistas desde diurnas hasta nocturnas con la visibilidad según las condiciones climáticas y los señalamientos marítimos con los colores y destellos apropiados (ver Fig.22). El sistema ofrece la posibilidad de realizar simulaciones tripuladas totalmente interactivas, con remolcadores, que utilizan un modelo hidrodinámico de remolque de alta definición. Actualmente los barcos remolcadores son controlados desde la estación del instructor, con la posibilidad de adicionar puentes secundarios para manipular los barcos remolcadores. El equipo cuenta con los escenarios virtuales de los puertos de Manzanillo, Lázaro Cárdenas y Veracruz y con las herramientas para generar la virtualización de otros puertos Mexicanos, y cuenta con 34 modelos de embarcaciones de diversos tipos y dimensiones.
Ø Entre las principales aplicaciones de esta herramienta destacan las siguientes:
Estudios de maniobrabilidad de embarcaciones para proyectos de obras marítimas y portuarias, definición de las reglas de operación del puerto, tomando en cuenta las maniobras de las embarcaciones, Investigación sobre tráfico portuario, estudios y recomendaciones sobre las necesidades de apoyo de remolcadores, investigación sobre el buque en lo relativo a la modelación matemática de la respuesta física del buque en diferentes condiciones de calados, en canales y zonas confinadas.
Figura 21. Vista del Puente principal del simulador de maniobras de embarcaciones con la presencia de un barco portacontenedores.
Figura 22. Vista del Puente principal del simulador de maniobras de embarcaciones con una vista diurna.
En el mes de agosto del año 2013, se inaugura el Laboratorio de Simulación de Maniobras de Embarcaciones en Tiempo Real, el cual, está integrado por un puente principal con consola de control y sistema de visualización, una estación para el operador de la simulación, una estación de desarrollo de bases de datos y modelos de buques y una estación de modelación hidrodinámica. Entre las principales actividades de investigación aplicada, desarrollo y servicios tecnológicos se pueden enumerar las siguientes: Ø Proyectos de obras marítimas y portuarias Evaluación integral y detallada de las distintas alternativas en lo que se refiere al dimensionamiento de las áreas de navegación actuales y futuras de un puerto, a la construcción o ampliación de obras marítimas y portuarias (interferencia en las maniobras de acceso por la prolongación de un rompeolas o un nuevo muelle, posibilidad de acceso de determinado tipo y tamaño de buques, influencia de los diversos temporales de la zona (vientos y oleaje) en la viabilidad de una maniobra, grado de seguridad resultante, trazo económico y seguro de canales de entrada, etc.). Ø Análisis de condiciones de operación Análisis de la factibilidad en la realización de maniobras, considerando las embarcaciones que se deberán atender en el puerto en el mediano y largo plazo, de acuerdo al dimensionamiento de las áreas de navegación y de las nuevas terminales que entrarán en operación en el puerto. Elaboración de normas de acceso al puerto (tipo y tamaño de buques, condiciones meteorológicas y de marea, estrategias de maniobra, etc.), estimación de la necesidad de remolcadores (número y potencia) en las maniobras, márgenes de seguridad para el acceso a los atraques en malas condiciones meteorológicas, modificación del uso de atraques (conversión de terminales, etc.). Ø Investigación sobre tráfico portuario Diseño y optimización de sistemas de ayudas a la navegación, desarrollo de sistemas de control del buque durante el atraque, normalización de procedimientos de comunicación, determinación de tiempos de acceso a los diferentes muelles, determinación de períodos de entrada y salida a puertos de buques, tomando en cuenta el efecto de las mareas, vientos y oleaje para buques de diferentes clases y tamaños, análisis a posteriori de accidentes marítimos, etc. Estudios y recomendaciones sobre las necesidades de apoyo de remolcadores, del tipo y de las condiciones en las cuales éstos operan y su interrelación con los pilotos para la realización maniobras seguras. Clasificación de las embarcaciones que requieren el servicio de remolque por rangos de Tonelaje de Registro Bruto (TRB) y tipo de carga, asignando el número y potencia de los remolcadores recomendados para cada rango, así como para estandarizar en lo posible los rangos de TRB y el número de remolcadores, para las diferentes condiciones de los puertos. Ø Investigación sobre el buque Modelación matemática de la respuesta física del buque en diferentes condiciones de calados, en canales y zonas confinadas. Desarrollo de sistemas de propulsión y gobierno más eficaces. Desarrollo de nuevos tipos de remolcadores. Desarrollo de nuevas estrategias para la aplicación de los remolcadores. Estudio y evaluación de nuevos sistemas de navegación, medios de comunicación e instrumentación a bordo. Investigación sobre las condiciones y circunstancias en que los buques de carga que cuentan con propulsores (Bow y Stern Thruster) en proa y popa pueden ser utilizados con eficiencia y seguridad, así como para establecer el número y potencia de los remolcadores que apoyarán las maniobras en tales condiciones y circunstancias. Ante la gran necesidad de este tipo de estudios en los puertos del país y de Latinoamérica, éste equipo permitirá a la División de Ingeniería de Puertos y Costas del IMT dar soluciones más detalladas e integrales a los proyectos de obras portuarias y marítimas, y sobre todo, proporcionar soluciones más económicas, ya que en la actualidad, todos los proyectos de éste tipo se contratan en el extranjero con un tiempo de espera considerable y una inversión alta en divisas para la ejecución de este tipo de estudios e investigaciones.
3. Proyectos torales en desarrollo
· Segunda fase del Laboratorio de Hidráulica Marítima.
· Equipamiento con sistema satelital para la RENEOM.
· Equipamiento con correntímetros para el Sistema Portuario Nacional.
· Simulador de maniobras con remolcadores.
Bibliografia:
1. Ing. Julio Dueso Landaida (1958): Nociones de Puertos, Texto y figuras. México.
2. Secretaría de Marina (1974): Departamento de Estudios y Laboratorios, Dirección General de Obras Marítimas, México.
3. Agencia de Cooperación Internacional de Japón - Dirección General de Obras Marítimas, S.C.T (1986): Proyecto del Centro Hidráulico Portuario de México, México, D. F.
4. Montoya R. J. M. (2015): Expediente propio del Laboratorio de Hidráulica Marítima de la S. C. T. MONTOYA Miguel |
