cuadernos ingeniería final - ucasal.edu.ar · en Telecomunicaciones Ing. Ernesto Bonfiglioli...

Cuadernos de la Facultad de Ingeniería e Informática

CUADERNOS DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA

E INFORMÁTICA

EDITORIAL UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SALTA

2011

EUCASA

Rector Pbro. Lic. Jorge ManzarázVicerrectora Académica Mg. Dra. Isabel VirgiliVicerrectora Administrativa Mg. Lic.Graciela Pinal de CidSecretaria Académica Dra. Adriana Ibarguren

AUTORIDADES UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SALTA

Decano Ing. Ernesto Claudio MondadaVice Decano Mg. Ing. Néstor Eugenio LesserSecretario Académico Mg. Ing. Jorge Ricardo GuidoSecretaria Técnica Sec. Ejec. Andrea Avelina BurgosJefe del Departamentode Extensión,Graduados y Bienestar: Ing. Guillermina NievasJefe de Departamentode Ingeniería Industrial: Ing. Eudoro Díaz de VivarJefe de Departamento dde Ingeniería Civil Ing. Fernando Javier AlbarracínJefe del Departamentode Ciencias Informáticas Ing. Sergio D. AppendinoJefe del Departamentode Ingenieríaen Telecomunicaciones Ing. Ernesto BonfiglioliCoordinador de Laboratorios Esp. Ing. Manuel L. Zambrano Echenique

COMITÉ EDITORIAL

Jefe del Departamentode Investigación Dr. Ing. Javier MoyaSecretaria del Departamentode Investigación Lic. Brom. María del Pilar Cornejo

FACULTAD DE INGENIERÍA EINFORMÁTICA

EDITORIAL EUCASA

Directora: Rosanna Caramella de GamarraEquipo de edición: Helena Fiori-Soledad Martínez de LecuonaResponsable de comercialización: Mariana RemaggiDiseño de originales de este número: Soledad Martínez de Lecuona

Domicilio editorial: Pellegrini 790, 4402 Salta-Argentina-Tel./fax: (54-387) 423 0654, www.ucasal.net/eucasa

Cuadernos de la Facultad de Ingeniería e Informáticaes una publicación anual que contiene artículos, avancesde investigaciones o ponencias presentadas a congresosnacionales e internacionales.

Este libro no puede ser reproducidototal o parcialmente,

sin autorización escrita del editor.

Año 6/ número 6/diciembre de 2011

ISSN 2250-575X

Índice general

Caracterización de agregados pétreos del río La Caldera-Salta-Argentina y su comportamiento en hormigones autocompactables

H. Cardozo, S. Echazu Lamas, M. Yapur Murillo , O. Suarez, S.Gonorazky,D. Cazón ..................................................................................................................................... 9

Extracción de aceite de Chía con CO2 supercrítico. ................................................................... 21M. P. Cornejo y G. J. Tita ........................................................................................................... 21

Caracterización geotécnica y análisis de la estabilidad de los macizos rocososdel camino de acceso al Cerro San Bernardo, Ciudad de Salta

G. Cerúsico y J. J. Marcuzzi ................................................................................................................................................................................ 29

Desarrollo de un sistema para la caracterización de materialesmagnéticos blandos a partir de la Instrumentación virtual

J.A. Moya, S. Gamarra Caramella, C. Berejnoi ......................................................................... 45

Reducción parcial del pasivo ambiental de PalpaláJ. R. Pérez y C. Pérez Gómez .................................................................................................... 57

Minería de datos aplicada a la acción social en la Provincia de SaltaG.R. Rivadera ............................................................................................................................ 69

Perfil académico de los autores .................................................................................................... 95

6 |

Cuadernos de la Facultad de Ingeniería e Informática.Universidad Católica de Salta, vol. 6, 2011: xx-xx

| 7


La Universidad y la Facultad están comprometidas en enriquecer la relaciónentre las funciones de investigación y de extensión, con la docencia. El rol de laUniversidad debe ser el de fomentar esta relación que la sociedad exige. Las solu-ciones a sus problemas pueden venir de potenciar esa vinculación; el medio pro-ductivo también debe sumarse a esta movida y proponer nuevas formas.

La mejora continua de la calidad educativa en un institución de educaciónsuperior se aprecia con distintos parámetros cuantitativos como ser cantidad dedocentes por alumnos, docentes con posgrados, infraestructura instalada etc., perotambién se puede valorar por la producción de conocimiento de sus docentes in-vestigadores, que aportan empuje y dedicación al plasmar lo nuevo y aplicable enpublicaciones que tengan amplia difusión de las diversas actividades de investiga-ción en las que la facultad está involucrada.

La temática en esta ocasión es variada, el Ing. Héctor Cardozo nos introduceen el uso de nuevas tecnologías en el uso del Hormigón con su «Caracterización deAgregados Pétreos Del Río La Caldera – Salta – Argentina y su Comportamientoen Hormigones Autocompactables»; el Lic. Jorge Marcuzzi analiza un tema quenos toca muy de cerca, el cerro San Bernardo, la estabilidad de sus laderas es vital,debido a la gran cantidad de construcciones, «Caracterización geotécnica y análi-sis de la estabilidad de los macizos rocosos del camino de acceso al C° San Ber-nardo, ciudad de Salta»; la posibilidad de usar un método más económico en laextracción de aceite por la Brom. María Cornejo y Gerardo Tita, «Extracción deaceite de Chía con CO2 supercrítico. Estudio preliminar»; la incursión en la inno-vación en los materiales la proponen el Dr. Javier Moya y la Ing. Soledad Gamarra,«Desarrollo de un sistema para la caracterización de materiales magnéticos blan-dos a partir de la Instrumentación virtual»; un tema de actualidad en el cuidadodel medio ambiente, la aplicación práctica en un tema de impacto ambiental, elIng. Jesús Pérez con «Reducción parcial del pasivo ambiental de la Ciudad dePalpalá; el Ing. Gustavo Rivadera también contribuye en un tema social de dispo-

Palabras Preliminares

Nihil intentatum

6-7

8 | Cuadernos de la Facultad de Ingeniería e Informática. UCASAL, 6, 2011

Cardozo et al.

sición de datos, «Minería de Datos Aplicada a la Acción Social en la Provincia deSalta «.

Agradecemos a todos los autores su generoso aporte, puesto de manifiesto enlos artículos presentados.

Ing. Néstor Eugenio Lesser Salta, 19 de diciembre de 2011.

Cuadernos de la Facultad de Ingeniería e Informática. UCASAL, 6, 2011 | 9

Caracaterización de agregados pétreos del río La Caldera

Caracterización de agregados pétreos del río La Caldera – Salta –Argentina y su comportamiento en hormigones

autocompactables

H. Cardozo1-2| S. Echazu Lamas1 |M. Yapur Murillo1 | O. Suarez1|S. Gonorazky1 | D. Cazón1

Resumen

Ante el crecimiento de los centros urbanos en la provincia de Salta, principalmente en la ciudady el uso cada vez mayor de hormigones, consideramos importante comenzar el estudio de ade-cuadas tecnologías para la utilización de hormigones de alto desempeño. Es por ello que laUniversidad Nacional de Salta – Facultad de Ingeniería, plantea el estudio de hormigonesautocompactables (HAC) con el uso de agregados pétreos producidos en la región.En el Departamento Capital (Salta) se explotan canteras húmedas en forma directa. Uno de losríos explotados en forma permanente es el río La Caldera ubicado al norte de la ciudad.Este río al erosionar su cuenca alta de una variada geología toma fragmentos de conglomerados,cuarcitas, y areniscas de distintas dureza, cohesión y naturalezas que colmatan los lechos fluvia-les conformando depósitos de gravas y arenas sueltos. El transporte natural de estos produceuna primera clasificación con granulometrías diversas, cuyo desgaste provoca la eliminación departes blandas y alteradas.Para determinar las características mineralógicas, petrográficas, físicas, mecánicas y químicasse considera el REGLAMENTO CIRSOC 201/05 en el cual se detallan los ensayosgranulométricos de fracción gruesa y fina, determinación de forma, redondez, esfericidad, tex-tura superficial, revestimiento, peso específico, ensayo de compresión simple, desgaste losÁngeles. Obtenidas las características de los áridos y empleando cementos de uso comercialmás aditivos, el objetivo del trabajo es presentar los resultados de ensayos de distintos pastonesde hormigón autocompactable (HAC), cuyas características principales son una alta fluidez,capacidad de llenado y compactación bajo la acción de su propio peso sin riesgos de segrega-ción. Para verificar la condición de autocompactabilidad se realizaron en estado fresco ensayosde Extendido, J-Ring, caja L y Embudo-V; en estado endurecido se determinó resistencia a

1-2 Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Salta1 Facultad de Ingeniería e Informatica de la Universidad Católica de Salta

9-19


Cardozo et al.

Introducción

La elaboración de hormigón conmateriales disponibles en el medio y unaadecuada tecnología, resulta de impe-riosa necesidad para dar respuesta rá-pida a los crecientes problemasingenieriles cada vez mayores, con am-bientes más agresivos, mayores alturasde colocación, menores tiempos para eldesencofrado, etc. Los avances realiza-dos al respecto en distintos países, in-cluso en el nuestro, han permitido la ob-tención de un hormigón con propieda-des mecánicas, trabajabilidad ydurabilidad superiores a lo común, o loque es igual, un Hormigón Auto-compactable (HAC).

Uno de los problemas fundamenta-les y que merecen una atención urgenteen la ciudad de Salta y principales cen-tros urbanos del interior provincial es eldesarrollo de tecnologías apropiadas dehormigones especiales con agregados dela región y su aplicación en obras de in-geniería de pequeña, mediana y granenvergadura.

Docentes de la Universidad Nacio-nal de Salta – Facultad de Ingeniería,para la obtención de este tipo de hor-migón, realizaron la caracterizacióngeológica de los agregados pétreos utili-

zados para evaluar su comportamientofrente a la aplicación de diferentes es-fuerzos. Esto, sumado a que los agrega-dos (finos y gruesos) representan entreun 60 y un 80 % del volumen total delhormigón, constituyendo el principalformador de la estructura o esqueletodel mismo.

Estos hormigones autocompactablestienen por característica una altafluencia en estado fresco permitiendouna mejor trabajabilidad, alta consoli-dación y baja permeabilidad; mientrasque en estado endurecido son importan-tes las características relacionadas conla durabilidad y el diseño estructural [1][11] [12] [13].

En sus comienzos los HAC sólo se uti-lizaban en ciertas estructuras especialespero en la actualidad han avanzado sobrediversos campos de aplicación, con el finde alargar la vida útil de obras de ingenie-ría, reducir los plazos de ejecución en obray abaratar costes de material.

Para lograr el máximo de resisten-cia del agregado grueso, se debe utili-zar una relación de agua/cemento infe-rior a 0,4, lo que produce una mayor re-sistencia de la pasta y de la interfase pas-ta-agregado, haciéndola similar a la re-sistencia del agregado grueso [1] [11][12] [13]. Sin embargo, se debe tenercuidado en rocas con baja resistencia,

compresión y módulo de elasticidad; estudio de la interfase pasta agregado a nivel microscópicoen distintos cortes de hormigón endurecido mediante lupa binocular y microscopio electrónico;análisis de resultados, conclusiones. En este trabajo se inicia satisfactoriamente el estudio delos agregados de la región y su comportamiento en HAC, se recomienda el ajuste previo demorteros para la dosificación de HAC y de esta manera estimar con buena aproximación ladosis de aditivo y filler a utilizar.



ya que las características mineralógicasy texturales de la misma podrían dis-minuir el valor de resistencia del hor-migón, incluso por debajo del valor dela resistencia de la pasta.

El valor de resistencia a la compre-sión de una roca puede limitar el valorde resistencia a la compresión del hor-migón, cuando la resistencia de la pri-mera es menor que la de la pasta delhormigón. En cambio, cuando el valorde la resistencia a la compresión de laroca es mayor que el valor de resisten-cia de la pasta, entonces será la pasta laque actúe de limitante en la resistenciadel hormigón. [1] [14].

Los hormigones de alta resistenciagenerados con agregados gruesos de 10mm de tamaño, manifestaban mejoresvalores de resistencia que hormigonescon agregados gruesos de 20 mm. Si bienlas características superficiales ymineralógico-texturales de los diferen-tes agregados pueden incidir directa-mente en el comportamiento de los hor-migones de alta resistencia, es proba-ble que en hormigones de resistenciasmedias a bajas (30 MPa), esos efectosse reduzcan notablemente, posible-mente debido a un mayor control de lapasta. La resistencia a la tracción estáprincipalmente determinada por la re-sistencia de la pasta, mientras que la re-sistencia a la compresión está principal-mente influenciada por la resistencia delos agregados gruesos y por sus caracte-rísticas. [1] [14].

Como podemos ver, si bien aún hoyen día existen posiciones encontradas

respecto al comportamiento de los hor-migones de alto desempeño al variar laspropiedades físico-mecánicas y mine-ralógico-texturales de los agregadosgruesos, es indudable que estas propie-dades modifican sustancialmente elcomportamiento de esos hormigones.[1] [11] [12] [13] [14].

Materiales y métodos

El objetivo del trabajo es la caracte-rización geológica de las unidadesformacionales que proporcionan el agre-gado pétreo a los ríos que conforman lacuenca del río La Caldera, evaluando sucomportamiento en los HAC, sutrabajabilidad en estado fresco y resis-tencia a la compresión en estado endu-recido.

El plan de trabajo experimental con-sistió en:

1. Caracterización del medio (ubi-cación, hidrología, clima)

2. Caracterización geológica y físi-ca de los agregados pétreos.

3. Análisis del comportamiento delhormigón en estado fresco y endurecido.

1 Caracterización del medio (ubica-ción, hidrología, clima)

1.1. Ubicación e hidrografía

Los agregados utilizados en el HAC,provienen del río La Caldera, ubicadoal Norte de la ciudad y del Valle deLerma, este río tiene como principalcolector al río Mojotoro, formado por la


Cardozo et al.

confluencia de los ríos La Caldera y Va-queros. El primero recoge las aguas delos ríos Wierna, San Alejo, Santa Rufinay numerosos cursos menores; el segun-do es formado por la unión del río Lessercon el arroyo Castellanos.

Los principales afluentes del ríoWierna son los ríos de las Nieves, Potrerode Castilla y Yacones, los que recibennumerosos tributarios menores. Sus na-cientes se encuentran en las altas cum-bres de la Cordillera Oriental (Nevadode Castilla 5.487 m s.n.m., cerro Negro5.028 m s.n.m., y cerro Bayo 4.630 ms.n.m.) y desembocan en el río La Cal-dera formando un gran cono aluvial, im-portante desde el punto de vista de pro-visión de áridos. Este río tiene una ex-tensión de aproximadamente 16 km.

1.2. Clima

El clima, en el Valle, donde se en-cuentra la ciudad de Salta, es sub-tro-pical serrano con estación seca. Losvientos predominantes soplan desde elnordeste y este. El régimen pluvial estámarcado por dos periodos, uno lluviosoy otro seco. El primero se extiende en-tre los meses de octubre-noviembrehasta la primera quincena de abril, conmayor registro en los meses de diciem-bre, enero y febrero. La precipitaciónanual media es de 666,6 mm.

Las temperaturas medias oscilan, enverano, entre 19,7 y 21,8 ºC, con mediasmáximas entre 25,9 y 28,5 ºC., y en in-vierno, entre 11,6 y 13,1 ºC, con mediasmínimas de hasta 4 ºC.

2. Caracterización geológica

El área de aporte de los agregados seencuentra dentro de la provincia geoló-gica Cordillera Oriental, procediendoestos principalmente de la sierra deLesser, La Caldera y Vaqueros, y en me-nor grado de la sierra de Mojotoro, ubi-cadas al Noroeste y Noreste de la ciudadde Salta, respectivamente. Las unidadeslitológicas proveedoras de estos agrega-dos a través de los ríos ya nombradosafluentes del río La Caldera, son:• Formación Puncoviscana (Pre-cámbrico Superior – Eocámbrico),constituido por grauvacas de grano me-diano a fino y pizarras de color verde,gris verdosas y gris violáceas; estas ro-cas se encuentran atravesadas por ve-nas de cuarzo.• Grupo Mesón, (Cámbrico Medio –Superior), conformado por conglome-rados, cuarcitas, areniscas cuarzosas, yalternancia escasa de pelitas (limolitas),predomina el color rosado, morado y ver-de amarillento, caracterizadas por suelevada madurez mineralógica ytextural.• Grupo Santa Victoria (CámbricoSuperior tardío – Ordovícico Inferior),compuesto por conglomerado poli-míctico, areniscas cuarzosas, cuarcitasgruesas y medianas y lutitas limosas ylimo arenosas, verde grisáceas y grisesoscuras.• Grupo Orán (Terciario, Neógeno),conformado por areniscas rojas de gra-no fino a medio, deleznables, limolitasy arcillitas de colores verdosos y pardos,



conglomerados, areniscas conglome-rádicas con intercalaciones de arenis-cas grises.• Cuaternario temprano, constituidopor material clástico poco consolidado,gravo-arenosa y arcillas con fangos.

• Cuaternario tardío, depósitoseocénicos o recientes, conforman terra-zas modernas, depósitos de pie de monte,llanuras y lechos de cursos actuales,constituyen el relleno moderno del Va-lle de Lerma. Fig. 1. [2]

Fig. 1 Mapa geológico del sector norte del Valle de Lerma


Cardozo et al.

El relleno moderno del río estácompuesto por material clástico de dis-tinta granulometría, formas, y tamaños,que son el producto de la meteorizaciónfísica, principalmente, de las unidadeslitológicas aflorantes en la cuenca altaconformada por las serranías de Lesser,La Caldera y Vaqueros, Estos materialespueden agruparse en dos, de acuerdo asu abundancia y topología así tenemos:1. Principalmente se observan conglo-merados oligomícticos compuesto prin-cipalmente por clastos de cuarzo, are-niscas conglomerádicas, cuarcitas, are-niscas cuarzosas, grauvacas.2. En menor proporción pizarras,lutitas limosas y limo arenosas.

Los materiales del primer grupo porsu abundancia, forma y tamaño son losmás aprovechados como áridos para di-versos usos ingenieriles.

El tamaño nominal de los agregadosgrueso comprende la fracción entre 19mm y 4,75 mm, por lo que en canterase trabajó con lo que comercialmentese conoce como 6-19 mm, aunque enocasiones el material supera dicho ta-maño, por lo que fue necesario realizarun ajuste en el tamizado.

Resulta de gran importancia una cla-sificación acompañada con un lavadoagresivo con la finalidad de eliminar los

elementos finos que pudieran recubrirla superficie de los agregados gruesos,con ello se logra mejorar la adherenciade la pasta con dichos elementos, lo-grando que no se produzcan superficiesde discontinuidad en el hormigón debi-litando el mismo.

El árido muestreado para el presen-te trabajo está compuesto por grauvacas,cuarcitas, areniscas cuarzosas, conglo-merados y areniscas conglomerádicas,en su mayoría muy bien consolidadaspor el tipo de cemento presente de tiposilicio.

2.1 Caracterización geológica y físicade los agregados pétreos.

Agregados gruesos.Para la caracterización de los agre-

gados, se describió el marco geológicode ubicación de las diferentes unidadesrocosas que suministran los materialespétreos a las canteras húmedas, ubica-das a lo largo del río La Caldera, dondese realizó el muestreo de estos agrega-dos; posteriormente se realizó la carac-terización mineralógico – textural me-diante análisis macroscópico bajo lupabinocular y análisis petrográfico sobrecortes delgados con microscopio ópticode polarización.



Fotomicrografía 1. Nicoles x. (10x). Areniscacuarzosa bimodal de grano mediano a fino. Gra-nos de cuarzo monocristalino a) coninclusiones,b)y policristalino. c)Elevada redondezde la moda mayor.

Fotomicrografía 1. Nicoles x. (10x). Areniscacuarzosa bimodal de grano fino. Granos de cuar-zo monocristalino: límpidos (a),con vacuolas einclusiones(b), policristlinos plutónicos (c), alar-gados (c’). Crecimiento secundario de cuarzo.

Descripción microscópica de cortes delgados en muestras tomadas de afloramientos rocosos la cuencaalta del Río La Caldera

Muestra Nº1 Presenta textura muyapretada, sin poros, compacta, dura, conabundante cuarzo color gris amarillen-to, de grano fino, clastos redondeadoscon cemento silicio (no reacciona conHCl), en regular cantidad, escasosclastos de minerales oscuros posible-mente turmalinas, poca moscovita y re-

ducida presencia de feldespatos, se tra-ta de una arenisca cuarzosa.

Muestra Nº 2 Presenta granos decuarzo de color pardo claro,subredondeados, escasa moscovita y mi-nerales oscuros, la matriz es fina y cemen-to silicio, leve alteraciones de limonitaposiblemente. Es una Grauvaca.

Descripción macroscópica de rodados del Río La Caldera, con lupa binocular de gran resolución

Foto1. Rodado Nº1 Foto 2. Rodado Nº 2 Foto 3. Rodado Nº3


Cardozo et al.

3. Caracterización física

Se determinaron diferentes pará-metros físico-mecánicos mediante aná-lisis granulométricos [3][4] de densi-dad y absorción [5][4]. Se utilizaronagregados del Río la Caldera.

Curvas Granulométricas de agregados (Fino –Grueso – Filler)

Densidad agregado grueso 2,80 (g/cm3) Absorción 0,7%

Densidad agregado fino 2.67 (g/cm3)Absorción 1,7%

Muestra Nº3 Roca dura muy com-pacta, es un agregado entrelazado muyapretado de granos de cuarzoanhedrales, no presenta porosidad, ce-mento silicio, no reacciona con HCl, conescasos y aislados minerales de colornegro sin aureolas de alteración, posi-blemente sea turmalina, escasamoscovita. Color blanco. Cuarcita.

Todos los clastos presentan un muybuen grado de redondeamiento, y conuna esfericidad alta, son rocas muy du-ras y compactas en general, por su for-ma, dureza y libre de impurezas super-ficiales. En la primera ilustración seobserva el tamaño de los rodados, paraello se colocó un regla graduada y unabirome, se eligieron aquellos que por sutamaño permite un mejor manipuleo.

Formula de Zingg

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00

Modulo de Achatamiento (c/b)

Mod

ulo

de a

larg

amie

nto(

b/a)

Serie1

Gráfico de ZinggDe acuerdo la geometría de los individuos,relación de ejes, las formas predominantesen el conjunto del material grueso corres-ponden a la equidimensional , tabular y prolar.

Geometría del agregado pétreo grueso

Agregado Fino

-4,076

8,933521,943

34,952547,962

60,9715

73,98186,9905

100

2,36

(#8)

4,75

(#4)

9,5

(3/8

")

13,2

(1/2

")

19(3

/4")

Curva Límite ACurva Límite BCurva Análisis

Agregado Grueso

Filler

01020

30

405060

7080

90100

0,15

(#10

0)

0,3 (#

50)

0,6 (#

30)

1,18

(#16

)

2,36

(#8)

4,75 (

#4)

9,5 (3

/8")

CF-A CF-B CF-C C-Análisis

010

2030

4050

60

7080

90100

0,15

(#10

0)

0,3

(#50)

0,6 (

#30)

1,18

(#16

)

2,36

(#8)

4,75

(#4)

9,5

(3/8"

)

CFA CFB CFC Curva Análisis



Resultados

En este trabajo se utilizó el métodobasado en el ajuste previo de morterospara el diseño de HAC [11] [12] [13][14].

1. Del hormigón en estado fresco.Se realizaron ensayos de extendido

T50, J-Ring, Caja L y Embudo V [11]obteniendo los siguientes valores que seencuentran dentro de los límites deautocompactabilidad.

2. Del hormigón en estado endure-cido.

Se moldearon probetas cilíndricas dehormigón [7] y luego de desmoldarlasse ensayaron a compresión a 7 y 28 días[8] obteniendo los siguientes valores

f ’c (Mpa) 22,1 (7 días) y 39,8 (28días).

Módulo de Elasticidad del Hormi-gón E (Gpa) 34,7.

Discusión

Consideraciones sobre las observa-ciones en rodajas de hormigón:

Las probetas de hormigón se corta-ron en rodajas para observación con lupabinocular de diferentes aumentos, sehicieron cortes delgados para una me-jor observación.

En la lupa binocular con un aumen-to de 50 y con el uso de microscopio óp-

T50 (s)

T50 (mm) J-ring (s)

J-Ring (mm)

E V (s) Caja L (s)

Caja L(h1/h2)

5 730 6,8 715 16 9 0,81

Densidad Filler 2.54 (g/cm3)MF = 1,20

De acuerdo al ensayo de Los Ánge-les el desgaste del material es de 16.1%[9], valor que nos permite estimar laresistencia a compresión del agregadogrueso en 64 Mpa según [10].

Cemento: Se utilizó cementoportland fillerizado normalizado comoCPF 40 de densidad 3,10.

Aditivo: Se utilizó un aditivosuperfluidificante a base de éterespolicarboxílicos, de densidad 1,09 y con-tenido sólido de 35,5%.

Dosificación de HAC

Cemento (kg/m3)

Agua (kg/m3)

Filler (kg/m3)

Arena (kg/m3)

Canto Rodado (kg/m3)

Superfludificante (kg/m3)

390 135 450 490 780 5


Cardozo et al.

tico de polarización MOP, se pudo apre-ciar interfases nítidas en todos los agre-gados entre el mortero y cada uno delos elementos, notándose en detalle queen los elementos que presentan mayorangularidad en su superficie, la adhe-rencia entre el mortero y los mismos,una interpenetración, cuyo límite ad-quiere una forma «suturado», que seasemeja a una soldadura eléctrica, encambio cuando los elementos del agre-gado grueso son redondeados la línea decontacto es regular y no presentainterpenetración a pesar que la adhe-rencia es buena.

No se observaron poros en el mor-tero por lo que seguramente la per-meabilidad será muy baja. Otro hecho,que al ser un hormigón de reciente ela-boración no registra reacciones entre elmortero y el agregado pétreo, hecho quese espera no se produzca con el tiempodada la característica intrínseca quepresentan los mismos.

Conclusiones

1. Los agregados pétreos mayori-tariamente son del tipo cuarcitas o are-niscas cuarzosas muy bien cementadascon sílice lo que le confiere una grandureza, cohesión y consecuentementeuna buena resistencia a los esfuerzos.

2. Presentan un elevado grado deredondeamiento lo que se traduce en elhormigón con marcadas líneas de inter-face con el mortero.

3. En menor medida se presentanagregados angulosos, estos últimos pre-

sentan un mayor grado deinterpenetración con los morteros.

4. En ambos casos presentan buenaadherencia con el mortero, de acuerdoa lo observado con la lupa binocular dehasta 50 aumentos.

5. Debido a las características de lacuenca y a la dinámica propia del río lacaldera y sus afluentes permite una bue-na selección de los agregados pétreospara su utilización en hormigones deeste tipo.

6. Debido a las características cli-máticas de la región con un períodomarcado de lluvias de noviembre a mar-zo y que el mismo llega valores entre600 a 700 mm anuales en promedio per-mite que en general los hormigones enrelación a sus agregados pétreos no pre-sente reacciones adversas al mismo.

Si bien son necesarios mayores es-tudios, los datos proporcionados porotros autores [1] [11] [12] [13] [14] ylas experiencias recolectadas en estetrabajo, permiten establecer que losagregados pétreos estudiados son aptospara HAC.

Es importante tener en cuenta quela durabilidad del hormigón puede ver-se afectada no solo por la resistencia delos agregados gruesos, sino también porla presencia de los minerales potencial-mente reactivos, en consecuencia resul-ta de suma importancia seguir estudian-do el comportamiento de los agregadosque se producen en la región, ya quepodrían manifestar reaccionesexpansivas, afectando la resistencia ydurabilidad de los HAC.



Agradecimientos

Los autores agradecen a los labora-torios de las Facultades de CienciasNaturales e Ingeniería de la Universi-dad Nacional de Salta y a la Secretaríade Minería de la Provincia de Salta.

Referencias

1. F. Locati, Oshiro A., Positieri M.,Baldo E.Triturados pétreos de las Sierras Chi-cas de Córdoba de canteras localizadasentre Alta Gracia y Villa Allende: carac-terización y respuesta en hormigonespara pavimentos de habilitación tem-prana. Facultad Regional Córdoba-Uni-versidad Tecnológica Nacional.

2. C. Bassi. Modelación numérica en el drenhorizontal del río Wierna DepartamentoLaCaldera prov. Salta.Univerisdad Na-cional de Salta,2002.

3. IRAM 1627. Agregados. Granulometría delos agregados para hormigones, 23pp,1997.

4. CIRSOC 201 (Proyecto en trámite de apro-bación). Reglamento Argentino de Es-tructuras de Hormigón. Centro de Inves-tigación de los Reglamentos Nacionalesde Seguridad para las Obras Civiles(CIRSOC), del Sistema INTI, 2005.http://www.inti.gov.ar/cirsoc/

5. IRAM 1533. Agregados gruesos. Método delaboratorio para la determinación de ladensidad relativa real, de la densidadrelativa aparente y de la absorción deagua, 11pp, 2002.

6. IRAM 1531. Áridos gruesos para Hormigo-nes de Cemento Pórtland, 13 pp, 1994.

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8. IRAM 1546. Hormigón de cemento pórtland.Método de ensayo de compresión, 6 pp,1992.

9. IRAM 1532. Agregados gruesos. Método deensayo de resistencia al desgaste con lamáquina «Los Ángeles», 12 pp, 2000.

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11. EPG 2005. The European Guidelines forSelf-Compacting ConcreteEspecification, Production and Use. May2005.pdf

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| 21


Introducción

La Chía (Salvia hispánica L.) es unaplanta anual, de verano, que pertenecea la familia de las Lamiaceae; esoriginaria de áreas montañosas deMéxico.

En la época precolombina era paralos mayas uno de los cuatro cultivosbásicos destinados a su alimentación,junto al maíz, el poroto y el amaranto.Con el paso del tiempo su uso cayó enel olvido y fue a finales del siglo pasado

Extracción de aceite de Chía con CO2 supercrítico. Estudio preliminar

M. P. Cornejo1 | G. J. Tita1

Resumen

En este trabajo se tratarán de analizar cómo afectan el pre tratamiento y/o las condicionesiniciales de la materia prima en los fenómenos de transferencia de masa , difusión y disoluciónnecesarios para lograr una curva de extracción típica para aceite esencial en una matrizvegetal, chía, con CO2 supercritico. Se analizarán las curvas obtenidas y se las comparará con losmodelos presentados en la bibliografía especializada.

Palabras clave: supercrítico, chia, aceite esencial , extractos vegetales

1-1 I.ES.I.ING, Facultad de Ingeniería e Informática. Universidad Católica de Salta.

que el interés por la chía resurgió, yaque se la puede considerar una buenafuente de fibra dietaria, proteína yantioxidantes. (Di Sapio, 2008)

El contenido de aceite en semillas dechía se encuentra entre el 22 y 38 % (Ixtaina, 2010).

Las semillas de chía tienen estánentre las de mayor concentración deOmega 3 de origen vegetal. Poseen un33 % de aceite, del cual el ácidolinolénico representa el 62 % y ellinoleico el 20 %. (Di Sapio, 2008).

21-28


Cornejo & Tita

Los fluidos supercríticos:

Un fluido supercritico es cualquiersustancia que se encuentre en condicio-nes de presión y temperatura superio-res a su punto crítico. Esto es, por enci-ma de los parámetros establecidos comopresión crítica y temperatura crítica. Elestado supercritico se alcanza cuandose somete a cualquier fluido a valoresde P y T tales que la sustancia deja deencontrarse en fase gaseosa o liquidapropiamente dicha, y, es en ese estadode agregación que los solventes adquie-ren propiedades físicas tanto de unocomo de otro estado, entre ellas densi-dad y viscosidad. El punto crítico quedadefinido por el diagrama de fases decada sustancia.

Un fluido en estado supercriticopuede comportarse, para ciertos mate-riales, como un excelente solvente, pro-piedades que no tiene cuando está en elestado líquido o en estado gaseoso. Estapropiedad entonces, se aprovecha almomento de utilizarlo en extraccionesde aceites de origen vegetal, como al-ternativa a los solventes orgánicos utili-zados tradicionalmente.

Las ventajas que poseen, además desu eficiencia como solventes, es que losfluidos supercríticos que se utilizan engeneral son CO2 o agua, los cuales sonelementos inocuos desde el punto de vis-ta de la sanidad y seguridad alimentariay en el cuidado del medio ambiente

En la industria alimentaria, luego dela extracción, debe ser posible elimi-nar por completo al solvente del produc-

to obtenido, e impedir la presenciainvoluntaria pero técnicamente inevita-ble, de residuos o de sus derivados en elalimento o en el ingrediente. Y es ahídonde reside otra de las ventajas pre-sentadas por el CO2, que es la de sergas a temperatura y presión ambientalcon lo que la eliminación del disolventees inmediata y la presencia de residuoses prácticamente nula.

Es por ello que los fluidos supercrí-ticos como CO2 entre otros, se utilizanen procesos de extracción, durante elpre tratamiento de materias primas, deproductos alimenticios, de componen-tes o de ingredientes de dichos produc-tos. El uso de CO2 en estado supercriticovaría desde la obtención de extractosnaturales como alternativa al uso desolventes orgánicos tradicionales, hastaen la ciencia de materiales .Esta am-plia variedad de utilidades lo convierteen un proceso ideal principalmente paralas industrias farmacéutica, cosméticay alimenticia. (Tita, 2010).

Cuando un lecho fijo de sólidos sepone en contacto con un flujo de CO2 enestado supercritico, los mecanismos detransporte de masa involucrados son ladifusión y la disolución del aceite en elsolvente en estado supercritico, seguidopor una desorción del soluto, una difu-sión a través de los poros y el transporteconvectivo junto con el flujo de solventesupercritico a través de todo el lecho. Elfactor crucial en la primera etapa es ladistribución de la sustancia extractabledentro del sólido (Brunner, 1994).

Una curva típica de extracción con


Extracción del aceite de Chía con CO2 supercrítico

CO2 supercritico está claramente divi-dida en tres periodos, cada uno de ellosgobernados por diferentes mecanismosde transferencia de masa.• Primera parte (periodo velocidadconstante de extracción) VCE: donde lasuperficie externa de las partículas estácubierta por el solvente (con el solutofácilmente accesible) y la convección esel mecanismo de transferencia de masadominante.• Segunda parte (llamada periodo develocidad decreciente) PVD: donde apa-recen huecos en la capa de aceite su-perficial y entonces empiezan los me-canismos de difusión, operandocombinadamente con la convección.• La tercera etapa (periodo controla-do por la difusión) PCD : cuando la capaexterna de aceite prácticamente des-aparece, y la transferencia de masa ocu-rre principalmente por la difusión en ellecho y dentro de las partículas delsustrato sólido. (Mezzomo, 2009)

La resistencia a los fenómenos detransferencia de masa es irrelevante siel material es triturado o bien las es-tructuras celulares están rotas, para laprimera etapa del proceso. (Mamata,2000), y la velocidad de extracción dis-minuye en las etapas siguientes.

La extracción supercrítica de pro-ductos naturales como romero, albaha-ca y hojas de mejorana (Reverchón,1996) muestra claramente que la extrac-ción de ceras cuticulares en el periodoinicial de la extracción ocurre de acuer-do a un régimen de transferencia demasa constante, mientras que la extrac-

ción posterior de aceite esencial exhibeuna caída en la tasa de transferencia demasa. Esta variación en el rendimientode la extracción para dos productos conigual tipo botánico se puede atribuir alhecho de que las ceras se encuentran enla superficie de las hojas y en consecuen-cia su extracción no se ve obstaculizadapor los procesos de difusión interna den-tro de un sustrato sólido, resultando enuna velocidad de transferencia de masaconstante. Por el contrario, los aceitesesenciales están distribuidos uniforme-mente en el interior de todas las célulasde las hojas del vegetal y su extracción siestá gobernada por la resistencia a la di-fusión en el interior del sustrato, resul-tando en una caída de la tasa de extrac-ción. Esto puede observarse claramentegraficando el rendimiento de la extrac-ción versus el tiempo (Mamata, 2000)

Materiales y métodos

Se usaron semillas trituradas de chíay expeller de semillas de chía, gentil-mente cedidas por el Laboratorios Dr.Madaus (Madaus, 2011).

El expeller de chía es el residuo quequeda luego de la extracción por pren-sado. Es una técnica muy utilizada enla obtención de aceites en la industriaalimentaria.

Para extraer el aceite de las mues-tras se utilizó el equipo diseñado y cons-truido en la Universidad Católica deSalta, (Tita, 2010) empleando CO2 gra-do industrial. Para cada extracción setrabajó con una masa de 300 g de ma-


Cornejo & Tita

terial y un tiempo total de extracciónde 150 min, evaluando la cantidad de ex-tracto a intervalos regulares de 30 mi-nutos. Ambos ensayos se llevaron a cabo,una presión de 450 bar, una temperatu-ra de 60 ºC, y un caudal de CO2 de 15ciclos por minuto, equivalente a 17 L/h.No se calcula caudal másico de CO2, yaque este varía críticamente con la den-sidad.

Resultados y discusión

• Extracción del aceite a partir deexpeller de semilla de chía:

Para el caso de la extracción delaceite contenido en los expeller de chía,los datos obtenidos se detallan en la si-guiente Tabla donde en la primera co-lumna se muestran los tiempos, en lasegunda los gramos de aceite extraídos,en la tercera los gramos de aceite acu-mulado en todas las etapas del procesode extracción y en la cuarta el porcen-taje de aceite recuperado, respecto deltotal teórico contenido en la muestra.

El total de aceite extraido para los300 g de muestra luego de 150 minutos,fue de 39 g, los que representan el 13%p/p del total. Se sabe que el expeller dechía contiene entre un 12 – 14 % deaceite (Ou-Smolinski, 2011) por lo tan-to, se observa que cumplidos los 150minutos, se logra exdtraer el 100% delaceite. Por otra parte, observamos de losdatos de la tabla 1 que a partir de los90 minutos existe una importante dis-minución en la cantidad de extractoobtenido para iguales intervalos de tiem-po, en la etapa EVD.

• Extracción del aceite a partir desemillas de chía:

Los datos obtenidos para esta extrac-ción, se detallan en la tabla siguiente

Tabla 2

Cantidad de extracto recuperado del expeller enintervalos de 30 min.

Tabla 1

Tiempo (min)

Aceite (g)

Aceite (acumulado)

Extracto(%)

0 0 0 0 30 13 13 13 60 6 19 19 90 2 21 21

120 1 22 22 150 1 23 23

Cantidad de extracto recuperado de las semillasen intervalos de 30 min.

Tiempo (min)

Aceite (g)

Acumulado de Aceite (g)

Extracto (%)

0 0 0 0 30 16 16 41 60 12 28 72 90 5 33 85 120 3 36 92 150 3 39 100

Según la bibliografía (Di Sapio,2008), en el caso de la semilla de chía,ésta contiene entre un 32 – 34 % de acei-te, por lo que claramente puede verseque no se obtuvo un buen rendimientoen este ensayo, ya que deberíamos ha-ber recuperado aproximadamente 99 gde aceite y sólo logramos extraer 23.



• Curvas de extracción:

Con los datos obtenidos en ambas ex-periencias, se construye la curva de ex-tracción (Figura 1)

En el gráfico, podemos ver que parael expeller de chía se obtuvo una curvatípica para una extracción con CO2supercritico y que además se logró ex-traer el 100 % de aceite contenido en lamuestra.

En el caso de las semillas de chía,no se obtuvo una curva típica, y ademásno se logró extraer el 100 % de aceitecontenido en la muestra. Inferimos queestos resultados pueden deberse prin-cipalmente a dos causas muy diferen-tes: a) que los fenómenos de transfe-rencia de masa que tienen que tenerlugar en este tipo de extracciones, pu-dieron verse afectados de alguna ma-nera por el tratamiento previo de lamateria prima y en consecuencia las ca-racterísticas del lecho (tamaño de par-tícula, humedad, compactación, etc.),o bien b) al caudal másico del CO2, elcual puede sufrir variaciones durante el

proceso de extracción, por las condicio-nes operativas de la Planta Piloto en lacual se obtuvieron las muestras y por lascaracterísticas de una extracción conCO2 supercritico.

• Comparación con otros ensayos:

En la Figura 3 comparamos nuestrosresultados con los obtenidos en otro tra-bajo de extracción de aceite de semi-llas de chía (rocha Uribe, et al)

Si observamos la Figura 2 para lacurva A (expeller de chía) pueden ob-servarse claramente las tres regionesdescriptas en los modelos trazados parauna típica extracción con CO2supercritico, algo que no ocurre cuandotrabajamos con semillas de chía comoes el caso de la curva B (nuestra) y laCurva C (Rocha Uribe).

La primera sección de la curva A, seacerca a lo predicho por el modelo pre-sentado por la bibliografía especializa-da (Brunner, 1994, Taylor 1996, Mamata2000) y podemos inferir entonces quelos fenómenos que gobiernan la extrac-ción en este caso son los convectivos,pues en el expeller los aceites en lamatriz vegetal están muy disponiblespara la extracción, manteniendo cons-tante la concentración del extracto enel solvente, y por lo tanto, saturando sucapacidad de solvatación.

Si ahora miramos las curvas B y C,podemos ver que en la primer etapaambas difieren demasiado respecto delmodelo analizado y eso puede tener quever con el pre tratamiento sufrido por

Curvas de extracción


Cornejo & Tita

la muestra y en consecuencia la dispo-nibilidad del aceite y los fenómenos detransferencia de masa que se dan en estecaso: para las semillas, el aceite no seencuentra en las superficie de las célu-las y resulta más trabajoso su disoluciónen el solvente y por lo tanto la extrac-ción se hace más lenta en esta etapa y lapendiente de la curva es menor a la es-perada.

Si observamos la segunda sección dela curva A podemos ver que se mantie-ne la forma descripta por la bibliografíay podemos inferir que en este caso laextracción está gobernada por fenóme-nos de transferencia de masa del tipoconvectivos y difusivos, lo que no vemosque ocurra en el caso de las curvas B yen el C.

En una tercera etapa, donde la ex-tracción, según el modelo analizado,está gobernada por fenómenos de difu-sión del CO2 dentro de las células y lafase sólida que forma la partícula, parael caso del expeller de chía (Curva A)nos acercamos mucho a este modelopues se observa que la curva toma lapendiente asintótica esperada, con unporcentaje de extracción cercano al 100% y en los casos de las semillas (CurvasB y C) este porcentaje es mucho másbajo y es necesario un periodo de tiem-po mayor para lograr una extraccióncompleta.E

En el gráfico inserto en la Figura 2,pueden observarse las tres curvas de ex-tracción completas.

Conclusiones

Podemos afirmar que, según nues-tros resultados, sería interesante reali-zar un pre tratamiento de la materiaprima de modo tal de romper las es-tructuras celulares donde se alojan losaceites antes de realizar una extracciónsupercrítica, ya que de esa manera selogran rendimientos mucho mayores enuna extracción de aceite con CO2supercritico.

Podemos inferir también, que en-tre las causas que provocan que se ob-tengan curvas típicas para una extrac-ción con CO2 supercritico, las condicio-nes iniciales de la materia prima influ-yen más críticamente que el equipo deextracción utilizado ya que nosotros ob-tenemos curvas similares al modelopresentado por la bibliografía, usandoexpeller de chía en lugar de las semi-llas, y otros autores (Rocha Uribe, 2011)obtienen resultados similares a los nues-

0 50 100 150 200

0

20

40

60

80

100

C

B

Ext

ract

o (%

)

Tiempo (min)

A

0 200 400

0

50

100 C

BExtr

acto

(%)

Tiempo (min)

A

Figura 2

Curvas A, B, C



tros para semillas de chía, la que pode-mos considerar una materia prima sinun tratamiento previo como podría serla molturación o el pelletizado, pero uti-lizando otro equipamiento para la ex-tracción supercrítica.

Agradecimientos

Queremos agradecer a la Universi-dad Católica de Salta, por el constantesostén a nuestros trabajos. Al Ing. Ale-jandro Ambrogi, por su incansable apo-yo, dirección técnica y su motivaciónpermanente, hasta su trágico falleci-miento. Al Dr. Javier Moya por sus apor-tes invalorables y a todos los profesio-nales que integran el IESIING.

Además queremos mencionar espe-cialmente la generosa colaboración deLaboratorios Dr. Madaus, quien nosproveyó de la materia prima necesariapara los ensayos, y nos asesoró sobre lascaracterísticas de la misma.

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Cornejo & Tita

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15. Laboratorios Dr. Madaus & Co. S.AAv.Luis María Campos 585 (C1426BOD)Buenos Aires, [email protected] www.chiatotal.com

(011) 4771-1734 / 4772-2428Fax: (011) 4775-4380

16. Ou-Smolinski, Christian. Director Ejecu-tivo de Laboratorios Dr. Madaus. Comu-nicación personal

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Caracterización geotécnica y análisis de la estabilidad de losmacizos rocosos del camino de acceso al

C° San Bernardo, Ciudad de salta

L. G. Cerúsico 1 | J. J. Marcuzzi 2

Resumen

En este trabajo se describe la caracterización geotécnica de los afloramientosrocosos que conforman los taludes del camino de acceso a la cumbre del cerro SanBernardo, y se evalúa su inestabilidad para producir potenciales deslizamientos.

El análisis de la estabilidad de un talud rocoso no es una tarea sencilla, y re-quiere de un cuidadoso análisis de campo, para interpretar y comprender la im-portancia de los factores geoambientales que pueden favorecer los procesos deinestabilidad de los taludes. La caracterización geotécnica es una metodología útil,que permite evaluar mediante diferentes indicadores o parámetros los límites deestabilidad, según los usos para un talud analizado.

Palabras clave: geotecnia, macizos rocosos, taludes, clasificación geomecánica, estabilidad

1 Escuela de Geología de la Universidad Nacional de Salta.2 Facultad de Ingeniería e Informática de la Universidad Católica de Salta.

El cerro San Bernardo forma partedel relieve orográfico de la Sierra deMojotoro, constituyendo el cierre orien-tal del Valle de Lerma, y cuyas alturasmáximas no superan los 2.100 m.s.n.m.El cerro San Bernardo tiene una altura

aproximada de 300 m desde el piso delvalle, y se ubica aproximadamente en laparte media del borde este de la ciudadde Salta cuya altura promedio es de1.200 m.s.n.m., en el sector centro-oc-cidental de la sierra de Mojotoro, tam-bién conocida como las serranías deVélez.

Introducción

29-44


Marcuzzi & Cerúsico

Esta unidad geoambiental (MarcuzziJ.J. et al, 1996) cumple con diferentespropósitos significativos de actividad so-cial de los salteños, donde el camino deacceso adquiere gran importancia. Latraza del mismo fue inaugurada el 20 defebrero de 1933 y su pavimentación co-menzó el 24 de febrero de 1971, finaliza-do en 1972, posee una extensión de 3.796m y un ancho promedio de calzada de6,00 m. Los taludes de la traza estánconstituidos por afloramientos rocosos ysuelos, o una combinación de ambos.

De acuerdo con la importancia so-cial que tiene esta unidad del relieve ypor lo tanto también del camino de ac-ceso, es precisamente que el objetivo deéste trabajo fue realizar un estudio parala caracterización geotécnica de los aflo-ramientos o macizos rocosos que con-forman los taludes y laderas que aflorana lo largo de la traza. Estos están cons-tituidos por estratos de diferenteslitologías, fracturados y que por su as-pecto se considera que pueden ser es-tables, pero la realidad en los últimosaños ha demostrado lo contrario.

Los problemas de deslizamientos derocas y otros fenómenos asociados, enel camino de acceso, por lo menos enlos últimos veinte años constituyen unproblema cíclico vinculado principal-mente con las condiciones climáticas,caso de las precipitaciones que tienenlugar durante el verano. Así durante elperiodo estival de 2008 por la fuertepluviosidad tuvieron lugar procesos dedeslizamientos de taludes rocosos, po-siblemente los más significativos de los

últimos tiempos, que comprometieronseriamente la estabilidad del camino.

Según lo antes expresado, se tomo ladecisión de encarar este trabajo susten-tado en la importancia que tenía contarcon un análisis de la estabilidad de lostaludes y laderas del camino de acceso alcerro San Bernardo, dado que la deman-da de uso turístico y social se incrementaen el tiempo. El aumento de la demandade uso, intensifica el tránsito peatonal yautomotor, donde la posibilidad de quelos riesgos de deslizamiento puedan lle-gar a interesar la seguridad de los usua-rios es importante. También la urbani-zación que se localiza en la zona baja delas laderas y piedemonte del cerro, sonáreas de riesgo porque afloran formacio-nes rocosas sometidas a fenómenos de lageodiná-mica interna, externa y proce-sos antrópicos, que condicionan su esta-bilidad. Entonces este análisis se utilizócomo base para determinar zonas esta-bles, o con mayor potencialidad de pro-cesos de deslizamientos generadores deriesgos.

Metodología de estudio

El estudio consistió específicamenteen precisar las características geotéc-nicas de los macizos rocosos de acuer-do con la propuesta del Council forScientific and Industrial Research(CSIR) de Sudáfrica, que se basa en lametodología desarrollada porBieniawski, Z.T., 1973 para determinarel RMR (Rock Mass Rating), que fuemodificada por el mismo autor en 1976,


Caracterización geotécnica y análisis de la estabilidad de materiales magnéticos

1979, 1984 y 1989; y actualmente esaceptada mundialmente para describirlas condiciones geomecánicas de unmacizo rocoso.

Luego, una vez conocidas las condi-ciones geomecánicas del macizo rocosode acuerdo con el RMR, los taludes queconforman los mismos se clasifican se-gún diferentes grados de estabilidad oinestabilidad, de acuerdo con el méto-do de Romana, M. 1985, denominadoSMR (Slope Mass Rating). El métodopropuesto por Bieniawski, 1979 y Roma-na 1992; para obtener el MRM y SMRrespectivamente, requieren de la deter-minación de parámetros básicos. El mé-todo de trabajo para la caracterizaciónde los macizos rocosos, involucra aspec-tos de campo, laboratorio y gabinete, queseguidamente se describen:

Tareas de Campo

a).-Las tareas de campo se llevarona cabo de acuerdo con las técnicas decampo tradicionales de la geología apli-cada, empleando brújula geológica,GPS, cintas métricas y otros elementosnecesarios de exploración.

b).-Consistió en realizar reconoci-mientos «in situ» de las característicasgeológicas dominantes sobre aflora-mientos considerados claves a lo largodel camino, como la toma de datos derumbo y buzamiento de su disposiciónespacial, y de las discontinuidades, ade-más de la identificación de indicadoresde los fenómenos de la geodinámica ex-terna actuantes. Finalmente se tomaronde muestras para determinar en labo-ratorio, los parámetros geotécnicos ne-cesarios para la caracterización de lostaludes, y evaluar las condiciones de es-tabilidad. El análisis de las discontinui-dades comprende parámetros, según elesquema Nº 1.

Esquema Nº 1.- Representación esquemática de los parámetros medidos en lasdiaclasas (Hudson, 1989).



Espaciamiento de las disconti-nuidades: es la distancia medida entreellas a lo largo de una línea perpendicu-lar a los planos de discontinuidad, se apli-có el espaciamiento medio, segúnBieniawski, 1989; para la clasificación delRMR y SMR. El espaciamiento se midiócon una cinta a lo largo del afloramientorocoso, contando el número de juntas enuna distancia fijada, multiplicada por elcoseno del ángulo entre la normal a lasjuntas y el plano del afloramiento.

Estado de meteorización de lasparedes de las discontinuidades:incluye parámetros como: rugosidad,separación, material de relleno, persis-tencia, y alteración de las paredes. Paraesto se han propuesto una serie de es-calas, así Bieniawski 1989, propuso unaescala de rugosidad fácil de chequearen campo, con cinco categorías, dondela naturaleza del relleno gobierna el es-fuerzo de corte de juntas no acopladas.

Separación de las discontinuida-des: es la distancia perpendicular en-tre las paredes de rocas de una juntaabierta. Depende si la junta está tiene ono agua. La separación de juntas gobier-na el desplazamiento necesario paramovilizar la junta de estrés.

Persistencia de las discontinui-dades: según el ISRM, las discontinui-dades pueden ser persistentes o conti-nuas, y no persistentes o no continuas.

Agua: las condiciones hidráulicasson estimadas según la propuestageomecánica del RMR.

Orientación de las discontinui-dades: para esto las familias de

discontinuidades requieren de la deter-minación del buzamiento y dirección debuzamiento, medidas con brújulageológica.

Orientación del talud: La orien-tación de los taludes son difíciles demedir, la clasificación se realiza con losvalores medios estimados de las incli-naciones, con un error de ±5º.

c).-La caracterización de los maci-zos de acuerdo con el RMR se realizóen base a los seis parámetros propues-tos por Bieniawski Z.T., 1979, que son:

1) Resistencia a compresión simplede la roca

2) R.Q.D.Rock QualityDesignation),3) Distancia de separación entre las

discontinuidades,4) Condición de las discontinui-

dades,5) Flujo del agua subterránea en las

discontinuidades y6) Orientación de las discontinui-

dades. Con estos parámetros se obtuvoel Índice de Calidad RMR.

d).-El índice de calidad RMR varíaentre 0 y 100 y define cinco clases deroca designadas con números romanos,que se corresponden con cinco calida-des del macizo rocoso: I) Muy buena,II) Buena, III) Media, IV) Mala y V) Muymala. Estos y los diferentes modos defalla, en las mayoría de los casos estángobernados por las superficies desarro-lladas por las discontinuidades.



e).-Después de definido el RMR, seevaluó la estabilidad de los taludes ro-cosos mediante la obtención del «SMRIndex» = Índice de Evaluación deMasas de Deslizamiento». El índiceSMR es una herramienta muy útil parala valoración preliminar de la estabili-dad de macizos rocosos. El método sesustenta en reglas simples para el aná-lisis de la inestabilidad de los taludesrocosos y proporciona pautas para re-solver el problema.

f).-Los resultados fueron volcados enel mapa geológico base y luego en elmismo se definieron áreas homogéneasde iguales características de estabilidado no, y se propusieron posibles métodosde remediación.

Trabajos de gabinete y laboratorio

En base a los datos obtenidos en laetapa anterior y complementada con lainformación resultante del análisis deantecedentes, a partir de mapastopográficos, información geológica exis-tente en publicaciones y estudios ante-riores, se procedió a la clasificacióngeomecánica de los macizos rocosos queconforman los taludes o laderas. En la-boratorio se realizaron los ensayos ne-cesarios que requieren las metodologíaspara este objetivo, esto incluye la iden-tificación petrológica de las muestras.

La resistencia a la compresión sim-ple se estimó según el método propues-to por el ISRM: «Suggested Method forthe Quantitative Description of

Discontinuities in Rock Masses», 1978;que puede ser medida satisfactoriamen-te con un lápiz rayador, un martillogeológico o el martillo de Schmidt. Lametodología indica que los ensayos delaboratorio solo son necesarios para ro-cas blandas, porque para rocas duras losvalores correlacionables no inducen agrandes errores, por lo que allgunos au-tores han sintetizado los procedimientosy resultados de ensayos para obtener es-timaciones de valores de la compresiónuniaxial, caso de las correlaciones reali-zadas por Deere, 1966 y Beverly 1979.

Para estimar el Índice de Calidad delas Rocas, RQD «Rock QualityDesignation», que se basa en el porcen-taje de recuperación de testigos de unsondeo, que depende indirectamente delnúmero de fracturas y del grado de laalteración del macizo rocoso, Palmstrom1992, propuso una correlación aproxi-mada entre el RQD y el recuentovolumétrico de discontinuidades o elnúmero de discontinuidades por metrocuadrado, cuando no se dispone delRQD. Este se estimó mediante obser-vaciones de campo, según la fórmulaalternativa:

Donde:«Jv»: número de juntas identificadas en el macizorocoso por m2, «S»: es el espaciamiento medio para lasdiscontinuidades de la familia i(m). Priest yHudson, 1976, proponen una correlación entreel espaciamiento medio entre juntas y el valor delRQD en la dirección perpendicular de las juntas,según:RQD = 100(0.1/S + 1)exp(0.1/S)Donde S es el espaciamiento medio en metros.



Para ello se realizó, en un metro cua-drado de afloramiento tomado al azar,el recuento de diaclasas que se encuen-tran en dicho espacio obteniendo de estaforma el número de juntas por m2

(Jv).En el caso que el RQD sea < 0 se lotoma como valor 0.

Metodología general

La metodología general del trabajofue:

• Ubicación de los afloramientos ro-cosos visibles en taludes y laderas, de latraza del camino de acceso a la cum-bre, mediante el empleo de GPS, y de-terminación de las diferentes litologíasque los conforman. También se releva-ron los drenajes principales, elementosestructurales y del relieve que sean deinterés para el análisis.• En cada afloramiento se determina-ron los parámetros básicos de la geo-metría del talud, como la altura vertical(L) y la longitud horizontal (H) para de-terminar la pendiente del plano del ta-lud. También se describió en el talud lacubierta de suelos y vegetación. Se veri-ficaron si existen indicadores dedeslizamientos anteriores.• En superficies representativas de losafloramientos rocosos seleccionados, seprocedió al relevamiento de discontinu-idades según la metodología propuesta

RQD = 115 - 3,3 x Jv (RQD > 100) = Ó v i J 1/ S

por la International Society forMechanics of Rocks (ISMR), 1978, paradeterminar los Indices MRM y SMR,empleando brújula geológica.• La información necesaria de lasdiscontinuidades para la caracterizaciónde los macizos rocosos, consiste en elrelevamiento del espaciamiento de lasmismas, su orientación, inclinación, ru-gosidad, estado de alteración e infiltra-ción de agua. Esta tarea contempla tam-bién los espesores de los estratos, surumbo y buzamiento. Para este trabajose emplearon fichas de campo, que fue-ron diagramadas según las necesidades.• En gabinete se procesó la informa-ción de campo para determinar áreasde similares características geológicas,geotécnicas e hidrológicas, para el aná-lisis de estabilidad de los macizos, se-gún los sistemas de clasificación MRMy SMR.• Los resultados del paso anterior, per-mitieron elaborar mapas geológico-geotécnicos bases, de la traza del cami-no, empleando la simbología propuestapor la UNESCO en la Guía para la Pre-paración de Mapas GeológicosIngenieriles (UNESCO, EngineeringGeological Maps, 1976).• Finalmente se concibieron las con-clusiones sobre la situación de la esta-bilidad de los macizos por sectores dela traza y las propuestas de acciones decontrol en las partes que presentanmayor susceptibilidad de deslizamien-to.



Aspectos bioclimáticos

Las características bioclimáticas delárea ya fueron expuestas con detalle enun trabajo anterior Marcuzzi J.J. y L.Cerúsico 2009, por lo que en el presen-te solo se mencionaran algunos aspec-tos considerados importantes para lacomprensión del presente estudio. Elclima del área de trabajo, es de tipo tro-pical serrano (cálido húmedo asubhúmedo), con veranos lluviosos, in-viernos secos y temperaturas modera-das durante todo el año. Los parámetrosque lo caracterizan según datos de laestación del INTA Cerrillos, son:

La sierra del Mojotoro determinauna barrera climática que frena el pasode las masas de aire húmedo provenien-tes del este, de modo que las lluvias sedescargan principalmente sobre las la-deras orientales y también determina lapresencia de microclimas. Los períodoslluviosos se extienden desde octubrehasta abril, y los secos en los meses res-tantes.

La vegetación original la del bosquexerófilo, con estratos pertenecientes aldistrito fitogeográfico del Chaco Serra-no; de composición botánica hetero-génea, actualmente muy alterada, tan-to en su estructura como en su densi-dad vegetal. Las laderas occidentalesson más cálidas, secas, rocosas y conescasa cantidad de materia orgánica porefecto de un balance hídrico desfavora-ble. La ladera este es más húmeda y conmayor desarrollo edáfico y presencia demateria orgánica, por la menor inclina-ción de la ladera que favorece la reten-ción hídrica y un mejor desarrollo de lavegetación. En cuanto a la fauna estárepresentada por una gran variedad demamíferos, reptiles y aves.

Los suelos dominantes en el áreaposeen un débil desarrollo edáfico, conperfiles tipo A-AC-C, de textura fina amedia en superficie y gruesa en profun-didad. El drenaje interno varía según lastexturas y la geomorfología. En superfi-cie poseen alto contenido de materiaorgánica y el pH varía entre ácido yalcalino. El grado de erosión es alto porlas pendientes elevadas (Nadir, A. et al,1982).

Temperatura Mínima media anual 10.9ºC Mínima absoluta anual -6.8ºC

Máxima media anual 23.8ºC

Máxima absoluta anual 39ºC

Media anual 16.7ºC.

Precipitación Precipitación anual 700 mm Humedad relativa media anual

72%

Humedad relativa máxima media anual

91%

Humedad relativa mínima media anual

47%



Geología local

La sierra de Mojotoro correspondea un anticlinal complejo rebatido haciael este que se presenta como un largocordón montañoso, con dirección nor-te-sur. Estas estructuras se encuentrancortadas por fallas transcurrentes derumbo noroeste-sureste (Moya, 1998).

Las formaciones rocosas que afloran

en la serranía contiene rocas precám-bricas y paleozoicas, pero el cerro SanBernardo se encuentra formado por ro-cas de edad ordovícica, las cuales fue-ron afectadas por los movimientosorogénicos Tacónicos y Caledónicos,característicos de la mitad superior delperíodo Paleozoico, los que plegaron yascendieron las sedimentitas menciona-das (Ver mapa 1).



La sucesión estratigráfica expuestade la Sierra de Mojotoro, en un aspectoamplio, comprende rocas del denomi-nado basamento conformado por la FmPuncoviscana (Precámbrico), del Gru-po Mesón (Cámbrico), Grupo SantaVictoria (Turner, 1960a) (Ordovícico), ydepósitos cuaternarios.

En orden cronológico descendentelas formaciones ordovícicas que integranel Grupo San Victoria las formacionesson: La Pedrera, Floresta, Áspero, SanBernardo (de importante contenido

Estratigrafía fosilífero) y Mojotoro. En el área de es-tudio dominan los afloramientos delOrdovícico inferior (Fig. 1), represen-tados por rocas sedimentarias marinas,con una alternancia de bancos decuarcitas, areniscas y pelitas, que se dis-ponen en orientación norte-sur ybuzamientos generales hacia el oeste.

La disposición estructural de la se-rranía da lugar a un relieve asimétricocaracterizado por laderas occidentalesescarpadas, acordes con el buzamientode los estratos (30º-40º promedio)orientales y menos inclinadas. La edadde las formaciones es Tremadociana (la-dera este) y Arenigiana (ladera oeste)



Relieve y geomorfología

El lugar de trabajo se encuentra enun sector del bloque positivo de la sie-rra de Mojotoro, que adquirió su con-formación actual durante los ciclosdiastróficos del Terciario superior ymanifestaciones tardías del Cuartario,que lo elevaron, fracturaron bascularonhacia el este. Desde entonces la sierrade Mojotoro comenzó a sufrir un pro-ceso de erosión que dio lugar a lasgeoformas que vemos actualmente, pro-ducto de la incisión de una redhidrográfica que se adapta a las forma-ciones litológicas presentes (RuizHuidobro, 1968).

Para el autor antes mencionado, laSierra de Mojotoro es un plegamientoasimétrico limitado por fallas, donde laestructura controla una red de drenajeconsecuente que nace sobre la línea decumbres y está desplazada hacia el oestecomo consecuencia de su asimetría. Laserranía como resultado del bascu-lamiento presenta pendientes más sua-ves hacia el este y más abruptas hacia eloeste. El buzamiento de los estratos ha-cia el oeste es solidario con la pendientetopográfica, dando lugar esta conjuncióna cierto grado de inestabilidad de las la-deras.

Los taludes sobre los que se empla-za la traza del camino de acceso estánconformados por unidades litológicas denaturaleza sedimentaria, las que desdeel punto de vista petrológico se clasifi-can como cuarcitas, lutitas, areniscas ywaques, a los que suprayacen depósitos

sedimentarios cuaternarios con textu-ras de granulometría variable.

En general la estabilidad de las uni-dades litológicas de la FormaciónMojotoro, que conforman los taludes,depende de un conjunto de factorescomo altura del talud, litología, drenajeinterno, grado de fracturación y orien-tación de los mismos. Así se observanderrumbes y flujos de sedimentos dediversa magnitud al pie de los taludesrocosos que siguen la dirección de bu-zamiento de los estratos, ubicados entoda la traza y coinciden con litologíaspropensas al deslizamiento o sedimen-tos inconsolidados. Los derrumbes depequeña escala no comprometen la es-tabilidad del camino, pues por lo gene-ral cubren menos de medio carril.

La ladera occidental, por la orienta-ción espacial de los estratos y la topo-grafía, por la concurrencia de los ele-mentos estructurales y de los relievesmencionados es susceptible a sufrircíclicamente problemas de desliza-miento. A lo anterior se suman otrosfactores disparadores, como lasismicidad de la comarca y el clima conlluvias intensas. Las formacioneslutíticas muestran mayor tendencia adesarrollar derrumbes y deslizamientos,La mayoría de éstas dan lugar a derrum-bes y flujos, siguiendo el sentido de laestratificación, y en general conformandepósitos al pie del talud.

En éste tipo de ambiente, dondeexisten situaciones climáticas contras-tantes entre el verano e invierno, conamplitudes térmicas acentuadas y pre-



cipitaciones intensas, la meteorizaciónfísica y química se ve favorecida por lapresencia de discontinuidades, especial-mente en las formaciones lutíticas. Losprocesos de meteorización favorecen losdesli-zamientos de las masas rocosas pordebilitamiento de las mismas, en espe-cial cuanto mayor es la densidad del gra-do de fracturación. En los desliza-mientos los motores principales son lagravedad y la circulación de agua por lasdiscontinuidades. Los deslizamientos engeneral tienen lugar a lo largo de las su-perficies de discontinuidad, cuyo movi-miento puede ser rápido o progresivo enel tiempo, debido a los procesos natura-les mencionados o por desestabilizaciónantrópica.

Hidrología

Desde el punto de vista hidrológico, enel sector de estudios se observa la presen-cia de una red de drenaje de poco desa-rrollo típica de áreas de laderas rocosasbien diagenisadas y competentes, por loque las quebradas con escaso desarrollo,normalmente son consecuencia de pro-cesos tectónicos, por las que encauza elagua de las precipitaciones pluviales.

Parte de los volúmenes de las preci-pitaciones estivales se infiltran, dandolugar a un flujo subsuperficial a travésde las discontinuidades litológicas y cu-yos efectos tienen una importante inci-dencia en la estabilidad de los macizosrocosos (ver fotografías Nº 1, 2 y 3). Lavegetación de las laderas ejerce un efec-to protector del suelo durante las llu-

vias al controlar la erosión hídrica.

Caracterización del macizo rocoso

Para la caracterización de los maci-zos se identificaron puntos con la pre-sencia de afloramientos rocosos repre-sentativos, en sectores de taludes roco-sos donde se determinó su constituciónlitológica, evidencias de la acción de fe-nómenos de la geodinámica externa einterna, como así también de la activi-dad antrópica que pueda haber contri-buido a su inestabilidad. También seconsideraron aspectos topográficos yestructurales de los taludes; como pre-sencia de fallas, estratificación, pliegues,discontinuidades, cubierta vegetal, suelosy evidencias de flujo de agua, todosparámetros que influyen en la inestabili-dad de las masas rocosas. Después deidentificar los afloramientos rocosos, seconsideraron en la traza del camino 25puntos de observación, con cuya informa-ción se elaboró un plano geológico base.

En cada punto de observación se to-maron 250 datos estructurales (discon-tinuidades), donde se sistematizaron lascaracterísticas de las diaclasas de acuer-do con los cuadros comparativos existen-tes y las recomendaciones de la ISRM.Las tendencias del diaclasa-miento serepresentaron mediante «Rosas dediaclasas», que fueron confeccionadascon el programa Stereonet. Los datos quese tuvieron en cuenta fueron: buzamien-to y dirección de buzamiento, relevadosestadísticamente en el trabajo de campo(Ver Fotos 1, 2 y esquema 2).



Lo expuesto en el párrafo anteriorpermitió dividir la traza de estudio ensectores de acuerdo con la litología delos afloramientos, de esta manera sesectorizó la misma en unidades elemen-tales de acuerdo a patrones geológicossegún las condiciones actuales de los ta-ludes o cortes existentes. Luego, los ma-cizos rocosos se clasificaron según lascaracterísticas geomecánicas de los mis-mos, según los parámetros resultantesy su interpretación por los sistemasMRM y SMR. De esta manera se obtu-vo un esquema sectorizado de la traza

del camino en función de las caracte-rísticas geomecánicas de los macizosrocosos.

Finalmente después de evaluar losparámetros geotécnicos obtenidos enfunción de los sistemas MRM y SMR,se clasificaron los taludes de acuerdocon su grado de estabilidad. Los resul-tados fueron volcados en un mapageotécnico de aptitud (Ver mapa 2) quedefinió zonaciones en la traza del cami-no y se realizaron las recomendacionesnecesarias para evitar o minimizar losriesgos de deslizamiento.

Fotos1 y 2. Macizo rocoso conformado por cuarcitas. Detalle del sistema de diaclasamiento.

Esquema 2.- Rosa de Diaclasas



Conclusiones

• Desde el punto de vista petrográ-fico,los afloramientos se dividieron en doszonas bien diferenciadas: Zona deCuarcitas y Areniscas conformada por lospuntos de observación desde el Nº 1 alN°10. Y la Zona de Lutitas conformadapor los restantes puntos de observación,desde el Nº 11 hasta el Nº 25.

• Las áreas de mayor riesgo a des-lizamientos, según las observaciones decampo, pertenecen a las zonas donde seubican los puntos de observación Nº 2,9, 14 y 16, por lo que en éstas se en-cuentran ubicados los muros de conten-ción (punto Nº 9, 14 y 16) o se encuen-tra el más importante deslizamiento quetuvo lugar. Además estos lugares son zo-nas coincidentes con los sectores demayor desarrollo de lineamientostectónicos.

• Los puntos de observación Nº 7, 12,13, 15, 20, 21, 22 y 25, presentan un sis-tema de diaclasamiento cuyo patrón seasimilar a la forma de serrucho.

• Los macizos analizados en generalson: heterogéneo y anisótropo: Hetero-géneo en un sentido petrográfico, ya queel conjunto rocoso se compone decuarcitas, areniscas cuarzosas, waquesy lutitas; a la variedad en los espesoresde los estratos el fuerte buzamiento y lapendiente topográfica coincidente en lamayoría de los casos con el buzamientode los estratos. Anisótropo, por el diver-

so grado de fracturación en los diferen-tes sectores estudiados, Ambos carac-terísticas sumadas a la tectónica actuan-te quedan expuestas a su vez por la sig-nificativa dispersión de datos en las «Ro-sas de Diaclasas».

• Desde el punto de vista geotécnico,y tomando de referencia la clasificacióngeomecánica RMR, los afloramientos sedividen en rocas de calidad «Buena»caso de los punto Nº 4 y 7; «Regular»como los puntos Nº 5, 6 y 10, las cualesse encuentran en la zona de cuarcitas yareniscas. Las rocas de calidad «Mala»caso de los puntos Nº 12, 13, 17, y 20 seencuentran en la zona de lutitas (Veranexo Nº 1 y figura 7).

• Desde el punto de vista geotécnico, ytomando de referencia el Índice de Eva-luación de Masas de DeslizamientoSMR (Romana,1985), los afloramientosse dividen en rocas «estables» a «par-cialmente estables» en la zona de lutitas.Y en rocas «totalmente estables» a «es-tables» en la zona de cuarcitas y arenis-cas (Ver anexo Nº 1 y figura 7).

• Estadísticamente solo el 6,25 % delos afloramientos es totalmente estable,el 56,25 % es estable y el 37,5 % es par-cialmente estable.

• Según la clasificación de Romana,solo el macizo del afloramiento Nº 4 co-rresponde a la categoría «totalmente es-table», en el que no se debe realizar tra-tamientos de remediación. Para los



«macizos estables», de los puntos deobservación Nº 5, 6, 7, 10, 15, 20, 23 y 25se recomienda realizar tratamientos enforma ocasional, y para los «macizosparcialmente estables» d los puntos Nº12, 13, 17, 18, 21 y 22 se deben tratar enforma sistemática.

• Dentro de los parámetros geomecá-nicos analizados, se considera que elbajo espaciamiento de las discon-tinuidades principalmente en las lutitascomo las que se encuentran en los pun-tos Nº 12, 22 y 25, que poseen orienta-ción semejante al plano de la mayoríade los taludes es uno de los principalescondicionantes de la estabilidad, ya queel denso fracturamiento vinculado conla tectónica local y regional generan unelevado número de bloques de reduci-das dimensiones y una importante dis-gregación mecánica del macizo produ-ciendo los derrubios a los pies de losmismos.

• En función a los riesgos geo-lógicosdetectados, según las observaciones decampo, se recomienda evitar construc-ciones sobre las laderas del Cº San Ber-nardo, para evitar problemas en las edi-ficaciones tanto estructurales comodeslizamientos que las puedan afectar.

• De acuerdo a las observaciones decampo efectuados, por la falta de dis-ponibilidad de mayores superficies deobservación por ser Reserva Municipal,algunos de los valores de RMR (calidadde la roca) y SMR (estabilidad del ma-

cizo) resultantes no coincide con la si-tuación actual de los afloramientos y lasevidencias que ocurrieron en situacio-nes pasadas, por lo que se recomiendarealizar estudios geotécnicos en mayordetalle para una mejor interpretacióndel comportamiento de los taludes delos macizos rocosos.

Referencias

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Desarrollo de un sistema para la caracterización de materialesmagnéticos blandos a partir de la Instrumentación virtual

J.A. Moya1-2 | S. Gamarra Caramella1 | C. Berejnoi3

Resumen

En este trabajo se presentan los avances en el desarrollo de un sistema de medición de propie-dades magnéticas blandas con el uso no de equipos analógicos tradicionales sino por medio dela instrumentación virtual. Para ello se emplea una Plataforma para Diseño y Generación dePrototipos, Elvis II+, de National Instruments, a modo de placa adquisidora de datos (DAC, de8 o 16 bits de resolución según el instrumento usado) controlada por una PC y el programa degestión de instrumentos y procesamiento de datos Labview™.El primero de los instrumentos virtuales está destinado a la realización de ciclos de histéresismagnéticos cuasiestáticos en donde la obtención de los datos del flujo magnético se realiza apartir de la integración digital del voltaje inducido en las bobinas sensoras. El otro, es desarro-llado para la determinación de la permeabilidad en frecuencias; para ello se emplea la técnicadel amplificador Lock-in desarrollado a partir de las librerías del programa Labview, usandocomo entradas la DAC del osciloscopio (8 bits y 100 MS/s) que, junto con el generador defunciones integrado a la tarjeta, permiten resolver frecuencias de hasta 5 MHz. El funciona-miento del Lock-in virtual es confrontado con el de un Lock-in tradicional (SR830), obteniéndosevalores comparables hasta una resolución mínima de ~10 mV. Ambos instrumentos virtualesson evaluados con materiales magnéticos blandos y sus resultados comentados.La instrumentación virtual desarrollada resulta una excelente opción de equipamiento de labo-ratorio cuando, entre otras razones, no se dispone de recursos económicos suficientes, contan-do siempre con la posibilidad de mejorar la sensibilidad del equipamiento ya sea con la adqui-sición de DAC de mayor resolución o con la incorporación de un preamplificador en las señalesde entrada.

Palabras clave: instrumentación virtual, ciclos de histéresis, permeabilidad magnética.

44-57

1 Facultad de Ingeniería e Informática de la Universidad Católica de Salta.2 Conicet.3 Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Salta.


Moya et al.

Introducción y estado del arte

La caracterización de materialesmagnéticos blandos incluye, entre otraspropiedades, la determinación de sucampo coercitivo e imanación a satura-ción en frecuencia cuasiestáticas comoasí también la permeabilidad y las pér-didas magnéticas en frecuencias quepueden llegar comúnmente hasta loscientos de kHz o algunos MHz. Estorequiere una cierta diversificación deinstrumentos tales como generador deseñales, fuentes de corrientes,fluxómetro, un osciloscopio, un analiza-dor de impedancias o un amplificadorLock-in y, si se quiere automatizar lamedición, hará falta también una PC yuna tarjeta para adquirir datos, porejemplo. La instrumentación virtualpresenta grandes ventajas en relacióncon la instrumentación tradicional, en-tre ellas, la posibilidad de personalizarel instrumento agregándole mayorfuncionalidad y flexibilidad, la rápidaincorporación de nuevas tecnologías ymenores costos de adquisición y bajoscostos de mantenimiento. No obstante,se debe tener en cuenta que la progra-

mación y las funciones de análisis y pro-cesamiento de señales pueden resultarmuy fáciles o muy complejas.

Un instrumento virtual consta esen-cialmente de una computadora equipa-da con software especial y una tarjeta deadquisición de datos con acondiciona-miento de señales. También, son nece-sarios otros elementos comotransductores, cables conectores, en al-gunos casos amplificadores de bajas se-ñales, etc. Se trata, por lo tanto, de ins-trumentos basados en programas pode-rosos que requieren de hardware econó-mico. Una de las principales ventajas dela instrumentación virtual (VI) respectoa la instrumentación tradicional resideen la versatilidad que presentan los pri-meros al estar basados en un software,diferenciándose de esta manera de losinstrumentos de medición convenciona-les, sustentados en el hardware que seencuentra predefinido por el fabricantey no puede ser modificado por los usua-rios. El instrumento virtual desarrolladopuede modificarse y complementarseprácticamente sin límites de acuerdo alos requerimientos que surjan de su apli-cación. En la Fig. 1 se muestra un es-quema constitutivo de la VI

.

Fig. 1: Esquema constitutivo de la instrumentación virtual.

Acond. Señales

Cables, conectores, etcTransductores

DACAdquisición

PC y Software


Desarrollo de un sistema para la caracterización de materiales

Antecedentes de la instrumenta-ción virtual [1,2]

La instrumentación tradicional seremonta al desarrollo de la tecnologíaeléctrica, en el siglo XIX. Los instrumen-tos consistían fundamentalmente en dis-positivos de medición de potencia, com-puestos por sensores, transductores y unvisor. Si bien fueron evolucionando a ins-trumentos más pequeños que reque-rían cada vez menos potencia para sufuncionamiento, su utilización se limi-taba a la conexión de los cables, la se-lección de un rango determinado y lalectura de los datos obtenidos. El pro-cesamiento de la información no forma-ba parte de las funcionalidades de losinstrumentos.

En el siglo XX se produjeron impor-tantes avances en el desarrollo de la ins-trumentación, debidos, entre otras cosas,al surgimiento de la ingeniería electróni-ca y al crecimiento de la informática. A suvez, el campo del control industrial requi-rió ya no sólo la realización de lecturas delos parámetros físicos, sino su utilizaciónpara controlar los procesos.

Más adelante, en los años setenta lascomputadoras fueron capaces de sopor-tar, almacenar y procesar información.Esto hizo posible su conexión a sensores,para adquirir señales por medio de con-vertidores analógicos-digitales. Hastaeste momento, de todas formas, las PCseran equipos lentos, por lo que se trata-ba más bien de instrumentos fuera de

línea. Sólo a partir de los años ochenta,con el aumento de la velocidad y poten-cia de cálculo de las computadoras, sehizo posible su utilización para realizarmediciones en tiempo real.

La instrumentación virtual alpresente

En la actualidad, donde las compu-tadoras y el procesamiento de señalesforman una unidad básica tanto en loscampos de la tecnología como el de lainvestigación, la VI está ganando terre-no y fabricantes de de instrumentos con-vencionales desarrollan sus primeroshíbridos entre un instrumento virtual yuno convencional, con la producción deplaquetas adquisidoras de datos diseña-das con hardware específico del instru-mento analógico y en donde el uso de laPC y programas de gestión son impres-cindibles.

En este trabajo, se presentan losavances logrados en el desarrollo de dosinstrumentos virtuales orientados a laconformación de un sistema de medi-ción de propiedades magnéticas blan-das en materiales: un instrumento parala obtención de ciclos de histéresiscuasiestáticos y otro para la determina-ción de la permeabilidad en frecuenciasde hasta 5 MHz. Como tarjeta de ad-quisición de datos se usó la Plataformapara Diseño y Generación de Prototi-pos, ELVIS II+, junto con el softwareLabview™, ambos de NationalInstruments (NI).


Moya et al.

Materiales e instrumentos

La Plataforma Educativa para Dise-ño y Generación de Prototipos, ELVISII+, de NI, además de poseer variasopciones para la adquisición de datos,incorpora, entre otros, un generadoranalógico de funciones (FGEN) con unmáximo de generación de onda sinodalde 5 MHz y cinco fuentes de baja po-tencia (entre variables y fijas). Presentados tipos de entradas analógicas, de 8 y16 bits. Entre los instrumentos virtualesprediseñados en el software, destacamoslos que usamos para la lectura de lasseñales: un multímetro digital (DMM)con resolución de 5 ½ y un osciloscopio(OSC) con resolución de 8-bits y unavelocidad de muestreo de 100 MS/s. Elsoftware usado fue LabVIEW 2010 FullDevelopment System.

Resultados y discusión

Para la obtención de los ciclos dehistéresis, se usó el método inductivo conbobinado secundario compensado poraire. En los ensayos tradicionales, la se-ñal del bobinado inducido (i.e. bobina-do secundario) es integrada de formaanalógica en un equipo denominadofluxómetro para obtener la densidad deflujo magnético del material a ensayar.Con el advenimiento de la instrumen-tación virtual, se ha propuesto el reem-plazo de dicho instrumento por algúnalgoritmo de integración digital con o sintratamiento previo de la señal [3,4]. Estaimplementación trae como ventaja laerradicación del efecto negativo del «vol-taje de deriva» que presentan losfluxómetros y acarrean algunos incon-venientes a las medidas [5,6]. En nues-tro caso, la función integración que seempleó fue el método de suma Riemannizquierdo y en esta primera etapa deldesarrollo no se emplea ningún tipo detratamiento de la señal.

Fig. 2: Esquema del siste-ma de medición de ciclosde histéresis.



En la Fig. 2 se aprecia un esquemadel sistema de medición de ciclos dehistéresis. Para la generación de la in-ducción se programó una función ma-temática que permite una distribuciónno homogénea de puntos experimenta-les a adquirir con la posibilidad de ajus-tar su concentración en cualquier regiónde la curva. Una salida analógica de laELVIS envía esta información a unafuente programable de corriente la cualalimenta la bobina primaria.

El voltaje inducido en la bobina se-cundaria es introducido a la ELVIS me-diante el DDM que permite la lecturade voltajes de ~1mV. Los ciclos fuerontomados en forma cuasiestática a fre-

Fig. 3: Gráficas del panel frontal del programa de ciclos de histéresis.

cuencias menores de 50 mHz. En la Fig.3 se observan algunas gráficas del panelfrontal del programa de ciclos dehistéresis: M vs. H, H vs. tiempo y dB/dt vs. tiempo.

Para la determinación de la per-meabilidad magnética en frecuencia,también se usó el método inductivo conuna disposición semejante al de la Fig.2, salvo que no se hace uso de la fuentede potencia, ni se debe integrar el vol-taje inducido. Para la generación delcampo inductor se usó el FGEN de laELVIS con onda sinodal y para la deter-minación de la amplitud y la fase delvoltaje inducido en el secundario se uti-lizó la técnica del amplificador Lock-in[7].


Moya et al.

Existen en la literatura anteceden-tes recientes de diseño de amplificadoresLock-in virtuales implementados con elprograma de gestión de instrumentos yprocesamiento de datos Labview™ [8,9],el cual ha desarrollado unas libreríasdestinadas al tratamiento de señales.Dichas rutinas se encargan de la deter-minación de frecuencia y fase de la se-ñal de referencia, del mezclado de lareferencia y señal de entrada y de la ex-tracción de las componentes de la señalde entrada cuya frecuencia y fase fue-ron especificadas por la señal de refe-rencia. En todos los casos, estas libre-rías se deben adaptar no sólo alhardware que uno posee (la ELVIS, porejemplo) sino a las necesidades de lamedición en sí. En nuestro caso, las li-brerías de una aplicación de NI [10]fueron adaptadas de manera que tantola señal de referencia como la de medi-ción sean adquiridas por la DAC delOSC. En la Fig. 4 se muestra una ima-gen del panel frontal del programa dedeterminación de la permeabilidad y enla Fig. 5 se observa el diagrama de blo-ques del amplificador virtual Lock-in.

La evaluación y puesta a punto delamplificador Lock-in virtual fue lleva-da a cabo mediante varias series de me-didas a distintas frecuencias en el cir-cuito magnético usado para la mediciónde la permeabilidad magnética (secun-dario en vacío) y con la confrontacióncon un equipo analógico SR850(Stranford Research). En la Fig. 6.a seobservan las curvas obtenidas en las se-ries de frecuencias más bajas, donde lapotencia de la señal evaluada es más

baja: 1, 5 y 10kHz.Inicialmente, se cargó el circuito

primario (inductor) con un voltaje delorden de los μV (pico a pico) aumen-tando luego hasta los 10 V. A su vez, seregistró el voltaje en el circuito secun-dario (inducido) en valores de μV (pico)a medida que aumenta el voltaje delprimario. En todos los casos, se obtuvouna respuesta lineal del valor del voltajeinducido respecto del aplicado, comoseñala la teoría, salvo para valores devoltaje inducido menores de 70 o 100 μVdonde existe cierta incertidumbre (verFig. 6.b). Se supone que esto último esdebido al ruido electromagnético delambiente que impide detectar con nues-tro sistema la señal inducida cuando éstaes menor que dicho ruido. En la Fig. 7se registró el ruido presente en los bo-binados primario y secundario a gene-rador apagado con un resultado de 27.5y 3.5 μVp-p respectivamente. No obs-tante, el equipo es capaz de resolver va-lores de 10 μV, como se observa ya enlas medidas mayores a 100 μV.

Estos resultados son importantes yaque la resolución de 8-bits del OSC sólopermitiría detectar cambios de voltajede 156 μV. Sin embargo, las librerías delLock-in realizan un promedio de losvalores, lo que permite detectar señalesmenores que las cuantificadas por laDAC. De los resultados obtenidos seobservó que la sensibilidad del equipo,como era de esperar, depende muchode la calidad de la señal, que a la vezdepende entre otros factores de la cali-dad del transductor y calidad y longitudde los cables que portan las señales.



Fig. 5: Diagrama de bloques del amplificador Lock-in.

Fig. 4: Panel Frontal del programa de determinación de la permeabilidad.


Moya et al.

0 2 4 6 8 100

100

200

300

400

500

600

700

800

0.0 0.5 1.0 1.50

50

100

150

200

0 2 4 6 8 100

50

100

150

200 (c)

(b)

10kHz

5kHz

Vp,

sec

unda

rio [

V]

Vp-p

primario [V]

1kHz

(a)

1kHz

5kHz

10kHz

Vp,

sec

unda

rio

[V

]V

p-p primario [V]

1kHz

Lock-in Virtual RS830

Vp,

secu

ndar

io [V

]

Vp-p

primario [V]

Fig. 7: Ruido ambientepresente en los bobina-dos.

Fig. 6: Respuesta del Lock-in virtual en función de la amplitud de la señal. a) para frecuencias de 1, 5y 10 kHz. b) Ídem, detalle bajas amplitudes. c) Comparación entre la curva obtenida por el instrumen-to virtual y la obtenida por el instrumento analógico.



-4000 -2000 0 2000 4000

-100

0

100

M [

u.a]

H [A/m ]

Fig. 8: Ciclos de histéresis correspondiente a una varilla de acero inoxidable.

En la Fig. 6.c se comparan las medi-ciones obtenidas a 1kHz con el Lock-invirtual (condición desfavorable por el bajovalor de la señal a esas frecuencias) y lasobtenidas con el SR830. Se observa efec-tivamente la excelente respuesta delequipo analógico (preparado para detec-tar nV) en los valores bajos de inducción,en donde nuestro Lock-in virtual pierdela exactitud. A valores mayores a los 70mV ambos equipos comparten una mis-ma pendiente, separados apenas por unaconstante de aproximadamente 20 mVdebida, tal vez, a algún error de calibra-ción de alguno de los instrumentos.

Verificación experimental

En la Fig.8 se muestran los ciclos dehistéresis obtenidos en una varilla deacero inoxidable AISI 420 (dimensionesde la varilla: 1mm de diámetro y 200mmde largo) mediante un secundario de2000 vueltas. Durante el proceso deimanación se llegó hasta la saturacióndel material. Con este ciclo se obtuvoun valor del campo coercitivo de 820 A/m que concuerda con los valores en laliteratura [11]. En la misma figura tam-bién se pueden ver otros ciclos realiza-dos a valores menores de campos indu-cidos para observar la respuesta delequipo y su sensibilidad


Moya et al.

En la Fig. 9 se observan las medidasobtenidas de permeabilidad inicial, mi,sobre una cinta nanocristalina (dimen-siones 0,7 x 0,025 mm2 de sección y 10cm de largo) de composiciónFe73.5Si14.5B8Cu1Nb3(tipo FINEMET™)recocida a 540 °C.. El valor del campo

oscilante aplicado sobre la muestra fuede 0,47 A/m (rms). Tanto los valores demi como el comportamiento en frecuen-cia concuerdan con los datos de la lite-ratura y con experimentos realizadoscon equipos analógicos tradicionales[12].

Conclusión

Con un mismo equipo de bajo costose ha logrado desarrollar un sistema demediciones de propiedades magnéticasblandas de buena precisión.

Para la medición de los ciclos dehistéresis se usó, además, una fuente decorriente programable para llegar a

1k 10k 100k 1M 10M

103

104

105

Pe

rmea

bili

dad

inic

ial r

elta

liva

Frecuencia [Hz]

Fig. 9: Variación de la permeabilidad inicial en función de la frecuencia en cintas nanocristalinas.

campos aplicados mayores. No obstan-te, es posible usar las fuentes variablesincorporadas a la ELVIS con menorcampo efectivo (500 mA máx.)

Para la determinación de la per-meabilidad, basta sólo con el instrumen-to local, mientras que la aplicación deun campo DC superpuesto puede ha-cerse ya sea con las fuentes antes men-



tracer based on digital signal processingfor low frequency characterization ofextremely thin magnetic wires», Reviewof Scientific Instruments, vol. 80, no. 8,pág. 083906, 2009.

4. P. Kis, «Hysteresis measurement inLabView», Physica B: CondensedMatter, vol. 343, no. 1-4, págs. 357-363,Ene. 2004.

5. V. Franco, J. Ramos-Martos, y A. Conde,«Autocalibrating quasistatic M-Hhysteresis loop tracer with negligibledrift», Review of Scientific Instruments,vol. 67, no. 12, pág. 4167, 1996.

6. J. A. Garcia y M. Rivas, «A quasi-staticmagnetic hysteresis loop measurementsystem with drift correction», IEEETransactions on Magnetics, vol. 42, no. 1,págs. 15-17, Ene. 2006.

7. G. V. Duong, R. Groessinger, M. Schoenhart,y D. Bueno-Basques, «The lock-intechnique for studying magnetoelectriceffect», Journal of Magnetism andMagnetic Materials, vol. 316, no. 2, págs.390-393, Sep. 2007.

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9. M. Mandaji, T. Buckup, R. Rech, R. Correia,y T. Kist, «Performance of a sound cardas data acquisition system and a lock-inemulated by software in capillaryelectrophoresis», Talanta, vol. 71, no. 5,págs. 1998-2002, Mar. 2007.

10. «Multi Channel Count Lock-In Amplifier

cionadas o sumándole la componenteDC al campo generado por el FGEN.

Para incrementar la sensibilidad delsistema, especialmente en la detecciónde ciclos cuasiestáticos, puede añadirseun amplificador de bajo ruido entre elsecundario y la DAC, o bien adquirirseuna DAC de mayor resolución.

También, es posible agregar un tra-tamiento de la señal por software (trans-formada de Fourier) para eliminar rui-dos en las mediciones de los ciclos.

El dispositivo presentado constituyeuna excelente solución cuando elequipamiento disponible en el labora-torio es escaso.

Agradecimientos

Los autores desean agradecer a losdoctores Marco Coisson y FaustoFiorillo, del Istituto Nazionale di RicercaMetrologica (INRIM), Torino, por lavalorable y pronta ayuda durante la rea-lización del equipo para medir per-meabilidad magnética.

Referencias

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Moya et al.

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11. P. Oxley, J. Goodell, y R. Molt, «Magneticproperties of stainless steels at room andcryogenic temperatures», Journal of

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Reducción parcial del pasivo ambiental de Palpalá

J. R. Pérez 1 | C. Pérez Gómez 1

Resumen

Desde la puesta en marcha y producción de arrabio en los Altos Hornos de Zapla en el año 1945y posterior funcionamiento de sus plantas de acero, laminados y forjados, hasta la fecha, enPalpalá, Provincia de Jujuy se ha acumulado un inmenso volumen de residuos industriales en suparque externo (PE), adyacente a las playas del Río Grande y la Ruta Provincial 21, cercano aconglomerados urbanos, en pleno valle , origen de las célebres llanadas de Palpalá. Hoy, ajustadoa la normativa ambiental, se impone la necesidad de implementar un programa de reducción,reciclado económico y disposición final de los residuos dispuestos a cielo abierto en el área; loscuales contaminan de diversas formas al medio, sin que se hayan tomado medidas conducentesa remediar el impacto ambiental que provocan.

Palabras clave: Palpalá, pasivo, estío, reducción, oxidación, arrabio, colada, sanear.

Introducción

1 Escuela de Minas de la Universidad Nacional de Jujuy, Facultad de Ingeniería e Informática de laUniversidad Católica de Salta.

Al comienzo de la actividad indus-trial de Zapla y hasta transcurridos unos15 años, no se percibía con claridad lanecesidad de controlar la generación delos residuos industriales. Recién para losaños 60, se comenzó a reconocer las li-mitaciones de recuperación que abriganuestro ecosistema; y las medidas dealivio que el sector implementó fueronlas conocidas como de «final de tube-ría». Recién para los años 70, se llegó areconocer que la solución del problemaintegral, implica la necesidad de redu-

cir al mínimo la generación de los resi-duos industriales; y que ofrece signifi-cativas ventajas para el sector. No obs-tante, nuestro propósito no radica enhacer una evaluación, pero si diremosque un programa de saneamiento, re-cuperación y disposición final de estospasivos, es factible; para lo cual se de-ben caracterizar cuidadosamente losmateriales, elaborar un proyecto inte-gral, incluido un plan de prioridades concronograma de tiempos y su evaluación.En esta instancia, solo nos detendremospara destacar someramente algunosconceptos sobre estos materiales.

57- 68


Pérez & Pérez

Saneamiento de pasivos

En el diagrama de flujo de materia-les y producción, se han indicado losEfluentes Gaseosos (EG) operados enlos hornos y particularmente los residuosindustriales de las instalaciones desti-nadas al Parque Externo (PE), entrecuales se destacan los subproductos delos Altos Hornos y de la Planta de Pro-ducción de Acero. El parque indicadose sitúa al Norte del Centro Siderúrgi-co cercano al Río Grande. Dicho par-que alberga en mayor medida las esco-rias de los Altos Hornos (AA HH) cuyaexistencia se ha estimado en 1.500.000t, mientras que las correspondientes deAcería, incluidos los restos de colada, seestiman en 1.000.000 t. En cuanto al lla-mado Polvo de Ciclón (PDC), se esti-ma también una existencia de 500.000t. Para una mayor comprensión del es-pacio físico ver la foto satelital queacompaña al informe.

Escoria de Alto Horno

Las escorias de los Altos Hornos deZapla presentan una composición quí-mica muy variada, dependiendo estas delos minerales e insumos empleados parala producción del Arrabio. Principal-mente están constituidas por cuatro óxi-dos: CaO, MgO, Al2O3 y SiO2 y en menorproporción lo acompañan otros com-puestos como: FeO, MnO, TiO2. Inclu-so, una investigación más fina nos debellevar a determinar otros elementos quí-micos, incluido su estado de oxidaciónen el sitio. En Zapla se emplearon conéxito estas escorias para distintos usos,como material de construcción, rellenoy aislante térmico. Pero su uso poten-cial, va desde la producción de cal, ce-mentos especiales, lana mineral y otrasaplicaciones. El cuadro que sigue es in-dicativo de la composición química dealgunos de los minerales empleados enZapla y de las variadas escorias obteni-das en el proceso de reducción del AltoHorno. Los valores se expresan en %.

- - -

Descripción SiO2 Al2 O3 CaO MgO Mn P Fe S M9 de Octubre 16,31 6,06 1,72 0,72 0,15 0,68 48,8 0,057 M Pto. Viejo 25,43 7,99 2,06 0,68 0,09 0,62 41,5 0,052

M de Brasil 1,92 0,89 0,34 0,38 0,18 0,07 66,24 0,032 M de Chile 1,9 0,4 1,4 0,6 0,04 0,46 65,1 - Escoria de AHZ 40-45 10-15 30-40 0-5 - - - -

Minerales de Fe procesados en Zapla y escorias de los AAH


Caracterización geotécnica y análisis de estabilidad de los macizos rocosos

Escoria Thomas-OBM

La obtención de arrabio por reduc-ción de los minerales propios (M 9 de

Octubre- Puesto Viejo) da un productorico en fósforo, de la composición quí-mica aproximada que se indica:

Fe C Si Mn P S 93-94 3,4-3,7 0,3-05 0,4-0,7 1,8-1,9 0,025-0,04

En los convertidores de la Planta deAcería Thomas-OBM, las impurezasdel arrabio son oxidadas por inyecciónde aire/oxígeno y cal, produciendo ace-

Arrabio fosforoso de los AAHH de Zapla

P2 O5 CaO SiO2 MgO FeO 20 50 6 3 7

Escoria fosforosa del proceso de aceracióndel arrabio en el convertidor

ro y una escoria fosforosa que al primervuelco del convertidor presenta mas omenos la siguiente composición quími-ca:

Este producto convenientementemolido constituye el abono fosfatadoThomas que producía y comercializabaAHZ, donde el fósforo y la cal (CaO)cumplen funciones vitales en la mejorade la calidad de los suelos. También es-tas escorias como asimismo las prove-nientes de la Acería Eléctrica son sus-ceptibles de ser usadas para otros finescomo la producción de cal y otros ma-teriales de construcción.

Restos de Coladas

Estos materiales, roturados, se-leccionados y dimensionados se usantambién como chatarra, aptos para laproducción de Acero Eléctrico o Fundi-ción Gris en Hornos de Cubilote.

Polvo de Ciclón (PDC)

Como se expresa en la introducciónla estimación de Polvo de Ciclón(PDC)en el Parque Externo (PE) esconsiderable y el stock deberá ser moti-vo de una ponderación cuidadosa. Antela necesidad de sanear el área en elmarco de un proyecto sustentable ajus-tado al Derecho Ambiental, se proponeen principio abordar la temática con laaplicación práctica tendiente al uso o re-ciclado conveniente de el PDC acumu-lado, por tratarse del residual que sehalla más cercano a los pobladores asen-tados en su área de influencia y que lle-gada la temporada del estío se produ-cen incendios que afectan a la pobla-ción, su economía de subsistencia y al


Pérez & Pérez

ambiente con su aporte de gases de efec-to invernadero (GEI), también respon-sables en alguna medida del CambioClimático.

Por otra parte la metodologíaimplementada en el proyecto relativa ala tecnología de los tratamientos de re-siduos industriales físicos químicos, tér-micos, marco legal, etc. podrán servir alos fines de abordar la temática relativaa la recuperación de las escorias de losAAHH y de los convertidores, que ob-viamente en razón de sus volúmenesinvolucrarían emprendimiento de ma-yor envergadura. Asimismo, también elcriterio podrá servir a los fines del tra-tamiento y remediación de otros sitioscontaminados, como por ejemplo la pla-ya del ferro carril, el parque de escorias

de la Empresa Fundinor, el antiguo pre-dio de Mina Pirquitas , etc.

Saneamiento del PE de Polvo deCiclón (PDC)

El PDC es el residual que acompa-ña al gas del alto horno a la salida por eltragante y luego es separado en los ci-clones y filtros de mangas de la plantarespectiva como se aprecia en la Figu-ra que ilustra el esquema de la instala-ción del Alto Horno y sus periféricos.Este subproducto luego es transporta-do en vagones o camiones al Parque Ex-terno (PE) donde se halla actualmenteestacionado con las ulterioridades queprovoca en el ambiente.

Producto

#

Peso

g

%

-

C

%

Residuos

%

SiO2

%

Fe

%

Cabeza - - 80,46 19,54 1,53 12,6

-10 + 18 32,8 3,4 86,53 13,47 1,62 8,29

+ 35 114,6 11,87 90,51 9,49 - 7,02

+ 50 107,8 11,16 90,80 9,20 - 6,76

+ 100 211,4 21,89 89,11 10,89 0,30 7,41

+ 140 137,8 14,27 86,55 13,45 0,95 8,74

+ 200 95,4 9,88 82,04 17,96 2,16 11,05

+ 270 45 4,66 78,29 21,71 4,32 18,1

+ 400 72,7 7,53 69,8 30,20 - 15,18

- 400 148,1 15,34 51,15 48,85 28,57 14,18

965,6 100

Muestra de Polvo de Ciclón procedente del Parque Externo de Zapla (28.09.07)

Análisis granulométrico húmedo. Análisis químico (18.10.07)



A los efectos de definir el tratamientomas adecuado se ha tomado una mues-tra de PDC y se ha sometido a un análi-sis granulométrico y químico estudián-dose las fracciones, los elementos y sus-tancias como el carbono (C), el hierro(Fe) y la sílice (SiO2). Los resultados seindican en el cuadro « Muestra de Polvode Ciclón» que sigue, donde se presen-tan datos de los tamices empleados, car-bono, residuo de calcinación, hierro y sí-lice. Se aprecia que las fracciones com-prendidas entre los tamices - 10 mallas

y +200 mallas, registran porcentajes decarbono superior al 80 %. Mientras quelos tamices que retienen las fracciones+ 400 y – 400 mallas registran porcen-tajes superiores al 30 % de residuos decalcinación que involucra valores rela-tivamente altos de hierro y sílice

También otra muestra de PDC fuesometida a la acción de un campo mag-nético de intensidad variable,obteniéndose los valores que se consig-nan seguidamente:

Usos potenciales del PDC

La aplicación del PDC con valo-res de C superiores al 80 % se estimaimportante poder emplearlo como com-bustible en calderas generadoras de va-por, hornos rotativos de cemento y otrasinstalaciones de la industria metalúrgi-ca y siderúrgica, como la inyección portoberas en los altos hornos donde se haprobado con éxito aplicaciones de hasta150 Kg por tonelada de arrabio. Mien-tras que las fracciones finas (+270 - 400mallas) podría ser idóneo incorporarlasal suelo como enmiendas.

Ensayo metalúrgico de muestra de PDC procedente del Parque externo de AHZ,realizado en el Instituto de Tecnología de los Minerales (INTEMI) el 13.12.07

Polvo de ciclón Carbono Res de Calc Sílice Hierro

- % % % %

No Magnético 82,59 17,41 2,21 15,21

B1 Magnético 36,36 63.54 4,94 58,70

B2 Magnético 68,53 31,74 3,69 27,78

En relación a los resultados del cua-dro precedente, se desprende: a) unproducto no magnético de elevado con-tenido en C y bajo contenido de Fe, b)un producto B1 magnético de conteni-do medio de C y elevado tenor de Fe,coincidente con el hecho de haber pa-sado por un campo magnético de bajaintensidad y c) un producto B2 magné-tico de un contenido medio de C, comoasí también de Fe, este producto estuvosometido a un campo magnético demayor intensidad. experiencias de inves-tigación y control que se deben llevarrealizar a escala reducida.


Pérez & Pérez

En relación al producto B1 magné-tico podría ser sometido a una opera-ción de optimización y enriquecimientodel mineral de Fe para luego serpeletizado, secado y empleado comocarga metálica en el horno eléctrico parala producción de acero.

Con una muestra de PDC retenidoen el tamiz de 140 mallas se determinóel poder calorífico inferior (PCI) en unabomba calorimétrica dando 4.851 Kcal/Kg equivalentes a 20.306 KJ/Kg. Se des-taca que el poder calorífico de lasbriquetas de carbón varía entre 5.200 y5.300 Kcal/Kg. Este producto se cita porestar fabricado con finos de carbón ve-getal de tamaños menores de 12 mm.

El poder calorífico del carbón vege-tal depende de varios parámetros comola madera, su estacionamiento, procesode carbonización, humedad, etc. Susvalores típicos están comprendidos en-tre 6.600 y 7.200 Kcal/Kg y el parámetromas empleado, indicativo de la calidaddel producto es el carbono fijo.

Conclusiones

De los revelamientos de campo rea-lizados y de los ensayos preliminaresefectuados, surge la necesidad del sa-neamiento de los pasivos acumulados enel Parque Externo, comenzando con elde PDC. Resulta imperante abordar eltema con total responsabilidad. Para locual habrá que realizar los estudios per-tinentes, tales como ensayos en plantapiloto, estudios técnicos, económicos, deimpacto ambiental, etc.

Además habrá que involucrar perso-nal idóneo, planificar las acciones quepermitan el desarrollo de la infraestruc-tura técnica, administrativa y de gestiónque hagan posible la concreción del pro-yecto. Asimismo habrá que involucrartambién a las instituciones como Ace-ros Zapla, El Municipio, Universidades,ONGs, y Empresas, para articular lasmedidas apropiadas al tema concreto desaneamiento.

La implementación del proyecto po-drá servir a múltiples propósitos, enprimer lugar, para definir una metodo-logía de trabajo que podrá ser aplicadaluego para el saneamiento de otros pa-sivos y sitios contaminados en el entor-no del área industrial, particularmentecontaminados con residuos provenien-tes del tratamiento de concentrados deminerales de metales pesados, proce-sados en los parques industriales dePalpalá, Alto la Torre y La Noria –RíoBlanco.

También el saneamiento del sitiopropuesto podrá generar fuentes de tra-bajo dignas, con producción de bienescon valor agregado, como asimismo in-cidir en la toma de conciencia en la co-munidad y de la sociedad en general,sobre la necesidad de poner en valor unespacio totalmente antropizado, e ins-talado en el área protegida de LasYungas, donde hoy lucen ciertamente unaspecto deprimente.

Por último, resulta oportuno desta-car que el proyecto del saneamiento yrecuperación del polvo de ciclón , comoasimismo la de otros pasivos, se encua-



dra totalmente en las instrucciones queel Defensor del Pueblo de la Naciónmediante Resolución 048/08, exhorta alos gobiernos provincial y municipal aconvocar a una Audiencia Pública parainformar y responder los interrogantes

relativos a la calidad ambiental local ycrear una Comisión entre sus actorespara diseñar un plan que garantice lareconversión ambiental de las industriasinstaladas en Palpalá y neutralice los ries-gos de impactos individuales y colectivos.

Áreas urbanas, suburbanas, espacios verdes y parques industriales


Pérez & Pérez

Diagrama de flujo de materiales de AHZ-AZ



Esquema de la instalación del Alto Horno y sus periféricos


Pérez & Pérez

Parque externo de AHZ-AZ



Vertedero de RSU en playa del Río Grande – Parque externo de escorias

Polvo de Ciclón en parque ex-terno


Pérez & Pérez

Referencias

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4. Lovelock james.2007. La venganza de la tie-rra. Bs. As. Planeta

5. Nicodemo Miguel Ángel. 2003. Mis prime-ros 50 años en la siderurgia del país, sunacimiento y desarrollo. UNJU

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Minería de datos aplicada a la acción social enla provincia de Salta

G. R. Rivadera1

Resumen

Actualmente es más difícil para el gobierno provincial poder satisfacer en forma oportuna yeficaz la demanda por ayuda social de amplios sectores de la población. Una de las mayoreslimitaciones a este esfuerzo es la falta de repositorios de información sobre las necesidades delas personas, y por consiguiente, de modelos de análisis adecuados que ayuden a la identifica-ción de necesidades no evidentes en la población carente de recursos.Este trabajo de investigación propone una solución desde la informática, implementando unsistema que recoja información relevante de las actividades de acción social en el municipio deRosario de Lerma, las integre de forma adecuada en un almacén de datos (Datawarehouse) y lasanalice con modelos adecuados de minería de datos, de forma de ayudar en la planificaciónestratégica, organización y control de las actividades de acción social que se realizan desde elmunicipio. Sobre todo se centra en los modelos de análisis de minería de datos, aporte novedosoen este ámbito, ya que no existen trabajos similares en nuestro país. En este informe, y porcuestiones de espacio, nos centraremos básicamente en el estudio de minería de datos.

Palabras Clave : almacenes de datos – acción social – análisis de datos – minería de datos

1 Facultad de Ingeniería e Informática, UCASAL,

Introducción

Actualmente es cada vez más difícilpara el gobierno provincial poder satis-facer en forma oportuna y eficaz la de-manda por ayuda social de amplios sec-tores de la población. Una de las mayo-res limitaciones a este esfuerzo es la falta

de repositorios de información sobre lasnecesidades de las personas, y por con-siguiente, de modelos de análisis ade-cuados que ayuden a la identificación denecesidades no evidentes en la pobla-ción carente de recursos. Este proyectode investigación propone el diseño de unsistema de gestión y análisis de datos de

69-72


. Rivadera

Estado de la cuestión

Estado de los sistemas de gestiónsocial en Argentina y en particular enla Provincia de Salta

Actualmente la Republica Argentina tie-ne índices de pobreza que superan el25%. Este problema se traduce en quemuchos de sus habitantes no tienen lossuficientes recursos para alcanzar unnivel de vida adecuado a los estándaresmundiales. Si bien se entiende muchodel progreso social y económico del paísse lograría con adecuadas fuentes detrabajo e ingreso económico, surge lanecesidad de paliar o ayudar a las per-sonas a corto plazo mediante programasde acción social. Los gobiernos hanimplementado, durante muchos años,tanto a nivel nacional como provincial,muchos programas de este tipo. Estosprogramas intentan paliar la situaciónde pobreza de las personas en forma deayudas alimentarias y materiales. Sin

ayuda social en la provincia de Salta. Estesistema engloba por una parte diseñare implementar un subsistema de regis-tro y gestión de los datos, con un para-digma orientado a objetos, utilizando lametodología Métrica, Versión III,implementado en el lenguaje C# deMicrosoft. Por otra parte, se pretendeel diseño de un subsistema de análisismultidimensional de los datos, y unsubsistema de análisis mediante técni-cas de minería de datos.

embargo, a lo largo de la historia, siem-pre existieron varios problemas en larealización de los mismos. Podemos sin-tetizarlos en los siguientes párrafos:• Alcance: Un problema grave es queno todos los programas alcanzan a la po-blación que realmente los necesita.Muchas veces, por cuestiones políticasy de partidismo, se otorgan ayudas apersonas que son cercanas al grupo depoder de turno, o en cambio se dan alas personas que mas frecuentan loscentros de distribución, o las que rein-ciden con más insistencia.·• Oportunidad: Otro problema es elhecho de que, de llegar la ayuda social ala persona que la necesita, en algunoscasos lo entregado no corresponde conla necesidad real de la persona. Es de-cir, por dar un caso, si la persona convi-ve en un núcleo habitacional saturado,con muchas otras personas, al carecerde una planificación e información ade-cuada, se le brinda la ayuda menos ur-gente, por no decir equivocada, y se leentrega por ejemplo una caja de comi-da, u otras cuestiones ajenas a su pro-blemática esencial de ese momento, quees la habitacional.• Falta de pro-actividad: La mayoríade los programas sociales son reactivos.Esto es, por lo general se informa a lapoblación de que se está ayudando detal o cual forma, y se la cita en un lugardeterminado lugar, donde se hace en-trega de la ayuda social en sus variasformas. Sin embargo, muchas veces esnecesario implementar programasproactivos, esto es, que resuelvan los


Minería de datos aplicada a la acción social en la provincia de Salta

problemas sociales in-situ, y que se acer-quen a los que más lo necesitan, quecomo se dijo en el inciso a) no son losque necesariamente están en el centrode distribución de la ayuda social.

De alguna forma, este trabajo pre-tende aportar un principio de solucióna los problemas mencionados, desde laóptica de la ingeniería del software y elanálisis de datos, dado que entendemosque la falta de información oportuna yel análisis de los mismos ocasionan es-tos problemas.

Modelos de minería de datosestudiados

Introducción

Este proyecto de investigación esta-ba estructurado en tres partes bien di-ferenciadas. La primera consistía enimplementar un sistema transaccionalde carga de datos de encuestas y asis-tencias sociales. La segunda implicabala creación de un repositorio de datos oDatawarehouse, a partir del cual sepodría analizar los datos mediante téc-nicas dimensionales. La tercera, parte,tal vez la más importante del proyecto,era la creación de modelos de mineríade datos, tomados a partir de vistasminables del datawarehouse creado enla etapa anterior.

Todas las etapas del proyecto fueronrealizadas con éxito. En particular en laúltima etapa, se desarrollaron las si-guientes tareas de minería de datos, enbase a la metodología CRISP-DM ele-gida para el desarrollo de esta etapa2:

• Definición de los objetivos de estu-dio para la etapa de minería de datosdel proyecto• Exploración estadística y general delos datos del almacén de datos• Limpieza de los datos• Análisis de agrupamiento(clustering) de la población• Análisis de agrupamiento(clustering) sobre datos de asistencias ala población• Planificación estratégica de las ayu-das del área de Acción Social en lo refe-rido a las proyecciones necesarias sobreel otorgamiento de los diferentes tiposde ayudas a las personas con MicrosoftTime Series (MTS)• Exploración de datos de asistenciasusando el algoritmo Naïve Bayes• Exploración de datos de asistenciasusando el algoritmo de clasificación ypredicción de árboles de decisión (Cla-sificación con Microsoft Decision Trees)• Estudio de la secuencia temporal depeticiones de asistencias de las perso-nas (algoritmo Microsoft SequenceClustering)

2 Por cuestiones de espacio también es imposible realizar una explicación detallada de CRISP-DM.Para mayor información sobre la misma se puede recurrir a


. Rivadera

• Exploración de las relaciones entrelos distintos tipos de peticiones de ayu-das de las personas, análisis de reglasde asociación (Asociation Rules)• Análisis estadístico exploratorio dedatos de satisfacción de atención del per-sonal• Análisis de agrupamiento(clustering) sobre datos de satisfacciónde atención del personal• Métodos para la evaluación de losmodelos presentados

Podemos clasificar los estudios rea-lizados también de esta forma, según eltipo de análisis realizado, y las técnicasutilizadas:

·Análisis de agrupamiento (Clustering)

• Sobre datos de asistencias a la po-blación• Sobre datos de satisfacción deatención del personal del áreaAnálisis sobre datos de asistencias• Planificación estratégica de lasayudas del área de Acción Social enlo referido a las proyecciones nece-sarias sobre el otorgamiento de losdiferentes tipos de ayudas a las per-sonas con Microsoft Time Series(MTS)• Exploración de datos de asisten-cias usando el algoritmo Naïve Bayes• Exploración de datos de asisten-cias usando el algoritmo de clasifi-cación y predicción de árboles dedecisión (Clasificación con MicrosoftDecision Trees)

• Estudio de la secuencia temporalde peticiones de asistencias de laspersonas (algoritmo MicrosoftSequence Clustering)• ·Exploración de las relaciones en-tre los distintos tipos de peticionesde ayudas de las personas, análisis dereglas de asociación (AsociationRules)

A Continuación explicaremos sólouno de los estudios realizados, el deagrupamiento de la población con re-des neuronales SOFM, ya que por cues-tiones de espacio, sería imposible des-cribir todos los estudios realizados eneste artículo. De todas formas, es posi-ble consultar los demás estudios en losinformes de avance presentados y en lamemoria final del proyecto de investi-gación, en el Consejo de Investigacio-nes de la UCASAL.

Análisis de agrupamiento(Clustering)

Sobre datos de la población (demo-grafía)

Para este análisis se usaron las téc-nicas de Redes neuronales con mapasauto organizados (SOM) y agrupamien-to mediante K-Means. Los datos se ana-lizaron con la herramienta Statistica,versión 8, un software propietario co-mercial del que se dispone una versiónde prueba.

En la fig. 1 y 2 se muestran las dospantallas donde se especifica el tamaño


Minería de datos aplicada a la acción social en la Provincia de Salta

de la red, los ciclos de entrenamiento, yotros parámetros relacionados con lainicialización de la red. Inicialmente sehabía definido una red de 9x9, sin em-bargo, se terminó usando una red de11x11 ya que en las diferentes pruebas

realizadas con anterioridad a la que semuestra, se encontró que esta es la con-figuración con menos error, como mues-tra la Fig 3. En la Fig. 4 se muestra elresultado de la ejecución delalgoritmoSOFM con la red de 11x11.

Fig.1 Ejemplo de parametrización de Kohonen en Statistica (ejemplo 9x9)


. Rivadera

Fig.2 Parámetros adicionales en la parametrización de Kohonen (ejemplo 9x9).



Fig.4 Resultado del algoritmo en forma gráfica.

Fig. 3 Error encontrado en varias aproximaciones.

Summary of active networks (VistaMinable2.sta) Index Net.name Training error Test error Training algorithm

1 SOFM 194-81 3,043309 2,913447 Kohonen10 Summary of active networks (VistaMinable2.sta)

Index Net.name Training error Test error Training algorithm 2 SOFM 194-100 2,923745 2,759579 Kohonen10

Summary of active networks (VistaMinable2.sta) Index Net.name Training error Test error Training algorithm

3 SOFM 194-121 2,874457 2,732012 Kohonen10


. Rivadera

W

eights spreadsheet (V

istaMin

able2.sta)N

etwork: 12.SO

FM 20-8

1

Inputs(1, 1)

(1, 2)

(1, 3)(1

, 4)(1

, 5)(1, 6)

(1, 7)

(1, 8)(1, 9)

ZonaB

arrioS

exoE

stadoCivil

Edad

Paren

tescoC

obraAsigU

niversal

CobraInterT

abaco

Discapacidad

Enferm

edadC

oberturaS

alud

Desnutrid

oO

cupacionT

rabaja

NoO

cupacion

0,361861

0,342403

0,357666

0,700808

0,0531631,0000

000,0000

001,000000

0,99970,5871

560,3956

120,7421

650,3200

871,000000

0,992506

0,000000

0,9854280,9999

0,802173

0,485472

0,848366

0,355366

1,0000000,9605

920,0000

000,995324

0,15790,5613

950,5173

900,6604

480,6251

571,000000

0,217690

0,000000

0,0014570,1798

0,250010

0,377672

0,840515

0,321239

1,0000000,0211

410,0000

000,000000

0,15050,5030

590,3639

260,0790

570,1594

241,000000

0,000000

0,000000

0,4244540,1585

0,413174

0,355647

0,098933

0,429661

1,0000000,0000

000,0000

000,990938

0,31060,4085

130,0589

260,1771

600,4501

091,000000

0,000000

0,103021

1,0000000,2465

0,360747

0,071146

0,336685

0,724005

0,5442350,4371

830,3096

831,000000

0,14290,4191

810,1074

970,5992

460,6982

970,000000

0,341024

0,505175

0,9998670,1428

0,379564

0,108534

0,705099

0,372074

1,0000000,2189

650,6696

850,996835

0,14470,6480

870,4982

870,7105

500,1867

011,000000

0,022742

0,565590

0,0678250,1440

0,602049

0,444419

0,585779

0,533789

1,0000000,0248

620,4830

910,767472

0,14800,7314

190,6362

720,5694

130,3677

890,993713

0,000000

0,291529

0,0000000,1655

Fig. 5 Ejem

plo de tabla de pesos resultantes en la red



3.2.2 Evaluación de los resultados:Al realizar el análisis sobre los datos

obtenidos de la red de Kohonen, nosencontramos con la gran cantidad deneuronas a analizar, así se decidió ex-portar la matriz de clasificación a la basede datos original de SQL Server, y des-de allí diseñar el procedimiento alma-cenado que se muestra a continuación,

para obtener una idea general de losdatos relevantes en cada agrupamiento.La idea fue utilizar la moda, como elvalor que más se repite en cada grupopara las variables categóricas, y otrosindicadores estadísticos para las conti-nuas, y además analizar algunos gruposde especial interés. La tabla obtenidadel análisis con este procedimiento semuestra más abajo (Tabla 1).

CREATE PROCEDURE AnalizarKohonen AS

BEGIN

CREATE TABLE #Aux(

[Neuron ID] int,

Cantidad int,

EdadPromedio float,

EdadMaxima float,

EdadMinima float,

MedianaEdad float,

IngresoMensualProm float,

IngresoMensualMax float,

IngresoMensualMin float,

MedianaIngreso float,

[Neuron location] nvarchar(50),

ZonaBarrio nvarchar(100),

Sexo nvarchar(100),

EstadoCivil nvarchar(100),

Parentesco nvarchar(100),


. Rivadera

Oficio nvarchar(100),

BolsonAlimentario nvarchar(100),

Ocupacion nvarchar(100),

Trabaja nvarchar(100),

NoOcupacion nvarchar(100),

FuenteIngresosnvarchar(100),

AporteJub nvarchar(100),

CobraAsigFam nvarchar(100),

CobraAsigUniversal nvarchar(100),

CobraInterTabaco nvarchar(100),

Discapacidad nvarchar(100),

Enfermedad nvarchar(100),

CoberturaSaludnvarchar(100),

Desnutrido nvarchar(100))

DECLARE Cur CURSOR

READ_ONLY

FOR

SELECT

DISTINCT [Neuron ID],[Neuron location]

/*[Activation],Edad,IngresoMensual,[Neuronlocation],ZonaBarrio,Sexo,

EstadoCivil,Parentesco,Oficio,BolsonAlimentario,Ocupacion,Trabaja,No

Ocupacion,FuenteIngresos,

AporteJub,CobraAsigFam,CobraAsigUniversal,CobraInterTabaco,Discapacidad,

Enfermedad,Cobertur aSalud,Desnutrido*



WHILE (@@fetch_status <> -1)

BEGIN

IF (@@fetch_status <> -2)

BEGIN

INSERT INTO #Aux SELECT @NeuronID,NULL AS Cantidad, NULLAS EdadPromedio,NULL AS EdadMaxima,NULL AS EdadMinima,NULL ASMedianaEdad,

NULL AS IngresoMensualProm,NULL AS IngresoMensualMax,NULLAS IngresoMensualMin,NULL AS MedianaIngreso,@Neuronlocation ASNeuronlocation,

NULL AS ZonaBarrio,NULL AS Sexo,

NULL AS EstadoCivil,NULL AS Parentesco,NULL AS Oficio,NULLAS BolsonAlimentario, NULL AS Ocupacion,NULL AS Trabaja, NULLAS NoOcupacion,

NULL AS FuenteIngresos, NULL AS AporteJub, NULL ASCobraAsigFam, NULL AS CobraAsigUniversal,NULL ASCobraInterTabaco,NULL AS Discapacidad,

NULL AS Enfermedad, NULL AS CoberturaSalud, NULL ASDesnutrido

—Mediana ZonaBarrio

UPDATE #Aux SET ZonaBarrio = (

SELECT TOP 1 WITH ties ZonaBarrio

FROM Kohonen11

WHERE ZonaBarrio IS Not NULL AND [Neuron ID] = @NeuronID

GROUP BY ZonaBarrio

ORDER BY COUNT(*) DESC)

WHERE [Neuron ID] = @NeuronID

—Mediana Sexo

UPDATE #Aux SET Sexo = (


. Rivadera

SELECT TOP 1 WITH ties Sexo

FROM Kohonen11

WHERE Sexo IS Not NULL AND [Neuron ID] = @NeuronID

GROUP BY Sexo



—EstadoCivil

UPDATE #Aux SET EstadoCivil = (

SELECT TOP 1 WITH ties EstadoCivil

FROM Kohonen11

WHERE EstadoCivil IS Not NULL AND [Neuron ID] = @NeuronID

GROUP BY EstadoCivil



—Parentesco

UPDATE #Aux SET Parentesco = (

SELECT TOP 1 WITH ties Parentesco

FROM Kohonen11

WHERE Parentesco IS Not NULL AND [Neuron ID] = @NeuronID

GROUP BY Parentesco



—Oficio

UPDATE #Aux SET Oficio = (



SELECT TOP 1 WITH ties Oficio

FROM Kohonen11

WHERE Oficio IS Not NULL AND [Neuron ID] = @NeuronID

GROUP BY Oficio



—BolsonAlimentario

UPDATE #Aux SET BolsonAlimentario = (

SELECT TOP 1 WITH ties BolsonAlimentario

FROM Kohonen11

WHERE BolsonAlimentario IS Not NULL AND [Neuron ID] =@NeuronID

GROUP BY BolsonAlimentario



—Ocupacion

UPDATE #Aux SET Ocupacion = (

SELECT TOP 1 WITH ties Ocupacion

FROM Kohonen11

WHERE Ocupacion IS Not NULL AND [Neuron ID] = @NeuronID

GROUP BY Ocupacion



—Trabaja

UPDATE #Aux SET Trabaja= (

SELECT TOP 1 WITH ties Trabaja


. Rivadera

FROM Kohonen11

WHERE Trabaja IS Not NULL AND [Neuron ID] = @NeuronID

GROUP BY Trabaja



—NoOcupacion

UPDATE #Aux SET NoOcupacion = (

SELECT TOP 1 WITH ties NoOcupacion

FROM Kohonen11

WHERE NoOcupacion IS Not NULL AND [Neuron ID] = @NeuronID

GROUP BY NoOcupacion



—FuenteIngresos

UPDATE #Aux SET FuenteIngresos = (

SELECT TOP 1 WITH ties FuenteIngresos

FROM Kohonen11

WHERE FuenteIngresos IS Not NULL AND [Neuron ID] =@NeuronID

GROUP BY FuenteIngresos



—AporteJub

UPDATE #Aux SET AporteJub = (

SELECT TOP 1 WITH ties AporteJub



FROM Kohonen11

WHERE AporteJub IS Not NULL AND [Neuron ID] = @NeuronID

GROUP BY AporteJub



—CobraAsigFam

UPDATE #Aux SET CobraAsigFam= (

SELECT TOP 1 WITH ties CobraAsigFam

FROM Kohonen11

WHERE CobraAsigFam IS Not NULL AND [Neuron ID] =@NeuronID

GROUP BY CobraAsigFam



—CobraAsigUniversal

UPDATE #Aux SET CobraAsigUniversal= (

SELECT TOP 1 WITH ties CobraAsigUniversal

FROM Kohonen11

WHERE CobraAsigUniversal IS Not NULL AND [Neuron ID] =@NeuronID

GROUP BY CobraAsigUniversal



—CobraInterTabaco

UPDATE #Aux SET CobraInterTabaco= (


. Rivadera

SELECT TOP 1 WITH ties CobraInterTabaco

FROM Kohonen11

WHERE CobraInterTabaco IS Not NULL AND [Neuron ID] =@NeuronID

GROUP BY CobraInterTabaco



—Discapacidad

UPDATE #Aux SET Discapacidad= (

SELECT TOP 1 WITH ties Discapacidad

FROM Kohonen11

WHERE Discapacidad IS Not NULL AND [Neuron ID] =@NeuronID

GROUP BY Discapacidad



—Enfermedad

UPDATE #Aux SET Enfermedad= (

SELECT TOP 1 WITH ties Enfermedad

FROM Kohonen11

WHERE Enfermedad IS Not NULL AND [Neuron ID] = @NeuronID

GROUP BY Enfermedad



—CoberturaSalud

UPDATE #Aux SET CoberturaSalud= (



SELECT TOP 1 WITH ties CoberturaSalud

FROM Kohonen11

WHERE CoberturaSalud IS Not NULL AND [Neuron ID] =@NeuronID

GROUP BY CoberturaSalud



—Desnutrido

UPDATE #Aux SET Desnutrido= (

SELECT TOP 1 WITH ties Desnutrido

FROM Kohonen11

WHERE Desnutrido IS Not NULL AND [Neuron ID] = @NeuronID

GROUP BY Desnutrido



—Mediciones de Edad

UPDATE #Aux SET EdadPromedio = (

SELECT CONVERT(INT,AVG(Edad)) FROM Kohonen11 WHERE Edad ISNot NULL AND [Neuron ID] = @NeuronID),

EdadMaxima=(

SELECT CONVERT(INT,MAX(Edad)) FROM Kohonen11 WHERE Edad ISNot NULL AND [Neuron ID] = @NeuronID),

EdadMinima =(

SELECT CONVERT(INT,MIN(Edad)) FROM Kohonen11 WHERE Edad ISNot NULL AND [Neuron ID] = @NeuronID),

Cantidad = (SELECT COUNT(Edad)FROM Kohonen11 WHERE Edad ISNot NULL AND [Neuron ID] = @NeuronID)


. Rivadera


UPDATE #Aux SET MedianaEdad = (

SELECT TOP 1 WITH ties Edad

FROM Kohonen11

WHERE Edad IS Not NULL AND [Neuron ID] = @NeuronID

GROUP BY Edad



—Ingreso Mensual

UPDATE #Aux SET IngresoMensualProm = (

SELECT CONVERT(DECIMAL(18,2),AVG(IngresoMensual)) FROMKohonen11 WHERE IngresoMensual IS Not NULL AND [Neuron ID] =@NeuronID),

IngresoMensualMax= (

SELECT CONVERT(DECIMAL(18,2),MAX(IngresoMensual)) FROMKohonen11 WHERE IngresoMensual IS Not NULL AND [Neuron ID] =@NeuronID),

IngresoMensualMin=(

SELECT CONVERT(DECIMAL(18,2),MIN(IngresoMensual)) FROMKohonen11 WHERE IngresoMensual IS Not NULL AND [Neuron ID] =@NeuronID)


UPDATE #Aux SET MedianaIngreso = (

SELECT TOP 1 WITH ties IngresoMensual



FROM Kohonen11

WHERE IngresoMensual IS Not NULL AND [Neuron ID] =@NeuronID

GROUP BY IngresoMensual



END

FETCH NEXT FROM Cur INTO @NeuronID,@Neuronlocation

/*,@Activation,@Edad,@IngresoMensual,@Neuronlocation,@ZonaBarrio,@Sexo,

@EstadoCivil,@Parentesco,@Oficio,@BolsonAlimentario,

@Ocupacion,@Trabaja,@NoOcupacion,@FuenteIngresos,@AporteJub,

@CobraAsigFam,@CobraAsigUniversal,@CobraInterTabaco,@Discapacidad,

@Enfermedad,@CoberturaSalud,@Desnutrido */

END

CLOSE Cur

DEALLOCATE Cur

SELECT * FROM #Aux order by [Neuron ID]

END


. Rivadera

3.3.3 Conclusiones de Clustering conKohonen

Se pueden observar varios grupos cla-ramente diferenciados, vinculando losgrupos de las diferentes neuronas:Grupo 1: Mujeres casadas amas de casasin cobertura social en las zonas 1, 7 y 4.Grupo 2: Mujeres en concubinato amasde casa sin cobertura social en las zona 1.Grupo 3: Mujeres solteras, mayormenteestudiantes, en las zonas 1, 7 y 4.Grupo 4: Mujeres casadas amas de casasin cobertura social en las zonas 4, 5 y 3Grupo 5: Mujeres solteras sin coberturasocial en las zona 1Grupo 6: Mujeres solteras jefes de hogarsin trabajo ni cobertura en la zona 1.Grupo 7: Hombres casados con trabajosin cobertura de saludGrupo 8: Hombres solteros estudiantesen su mayoría sin cobertura de salud enzonas 1,4,5,6,7.Grupo 9: Hombre casados jefes de ho-gar, que no trabajan o jubilados en zona4.Grupo 10: Hombre solteros jefe de ho-gar que tienen trabajo con cobertura enzonas 5,4 y 2.Grupo 11: Hombres casados jubiladoscon cobertura de salud PAMI.

Existen muchos otros grupos pun-tuales, para un análisis exhaustivo sepuede analizar sencillamente la matrizpresentada anteriormente. De todas for-mas, esta matriz y el gráfico nos permi-ten concluir que los grupos de más ries-gos serían el 1 y el 6, y que la zona 1 es laque posee una mayor incidencia de ca-

sos de riesgo, y por lo tanto a la que ha-bría que apuntar inicialmente en la co-bertura de acción social.

Ver Tabla I

3.3.4 Validación del modelo con K-means

Para validar y contrastar los datosobtenidos anteriormente, usamos el al-goritmo de K-medias (K-means) delmismo software Statistica. Para ello usa-mos la opción de Generalized ClusterAnalysis con K-means, como se muestraen la Fig. 7. A continuación separametriza el algoritmo, se le coloca unacantidad de Clusters entre 10 y 50 (paraque se encuentre en el rango obtenidocon SOFM), y además se marca la op-ción de que realice una validación cru-zada (V-fold cross validation), Fig. 8.

3.3.5 Análisis y resultados con K-means

En este caso, los resultados se ob-tienen de forma más directa, ya que elmismo algoritmo nos proporciona lamatriz de grupos, que se muestra en laTabla 2. Se observan grupos similares alos encontrados por la red neuronal, téc-nica utilizada previamente. En particu-lar se vuelven a observar los grupos deriesgo, de mujeres sin cobertura socialen la zona 1.

Ver Tabla II

Zona/ Barrio Sexo

Estado Civil

Paren- tesco A.U1 I.T2

No Ocupación

Fuente Ingresos A.J 3 A. F 4

Zona/ Barrio Sexo

Estado Civil

Paren- tesco A.U I.T

No ocupación

Fuente Ingresos A.J

A.F

Zona/ Barrio Sexo

F

Casado

Cónyuge (casado civil mente)

No

No

Ama

de casa

Sin

respuesta

No

No

1

F

Casado

Cónyuge (casado civil mente)

No

No

Ama

de casa

Sin

respuesta

No

No

1

F

1 F Soltero Hijo/a No No Estudiante Sin respuesta No No 1

F Soltero Hijo/a No No Estudiante Sinrespuesta No No 1 F

1 F Soltero Hijo/a No No Estudiante Sin respuesta No No 1 F Soltero Hijo/a No No Estudiante Sin

respuesta No No 1 F

1 F Soltero Hijo/a No No Estudiante Sin respuesta No No 1 F Soltero Hijo/a No No Estudiante Sin

respuesta No No 1 F

1 M Soltero Jefe No No Sin datos Sueldos /jornales No No 1 M Soltero Jefe No No Sin datos Sueldos /

jornales No No 1 M

4 F Casado Jefe No No Jubilado

o pensionadoo

Jubilado/pensión ordinaria

No No 4 F Casado Jefe No No Jubilado o pensionado

Jubilado pensión ordinaria

No No 4 F

Referencias1 Asignación universal2 Inter tabaco3 Aportes jubilatorios4 Asignación familiar

Tabla 1. Tabla de grupos (parcial) obtenida a partir de la aplicación del procedimiento almacenado de la Fig. 6.


Rivadera

Fig. 7 Selección de la técnica de K-means

Fig. 8 Parametrización de K-means

N

.eur

on

Id

Cant

. Pr

omed

io

Edad

Ed

ad.

Máx

ima

E

dad

Mín

ima

M

edia

na

Edad

I In

gres

o m

ensu

al

prom

edio

In

gres

o

men

sual

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áxim

o

In

gres

o

men

sual

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ínim

o

Med

iana

In

gres

o N

euro

Lo

catio

n Zo

na/

Barr

io

Sexo

Es

tado

civ

il P

aren

tesc

o

1 27

3 43

69

2

29

2,34

24

0 0

0 (1

, 1)

1 F

Cas

ado

Cóny

uge

ca

sado

c i

vil m

e n

te)

2 60

45

60

27

52

45

,75

1200

0 0

(1, 2

) 7

F C

asad

o Có

nyug

e

(cas

ado

c i v

i l m

e n

te)

3 14

5 42

69

2

36

9,79

33

5 0

0 (1

, 3)

4 F

Cas

ado

Cóny

uge

(c

asad

o c

i vi l

m e

n te

)

4 11

3 32

63

1

29

37,6

1 15

00

0 0

(1, 4

) 1

F U

nido

de

hech

o Có

nyug

e (c

asad

o c

i vi l

m e

n te

)

...

...

Oficio Bolsón

alimentario Ocupación Trabaja No ocupación Fuente

de Ingresos Aporte

jubilatorio

Asignación familiar

Asignación Universal Inter tabaco Discapacidad Enfermedad

Cobertura Social Desnutr ido

No tiene oficio Sin datos Sin datos No Ama de casa Sin respuesta No No No No

Sin d iscapacidad Sin enfermedad

Sin cobertura No

Manualidades y artesanías Sin datos Sin datos No Ama de casa Sin respuesta No No No No


Sin cobertura No

Sin respuestas Sin datos Sin datos No Ama de casa Sin respuesta No No No No

Sin d iscapacidad Sin enfermedad Sin cobertura No

Sin respuestas Sin datos Sin datos No Ama de casa Sin respuesta No No No No


Sin cobertura No

Tabla 2: grupos resultantes con k-means.

...



2. Conclusiones

Si bien es cierto que cada estudio enparticular tiene sus propias conclusio-nes, se pueden enunciar las siguientesconclusiones generales:

· El estudio de minería de datos sir-vió para ayudar a mejorar la distribu-ción de las ayudas sociales.

· El análisis reveló algunas zonas dela ciudad de Rosario de Lerma dondese necesitan más tipos de ayudas de unacategoría que de otra.

· El estudio sirvió para realizar unasegmentación de la población, útil en lascampañas de ayudas sociales.

· El sistema quedó funcionandopara registro y análisis de datos.

Referencias

Datawarehousing:1. Imhoff & Galemmo, Mastering Data

Warehouse Design: Relational and Di-mensional Techniques, Wiley Publishing,2003

2. Inmon, Building the Data Warehouse,(Third Edition). John Wiley & Sons, 2002

3. Kimball & Caserta, The Data WarehouseETL Toolkit, Indianapolis, Wiley, 2004.

4. Kimball & Ross, The Data Warehouse

Toolkit: The Complete Guide to Dimen-sional Modeling (Second Edition), NewYork, Wiley, 2002.

5. Kimball & Ross, The Kimball GroupReader; Relentlessly Practical Tools forData Warehousing and BusinessIntelligence, Indianapolis, Wiley, 2010.

6. Kimball et al., The Data WarehouseLifecycle Toolkit. 2nd Edition. New York,Wiley, 2008

7. Kimball et al., The Data WarehouseLifecycle Toolkit. New York, Wiley, 1998.

6. Mundy & Thornthwaite, The MicrosoftData Warehouse Toolkit—With SQLServer 2005 and the Microsoft BusinessIntelligence Toolset, Indianapolis, Wiley,2006.

Datamining1. Boris Mirkin, Clustering for Data Mining:

A Data Recovery Approach, Chapman& Hall – CRC, 2005.

2. Rui Xu, Donald C. Wunsch III, Clustering,IEEE & Wiley Publishing, 2009.

3. Lewicki Pavel, Hill Thomas, Statistics,Methods and Applications, Statsoft, 2008.

4. Paolo Giudici, Silvia Figini, Applied DataMining for Business and Industry, JohnWiley & Sons, 2009.

5. Jamie McLennan, ZhaoHui Tang, BogdanCrivat, Data Mining With Microsoft SQL2008, Wiley Publishing Inc., 2009.


Cardozo et al.


Perfil académico de los autores

BEREJNOI, CARLOSIngeniero Metalúrgico y Dr. en Ingeniería, egresado de la Universidad Nacionalde La Plata. Se desempeña como Profesor Adjunto en la Cátedra de Análisis Ma-temático I y como Profesor Adjunto en la Cátedra de Materiales de la carrera deIngeniería Civil - Universidad Nacional de Salta.En el Área de Investigación se especializa en Ciencia de Materiales- Mecánica deFractura.

CARDOZO, HÉCTOR JACINTOIngeniero en Construcciones, es Encargado de Laboratorio de Ensayo de Materia-les y Mecánica de Suelos en la Universidad Católica de Salta. Docente universita-rio desde 1984. Fue disertante de cursos y en jornadas relacionadas con IngenieríaCivil. Se desempeñó como Jefe de Obra de la Empresa CONSIC S.R.L y realizaejercicio libre de su profesió[email protected]

CERÚSICO, LUCIANAGeóloga, egresada de la Facultad de Ciencias Naturales- Universidad Nacional deSalta. Actualmente profesora auxiliar adjunta de la cátedra de Geotécnia de lacarrera de Geología – U.N.Sa. Además de ejercer la profesión en la Secretaría deMinería de la Provincia.

CORNEJO, MARÍA DEL PILARBromatóloga y Analista Química, se desempeña como Auxiliar Docente Interinaen las asignaturas Química para Ingenieros I y II. También es docente de la Facul-tad de Ciencias Veterinarias y Agrarias y en la Facultad de Ciencias Exactas. Par-ticipa del proyecto de investigación «Producción de oleorresina de pimentón(Capsicum annuum) de los Valles Calchaquíes de la Provincia de Salta», en laFacultad de Ingeniería e Informática. [email protected]




GAMARRA CARAMELLA, SOLEDADIngeniera Química, egresada de la Universidad Nacional de Salta.Becaria de la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica en un pro-yecto FONARSEC FSNANO 03/10, «Materiales Magnéticos de Estructura Amorfay Nanométrica». Realiza el Doctorado en Ingeniería.

MARCUZZI, JORGE JUANGeólogo, se desempeña como Profesor Adjunto de Geología y Mineralogía. Es do-cente universitario desde 1987. Es investigador del CIUNSA, esta categorizado B,realiza el proyecto de investigación «Evaluación de Indicadores Ambientales delValle de Lerma». Se desempeña además como Coordinador en la Secretaría deMinería y Recursos Energéticos, en el ámbito privado asesora en la Evaluación deImpacto Ambiental y económicos en el área minera. [email protected]

MOYA, JAVIERIngeniero Mecánico con Orientación Diseño y Doctor en Ingeniería. Se desempe-ña como Profesor Extraordinario de Tecnologías y Procesos de Producción y deConocimiento y Estudio de Materiales, y además es Jefe del Departamento deInvestigación de la Facultad de Ingeniería e Informática y Consejero Titular en elConsejo de Investigaciones de la UCASAL en representación de la Facultad deIngeniería e Informática. Docente universitario desde 1988. Investigador delCONICET. [email protected]

PÉREZ, RAÚL JESÚSEs Ingeniero Químico con orientación en exploración, Explotación de hidrocarbu-ros. Es Profesor Extraordinario de Operaciones Industriales I y Operaciones In-dustriales II. Ejerce la docencia desde 1.977 en la Universidad Nacional de Salta ya partir de 1.983 en la Universidad Nacional de Jujuy. [email protected],[email protected]

RIVADERA, GUSTAVO RAMIROIngeniero en Computación, se desempeña como Profesor Titular de la asignaturaModelos y Simulación, como profesor Adjunto en Análisis Estratégico de Datos yprofesor Auxiliar de Base de Datos III. Actualmente integra el Consejo de Profeso-res del Departamento de Ciencias Informáticas como representante del Bloquede las Complementarias. Docente universitario desde 2000. Secretario del Depar-tamento de Investigación de la Facultad de Ingeniería e Informática de la UCASAL.Participó del proyecto «Infraestructura y logística para el desarrollo económico y



social en la Provincia de Salta» y dirigió «Un abordaje formal para la comprensióny reestructuración de software basado en técnicas de cálculo de programas» y«Minería de Datos Aplicada a la Gestión Asistencial Gubernamental en la Provin-cia de Salta»[email protected]

TITA, GERARDOEs estudiante del último año de la carrera de Ingeniero Industrial, solo le quedanun par de materias y la tesis y es aspirante a una Beca del Conicet. Trabaja comotécnico en la Planta de Extraccion Supercritica de la Ucasal, en el marco del Pro-yecto de Prosucción de oleorresina de pimentón. Se desempeña en el (1)I.ES.I.ING, Facultad de Ingeniería e Informática. Universidad Católica de Salta,Campo Castañares. Salta. [email protected]

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