Hormigón en Minería: una positiva relación en todos los aspectos

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Ya sea colocado in situ o prefabricado, el hormigón es la mejor opción para el desarrollo de grandes proyectos mineros. Esto se pudo constatar con la realización del congreso digital “Hormigón en Minería 2021”, evento que citó a grandes actores tanto del mundo de la minería como el de la construcción con hormigón para analizar el rol de este material dentro del mundo de la minería en Chile.

El desarrollo de proyectos mineros requiere, necesariamente, de infraestructura adecuada que sirva como punta de lanza para el incremento de la productividad del sector. En ese aspecto, el uso de hormigón -ya sea in situ o prefabricado- en el área de la minería, ha probado que es un apoyo fundamental en esta materia: infraestructura, sostenimiento de túneles (shotcrete) y pavimentos fabricados con este material, forman parte de las obras con hormigón que se ejecutan en este sector y que cumplen a cabalidad con la premisa de mayor productividad.

Por este motivo, revisar los puntos más destacables que forman la alianza entre el mundo de la construcción con hormigón y el gran desarrollo minero es lo que ocupó gran parte del mes de mayo al Instituto del Cemento y Hormigón de Chile (ICH), con la realización del congreso online “Hormigón en Minería 2021”, en el que se analizaron aspectos de productividad, innovación y desarrollo del hormigón y su aporte al mundo minero.

“La idea, al realizar este congreso, fue que todas las miradas -tanto de los mandantes como de los proveedores y la academia- estuviesen plasmadas para analizar la importancia que tiene el hormigón para el desarrollo del sector minero”, comentó Augusto Holmberg, gerente general del ICH.

Productividad en Minería

El primer aspecto en el que se profundizó durante el congreso fue el de la productividad, temática fundamental para el desarrollo de los proyectos mineros. La actividad aporta aproximadamente un 10% al Producto Interno Bruto (PIB) de Chile, por lo que el incrementar la productividad del sector incide directamente en el desarrollo del país.

Bajo ese prisma, los avances obtenidos en el Proyecto Mina Chuquicamata Subterráneo (PMChS), en cuanto a productividad en el desarrollo y ejecución del proyecto, fueron destacados por Leonardo Sierralta Daviu, jefe senior de productividad en PMChS, quien aseguró que una mirada versátil y el uso de hormigón, han sido elementos importantes a la hora de incrementar en la productividad de este gran proyecto minero.

En esa línea, el profesional comentó que durante la ejecución del proyecto, se exploraron varias alternativas que fuesen en directo beneficio de incrementar los índices de productividad de las obras. “Exploramos el tema de las estructuras pre-armadas cuando nos dimos cuenta y cuándo usábamos estructuras pre-armadas, gastábamos más que cuando las estructuras no eran pre-armadas”, comentó.

Asimismo, agregó que cuando se instalaron las estructuras para la ventilación secundaria del proyecto, “también tuvimos bastantes mejoras en los rendimientos. Lo hicimos con conceptos básicos asociados al modelo, planificación ambiciosa, considerar las condiciones del terreno, pre-armado de muro, cambios en el diseño y eso es bien interesante porque en algunas estructuras, tenemos hormigón y estructura metálica juntos. Eso fue un cambio de diseño que nos apalancó la productividad”.

Siguiendo esa línea, el profesional de Codelco puntualizó en “los desafíos que tienen los hormigonados y el tiempo de fragüe, lo que nos genera, y lo hemos visto en varios procesos, un tiempo “muerto” que, a veces, no nos permite lograr una mayor eficiencia”.

De acuerdo a Sierralta, esta flexibilidad en cuanto a diseño y método constructivo, así como también, la conformación de equipos de trabajo (denominados células) autónomos cuyo objetivo principal fuese el duplicar la productividad de la preparación minera. Esta idea, explicó el profesional, se tomó de la experiencia australiana.

El resultado fue decidor, según el experto. “No tuvimos accidentes, se lograron 500 metros por mes en ese grupo de trabajo, y se disminuyeron tiempos de terminación en construcción y de construcción en metros lineales, entonces, se lograron los resultados y nos quedó como lección que esto sí se podía hacer y que no nos podíamos olvidar que la productividad se hace con la gente y en base a un cambio cultural, el que tiene que sacar lo mejor de nosotros”.

Asimismo, la aplicación de modelos de trabajo para el incremento de productividad es clave para la mejora de los procesos. Para esto, el jefe de productividad de PMChS compartió algunos de los futuros desafíos que tiene el proyecto, entre los que destacó la profundización de cambios culturales para un cambio sostenible, la incorporación de industrialización en los procesos, la simplificación de procesos y cambios en los modelos de negocios y la incorporación de tecnología.

Aportes del hormigón in situ en grandes proyectos mineros

Si bien el uso de prefabricados de hormigón en obras de infraestructura para la minería es una tendencia al alza, el hormigón colocado in situ sigue siendo la aplicación más utilizada para este tipo de obras. “Es imposible dejar de producir hormigón en el sitio, principalmente, en proyectos mineros”, subrayó Carlos Fernández Novoa, gerente de desarrollo e innovación / VP montajes de Salfa Montajes.

En esa misma línea, el gerente de desarrollo e innovación de Salfa Montajes puntualizó que el gran desafío que tiene la industria es conseguir una alta producción de hormigón in situ para proyectos mineros, ya que, aseguró, alcanzar cifras del 40% de prefabricados del material para uso en obras destinadas a infraestructura para la minería es “prácticamente imposible”.

Por ello, a juicio de Fernández, la producción de hormigón in situ es primordial, especialmente, por el volumen de inversión destinado a este campo y, en particular, porque gran parte de estas inversiones en minería se destinarán a la ingeniería de detalle, lo que a juicio del profesional, es un aspecto positivo para el sector ya que se traducirá en el uso una “gran cantidad de metros cúbicos de hormigón”.

Según datos presentados por el ejecutivo de Salfa Montajes, el hormigón dentro de un proyecto minero puede llegar a representar un 14% del costo directo de una obra, y un 35%, cuando este análisis se lleva al costo por mano de obra. “Es decir, es lo más relevante en la ejecución del proyecto”, resaltó Fernández.

Con estos datos, Carlos Fernández explicó que el primer desafío a tener en cuenta, en lo que se refiere a producción de hormigón in situ, es incorporar en la fase temprana del diseño del proyecto los aspectos que se refieren a la construcción del mismo. “Tenemos que estar sentados todos en la mesa, desde el desarrollo y la definición del proyecto”, aseveró.

En términos de hormigón, el personero de Salfa Montajes explicó que en esas primeras fases es posible determinar qué tipo de metodología constructiva se utilizará para la ejecución del proyecto y según datos que mostró, el hormigón in situ corresponde a un 62% del total de los hormigones que se desarrollan en sitio, el que necesariamente “tiene que llevar el efecto de intervención temprana de quién va a ejecutar el proyecto”, dijo.

Si bien la incorporación temprana es el ideal, Carlos Fernández comentó que en la mayor parte de los casos, el hormigón y los procesos constructivos con el material son manejados desde la perspectiva de un contrato. “Lo ideal -puntualizó- es que los conceptos de constructabilidad en hormigones estén incorporados en la fase temprana del diseño. Ese es un desafío”.

Abordar la constructabilidad del hormigón desde el inicio del proyecto permitirá, a juicio de Fernández, evitar desviaciones que ocurren cuando se construye con el material. Entre estas, el ejecutivo destacó aquellas que se producen por el vaciado, el moldaje, la enfierradura y la colocación pernos y anclajes, entre otras.

La ejecución del proyecto, agregó el ejecutivo, también es un desafío para el hormigón colocado in situ en obras mineras, ya que deben estar considerados y definidos los requisitos, condiciones y criterios para las obras de hormigón armado, a fin de asegurar la calidad y eficiencia del material.

Para ello, Fernández detalló una metodología que contiene, entre otros aspectos, confección, recepción de hormigón en obra, colocación del hormigón y el impacto del diseño en la colocación del hormigón. Estos puntos, dijo Fernández, deben definirse de forma temprana para optimizar la trabajabilidad y constructabilidad del material.

Otro punto que destacó Carlos Fernández es el de los hormigones masivos en proyectos mineros. Al respecto, explicó que este tipo de elementos representa entre un 30% y 40% de los hormigones que se ejecutan en un proyecto minero, siendo sólo el 10% controlados como masivos. “Por ejemplo, en minería sólo se controlan las fundaciones de los molinos”, subrayó.

Finalmente, el profesional comentó que aspectos como la innovación, la digitalización y la modelación también son importantes a la hora de abordar los desafíos de la colocación del hormigón en sitio, en proyectos mineros.

Innovación: ¿Cómo mejorar al hormigón para mejores prestaciones?

Otro de las temáticas abordadas durante el evento fue el de la innovación y el mundo minero. Constantemente, y debido a la propia naturaleza del sector, se están buscando y desarrollando nuevas tecnologías que incidan de manera positiva en esta área productiva. Esto se extiende también a los productos que se utilicen para la ejecución de sus obras, por ejemplo, el hormigón.

En esa línea, Marcelo González Hormazabal, PhD en Ingeniería Civil de la Universidad de Waterloo y profesor asociado en el Departamento de Ingeniería y Gestión de la Construcción de la Pontificia Universidad Católica de Chile (PUC), explicó que uno de los primeros puntos a considerar es el de las emisiones de CO2, tanto de la industria minera como de la construcción con hormigón.

De acuerdo al académico, la industria tiene un importante desafío en este tema, no tanto por el nivel de emisiones que genera la industria nacional, sino que “Chile es un país muy vulnerable al cambio climático”.

Otro de los desafíos que tiene la industria de la construcción con hormigón, dice relación con el nivel de inversión en I+D. En este punto, González mostró que Chile, en comparación con otros países mineros que están en la OCDE, posee unas cifras de inversión que son “bastante distantes y, por lo tanto, se requiere de un impulso mayor en la materia”.

El Doctor en Ingeniería Civil agregó que el aumento en la durabilidad del hormigón es otro de los desafíos globales que tiene la industria, ya que, explicó, el agotamiento de los recursos naturales involucrados en la fabricación de hormigón, hace necesario el desarrollo de un material con mayor durabilidad y que enfrente de mejor manera ambientes extremos, como los que pueden presentarse en proyectos mineros.

Investigaciones que mejoran al hormigón para desarrollos mineros

En vista de estos -y otros- desafíos, Marcelo González presentó una serie de investigaciones y desarrollos que se están ejecutando en nuestro país. Estos, detalló, están relacionados con la “nanotecnología, la evaluación de uso de marinas en el hormigón, los relaves como reemplazo de agregado fino, uso de fibras estructurales, la construcción acelerada y otras investigaciones”.

Por ejemplo, en términos de nanotecnología y nanomateriales, el académico comentó que las investigaciones en este campo podrán incidir “en mi opinión, a nivel de la microestructura de los materiales y, por lo tanto, eso finalmente se traducirá en mejoras a nivel macroestructural”. Para ello, González comentó que se están realizando desarrollos con nanosílice, los que se están aplicando en el sector de la minería.

El impacto de este nanomaterial, explicó, puede verse en la durabilidad del hormigón. “La permeabilidad es uno de los factores clave. Por ejemplo, un hormigón sin nanosílice presenta mayor porosidad que uno que no, por lo tanto, se genera una microestructura mucho más densa en hormigones con nanosílice”.

En el campo de los nanomateriales, el académico exhibió también investigaciones relacionadas con el uso de dióxido de titanio o rutilo (estudio del efecto fotocatalítico que tiene el nanorutilo y el microrutilo a nivel de polvo) en una pasta cementicia, la que se “incorporó en un reactor, de manera de ver cuál es el efecto en la degradación de contaminantes”.

Siguiendo la misma línea, González también presentó un estudio en el que se incorporaron nanotubos de carbono a hormigones, para analizar “las propiedades de desempeño de hormigones híbridos, que son aquellos que incorporan un alto contenido de ceniza volante, la cual está químicamente activada”.

Al mostrar esta investigación, el académico detalló que los nanotubos de carbono poseen una capa de grafeno, lo que hace que estos materiales sean químicamente inertes y que no sucumban ante la acción de sulfatos, mejorando así la resistencia y la durabilidad del hormigón.

Además de nanomateriales, el académico abordó las investigaciones relacionadas con el uso de marinas en el hormigón y cómo, a través de modelos de simulación, es posible probar diversos sistemas a bajo costo y en menor plazo que, por ejemplo, un prototipo real.

Para González, la importancia del uso de marinas en el hormigón -y su proyección a través de estos modelos- radica en que pueden incurrir en beneficios tanto en costo como en la sostenibilidad del material. Así, en una investigación desarrollada en 2017, en la que se aplicó un modelo de simulación, se pudo comprobar que el uso de marinas en el hormigón impactaba tanto en las emisiones de CO2 por concepto de transporte, en comparación con áridos naturales, para la fabricación de hormigón en una obra minera, como también, en el costo de los agregados.

“Esto nos permitió demostrar que usar marina en el hormigón lo convierte en un material más económico y sustentable, por lo tanto, esa fue la gran conclusión de la investigación”.

Entre las otras investigaciones que destacó González, se encuentra el uso de relaves como agregado fino para hormigones. Para ello, detalló, se utilizaron entre un 10% y 30% de reemplazo del árido para sí, analizar la trabajabilidad del material, en ese caso, de hormigones de grados G20 Y G35.

“La gran conclusión de este estudio es que los relaves sí pueden ser incorporados al hormigón como agregado fino, sin embargo, su incorporación reduce las propiedades mecánicas y también, la durabilidad del hormigón, ya que los relaves contienen ácidos y otro tipo de contaminantes, sobre todo en su superficie, y sabemos que el hormigón no funciona bien con los ácidos, por lo tanto, eso es algo que se tiene que ver con mayor detalle”, dijo.

Además de estas investigaciones, el académico de la PUC abordó algunos desarrollos de construcción acelerada, ya sea para la construcción de infraestructura civil como proyectos de viviendas sociales, con todas las ventajas que esto significa: menos mano de obra, incremento en la productividad y menos residuo en la faena.

En particular, Gonzáles detalló un trabajo de construcción de pavimentos de hormigón de alta durabilidad para minería subterránea, para el que se desarrolló toda una planificación especial que incluyó un nuevo diseño de mezcla del hormigón para mejorar su durabilidad y reducir el uso de cemento. “Esto -explicó González- se logró a través de la incorporación de materiales cementicios suplementarios y fibra”.

Estas innovaciones con el hormigón, comentó el académico de la PUC, están directamente relacionadas con lo reportado en el documento “Futuros Escenarios e Implicaciones para la Industria”, redactado por el Foro Económico Mundial el año 2018, en el que se distinguen tres grandes campos de acción y que, a juicio del Doctor en Ingeniería Civil, apuntan las investigaciones en hormigón que exhibió.

La importancia del desarrollo de investigaciones en el campo del hormigón y transferir estas nuevas tecnologías a los distintos proyectos mineros, es uno de los aspectos que Marcelo González subrayó en las conclusiones de su presentación. En ese mismo aspecto, el académico destacó que “dada la relevancia de la minería en Chile, existen oportunidades relevantes para generar nuevos productos, servicios y tecnologías que sean exportables y transferidas a la construcción en general. Lo anterior, permitirá cambiar la matriz productiva del país”.

Además, González agregó la necesidad de “fortalecer nuestro sistema de investigación e innovación” y para ello, “se requiere un apoyo más decidido de la industria, en especial, cuando nos comparamos con los países más desarrollados”.

Prefabricados de hormigón: una tendencia al alza

En el desarrollo de las distintas discusiones del congreso “Hormigón en Minería 2021”, aparecieron al menos tres elementos comunes que cruzaron toda la actividad: la productividad y el cómo incrementarla, el desarrollo y aplicación de innovaciones y, quizás lo más importante, la adopción de nuevas tecnologías y métodos constructivos desde la fase temprana del proyecto para así, generar obras más productivas, con un menor tiempo de ejecución.

En ese aspecto, el uso de prefabricados de hormigón en la industria minera es una tendencia que está al alza, precisamente, porque se aceleran los procesos constructivos, lo que incide directamente en una puesta en marcha más rápida de la operación misma, además de una serie de externalidades positivas como mayor seguridad, mejor control del hormigón, menos residuos, entre otros factores.

Para la adopción de esta tecnología constructiva, es clave que la decisión de adoptar prefabricados se tome en la fase de diseño inicial del proyecto, en la ingeniería básica. Así lo explicó Ernesto Villalobos, asesor experto en temas de prefabricados de hormigón, quien comentó el desarrollo de un modelo de incorporación temprana de prefabricados en la obra gruesa de un proyecto minero.

“Lo primero que se incorpora en este modelo, desde la ingeniería básica, es un análisis de constructabilidad”, puntualizó el experto. Ese análisis -similar a lo que comentó Carlos Fernández, pero con hormigón colocado en sitio- en el que están definidos los procesos de extracción, también define los “volúmenes macros de hormigón y otros materiales, como el acero, y los movimientos de tierra, viene el análisis de constructabilidad”.

En ese análisis, dijo el experto, se deben incorporar a profesionales expertos en el área de prefabricados para que “aquello que está en una maqueta se pueda modular, que sea montable y que llegue al final de la línea en la construcción”.

“No basta con solamente con decir que se puede prefabricar, segmentar, dividir o particionar una obra de hormigón. Primero, que sea diseñable, fragmentable, transportable, que la fábrica la pueda producir y por último, que sea construible y montable por gente del contratista general, que en este caso, es quien lleva el liderazgo de la construcción y montaje del proyecto”, agregó.

Prefabricación e integración temprana

El análisis de las ventajas y desventajas de la prefabricación, aplicada en un proyecto minero, también fue tema de discusión para Ernesto Villalobos. “Cuando se prefabrica, se debe pensar todo”, dijo el experto, enumerando una serie de factores positivos y posibles inconvenientes que pueden llevar a un proyecto a decantar ya sea por una solución prefabricada o por hormigón in situ.

Otro de los temas que analizó el experto en cuanto a la prefabricación implementada en obras mineras, tiene que ver con lo relativo al costo. En ese campo, Villalobos consideró un proyecto en el que se prefabrica el 66% de la obra y el 34% restante, es hormigón in situ. En el análisis, “un análisis que castiga mucho”, recalcó el experto, esas cifras se pueden traducir en ahorros de un 15% en la ejecución de la obra minera.

Asimismo, también analizó cómo la repetitividad en la prefabricación estructural repercute en aspectos de costos, como también, los tipos de uniones -si son húmedas, secas o postensadas- para los elementos prefabricados y su impacto tanto en la velocidad de la obra como en el costo.

Finalmente, en el estudio presentado por Villalobos, se analizaron otros factores para lograr una mayor eficacia en el uso de prefabricados de hormigón en el contexto de un desarrollo minero. En este caso, la repetitividad, la composición de elementos simples (columnas, vigas, placas y paneles) y la maximización del uso de encofrados, entre otros factores, fueron aspectos abordados por el experto, así como también, el suministro logístico del prefabricado, llamando a evitar el acopio intermedio y si esto sucediese, utilizar un puente grúa para no afectar a la velocidad del proyecto.

Conclusión: Hormigón y minería, un camino común

Sin dudas, una de las conclusiones que deja este congreso organizado por el ICH es que, si bien las necesidades del sector minero son amplias, especialmente en lo que se refiere a puestas en marcha de operaciones de manera rápida y segura, el hormigón es el material idóneo para dar respuesta a esa primera inquietud.

En ese sentido, ya sea prefabricado o colocado en sitio, el hormigón ofrece una serie de prestaciones que, dado el ambiente en el que se desarrollan los proyectos mineros, lo hace idóneo para las necesidades del sector. Asimismo, la serie de investigaciones que se están desarrollando, ya sean para mejorar la durabilidad o para transformarlo en un material sostenible, hacen que los alcances del hormigón en el sector minero sean mucho mayores a los que ya se están ejecutando.

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