Infraestructura costera y portuaria en Chile: Desafíos para su desarrollo

Si bien Chile se declara como un “país marítimo”, lo cierto es que, más allá de los grandes puertos, poco o nada se conoce de la infraestructura costera del país y lo que ésta abarca. ¿Cómo responderá ante el cambio climático, por ejemplo? Esa es sólo una de las muchas preguntas sobre esta materia, en la que el hormigón también tiene mucho que decir, y que debe abordarse con celeridad.

El borde costero es una postal recurrente en cualquier iconografía de Chile. Desde fotografías, obras de arte, discursos (como el dado por el actual presidente de la República a propósito de una conmemoración más de las Glorias Navales), poemas y un nutrido cuerpo de referencias que, finalmente, dan cuenta de la presencia e influencia del océano en nuestro país.

En datos concretos, por otra parte, la influencia del borde costero es ciertamente tangible. “Chile tiene, literalmente, del orden de los 4.000 a los 4.500 kilómetros lineales de costa, si trazamos una línea desde Visviri a Tierra del Fuego”, explicó Raúl Oberreuter Olivares, ingeniero civil en Obras Civiles, integrante de la Comisión de Durabilidad del Instituto del Cemento y Hormigón de Chile (ICH) y past president de la Asociación Chilena de Ingeniería de Puertos y Costas (ACHIPYC).

“Sin embargo -agregó- en 2019, el Ministerio del Medio Ambiente mostró que, considerando todo, el Chile continental, el insular, fiordos, islas y la Antártica, Chile tiene más de 106.000 kilómetros de costa. Entonces, los números cambian diametralmente y también, cambia de manera importante la percepción de un Chile marítimo, sobre todo cuando nos preguntamos cuántos puertos existen en nuestro país”.

En esa línea, el ingeniero civil detalló que la cifra varía dependiendo de la fuente: para la Dirección de Obras Portuarias del Ministerio de Obras Públicas, existen 53 puertos en Chile. “La Cámara Marítima de Chile -CAMPORT- habla de 35, 36 puertos operativos de naves mayores. El mismo estudio del Ministerio del Medio Ambiente habla de terminales portuarios, que no es lo mismo, es un término más específico, y los cifra en más de 200. Y, además, existen 467 caletas oficializadas”.

Chile, un país marítimo

Chile tiene, actualmente, 346 comunas y 345 municipalidades (la comuna de Cabo de Hornos administra a la Antártica Chilena). De estas, subrayó Oberreuter, 102 se definen como costeras, “sin contar otras municipalidades que, si bien no están en la costa, tienen directa influencia marítima. Por ejemplo, Concepción”.

Estos números, además de los distintos estudios sobre cantidad de puertos o terminales portuarios a lo largo del territorio, sirven en parte para ilustrar la influencia que tiene el borde costero en el desarrollo del país y, al mismo tiempo, demuestran los desafíos que existen en materia de infraestructura portuaria y su desarrollo.

En ese sentido, hablar de “desafíos” implica, según el experto, diversas perspectivas, que van “desde la materialidad, el cambio climático, la logística, la adecuación a nuevos mercados, las relaciones ciudad-puerto, donde la infraestructura cobra un nivel vital hoy en día”.

A juicio del ingeniero, el sistema portuario chileno es “estable, serio, a pesar de la distancia, del tamaño del país y del mercado que somos”. Por este motivo, los desafíos que presenta la infraestructura portuaria nacen desde otras aristas. “Lo que se ha tomado la agenda en los últimos dos años, son las dificultades operacionales producto de condiciones climáticas u oceanográficas”, dijo el ingeniero.

Falta de datos: Una problemática a resolver

A lo largo de la orilla de costa chilena, existen 45 mareógrafos que miden el nivel de marea que sube y baja gracias a la atracción gravitacional que ejercen la luna y el sol sobre nuestro planeta. “Estos elementos sólo miden movimiento de marea, no oleaje”, precisó el experto

Por otra parte, agregó que “ahora, si queremos ver lo que pasa en el agua, que es el principal input para la ingeniería marítima y portuaria, para futuros de energía undimotriz, etcétera, Chile sólo tiene 3 boyas midiendo parámetros de oleaje en todo el maritorio nacional”.

¿Qué significa eso? “Cuando nos vamos a la ingeniería dura -explicó- la mayoría de las ecuaciones que ocupamos, por ejemplo, para calcular protecciones costeras, muros de contención, fuerza sobre elementos de pilotes de muelle, entre otros, es la altura de la ola. Finalmente, lo que tenemos que hacer, y lo que dice el SHOA que tenemos que hacer, es un estudio sintético. Es decir, tomar datos de viento satelitales que existen y generar un modelo matemático que, a su vez, genere una serie de tiempo de oleaje porque no tenemos datos para medirlo”.

Esta ceguera -como la definió el experto- respecto a lo que acontece en el mar chileno es, en ciernes, una de las principales dificultades que presenta el desarrollo de infraestructura portuaria nacional en su conjunto. “Estamos hablando de pesca, espacios públicos en zonas costeras, conectividad austral, etcétera. La construcción de todo eso se debe realizar con obtención de datos reales medidos en el mar y ahí, tenemos una gran carencia”, sentenció.

En opinión del ingeniero civil, si bien se habla que Chile es un país marítimo, la realidad muestra que “somos un país que crece de espaldas al mar y no reconociendo a ese espacio marítimo como parte del ecosistema donde los seres humanos nos desarrollamos. Por ejemplo, se estima que para el año 2050, pese a que otros hablan de que esto ya ocurre en la actualidad, casi el 50% de la población mundial vivirá a menos de 100 kilómetros de una línea costera”.

“A esa distancia -puntualizó- ya tienes influencia costera en cuanto al clima, a la forma de vivir, a las conexiones, a las actividades económicas ligadas al ámbito marítimo, al transporte de mercancías, de pasajeros, la gastronomía, uso de los recursos marítimos, no sólo desde el punto de vista biológico sino de gestión de aguas, como desalinización del mar, por ejemplo”.

Salud estructural de la infraestructura costera y portuaria

Otro problema relacionado a infraestructura portuaria -y que va de la mano con lo anterior- tiene que ver la carencia de políticas de gestión integrada en la zona costera. “De las 102 municipalidades costeras, todavía no existe en Chile una municipalidad que tenga un plan de este tipo para su zona costera. Que reconozca, por ejemplo, cuáles son los usos integrados de su zona costera, con enfoque ecosistémico, económico, estratégico, social, entre otras perspectivas. Existen algunos planes regionales de uso de borde costero, pero son sólo de zonificación”, comentó.

Al no tener este plan de gestión -que incorpora, por ejemplo, incorporación de infraestructura, retiro de infraestructura, entre otros aspectos- eso incide directamente en aspectos como planificación urbana, entre otros. Lo que, subraya el ingeniero, lleva a la siguiente pregunta: ¿Qué es lo que se construyó en las últimas 3 décadas y qué es lo que necesitamos para adelante?

A juicio de Oberreuter, la respuesta a esa pregunta incorpora los principales desafíos respecto al desarrollo de la infraestructura portuaria. “El primero, tratar, a pesar de la falta de datos, de entender lo que será el cambio climático, parar de hacer las cosas como las estamos ejecutando en las costas y quizás utilizar esos mismos materiales, por ejemplo, el hormigón y el acero, de una manera diferente, adoptando y adaptando proyectos que se relacionen mejor con la naturaleza”.

En la otra vereda, el ingeniero también aborda lo que acontece con la infraestructura ya existente. “Aquí se pueden tocar varios temas y quizás, sea más atingente. Están las ciudades de Iquique, Antofagasta, podemos hablar de Arica, Valparaíso, San Antonio, Talcahuano, Puerto Montt. Esa infraestructura, en algunos casos como en San Antonio y Valparaíso, alcanza ya los 100 años de antigüedad. Entonces, una pregunta que nos podemos hacer es qué pasa con los materiales que tienen más de un siglo de vida útil”.

En ese punto, explicó el ingeniero, y según la literatura existente, la infraestructura portuaria tiene un periodo útil de 50 años. “Las obras que construye el Estado, a través de la Dirección de Obras Portuarias, que pueden ser una caleta de pescadores o una obra de conectividad austral, tienen, por evaluación de proyecto, una vida útil proyectada de 25 años. ¿Qué pasa cuando tienen más años? ¿Cómo nos hacemos cargo de esa infraestructura? ¿Quién monitorea la salud estructural no sólo de la infraestructura portuaria, sino de una ciudad costera? ¿Cómo evalúo, por ejemplo, el hormigón que tiene 40 años?”

Esto no sólo es atingente a puertos o caletas. También, va mucho más allá, en elementos tan cotidianos como postes de luz. “Nuestra infraestructura está comenzando a ser vieja y tenemos que darnos cuenta qué es lo que le pasa a nuestra infraestructura costera y portuaria, y comenzar a hacernos cargo”.

En ese sentido, a juicio del profesional existe un vacío de información que se da a nivel formativo y mejorar eso supone un desafío para mejorar la infraestructura portuaria ya existente, como también, aquella que se ejecutará a futuro.

Modelos de proyección de vida útil: Asegurar la integridad de infraestructura portuaria de hormigón

Ante los distintos escenarios y nuevos desafíos constructivos -por ejemplo, infraestructura marítima con una vida útil proyectada a 100 años o el desarrollo de materiales constructivos innovadores- existe el desafío de desarrollar modelos de diseño por vida útil de infraestructura marítima de hormigón armado que consideren “las distintas etapas del ciclo de vida de una estructura, como un elemento diferenciador al momento de proceder con el diseño por desempeño asociados a la agresividad del ambiente en que ésta se ubique”, explicó Luis Ebensperger Morales, Doctor Ingeniero de la Technical University of Munich.

Uno de esos modelos, desarrollado por el Doctor Ebensperger, considera precisamente las distintas etapas que posee un proyecto de infraestructura marítima: las fases de anteproyecto, de diseño, de construcción, de puesta de servicio y entrega y operativa.

El Doctor Ebensperger destaca que en la fase de anteproyecto es donde se debe definir la vida útil del diseño de la estructura.

“Existe la imperiosa necesidad que los códigos nacionales incorporen a la brevedad el concepto de vida útil en estructura, especialmente en obras marítimas, que son dudas estarán sometidas a un alto riesgo de corrosión de las armaduras. La actual norma de hormigones NCh170:2016 incorporó conceptos de durabilidad como los grados de exposición y exigencias mínimas a las mezclas según grado de agresividad, encontrándose en estudio la forma de inclusión de conceptos más detallados para el análisis de vida útil, ya sea desde el punto de vista de la materialidad o del diseño estructural”, comentó.

Tabla 1: Valores de servicio útil referenciales que se pueden utilizar en la fase de anteproyecto

Fase de diseño: definir la durabilidad del hormigón

Por su parte, en la fase de diseño del proyecto es donde “las principales características de los elementos de hormigón, que se espera que duren, por ejemplo, 50 años, se definen, se modelan y se traducen en las especificaciones técnicas de hormigones del proyecto”, subrayó el Doctor Ingeniero.

En esta fase, además, se propone el uso de modelos para especificar la resistencia a cloruros y otros agentes agresivos, como el de ingreso de cloruros por difusión (modelo de Tuutti, 1982) que se aplica a la corrosión del acero, y que muestra esquemáticamente el proceso que el proceso de deterioro que ocurre en los hormigones. En este modelo se distinguen dos etapas para la corrosión del acero: el tiempo de iniciación (Ti) y el de propagación (Tp).

“Durante el tiempo de iniciación, los cloruros penetran en la superficie del hormigón hasta alcanzar la concentración crítica (Ccr) en el acero de refuerzo. En este momento el acero queda propenso a iniciar el proceso de corrosión si existe disponibilidad de oxígeno y humedad”, explicó el Doctor Ebensperger.

Para modelar la penetración de cloruros en el hormigón, se utiliza la segunda ley de difusión de Fick, cuya ecuación considera como constante al coeficiente de difusión (Dt) y la concentración de cloruros en la superficie del hormigón (Cs), calculando de esta manera el perfil de cloruros en función de tiempo y profundidad.

La importancia de los modelos radica en la posibilidad de incorporara a cada una de las variables que inciden en el cálculo de la vida útil, el comportamiento esperado para cada una de ellas. Esto se refiere a conocer el valor medio junto a su desviación estándar, e incluso el tipo curva de probabilidad asociado (normal, logarítmica, etc.). Lo anterior lleva a determinar estadísticamente la probabilidad de inicio de la corrosión para la Vida Útil de Diseño especificada.

Otro modelo que se utiliza durante la fase de diseño es el modelo referencial basado en la permeabilidad del aire, creado en Suiza a partir de 2 estudios de largo alcance, que llevaron a la invención por el Sr. Torrent (1993) de un nuevo método de ensayo no destructivo, capaz de medir el coeficiente de permeabilidad del aire in-situ.

En definitiva, lo que permite este método -que se incorporó como método estandarizado de ensayo in-situ en la norma suiza SIA262/1-E a partir del año 2003 es obtener correlaciones “a partir de resultados de investigaciones a nivel mundial que han correlacionado la difusión de cloruros y el ingreso de CO₂ a resultados de permeabilidad del aire. Al considerar el nivel de agresividad de la exposición actuante, la que incide de acuerdo con el espesor del recubrimiento y la vida útil de diseño requerida, especifica el valor de permeabilidad al aire requerido del hormigón superficial en condiciones de obra terminada”.

Fase de construcción: Ejecución de un proyecto y cuidados

En la fase de construcción, el experto recomienda la implementación de un “estricto programa de ensayos de hormigón, que incluya no sólo pruebas mecánicas, sino también pruebas que proporcionen indicadores del comportamiento por durabilidad en ensayos que pueden durar minutos (resistividad eléctrica y permeabilidad al aire), unas pocas horas (penetración y migración de cloruros), unos días (penetración de agua a presión) o varios meses (ensayos de inmersión o de difusión de cloruros y resistencia a ciclos de hielo/deshielo)”.

También, se apunta a que las correlaciones entre estos ensayos a corto, mediano y largo plazo sean previamente establecidas durante la “caracterización completa de las mezclas (fase de diseño)”, con el fin de “verificar que el proceso de producción de hormigones esté (o no) bajo control. De este modo, se comprueba que los hormigones producidos y entregados para su colocación cumplen con los requisitos especificados”, comentó Luis Ebensperger.

Además, el profesional destaca dos aspectos. El primero, es que los controles de calidad del hormigón se realizan principalmente en probetas confeccionadas en condiciones de laboratorio, “cuya calidad generalmente sobreestima a la obtenida en terreno”, puntualizó, y segundo, destaca que la durabilidad “depende en gran medida de la penetrabilidad del recubrimiento del hormigón, capa que protege al acero”. En ese sentido, el Doctor ingeniero puntualiza que las malas prácticas de hormigonado son un factor relevante en el rendimiento deficiente de la durabilidad de las estructuras.

Por lo mismo, la única manera de obtener “una evaluación realista de la variabilidad de la penetrabilidad y el espesor del recubrimiento de hormigón es mediante mediciones no destructivas (END) realizadas in situ sobre la estructura terminada”, subrayó. Estas mediciones, además, se incorporan al módulo de control in-situ que se incluyen el modelo CTK-ConcreteLife®. “A la luz de los resultados de este control de calidad (laboratorio e in-situ), se revisa el cumplimiento del requisito de permeabilidad al aire y de las predicciones de vida útil”, dijo el experto.

Además, recalca, existen instrumentos electromagnéticos o de tecnología GPR “capaces de evaluar de manera no destructiva y precisa la profundidad del recubrimiento de acuerdo a normativas vigentes (BS1881, 1998)”.

Puesta en servicio y entrega: Cómo hacer que la infraestructura marítima perdure

De acuerdo con el modelo “Diseño por Vida Útil de Infraestructura Marítima en Hormigón Armado”, del Doctor ingeniero Luis Ebensperger, en la fase de puesta en servicio y entrega “toda la información recopilada durante las fases de diseño y construcción deben reunirse en un informe y un manual de mantenimiento”. Junto con esto, en esta fase se genera un “Certificado de Nacimiento que, de acuerdo con el código modelado, debe proporcionar detalles específicos sobre parámetros importantes para la durabilidad y la vida útil de la estructura de hormigón armado”.

En los detalles que se incluyen en el “Certificado de Nacimiento” se encuentran, por ejemplo, el recubrimiento del acero, la permeabilidad del hormigón y la calidad de la construcción. “Las áreas detectadas como más vulnerables, es decir, aquellas que muestran mayor permeabilidad al aire in situ y/o profundidades de recubrimiento más bajas, deben identificarse en el informe”, puntualizó el Doctor Ebensperger.

Junto con eso, se especifica que los resultados de los análisis de vida útil esperada realizados con el método CTK-ConcreLife® pueden facilitar la planificación del mantenimiento, ya que el manual “detalla las acciones a llevar a cabo durante la vida útil de la estructura a fin de prevenir con la máxima antelación eventuales deterioros y evitarlos oportunamente”, subrayó.

Seguimiento del desempeño de la infraestructura marítima con hormigón armado

Por último, durante la fase operativa que define el modelo, se incluye “el seguimiento del desempeño a largo plazo de los elementos estructurales de la obra y de las maquetas, realizadas en las mismas condiciones que los elementos de la estructura”, mencionó. Para ello, se pueden utilizar sensores integrados, ejecutar ensayos de diagnóstico con métodos no destructivos y obtener perfiles de cloruro desde de testigos extraídos a partir de las maquetas.

De acuerdo con el experto, “estas medidas son vitales para juzgar y mejorar la precisión de los modelos predictivos utilizados durante el diseño, ya que sirven como puntos de referencia de calibración. Las mediciones se pueden utilizar para evaluar el desempeño futuro de la estructura real y realizar estimaciones de vida útil residual”.

IMAGEN 4 Nivel de Serviciabilidad de una estructura en el tiempo

Asimismo, advierte que de no realizarse alguna acción -en este caso, las que se plantean tanto en la fase de puesta de servicio con en la operativa, “la vida útil remanente se ve drásticamente reducida”. Esto lleva a la ejecución de trabajos de mantención que pueden ser parciales -los que aumentan la vida útil remanente de la estructura, pero aún por debajo de la definida en la fase de diseño- o exhaustivos los que, por el contrario, pueden incrementar la vida útil original del proyecto.

“La ejecución de diagnósticos para determinar la condición real de estructuras existentes es esencial para respaldar el proceso de toma de decisiones con respecto a conservación y mantención en el tiempo, y determinar además la vida residual o remanente de ésta”, aseveró el Doctor Ebensperger.

Eventos y acción del cambio climático: El gran desafío

En un comienzo, el past president de ACHIPYC mencionó que uno de los grandes desafíos que enfrenta la infraestructura portuaria -o, al menos, el que se destaca más en la discusión- es el que se refiere al cambio climático. En ese sentido, el ingeniero es categórico: “no tenemos idea cómo nos golpeará”.

Al respecto, el profesional destacó el mapa de amenazas ARClim -desarrollado por el Ministerio del Medio Ambiente- ya que ofrece una gran cantidad información y, por lo mismo, “nos brinda conocimientos como para ir olfateando hacia dónde tenemos que abordar. Por ejemplo, las condiciones ideales del comportamiento de un material en particular, como el hormigón, cambiarán de aquí a 30 años porque tendrás otras humedades, otras temperaturas de funcionamiento y, por lo tanto, podemos tomar acción sobre eso”, puntualizó.

“De manera prospectiva -agregó- podemos imaginarnos qué es lo que pasará en estos escenarios y podremos tomar acción frente al cambio climático. La infraestructura portuaria tendrá que adaptarse de manera importante, tendrá que plantearse escenarios de adaptación”.

Esto quiere decir, a juicio del profesional, cambiar la manera de diseñar las obras que se realicen en el borde costero. “Por ejemplo -puntualizó- en la Dirección de Obras Portuarias, los proyectos siguen ejecutándose de la misma manera, con el mismo tipo de infraestructura, bajo los mismos pensamientos técnicos. Eso no está necesariamente errado, pero se necesitarán otras cosas”.

“Un buen ejemplo de ello es ECOncrete y sus bloques prefabricados de hormigón para protección costera”, mencionó. “Ellos incorporan la variable naturaleza dentro de su diseño. Es decir, yo no sólo construiré infraestructura para protección costera, sino que uno de los objetivos del proyecto es recuperar o mejorar el espacio natural donde éste se emplazará”.

Estos parámetros -salud estructural de la infraestructura ya existente y su monitoreo, y adaptabilidad de los nuevos proyectos- son, a juicio del experto, los principales desafíos que debe enfrentar la infraestructura portuaria.

“Por un lado, en vista ciudades, infraestructura costera y portuaria, lo que es la adaptación al cambio climático y a lo que se viene, amparado en la falta de datos que aún se tiene y, por otra parte, visionar infraestructura con objetivos adicionales, por ejemplo, mejorar el entorno natural que es necesario para la adaptación a los eventos extremos. Esos son los grandes desafíos que, a mi parecer, tenemos en infraestructura costera en el país”, sentenció.

¿Qué pasa con el hormigón en áreas costeras?

El hormigón, el material más consumido por el hombre después del agua, continuará utilizándose para la construcción de infraestructura, incluyendo la portuaria y la costera. En ese sentido, y con los desafíos planteados por Raúl Oberreuter en esta materia, cabe preguntarse cómo responderá el hormigón, en cuanto materialidad, frente a estos retos.

“Existen distintas opiniones en ese ámbito”, subrayó el ingeniero. “He visto, por ejemplo, proyectos nuevos que evidencian fallas tempranas en menos de 5 años. Por el contrario, observé infraestructura que tiene más de 100 años. Entonces, es complejo responder a esa pregunta hoy en día”.

Pese a esto, existen algunos campos en los que, a juicio del profesional, podría avanzarse para que el hormigón responda ante los desafíos planteados en infraestructura costera y portuaria. Uno de estos dice relación con los diseños de mezcla y el análisis de aquellos elementos que se mantienen en el tiempo, versus aquella infraestructura más nueva que evidencia fallas.

En ese aspecto, el experto puntualizó que el seguimiento debería practicarse “de la misma forma en que, por ejemplo, se monitorean los pavimentos de hormigón en los caminos y se realizan ensayos de ese hormigón”, comentó.

Ese mismo tipo de análisis podría realizarse, explicó el experto, para medir también el nivel de carbonatación -la capacidad que tiene el hormigón de absorber las partículas de CO2 del ambiente- en ciudades que presenten un elevado nivel de contaminación y compararlas, por ejemplo, con ciudades costeras.

Otro punto en el que hizo hincapié el past president de ACHIPYC es en la necesidad de tener una visión territorial respecto al uso de hormigón en el desarrollo de infraestructura costera y portuaria. Esto, porque “el ciclo de hielo y deshielo que existe en la infraestructura costera, portuaria de Punta Arenas no se repite en Arica y, en esa misma línea, entre Arica y Antofagasta, o Antofagasta y Valparaíso. Por ejemplo, la primera ciudad tiene un ambiente corrosivo producto la naturaleza de su costa, que cuenta con presencia de arsénico y otros elementos, lo que no se ve en Valparaíso”.

Esa visión territorial para analizar el hormigón utilizado en infraestructura costera y portuaria es, a juicio del experto, tremendamente necesaria para hacer los estudios de materiales -como el hormigón- y su comportamiento en el borde costero. En ese aspecto, el Comité de Durabilidad del ICH presentó una propuesta de zonificación del ciclo de congelación/deshielo a lo largo de Chile.

Ese documento se suma al mapa de corrosión atmosférica de Chile, desarrollado por la académica Rosa Vera de la Universidad de Valparaíso, que actúan como herramientas que permiten agregar datos al análisis del hormigón a lo largo de nuestro país.

Finalmente, el ingeniero comentó que, pese a estos esfuerzos, aún “falta un poco de información para comprender a cabalidad cómo se comporta el material, en este caso el hormigón, en las áreas costeras”. Pese a ello, subrayó que estos pasos permitirán una mejor comprensión del material y así, elaborar planes de gestión, tanto para la infraestructura vigente como la futura.