Construcción de caminos mineros: Diseñando la ruta

Gentileza Dust a Side Chile
Gentileza Dust a Side Chile

Para la realización de esta actividad, destacan tres aspectos: el diseño geométrico, estructural y funcional. Estos factores deben considerarse no solo para la construcción de caminos en la minería, sino que en cualquier actividad que requiera la utilización de rutas.

Para la construcción en sí, se debe tomar en cuenta el uso y objetivo que tendrá el camino dentro del proyecto. Sus etapas primarias consideran la excavación, perforación y movimiento de tierra. Posteriormente, la construcción de la estructura del camino y mantenimiento permanente de la red.

Un adecuado plan de mantenimiento es un aspecto relevante que correctamente gestionado puede impactar significativamente la productividad de los equipos de transporte de material. Dentro de los principales problemas que enfrentan los caminos, destacan: el acelerado deterioro de las carpetas de rodado y los altos niveles de emisión de polvo. 

Alfredo Saavedra L.
Periodista Construcción Minera

La construcción de caminos en la minería se logra mediante un enfoque de diseño integrado, aspecto fundamental si se quiere contar con una ruta eficiente y segura. En términos generales, el proceso constructivo es similar al utilizado para los caminos viales, aunque a diferencia de estos, la mayoría de los usados en el sector minero no son pavimentados.

Si un elemento de la fase de diseño no se aborda correctamente, se originarán problemas difíciles de solucionar en etapas avanzadas, comprometiendo incluso la seguridad y el impacto al medio ambiente. Y es que, según señalan los expertos, cada componente de su infraestructura debe ser atendido correctamente en la etapa de diseño, pues una combinación de circunstancias se traduciría en caminos riesgosos y de baja productividad.

Diseño

Independientemente del área o del objetivo que tenga, el diseño y análisis de caminos sigue un mismo proceso, en el que destacan tres aspectos: el diseño geométrico, estructural y funcional. El primero de ellos es comúnmente el punto de partida para todo diseño de caminos y se refiere al trazado y la alineación, tanto en el plano horizontal (radios de curva), como vertical (pendientes, gradientes, caída transversal, súper-elevación). Estos factores definen entre otros las distancias de detención, distancias de visibilidad, trazado de las intersecciones, pretiles de bermas y/o separación de pistas y ancho del camino, dentro de los límites impuestos por el tránsito. “Siempre el primer paso está asociado al diseño geométrico, es decir, por dónde pasa el trazado del camino, el cual define una serie de elementos que impactarán de una u otra forma a la operación minera”, señala Felipe Halles, ingeniero civil, MSc y PhD, especialista en caminos mineros y Gerente Técnico en Ingeniería de Caminos TSP Chile. El objetivo de esta fase es producir un diseño eficiente y que otorgue el suficiente grado de seguridad a la operación de vehículos mineros. “En esta etapa también es esencial considerar el tema del saneamiento (drenaje superficial y subterráneo), es decir, cómo canalizar el agua que llega al camino en forma natural para que no afecte negativamente a la estructura”, detalla.

El diseño estructural, en tanto, se refiere a qué tipo de estructuras (materiales y espesores) se utilizará para soportar las cargas de tránsito impuestas por los equipos de extracción durante la vida útil del camino. La realización de un correcto diseño estructural permitirá disminuir los costos totales de largo plazo asociados a la construcción de los caminos (inversión inicial) y los programas de mantenimiento periódicos.

Por su parte, el diseño funcional, se centra en la selección de materiales de la carpeta de rodado (capa superficial de la estructura) la cual estará afecta no solo a las cargas de tránsito sino también al desgaste por erosión que producen los equipos mineros y las variables medioambientales (principalmente lluvia y nieve). “El diseño funcional corresponde a la definición de la capa superficial de la estructura que interactúa con los vehículos mineros. Su importancia es sumamente alta ya que es la que tiene la tarea de garantizar los requerimientos de seguridad, particularmente asociados a la capacidad de que los vehículos puedan frenar en la distancia que se requiere, bajo cualquier condición medioambiental (lluvia por ejemplo). Por otra parte, corresponde a la capa de la estructura que emite material particulado al medioambiente, producto del tránsito de vehículos. Una correcta selección de los materiales de la carpeta de rodado, permite minimizar en su origen los niveles de emisión de polvo que se producen durante la operación”, explica Halles.

Si bien estos son los aspectos básicos que todo camino debería considerar, el experto señala que tanto el diseño estructural como el funcional son etapas que no se abordan correctamente durante la puesta en marcha de los proyectos mineros y que acarrean una serie de problemas de seguridad, medioambientales y financieros. Esto se debe, en parte, a su ubicación geográfica. “En Chile la mayoría de las minas están en el norte, donde los niveles de lluvia son muy bajos, y las que no, están ubicadas en zonas de montañas, donde el material granular en general es de muy buena calidad desde el punto de vista del soporte, es decir, pueden resistir las cargas de tránsito que imponen los vehículos mineros sin problemas. Por tanto, el solo proceso de movimiento de tierras para cumplir con los requerimientos geométricos, permite solucionar el paso de los vehículos mineros sin la necesidad de realizar mayores obras. Esto afecta, además de los puntos antes descritos, la productividad de la operación ya que los caminos desde su origen poseen un nivel de deterioro (resistencia a la rodadura en el lenguaje minero) inadecuado, que conlleva a mayores tiempos del ciclo de transporte de mineral y mayores costos de mantenimiento de equipos”, explica Halles. Si durante el proceso de puesta en marcha del proyecto se cumpliera con todo el protocolo antes descrito, entonces todo lo que viene después (costos de mantenimiento, productividad, temas de seguridad y medio ambiente) sería más fácil”, señala el ingeniero.

Construcción y tipos de caminos

Dentro de los proyectos mineros se pueden requerir diferentes tipos de caminos para distintos usos. En primer lugar están los de acceso al área donde se encuentra la mina. De acuerdo al Reglamento de Seguridad Minera, Decreto Supremo Nº132, en su artículo 350, se indica que los caminos de accesos e interiores de la faena deben ser de amplitud tal que posibiliten el cruce de dos vehículos, de mayor envergadura. Si lo anterior no es posible, deberán dejarse zonas de cruce, debidamente señalizadas, ubicadas de manera que permitan la visibilidad entre ellos. Estos caminos deberán ser mantenidos en forma transitable y libre de polución.

En segunda instancia están los denominados secundarios o de servicio, que son aquellos por donde transitan vehículos livianos como camionetas y camiones similares a los que se usan en caminos públicos. El tercer tipo corresponde a caminos de operación minera o primarios, por donde transitan los camiones de extracción. Se diferencian de los otros en aspectos geométricos, porque necesitan más espacio y son más anchos por las curvas. “Estructuralmente todos estos caminos son diferentes, ya que las cargas que imponen los distintos vehículos que los utilizan son muy distintas. Por ejemplo mientras en los caminos secundarios se pueden usar estructuras de 20 cm de espesor de material granular para las carpetas de rodados, en los caminos primarios el espesor puede alcanzar los 60 centímetros”, explica Halles.

De acuerdo al artículo 351, del Reglamento, los caminos de fuerte pendiente se deben dotar con salidas de emergencia cada 200 metros y si además tienen zonas de curvas y/o sus trazados están sobre barrancos se debe disponer de un pretil a la orilla exterior del camino con una altura mínima de 2/3 de la altura de la rueda del equipo o vehículo que circulará por el lugar. Además, en el artículo 352 se indica que las curvas y los peraltes de los caminos deben ser diseñados de acuerdo a las características técnicas de los vehículos que circulen, velocidad máxima permitida en el lugar y la pendiente del camino (la velocidad máxima en caminos de tierra será de 50 Km/hora, excepto en aquellos lugares donde existan señalizaciones diferentes).

No obstante lo anterior, todos los tipos de caminos deben solucionar correctamente los temas de nivel de deterioro, la seguridad (resbalamiento) y los niveles de emisión de polvo.

A pesar de los distintos usos que se les da a los caminos, el proceso constructivo, en términos generales, es básicamente el mismo y se comienza a trabajar en ellos una vez que el proyecto ha sido licitado y adjudicado (etapa posterior a la de diseño). “En las licitaciones, la mayoría de las veces, los mandantes entregan los antecedentes de sus proyectos, vale decir, el diseño geométrico, estructural, saneamiento, señalización, etcétera, además de especificaciones técnicas y planos correspondientes. El mandante por lo general considera para su adjudicación, los presupuestos, metodologías de construcción, cumplimiento de plazos y medidas de seguridad”, detalla Manuel Silva, Gerente de Proyectos de Constructora Conpax.

Tras la adjudicación, empieza la etapa de planificación detallada de la construcción, en la que se determina  la cantidad y tipo final de equipos y personal que se requerirán y la logística necesaria para poder cumplir con el programa de trabajo previsto. “Lo más importante aquí es la adecuada planificación: cómo se va a ejecutar el trabajo y los recursos necesarios para cumplir con el programa, desde la movilización inicial hasta la última actividad de desmovilización final”, explica Silva.

Con lo anterior resuelto, se procede con el replanteo del proyecto y se ejecutan inicialmente algunas tareas como la etapa de despeje, que incluye limpiar el terreno mediante el retiro de árboles, arbustos, etcétera, realizar escarpes y luego para poder así comenzar con las excavaciones que se realizan en forma mecánica.

Dependiendo del tipo de suelo que se presenta en el desarrollo del camino, puede haber material de terreno común, roca fracturada o roca sana. En casi todos los casos se utilizan excavadoras, bulldozers y camiones para removerlo y transportarlo. “En ocasiones hay que transportar el material que se excava a un botadero o en otras se reutiliza para construir los terraplenes”, explica Silva, agregando que evidentemente el terreno común es el más fácil de remover.

Como los caminos de minería generalmente se desarrollan  entre montañas y algunas de gran altura,  es usual encontrarse con roca, en cuyo caso interviene el uso de explosivos para realizar las tronaduras correspondientes. En caso del terreno con roca fracturada, se usan excavadoras y/o bulldozers de mayor tamaño o eventualmente explosivos. “Como en estos tipos de suelo se trabaja con explosivos, obviamente hay que tomar consideraciones de seguridad, pero en cuanto a técnica, la construcción del camino en faenas mineras o no mineras el procedimiento es similar”, señala Silva.

Para determinar los tipos de suelo a excavar, normalmente durante el estudio se realizan prospecciones a una distancia definida por los mecánicos de suelo y cuyos resultados son entregados como antecedentes de la licitación. “Cuando en los taludes van quedando rocas inestables, se procede a su retiro, en un proceso que se denomina desquinche”, explica el experto.

En la mayoría de las situaciones, los cortes del material son desde gran altura. Se excava de manera “escalonada”, es decir, mediante perforación y tronaduras en el caso de rocas, para luego retirar con excavadoras y camiones. En algunos casos simplemente se deja el material producto de las excavaciones al lado, mientras se avanza en forma de bancos, apoyados por marcas topográficas que indican dónde se tiene que efectuar la excavación. “Dependiendo del tipo de material es como cambian los ángulos de inclinación de los taludes finales; cuando es roca son más verticales, en los otros casos, se construyen más inclinados para conseguir la estabilidad de dichos taludes”, señala Silva, agregando que los procesos de construcción no son lineales ya que por tiempo y cumplimiento del programa inicial, se trata de avanzar y abordar varios frentes simultáneamente.

A pesar que la mayoría de los caminos en minería no son pavimentados, el suelo no tiene inconvenientes para soportar el paso de las máquinas, ya que los diseños con espesores y materiales granulares idóneos y debidamente proyectados son normalmente adecuados. Para resguardar la seguridad y productividad, se deben mantener estos caminos en forma permanente mediante el uso de motoniveladoras, rodillos y camiones aljibe que permitirán mantener un rodado seguro y una humectación que impedirá que se levante polvo e impida visibilidad.

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Gestión y mantención

Tan importante como el diseño y la construcción de los caminos, es la gestión de los mismos.  Este proceso incluye el mantenimiento como actividad relevante debido a la necesidad de minimizar los deterioros que comúnmente se observan, tales como pérdida de fracción gruesa, erosiones, baches, calaminas, entre otras patologías. “La gestión del mantenimiento de la red corresponde a una labor que debe ser abordada con miras de mediano-largo plazo”, explica Halles. Y es que, de acuerdo al experto, los costos de diseño y construcción para la mayoría de los caminos de transporte representan solamente una pequeña proporción de los costos de mantención y operación totales de la mina durante su vida útil. “La gestión tiene que ver con la administración de los recursos y en ese sentido el camino minero es un activo porque tiene relación directa con la productividad. Cada peso que se invierte correctamente en el mantenimiento de la red de caminos mineros, tiene asociado retornos económicos originados en el proceso de transporte de material, ya que un camino en mejores condiciones permite que el ciclo de carga-descarga se realice en menor tiempo y por lo tanto la producción de mineral aumente”, señala.

Un aspecto fundamental en el trabajo de gestión es poder contar con herramientas que permitan evaluar y monitorear el desempeño de las distintas estrategias de mantenimiento de forma cuantitativa. “Lo que no se mide no se puede administrar y por ende, no se puede gestionar. La gestión tiene que estar asociada a evaluaciones objetivas de la condición de los caminos, de la misma forma que ya hace mucho tiempo se monitorea el consumo de combustible, los tiempos de viaje, etcétera”, señala Halles.

La empresa TSP Chile trabaja en temas de Ingeniería y Gestión de Caminos Mineros, donde cuentan con un servicio llamado MineRoAd. “Cada una de las soluciones de mantenimiento (materiales, espesores, proceso constructivo, etcétera) es evaluada con sensores especialmente diseñados para determinar, de forma cuantitativa, el nivel de desgaste que tienen en el tiempo” explica Halles.

Esta información permite seleccionar aquella solución más costo-efectiva para las condiciones de operación de cada mina, lo cual facilita el proceso de toma de decisiones respecto a la estrategia de mantenimiento a llevar a cabo. También cuentan con una plataforma de manejo de datos georeferenciados que ayuda a identificar dónde están los problemas y solucionarlos o, en el caso de contar con un presupuesto limitado, ver dónde se encuentran los más importantes, para así orientar los recursos ahí y priorizar su solución.

“No solo se debe pensar en las mantenciones una vez construido el camino, sino que estas deben estar presentes durante todo el proceso constructivo, ya que los caminos de trabajo y desvíos, que no siempre se quedan hasta al final, también necesitan mantención permanente para soportar el tránsito durante la construcción de la ruta que apoya”, explica el gerente de Proyectos de Conpax.

Control de polvo

Dentro de las estrategias de mantención también se encuentra el control de polvo, que es uno de los problemas constantes durante la construcción de caminos, los procesos de movimiento de tierra y en las operaciones mineras en general. Este aspecto se ha ido cuidado cada vez más en las faenas ya que para las compañías resulta más beneficioso trabajar en un ambiente con menor polución, pues se traduce en menores riesgos de enfermedades respiratorias, así como mejor visibilidad en los caminos, lo que implica mayor seguridad para los vehículos. Las soluciones que ofrece el mercado van desde el tradicional riego con agua de manera permanente mediante camiones aljibe, hasta el uso de otros productos que mantienen el polvo bajo control. Uno de ellos es la Bischofita, que es un tipo de sal compuesta principalmente por cloruro de magnesio hexahidratado (97%) y otras sales (3%). La principal propiedad de este aditivo es su capacidad higroscópica, es decir, absorbe humedad del medioambiente. Esta humedad permite que los finos del material granular se mantengan aglomerados en el tiempo, “estabilizando” de esta forma la carpeta de rodado del caminos. En el mercado también se utilizan polímeros naturales y orgánicos cuyas propiedades les permiten aglomerar las partículas y absorber el polvo, gracias a que transmiten la humedad. El producto (parte de la línea de supresores de polvo de 3M, distribuido por Starmine) se aplica con agua, considerando parámetros como tasa de regadío, dilución y concentración.

Otras empresas como Dust A Side, cuentan con emulsificantes que permiten que el polvo se adhiera y se transforme en parte del camino, alcanzando una superficie permanente y resistente gracias al componente bituminoso que se incorpora a la carpeta de rodado. “La utilización del agua es un tema complejo, ya que es un insumo cada vez más escaso y caro para la minería y las empresas están buscando soluciones más eficientes y sustentables”, señala Ramón Rada, gerente general de Dust A Side Chile.

Dentro de las estrategias de control de polvo también se han ido implementando servicios de gestión. Por ejemplo, esta misma compañía integra técnicas de limpieza de caminos con una solución de propiedades asfálticas que posee la resistencia para soportar 600 toneladas y ser lo suficientemente flexible para ser reparada sin interrumpir el ciclo operacional de la mina. Esto lo complementa con un sistema de monitoreo de material particulado que entrega información diaria respecto del desempeño, con estaciones de captura fijas y móviles. “Los equipos utilizados permiten monitorear partículas TSP, PM10, PM2.5 y PM1, las que a través de un sistema de difracción láser, son caracterizadas y reportadas. En forma posterior, se preparan informes con los datos obtenidos presentados en tablas y gráficos”, explica Rada, agregando que para determinar la concentración de material particulado producto del tránsito de vehículos presente en los caminos, utilizan un detector portátil el cual es instalado en un vehículo y manipulado desde la cabina. “Este sistema permite la obtención de datos de TSP, PM10, PM 2.5 y PM1 de manera inmediata y simultánea, lo que permite la acción oportuna de los mecanismos supresores de polvo. Además, también contamos con una unidad de monitoreo estacionaria”, señala el gerente.

Dentro de los beneficios de los sistemas de gestión, están: el ahorro de agua en riego de caminos, ahorro de combustible en las flotas de alto tonelaje por menor resistencia de rodado, mayor disponibilidad de caminos y equipos, mayor visibilidad en los caminos y mejora en el ciclo operacional, logrando un rendimiento más alto, caminos libres de polvo, mayor vida útil de insumos y equipos de producción y apoyo y mejor calidad de vida para las personas.

Ramón Rada señala que hay diferencias en la mantención de los distintos tipos de caminos, ya que, por ejemplo, en los de servicio, los productos aplicados cumplen una función de sustentabilidad, logrando ser eficientes para controlar fuentes fugitivas de polvo y no generar condiciones de riesgo en el desplazamiento. La minería subterránea también es una importante generadora de polvo. “Los esfuerzos por controlar el polvo al interior de los yacimientos bajo tierra y ofrecer una mejor calidad de vida laboral a sus trabajadores son muchos y con costos elevados para una operación, para lo cual desarrollamos una estrategia que ha permitido una disminución por sobre el 95% del material particulado PM10 desde la fuente al interior de una faena subterránea, consistente en la aplicación de emulgadores orgánicos y vegetales, que permiten que el polvo se adhiera y se transforme en parte del camino, alcanzando gracias al componente bituminoso, una superficie permanente y resistente” cuenta Rada.

Un camino bien mantenido, cuyo polvo es controlado, no se erosiona y consume menos agua, lo que permitiría una mejor carpeta de rodado, haciendo que los vehículos consuman menos combustible y filtros, extendiendo la vida útil de los neumáticos OTR y entregando un entorno más seguro, sin barro por sobre riego, mejor tracción, frenado y mayor visibilidad. “Este aumento de productividad operacional, colabora en el mejoramiento de la calidad de vida para las personas y las comunidades aledañas a una faena, disminuyendo el efecto sobre la salud de los trabajadores”, puntualiza el gerente general de Dust A Side Chile.

Seguridad

Este aspecto puede abordarse desde dos perspectivas: durante la construcción en sí y luego durante su puesta en uso. “Para la seguridad en la ejecución generalmente se trabaja con empresas de experiencia, que cuentan con profesionales expertos en prevención de riesgos, y con planes y programas de prevención predefinidos que se aplican adecuadamente durante las faenas de construcción.

Además, durante la construcción, se usa un tipo de señalética adecuada y móvil que indica en forma anticipada todos los precauciones y restricciones que tiene la ruta en construcción, tales como rangos de velocidad permitida, zonas con excavaciones profundas, desvíos, etcétera, para luego dar paso a la definitiva que permanecerá durante la operación del camino.

Debido a la ubicación de los yacimientos mineros, también se toman precauciones en cuanto a las faenas de movimiento de tierra que por lo general se trabajan solo de día. “Esto se hace así por un tema de seguridad  ya que es complicado iluminar sectores muy extensos, a menos que sean lugares puntuales”, señala Silva.

En la misma línea, el ingeniero Halles indica que los problemas de resbalamiento están estrictamente relacionados a un inadecuado diseño de la carpeta de rodado (diseño funcional). “Esta debe estar diseñada con materiales que permitan otorgar a la superficie una textura mínima, la cual provea en toda condición medioambiental, un adecuado coeficiente de frenaje”, explica.

En muchas ocasiones este problema se ve magnificado cuando además se suman a la problemática condiciones geométricas inadecuadas y por ejemplo mal uso de aditivos supresores de polvo. “Es un círculo vicioso. El mismo negocio minero, gatilla la necesidad de acortar las distancias de desplazamiento, lo cual conlleva a la construcción de rampas con pendientes excesivas. Esto unido a la utilización de carpetas de rodado con materiales inadecuados (muy finos) y la incorrecta/excesiva utilización de aditivos supresores de polvo, terminan por gatillar un potencial problema de resbalamiento.”, agrega Halles.

Los caminos mineros, además de proporcionar conectividad, demandan un estándar de servicio mínimo que garantice seguridad, operatividad y durabilidad ya que muchas de estas vías se encuentran emplazadas en zonas de montaña y bajo condiciones de hielo y nieve, donde las solicitaciones se tornan más agresivas. Para este tipo de caminos es recomendable disponer una carpeta de rodado granular, que proteja la subrasante proveyendo estabilidad debida, entre otras cosas, a la menor vulnerabilidad frente a los ciclos hielo-deshielo. Adicionalmente es posible estabilizar el camino con algún producto, minimizando el deterioro, además de mantener el control de hielo y nieve. El mercado ofrece una variedad de productos utilizados para estabilizar carpetas granulares, cuyas propiedades resultan idóneas para utilizarlas en sectores con el clima antes descrito y/o en zonas donde el clima es seco, con tendencia a aumentar la emisión de polvo. Los cloruros en general se caracterizan por disminuir el punto de congelamiento del agua y ser corrosivos para los automóviles, mientras que los polímeros mejoran la resistencia mecánica del suelo.

El mantenimiento de caminos no pavimentados sometidos a condiciones de hielo y nieve, debería considerar la mejora del saneamiento y drenaje, recebo y perfilado de la carpeta, uso de estabilizadores para el control del polvo y la mitigación de la acción del hielo y la nieve y despeje de nevadas. Adicionalmente, y según las características particulares de las actividades asociadas a los caminos, podría incluirse restricciones al tránsito pesado. Por último y particularmente en zonas con condiciones de montaña, se hace necesario que las operaciones de conservación se encuentren a cargo de profesionales y técnicos capaces de planificarlas, programarlas y llevarlas a cabo de manera integrada en un sistema de gestión de mantenimiento acorde a las condiciones locales.

Para mejorar la variable de seguridad, se puede realizar también una fiscalización de caminos de transporte, la que esencialmente es una inspección formal de un camino de transporte existente o propuesto que interactúa con quienes usen el camino, en la cual se analiza el cumplimiento de la seguridad y el potencial de accidentes del camino o del proyecto de camino. Los beneficios de esta medida pasan principalmente por proporcionar una estimación de los posibles problemas de seguridad para los usuarios y operadores; garantizar que las medidas adecuadas para eliminación de riesgos sean completamente evaluadas y aplicadas y promover la seguridad de los caminos en las mentes de los usuarios, operadores y diseñadores de estos. Además, si la fiscalización se implementa en la etapa de diseño, se elimina la necesidad de realizar costosos trabajos correctivos.

Así, con todos los aspectos revisados, se aprecia de manera general, el desarrollo que deben considerar los caminos mineros para su diseño y su manejo con el fin de dar respuesta tanto a los requerimientos de los operadores para tener sistemas de transporte más seguros y eficientes, como a los requerimientos del mismo mandante. Solicitudes que van de la mano con la necesidad de minimizar los riesgos del transporte desde el punto de vista de la salud y de la seguridad.

Post Author: Fabiola Garcia Sanders