Diseño y construcción de vías en proyectos mineros*

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  • 13/05/2022
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Diseño y construcción de vías en proyectos mineros

Para ejecutar vías en zonas de explotación minera, es necesario seguir algunos lineamientos. Por ejemplo, se requiere tener un estricto control de erosión y sedimentos en quebradas y cauces de ríos, así como el corte en talud para laderas. 

Del mismo modo, hay que establecer un control riguroso al momento de realizar el movimiento de tierras, de modo que se evite cortar especies de árboles o arbustos de manera innecesaria. Así también, se necesita contar con la aprobación del EIA (Estudio de Impacto Ambiental), la consulta previa y CIRA (Certificado de Inexistencia de Restos Arqueológicos) de la entidad correspondiente.

De acuerdo a los especialistas, dentro de la estructura de la misma vía, se deben identificar las distintas capas de suelo que son necesarias para una correcta construcción de la vía. En total son tres: nivel de subrasante, sub-base y base y la capa de rodamiento. En la primera capa es donde se encuentra el terreno natural. Ahí es preciso evaluar la capacidad estructural y, si es necesario, la colocación de reforzamiento.

En la segunda capa debe mantenerse drenada y con la capacidad de resistir a las capas de base. Mientras tanto, la capa de reforzamiento controla el desempeño del camino, al encontrarse en contacto directo con los neumáticos. Adicional a los trabajos de la vía, deben de considerarse las obras complementarias como son las bermas, muros de contención de seguridad o drenajes adicionales contemplados en el diseño.

Principales retos

Los principales retos al ejecutar vías de acceso minero, por lo general, consisten en la identificación y extracción de los materiales a emplear; esto es, el relleno y la carpeta de rodadura. En la mayoría de los casos, se utiliza el material que se extrae de los tajos, los mismos que deben ser ensayados y caracterizados como un material competente. 

“Otras dificultades que suelen presentarse son la inestabilidad de los taludes de corte, limitaciones topográficas, el terreno natural, que puede ser una roca o suelo blando, clima, flujos subsuperficiales, caída de rocas, etc.”, señala el ingeniero McKevin Zamora Ortiz, especialista de Maccaferri Perú.

Por su parte, Rodrigo Polanco, ingeniero de Área Técnica de GyM, señala que es preciso lograr un camino o vía eficiente, que permita el paso continuo de maquinaria pesada con el mantenimiento mínimo a las vías. Así, refiere que los retos se pueden clasificar de acuerdo a la naturaleza de su origen. Existen, por ejemplo, los retos topográficos y geológicos. Aquí se destaca el relieve abrupto y quebradas pronunciadas, que dificultan el trazo y aumentan la longitud y curvatura del trazo geométrico.

Otro es el diseño geométrico. “Las fuertes pendientes -debido a los desniveles y las curvaturas peligrosas de acuerdo al diseño- son los principales factores para que un operador disminuya la marcha. Al requerir un flujo constante de camiones, se debe cuidar las intersecciones de las conexiones principales y los accesos secundarios, considerando, en algunos casos, el diseño de rotondas o plazoletas para administrar el tráfico”, agrega el ingeniero Rodrigo Polanco. 

La altitud y el clima son variables que también se deben tomar en cuenta. “Al encontrarse los proyectos mineros a gran altitud, el rendimiento de todas las maquinarias varía, adicionado al clima con intensas temperaturas, erosión de los caminos y cansancio de los operadores”, señala el ingeniero Rodrigo Polanco.

Del mismo modo, hay complejidades cuando se intervienen zonas de cauces naturales de agua, cruce de pantanos o afectación de flora y fauna. Deben generarse los correspondientes desvíos a través de canales y respetar lo indicado en el EIA (Estudio de Impacto Ambiental), conservando y haciendo sostenible el ecosistema de los alrededores.

“Todos estos retos tienen consecuencias económicas porque retrasan la operación de la misma mina, pero es primordial, ya que así, procuramos, en lo posible, garantizar una mayor seguridad y cuidado del medio ambiente”, señala el ingeniero Rodrigo Polanco.

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Consideraciones para un buen diseño

Es primordial que el diseño de las vías en proyectos mineros comprenda aspectos estructurales, geométricos y funcionales Esto, en palabras del ingeniero Mckevin Zamora Ortiz, garantiza que sean seguras y eficiente en su operación.

Por su parte, el ingeniero Rodrigo Polanco señala que el diseño de vías de acceso debe considerar 5 aspectos fundamentales. Estos son las siguientes: 

  • Diseño geométrico

 Con el objetivo de garantizar la seguridad y eficiencia en el transporte, se debe definir el alineamiento, considerando el plano vertical (las distancias de visión, frenado y pendientes) y el plano horizontal. Este último contempla el ancho de la vía (teniendo en cuenta el vehículo de diseño-camión minero), curvaturas (más peligrosas), peraltes, pendientes y estudio de intersecciones. Además, debe de cuidarse las bermas, barreras y pretiles por motivos de seguridad, y por último el drenaje que siempre afectará un camino, especialmente si es no pavimentado como los de minería.   

  • Diseño estructural

Debe soportar cargas de maquinaria pesada y al transporte continuo del material, y debido a que el que se suele emplear proviene del corte, es importante estudiar las características físico- químicas de los materiales, de modo que sean lo suficientemente resistentes para cumplir con las condiciones del tráfico.

  • Diseño funcional

Orientado a la conectividad y eficacia de las rutas, teniendo en cuenta que dos rutas paralelas pueden generar interferencias debido a que la que se encuentra en el plano superior genera una zona de fuego durante la construcción (zona de caída de rocas). Asimismo, la carpeta de rodadura debe tener características para un tránsito confortable (entre otros aspectos, buena visibilidad, rugosidad necesaria para evitar deslizamiento de neumáticos y necesidades mínimas de mantenimiento).

  • Diseño de mantenimiento

Diseño de mantenimiento: Identificar la frecuencia de mantenimiento adecuada, de acuerdo a la resistencia de rodado que afectará al rendimiento de los camiones. Procurar realizar el menor mantenimiento posible, construyendo un camino rápido y seguro.

  • Diseño sostenible

Diseño sostenible con el medio ambiente: El diseño, además debe estar orientado a que las vías de acceso no se encuentren cerca a los bofedales, lagunas o bebederos de animales donde anidan las especies como aves o mamíferos, con la finalidad de no causar un impacto negativo que ahuyente a la fauna de la zona.

Asimismo, evitar el pase de las vías de acceso por ojos de agua o vertientes, como por ríos, riachuelos o canales de riego. De ser el caso, colocar tubería de drenaje o pontones para evitar la contaminación del agua por paso de unidades, camiones, volquetes, etc.

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Soluciones para el proceso constructivo

La construcción de este tipo de vías es compleja y presenta una serie de problemas. Estos son la inestabilidad de taludes, flujos de agua subterránea, caída de rocas, suelos blandos, etc. 

Por ello, el ingeniero Mckevin Zamora Ortiz, de Maccaferri del Perú, comenta que los sistemas constructivos más adecuados son los sistemas de contención y estabilización en suelo reforzado. Del mismo modo, destacan las trincheras drenantes con geocompuestos de drenaje, mallas de alta resistencia contra caída de rocas, barreras dinámicas y refuerzos de suelo con geomallas biaxiales.

En opinión de Rodrigo Polanco, de GyM, el proceso constructivo en este tipo de proyectos es similar al de los caminos viales. Sin embargo, aclara que los caminos mineros, en su mayoría, son no pavimentados. Pese a ello, es posible aplicar un sistema tradicional de construcción.

El especialista de GyM sostiene que, primero, se debe escarpar el terreno natural, eliminando la vegetación u otros elementos que no sean reutilizados. Para ello, se emplea el Bulldozer o tractor de orugas. De otro lado, para aquellas zonas donde el movimiento es limitado –usualmente en taludes- se emplea la excavadora, con el fin de aperturar zonas estrechas. 

Se utilizan retroexcavadoras para trabajos localizados. Estos equipos poseen versatilidad, tanto en el brazo como en el cargador frontal. A su vez, la motoniveladora se utiliza para separar y esparcir material, para las distintas capas de sub-base, base y superficie de rodadura. De ese modo, se completa el perfilado y se realiza el corte final. La compactación se realiza con rodillos vibratorios, especialmente cuando se trabaja con material in situ, como grava para las capas de sub-base, base y superficie de rodadura.

Finalmente, luego de la compactación entre capas, se debe aplicar agua sobre el material, para así llevarlo a su óptimo contenido de humedad y llegar a la máxima resistencia.

Materiales adecuados

Para este tipo de proyectos, se recomienda utilizar materiales que soporten cargas fuertes, propias de todos los vehículos que circularán por la vía: bien compactados y resistentes a la erosión por factores  climáticos. El especialista de GyM recomienda no utilizar materiales muy finos, ya que la textura debe de ser la adecuada para un correcto frenado.  Pueden identificarse tres tipos de materiales que, en general, deben considerarse para los trabajos en caminos y vías de acceso minero:

1. Material In-Situ: Es aquel material que se encuentra en el terreno natural, pueden ser suelos, cubierta de material erosionado, roca dura quebrada o sólida. Se debe identificar la resistencia del material sobre el cual se va a construir. “Si es que este es una cubierta de roca sólida, no se necesita mucha protección, sólo cuidar el drenaje. De otro lado, si se cuenta con roca quebrada, será suficiente compactar las capas de sub-base y base”, señala Rodrigo Polanco, de GyM.

2. Material de la Sub-base y Base: Se puede utilizar roca quebrada o material no erosionado para la sub-base y base. Asimismo, no debe haber presencia de tierra o arcilla, (materiales finos, menos del 20 %), ya que estas capas serán las encargadas de sostener a la capa de rodadura; por ello, tienen que ser duras y con bloques de 300 mm como máximo para que sea posible su compactación,

3. Material de la Superficie de Rodadura: Para esta capa, se recomienda una resistencia mayor (CBR>80 %), que sean capaces de resistir al desgaste y erosión por la maquinaria pesada involucrada en la obra. “Rocas muy erosionadas contendrán mucho material fino que provocaría resbalamientos y polvo, mientras que una roca muy suelta produciría corrugación y aumento de la resistencia al rodado”, manifiesta Rodrigo Polanco.

Innovaciones para este tipo de trabajos

Para simplificar el diseño conceptual y lograr una optimización en el trazo para los accesos de trabajos de movimiento de tierras, se vienen utilizando distintas herramientas de software y de metodologías como la de BIM (Building Information Modeling) para Infraestructura. En palabras de Rodrigo Polanco, esto ayuda a la representación gráfica de distintas especialidades y rapidez de obtención de información, a través de modelos digitales. También se utilizan los programas de Autodesk®, entre los que destacan Infraworks y AutoCAD Civil 3D.

Con Infraworks, el modelo 3D del proyecto de grandes extensiones se agiliza, a través de los motores de procesamiento en la nube de Infraworks. Se pueden trazar los caminos y vías existentes, así como trabajar en propuestas de distintos trazos geométricos, emplazar plataformas 3D que modifican en el terreno natural, obtenido en la etapa inicial. “Asimismo, esta plataforma define distintas áreas de cobertura y permiten plantear alternativas de diseño entre carreteras, puentes, plataformas, etc. a un nivel de ingeniería básica”, sostiene el ingeniero del Área Técnica de GyM.

De otro lado, el AutoCAD Civil 3D también es importante. A partir de los planos del diseño, se pueden restituir o emplear los mismos para generar superficies de las distintas plataformas con una mayor precisión. “También podemos realizar cálculos de volúmenes de movimiento de tierras, generando distintas superficies para limitar el metrado a una determinada cota”, agrega.

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Refuerzo y estabilización de suelos

El ingeniero Mckevin Zamora Ortiz, de Maccaferri del Perú, asegura que en el mercado existen soluciones tradicionales para este tipo de proyectos, como la excavación y reemplazo del material no competente, lanzamientos de material a fondo perdido, estabilizaciones mecánicas y estabilizaciones químicas. 

“Muchas minas importantes en nuestro país están ubicadas en zonas altoandinas, soportando heladas, lluvias torrenciales, y escasez de materiales granulares, razón por la cual se deben buscar soluciones que sean técnicas, económicas y rentables buscando generar el menor impacto ambiental posible”, indica.

Una de estas soluciones es el MacGrid EGB, que consiste es una geomalla biaxial extruida, producida a partir de polipropileno. Es recomendada para refuerzo y estabilización de suelos. “Las geomallas biaxiales MacGrid presentan propiedades físicas (abertura de la malla, color) y propiedades mecánicas (resistencia a la tracción, eficiencia de las juntas, rigidez flexural, espesor mínimo de la costilla, estabilidad de las aperturas) las cuales alcanzan altos valores de resistencia a tracción con poca deformación”, señala el representante de Maccaferri.

¿En qué medida es beneficiosa para los proyectos mineros? De acuerdo con el ingeniero Zamora Ortiz, esta solución mejora la capacidad portante del suelo, reduce los espesores de relleno, mejora la superficie de circulación de los vehículos mineros, controla los asentamientos diferenciales, facilita las operaciones de circulación y reduce costos y tiempos de ejecución.

“Esta solución permite distribuir las altas presiones generadas por los vehículos mineros sin la necesidad de colocar rellenos de gran espesor, con la aplicación de geomallas biaxiales MacGrid EGB se ha logrado reducir los espesores del relleno estructural hasta en un 60 %. Por estas razones, la aplicación de estas geomallas es una solución apropiada para vías en minería”, señala.

*Informe publicado en Revista Costos Edición 297, 15 de diciembre del 2018

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