Development of an accelerated construction methodology for underground mining
concrete pavements
Authors:   , Brescia Norambuena Leonardo Sebastián 
Published: November 2024

La industria minera está migrando de sistemas de extracción a tajo abierto
hacia sistemas subterráneos, requiriendo la construcción de una cantidad
significativa de túneles y pavimentos subterráneos. Las técnicas de construcción
tradicionales poseen ciertas limitaciones que motivan a la minería a avanzar
hacia nuevas tecnologías y metodologías que mejoren principalmente su
productividad. La revisión de literatura revela que las técnicas de construcción
acelerada (AC) han permitido, entre otros aspectos, acelerar la puesta en marcha
de proyectos, pero también mejorar la productividad y calidad de diversos
proyectos de infraestructura. No obstante, el estudio del estado del arte y el
estado de la práctica de las técnicas de construcción acelerada también revelan
que su aplicación en pavimentos de minería subterránea no ha sido estudiada. Lo
anterior motivó una investigación para desarrollar una metodología AC para
pavimentos subterráneos (UMP por sus siglas en inglés).
Con dicho fin, se llevaron a cabo tres etapas principales de experimentación. La
primera etapa propuso una nueva metodología de construcción para UMP basada en
la filosofía AC contemplando el uso de losas prefabricadas. Igualmente, esta
etapa demostró sus ventajas técnico-económicas sobre las técnicas tradicionales
de construcción usando modelos de simulación estocástica. Los resultados
indicaron una mejora de la productividad (~10% de costo unitario) y
sustentabilidad (~10% menos de emisiones de CO2-equivalente). Adicionalmente, el
modelo de simulación demostró la necesidad de optimizar el espesor de los
pavimentos y su durabilidad para mejorar el desempeño de los UMP.
En la segunda etapa se desarrolló un modelo estructural 3D-FEM capaz de analizar
las condiciones y solicitaciones para pavimentos prefabricados destinados a
minería subterránea. El modelo indicó una alta concentración de tensiones bajo
las ruedas de los LHD a causa de la alta rigidez de la roca. Adicionalmente,
mostró un aumento significativo de los esfuerzos internos a tracción por el
efecto de las fuerzas de frenado, las grandes dimensiones de las losas
prefabricadas y por la variabilidad inherente de las propiedades de la
subrasante. Por lo tanto, al comprender el comportamiento estructural de los UMP
se puede optimizar su diseño y reducir los costos de los proyectos de
pavimentación minera.
En la tercera etapa se procedió a estudiar nuevos diseños de hormigón que
incorporaron humo de sílice, nanosílice y fibras para mejorar el desempeño del
material y de los pavimentos mineros subterráneos. Los resultados obtenidos por
un análisis factorial fraccionado 24-1 mostraron una sinergia de los materiales
adicionados en el hormigón. Específicamente, se observó un aumento de la
resistencia mecánica a la compresión (~17%), hendimiento (~23%) y flexotracción
(~22%), junto a un aumento de la resistencia a abrasión (~212%), disminución de
la permeabilidad (~50%) y de la expansión por ataque de sulfatos (~37%).
Las tres etapas permitieron proponer una metodología constructiva basada en los
principios de la construcción acelerada para UMP. Esta nueva metodología se
fundamenta en el uso nuevas tecnologías como softwares de simulación y de
diseño, nuevos materiales, y nuevos procedimientos constructivos que aumenten la
productividad del uso de los recursos físicos, humanos y económicos. Igualmente,
las distintas etapas demostraron la necesidad de la integración de ellas:
incluir hormigones de mayor desempeño optimizará el diseño estructural y
reducirá el impacto del deterioro de los pavimentos en el ciclo minero. De esta
forma se podrán obtener mayores ventajas sobre las técnicas tradicionales de
construcción cuando las tres etapas se toman como una. Finalmente, se concluyó
que las técnicas AC mejoran el proceso constructivo, el desempeño de los UMP y
el ciclo minero al permitir el diseño y construcción de UMP más duraderos,
eficientes y sustentables. Por lo tanto, el desarrollo y los resultados de esta
tesis son una contribución al estado del arte al sentar las bases para una
metodología de construcción acelerada para UMP. Mas aún, se espera que los
conocimientos obtenidos permitan mejorar la productividad y eficiencia de
futuros proyectos de pavimentos subterráneos, contribuyendo a la industria
minera, la industria de la construcción, y a la sociedad.