CDT En los últimos años se han diseñado grandes obras industriales, proyectos que han incluido equipos e instalaciones de gran tamaño y costo, lo que lleva a una búsqueda de respuestas ante nuevos desafíos tecnológicos, constructivos, legales, entre otros.
Ante el avance que presenta la construcción industrial en el sector, se está trabajando en una actualización de la norma NCh2369, cuyo principal objetivo es mantener e incluso mejorar el satisfactorio comportamiento que han mostrado las instalaciones industriales durante eventos sísmicos severos.
Dentro de las principales modificaciones a la norma, destacan los realizados en el capítulo de las estructuras de acero, así como en el de estanques, recipientes de proceso, estructuras prefabricadas de hormigón y fundaciones, junto a la incorporación de capítulos nuevos para instalaciones antes no cubiertas.
Las construcciones industriales presentes en el sector cumplen roles específicos dependiendo de las necesidades de las actividades para las que son desarrolladas, considerando aspectos como los materiales, instalaciones, espacios y diseños, entre otros. El hecho que Chile sea un país minero, también conlleva desafíos para este tipo de construcciones. “La minería chilena, concentrada en el cobre cuya ley es cada vez menor, es sin dudas un factor de innovación, porque nos obliga permanentemente a optimizar y mejorar los procesos. Por ejemplo, las construcciones hoy no pueden ser solo concebidas en la oficina del proyectista; deben pensarse para ser montadas siguiendo un patrón de menor tiempo de montaje, menores pérdidas, cero accidentes, menor cantidad de personal involucrado y mínimo impacto ambiental”, señala Juan Carlos Gutiérrez, Director Ejecutivo del Instituto Chileno del Acero (ICHA), agregando que también se deben considerar aspectos como el final de la vida útil de las estructuras, sus desmontajes y mitigación de potencial daño ambiental, entre otros. Y es que en los últimos años se han ido diseñando grandes obras industriales, proyectos que han incluido equipos e instalaciones de gran tamaño y costo, lo que lleva a una búsqueda de respuestas ante nuevos desafíos.
A modo de ejemplo, Ramón Montecinos, ingeniero civil y miembro del Comité Técnico del Instituto Chileno del Acero (ICHA), comenta que en la actualidad bajo las pilas de acopio de minerales existen salas de hormigón armado con losas perforadas de techo, bajo las que se ubican los alimentadores y correas transportadoras que sacan el material de la pila para continuar el proceso. “Hace 20 años esas pilas tenían la mitad de la altura que tienen hoy y las losas de techo de las salas de alimentadores, que soportan el peso de la pila, tenían espesores de 1,5 metros. Hoy, al duplicar la altura y peso de la pila, esas salas tienen losas de techo de 3 m de espesor y cuantías de acero muy elevadas. Su diseño es un desafío ya que ninguna teoría del hormigón ha sido confirmada experimentalmente para esas dimensiones e inevitablemente tenemos que extrapolar”, detalla.
Los expertos consultados indican que también hay aspectos del entorno que afectan a la construcción industrial en el sector. En términos legales, por ejemplo, hay ciertas restricciones en el sentido de contar con leyes que soportan la sustentabilidad de las empresas, exigiendo cumplimientos de salud, seguridad de los trabajadores, respeto al medio ambiente y al entorno donde se ubican con acuerdo de las comunidades. “Para ello se requiere pensar muy bien cada proyecto, sus instalaciones y accesos, de manera que altere lo menos posible el entorno, que la vida útil requiera poca mantención, con elementos reciclables, muchas veces autogenerando la energía para operar y a veces el agua mediante plantas desalinizadoras”, menciona Oscar Guarda, sub gerente de Ingeniería de Sigdo Koppers S.A., agregando que también se ha dado en el último tiempo el aprovechamiento de grandes equipos de producción, como por ejemplo en minera Escondida, donde chancadores se aprovechan en nuevas ubicaciones y son trasladados “completos”, lo que necesita una logística de caminos y coordinación de tiempos de ejecución con el resto de la mina requiriendo a su vez, la última tecnología en transporte de equipos muy pesados.
“Los plazos exigidos en especial en Chile, son reducidos, llegando a ser casi la mitad de los plazos que teníamos antes para construir, lo que obliga a elevar las dotaciones de trabajadores, que a su vez atenta contra la productividad, ya que también están siendo instaladas en lugares donde el espacio queda restringido”, cuenta Guarda. Para eliminar interferencia y hacerlo sobre la marcha, el profesional señala que se hace cada vez más necesario el uso de herramientas 3D (BIM o VDC), que trabajan en simultáneo colaborativamente para las distintas especialidades, “corrigiendo, cubicando y extrayendo a su vez listas de materiales para hacer las órdenes de compra”. De acuerdo al ingeniero, en el caso de obras civiles y montaje de estructuras metálicas de gran envergadura como lo son fundaciones y edificios para molinos o grandes muros de contención cada vez se requiere mano de obra más especializada debido al conocimiento avanzado que se debe tener en hormigones masivos (de grandes dimensiones) para evitar futuras patologías y arriesgar la durabilidad, como también nuevas metodologías de ejecución, que en el caso de grandes equipos, son montados en fundaciones llamadas masivas, las que hoy se ejecutan en forma parcializada por tramos, en vez de un solo gran hormigón en una etapa.
Tipos de proyectos
Según los expertos consultados, la construcción industrial en la minería está llegando a grandes magnitudes de naves industriales con maquinaria de producción, como por ejemplo, los edificios de molienda y chancado de minerales y los stockpiles para almacenamiento. La interconexión para el traslado del material de proceso, casi siempre es vía correas transportadoras, las que cada vez son de mayor tamaño. “Los mismos talleres de camiones, instalaciones de gran envergadura en los que se les hace la mantención a los camiones mineros son de grandes luces y altura como también de un alto requisito para los pavimentos que soportan las cargas de los camiones”, menciona Guarda, agregando que las centrales de generación térmica, también están llegando a las grandes dimensiones ya mencionadas, con un alto poder de generación, pero también con mucho equipamiento incluido en los procesos para depurar los elementos y devolver aire limpio y agua limpia a la atmósfera y al mar.
También hay número importante de proyectos mineros que se encuentran en zonas desérticas o a gran altura afectos a niveles de nevazón, motivo por el cual se privilegian soluciones prefabricadas en acero u hormigón de grandes dimensiones. “El tema logístico del transporte y montaje de elementos de gran tonelaje es una característica común y que los distingue de otros tipos de proyectos. La construcción en zonas cordilleranas de gran altura además, hace que el personal participante en faenas de construcción sea sometido permanentemente a exámenes de salud en altura”, comenta Rodolfo Saragoni, ingeniero civil y socio de SyS Ingenieros consultores.
El profesional agrega que dentro de los avances importantes que ha tenido la construcción industrial está el montaje de estructuras metálicas con pernos de alta resistencia, hormigones bombeados, de alta resistencia y autocompactante y especialmente hoy el hormigón prefabricado. Para los expertos, los últimos 10 años han traído también la globalización que hoy implica que las estructuras se pueden fabricar en cualquier lugar del mundo. “Son nuevos escenarios que derivan de los emplazamientos de algunos de los nuevos proyectos mineros: si en el siglo XX estaban no mucho más arriba de los 3.000 msnm, hoy están sobre los 4.000 o 4.500 msnm, con los consiguientes problemas de nieve, viento y especialmente, constructibilidad, término del que poco nos preocupábamos antes”, agrega Ramón Montecinos, ingeniero civil y profesor en la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Chile.
Avances de la construcción
El aumento de capacidad de los equipos de producción ha llevado a la necesidad de construir grandes edificios de producción (naves industriales, galpones de grandes luces y alturas) y también instalaciones de última tecnología tanto electrónica como de hábitat para el personal, oficinas y salas de control, para lo que se cuenta con diversos tipos de soluciones estándares que cumplen cada una ciertos requisitos de recubrimientos y cierros, tipos de pavimentos, puertas y ventanas, con diferentes capacidades de aislación sonora y térmica, techos con impermeabilización, insonorización, protección UV, temas de climatización, protección de incendios, comunicación, iluminación computacional, entre otras, llegando a altas sofisticaciones hasta clasificarse muchas veces como edificios inteligentes. “Dada las altas inversiones de cada uno de estos proyectos y los periodos de vida útil, cada partida de materiales, controles, productos terminados, etcétera, requiere de certificaciones de los productos y de la calidad de la mano de obra”, comenta Guarda.
Y es que dados los plazos de los proyectos y los espacios reducidos (muchos de ellos dentro de plantas en operación) se requiere de detalles espaciales de planificación, anteponer las actividades críticas (como lo son el montaje heavy lift), planificar las obras civiles e instalaciones que no deben ser construidas por interferencias futuras de montajes, etcétera. “Se deben planificar las actividades, definir el método constructivo de las obras civiles a fin de coordinar los recursos necesarios y consideraciones previas, tomando en cuenta un diseño y construcción lo más estándar posible, dentro de lo poco repetitivas que son en general estas instalaciones, de manera tal que se puedan prefabricar en la medida de los posible y así disminuir transportes, bodegaje y patios de almacenamientos, como también minimizar el trabajo en estos lugares que son de difícil acceso y con condiciones adversas”, agrega Guarda.
También ha aportado al avance de la construcción industrial el fin del súper ciclo del cobre, en el sentido que tras el auge del “fast track” en el diseño, los expertos consultados esperan una revalorización del buen diseño racional, seguro y económico. “Vienen proyectos grandes y tenemos la oportunidad de hacerlos mejor y más baratos. Para conseguirlo, el insumo más importante y posiblemente el único, es el recurso humano”, explica el ingeniero Ramón Montecinos, agregando que Chile tiene una ingeniería estructural que es un “patrimonio vivo” y debe ser transmitido de generación en generación en un proceso en que las universidades, empresas de ingeniería y propietarios de proyectos tienen un rol importante.
Actualización NCh2369
Así como la construcción industrial ha ido avanzando en los últimos años, tanto en tecnologías como en conocimientos, también lo han ido haciendo las normativas que la regulan. Ejemplo de esto es la actualización de la NCh2369 sobre Diseño Sísmico de Estructuras e Instalaciones Industriales. “La norma se redactó durante los últimos años de la década del 90 y se oficializó el 2003. Desde ese momento al presente, la norma y la disciplina han experimentado al menos tres hechos destacados: los cambios de las herramientas del ingeniero, la experiencia de los grandes proyectos, especialmente mineros y de la celulosa y el haber sobrevivido a un sismo histórico el 27 de febrero de 2010, que permitió confirmar que las estructuras bien diseñadas bajo los requerimientos de NCh2369 tienen un desempeño satisfactorio, pero no siempre aseguran la pronta puesta en marcha de la planta”, detalla Montecinos.
Precisamente y considerando este último acontecimiento, diversas instituciones y especialistas han trabajado en un anteproyecto con modificaciones a la norma, parte de las cuales fueron abordadas durante un seminario realizado a fines del año pasado por el Instituto de la Construcción (IC). El documento desarrollado por el IC, en un comité integrado también por la Cámara Chilena de la Construcción (CChC), las Universidades de Chile y Católica y los Ministerios de Vivienda y Urbanismo (Minvu) y Obras Públicas (MOP), tuvo como filosofía no modificar lo que funcionó bien en los terremotos de 1985 y 2010, ya que en general hubo consenso en el comité que la construcción había respondido bien a este último, por lo que requería solo actualizaciones en algunos temas, mejoras importantes en otros como las disposiciones sobre construcciones prefabricadas de hormigón de pobre desempeño y ampliación de las disposiciones para cubrir el diseño de obras portuarias y proyectos de energía eléctrica. De acuerdo a los expertos consultados, la propuesta recoge la experiencia de manera respetuosa sin intentar refundar el diseño. “En ese sentido, mantiene los objetivos de desempeño para que las estructuras no solo sobrevivan al sismo severo, sino que la planta pueda entrar en operación en un tiempo breve”, explica el ingeniero Montecinos, quien además es miembro del Comité de la norma NCh2369.
Las modificaciones también aclaran aspectos que no se consideraron en la primera versión o que estaban cubiertos con poco detalle. “El punto de las estructuras de acero, por ejemplo, se reescribió completamente, incorporando la experiencia de los diez años de uso, en que se diseñaron más toneladas de acero que en toda nuestra historia anterior e interactuamos con fabricantes de equipos de todo el mundo”, señala Montecinos, agregando que también se amplía el contenido porque “aumentan significativamente algunos capítulos como los de estanques, recipientes de proceso y fundaciones e incorpora capítulos nuevos para instalaciones antes no cubiertas como, los sistemas de generación de energía eléctrica y las estructuras portuarias tipo muelles”. El ingeniero Rodolfo Saragoni, de SyS Ingenieros consultores, también menciona otro cambio. “Adicionalmente, se corrigió el capítulo sobre diseño sísmico de estructuras prefabricadas de hormigón armado, prefiriéndose las soluciones de conexiones húmedas (con hormigonado en sitio) por su buen comportamiento en el terremoto de 27-F”, comenta.
Por otra parte y según contó Juan Carlos Gutiérrez, director Ejecutivo del Instituto chileno del acero (ICHA) a revista BiT N°119, en esta norma el material clave para el diseño anti símico de estructuras industriales es el acero y al respecto, las consideraciones a la calidad de este son explicitadas con énfasis en la última revisión efectuada por el IC. “Por ejemplo, la exigencia de soldabilidad del acero debe verificarse con limitaciones al carbono equivalente del acero. También están los requisitos a tenacidad a la fractura, cuestión clave para garantizar que los aceros empleados sean sismoresistentes y no aceros de usos generales. Para ello es necesario disponer de ensayos de impacto tipo Charpy sobre el acero a emplear”, detalló, agregando que un tercer aspecto a considerar es la limitación de la tensión de fluencia de los aceros sismoresistentes, a un 85% de la resistencia máxima de estos.
Junto a lo mencionado, Gutiérrez señalaba que otras consideraciones son relevantes en el diseño de la estructura, pero no deben dejarse de lado sus implicancias, especialmente las relacionadas con el control de calidad del acero, así como su cumplimiento. “En este ámbito, es necesario recalcar que en nuestro país existe la obligación legal de los laboratorios inscritos y acreditados, como los únicos entes para certificar los aceros estructurales y no son los profesionales del proyecto los encargados de emitir un parecer respecto de aceptar o no el acero. Así lo explicita la norma de aceros estructurales NCh203 y que actualmente está siendo revisada por un Comité en el ICHA para su actualización”, indicó Gutiérrez en Revista BiT.
Tras el envío del anteproyecto por parte del Ministerio de Vivienda (Minvu) al Instituto Nacional de Normalización (INN), pasa a la etapa de consulta pública (primeros meses de 2018) y luego a su discusión y eventual aprobación en el comité INN que se constituya para tal efecto. El período de discusión en comité dependerá de la profundidad de las observaciones recibidas durante la consulta pública. De acuerdo a los expertos consultados, uno de los aspectos más importantes que se espera tras este trabajo es que las estructuras de edificios industriales tengan una mejor respuesta frente a sismos de gran envergadura, al mismo tiempo que puedan mantenerse operativos sus procesos productivos. “Como aún esta norma está por iniciar la etapa de consulta pública, no se conocen mayores implicancias que aseguren un buen comportamiento en su vida útil, mediante un mejor diseño y construcción en acero.
Lo que no se ha calibrado aún, es cuánto cambia el resultado de los diseños entre la versión anterior y la aplicación de esta nueva revisión, lo que debe aplicarse a diseños reales”, señala desde el área de Ingeniería de Sigdo Koppers S.A., Oscar Guarda. En la misma línea, Montecinos también vislumbra un desafío para las construcciones anteriores a la actualización: “¿cómo enfrentar las modificaciones de las estructuras construidas cuyo diseño se realizó bajo normas antiguas y obsoletas?, ¿qué se debe hacer con las estructuras construidas para llevarlas a niveles de cumplimiento normativo? y si ello no es posible: ¿demoler media fundición y reforzar deteniendo la producción por un año?”, se cuestiona. A su vez, también se pregunta por la constructibilidad, en el caso del desarrollo de proyectos en zonas de clima extremo, en que se puede trabajar solamente algunos meses del año, con topografías difíciles y trabajos en altura.
Preguntas y desafíos que deberán recoger los diversos actores del sector para seguir en la senda de avance continuo de la construcción.
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