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En un contexto donde la sostenibilidad dejó de ser un concepto aspiracional para transformarse en una exigencia concreta, la construcción de túneles emerge como un espacio clave para reducir emisiones. Desde el diseño hasta los materiales, nuevas estrategias —como el uso de fibras de acero— están redefiniendo la forma en que se construye infraestructura subterránea en Chile y el mundo.
Generalmente, su significado es relacionado con el cuidado del medioambiente; sin embargo, ¿esta interpretación es realmente suficiente para comprender su verdadero alcance? En este reportaje, Juan Manuel Alvarado, Business Development & Technical Manager Latam – NV Bekaert SA, aborda esta problemática desde una perspectiva más amplia para luego enfocarla en una tecnología y caso particular: cómo el uso de fibras puede impactar la sostenibilidad en túneles de hormigón.
Más allá del concepto: medir para reducir
Si observamos con mayor detenimiento, la sostenibilidad o sustentabilidad -como me menciona en algunos países-, en realidad tiene que ver con las acciones necesarias que debemos adoptar para reducir, de manera objetiva y cuantificable, la huella de carbono durante el desarrollo de una actividad. A modo de ejemplo, lo vemos en la fabricación de un producto, construcción de infraestructura o, simplemente, trasladarse de un lugar a otro. El campo de aplicación es mucho más amplio de lo que uno podría imaginar, incluyendo el ámbito personal. Si nos desplazáramos por un medio de un transporte eléctrico, automáticamente estaríamos reduciendo la huella de carbono.
Si extrapolamos este enfoque a una mayor escala, se traduce en metas que las organizaciones tendrían que implementar para lograr que sus operaciones sean más sostenibles como, por ejemplo, migrar a fuentes de energía renovables, utilizar motores eléctricos, reutilizar el agua y otros materiales, etc.
"La sustentabilidad es la herramienta que nos permite cuantificar, gestionar y reducir la huella de carbono en términos de kilos de dióxido de carbono equivalente (kg CO2e), el cual engloba el CO2 (dióxido de carbono) junto con los gases de efecto invernadero expresados en términos equivalentes respecto al CO2, con la finalidad de lograr la carbono neutralidad".
Juan Manuel Alvarado
Bekaert
Para comprenderlo de otra manera, el CO2e permite ecualizar la producción de dióxido de carbono con la misma cantidad producida por un área de bosque de árboles en un período de tiempo. Por ejemplo, si una planta de producción emite anualmente 100,000 ton CO2e (1 tonelada equivale a 1,000 kilos), se puede llegar a la carbono neutralidad reduciendo 60,000 ton CO2e mediante la implementación de procesos e infraestructura sostenible, absorbiendo 20,000 ton CO2e mediante forestación y compensando 20,000 ton CO2e a través de créditos de carbono.
Fotografía: Ejemplo de Carbono Neutralidad [Gentileza Prodalam Bekaert].
Marco legislativo en sustentabilidad
En Chile, se cuenta con un marco jurídico muy amplio respecto a las políticas para el desarrollo de una cultura de sustentabilidad. La Ley N° 19.300, publicada en 1994, sentó las bases generales del medioambiente. Por otro lado, la Ley N° 20.920, publicada en el 2016, establece el marco para la gestión de residuos, la responsabilidad extendida del productor y fomento al reciclaje (marco general para la economía circular). Finalmente, la Ley N° 21.455 o Ley Marco de Cambio Climático, publicada en el 2024, constituye el principal marco jurídico de sustentabilidad en Chile.
La industria de la construcción no se encuentra exenta a este marco legislativo. Más aún, teniendo en cuenta que el hormigón es el segundo “commodity” más consumido después del agua, el cual, contribuye con el 8% de las emisiones de CO2 en todo el planeta. En la construcción de túneles, tanto civiles como mineros, se estima que más del 80% de las emisiones de CO2 se asocian con el cemento y el acero de refuerzo. Por lo tanto, cualquier iniciativa que contribuya con la reducción de las cantidades de cemento y acero, desde el diseño hasta la puesta en marcha de la infraestructura, permitirá reducir las emisiones de CO2e en el medioambiente de manera considerable.
En ese sentido, la industria cementera de Chile se encuentra en un proceso de transición hacia la carbono neutralidad, de tal forma que, se han adoptado compromisos como las adoptadas a través de la Hoja de Ruta del Cemento y Concreto Net Zero 2050, elaborada por el Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile (ICH) en conjunto con la Federación Interamericana del Cemento (FICEM) y alineada con la Global Cement and Concrete Association (GCCA).
En ella se definen metas intermedias hacia el 2030 como, por ejemplo, reducir en 20% las emisiones netas de CO₂ por tonelada de cemento respecto al año base (2020) y reducir en 25% las emisiones de CO₂ por m³ de hormigón. Para ello, se deben adoptar diferentes estrategias como, mejorar la eficiencia en el diseño de las estructuras y las mezclas de hormigón, usar cementos con menor factor de Clinker, promover el uso de combustibles alternativos como el hidrogeno verde, emplear fuentes de energía como electricidad 100% renovable, capturar y usar carbono, entre otras estrategias.
Especificaciones técnicas de las fibras en túneles mineros
Las fibras de acero son segmentos de acero de alta resistencia a la tracción que se añaden al hormigón fresco durante la mezcla distribuyéndose homogéneamente conformando un refuerzo multidireccional discreto, mejorando las propiedades mecánicas del hormigón como resistencia a la tracción por flexión, esfuerzo cortante, tenacidad, punzonamiento, resistencia al impacto, entre otros.
Fotografía: Esquematización de las fibras de acero distribuidas en el hormigón [Gentileza Prodalam Bekaert].
En cuanto a la eficiencia del diseño del hormigón, las fibras de acero juegan un rol fundamental, ya que, poseen propiedades físicas que le permiten reducir la cantidad de cemento y lograr una óptima trabajabilidad con cantidades mínimas de aditivo hiper plastificante con respecto a fibras de otro tipo de materia prima. De acuerdo con Juan Manuel Alvarado, las fibras poseen propiedades mecánicas que les permiten reemplazar las mallas o barras de acero y reducir los espesores de hormigón, simplificando el proceso de construcción y reduciendo la huella de carbono.
En la siguiente imagen se puede observar cómo las fibras de acero pueden reducir la huella de carbono por cada metro cúbico de hormigón proyectado o shotcrete, respecto a las mallas soldadas en el caso de un tipo de sostenimiento para túneles mineros de 2 pulgadas de espesor.
Fotografía: Huella de Carbono del Sostenimiento de Túneles Mineros. [Gentileza Prodalam Bekaert].
Un desafío estructural: el impacto del hormigón
Como se puede observar, la huella de carbono de la mezcla para hormigón proyectado o shotcrete con fibras de acero es menor que la de la mezcla con malla de acero. Con las fibras, las emisiones de CO2e por cada metro cúbico de shotcrete se redujeron en 14% respecto al shotcrete con malla. Así mismo, las emisiones de CO2e asociadas al acero se redujeron en 68%.
Si tomamos este resultado como ejemplo para una mina ficticia que tiene un consumo anual de 30,000 m3 de shotcrete, entonces, con las fibras de acero se podrían reducir 1,348 ton de CO2e, lo que equivale a liberar 67,410 árboles (547 Ha de bosque), ahorrar 476 ton de residuos reciclados o 528 vueltas alrededor del mundo a través de un avión comercial. Existen herramientas en la red que permiten determinar equivalencias, así mismo, existen softwares que permiten efectuar el cálculo de la huella de carbono, conocido como, Análisis del Ciclo de Vida (LCA, por sus siglas en inglés). Este enfoque también se puede aplicar durante el diseño de dovelas del revestimiento de túneles construidos con tuneladoras (TBM, por sus siglas en inglés), las cuales, también se pueden reforzar total o parcialmente con fibras de acero de alto performance.
El ahorro en la huella de carbono se puede aumentar aún más utilizando cementos con menor factor de clinker, cementos portland con reemplazo parcial de caliza, materiales cementicios suplementarios como escorias, puzolanas, cenizas volantes, microsílice, metacaolín, filler calizo, entre otros.
Fotografía: Sostenimiento de túneles mineros con shotcrete reforzado con fibras [Gentileza de Prodalam Bekaert].
Chile y la transición hacia la carbono neutralidad
Chile cuenta con un amplio marco legislativo y normativo para el desarrollo de actividades de manera sustentable. Actualmente, el Estado y el sector privado están adoptando decisiones para reducir la huella de carbono en diversas industrias, entre ellas, la industria de la construcción, puesto que es una de los que más genera emisiones de CO2e al medio ambiente.
En la construcción subterránea la huella de carbono se concentra principalmente en el hormigón y el acero (más del 80%); por lo tanto, cualquier medida enfocada en reducir el uso de estos materiales permitirá reducir las emisiones de CO2e automáticamente. Para ello, se pueden adoptar diversas estrategias como optimizar los diseños, reemplazar parcialmente el cemento por materiales cementicios suplementarios y usar fibras de acero en reemplazo parcial o total de la malla o barras de acero.
Un cambio de enfoque en la industria
Las fibras de acero juegan un rol fundamental para lograr la carbono neutralidad, ya que, permiten optimizar las cantidades de los componentes del hormigón como el cemento y los aditivos en el hormigón, así como, reducir el espesor de las estructuras (sostenimiento, revestimiento y pavimento, en el caso de los túneles de infraestructura).
En el caso de túneles en minería subterránea, se puede reducir la huella de carbono mediante el uso de las fibras de acero. Para un sostenimiento temporal referencial de 2” de hormigón proyectado (shotcrete) reforzado con malla soldada BWG 8 4”x4”, mediante el uso de fibras de acero, se pueden reducir las emisiones por cada m3 de shotcrete en 14% y las emisiones del acero en 68%.
Hoy en día, se encuentran disponibles distintos mecanismos y herramientas para lograr la carbono neutralidad; por lo que, durante la construcción de túneles – y en la industria de la construcción en general – es importante tomar conciencia de la urgencia climática y tomar una decisión respecto de asignar los recursos necesarios para implementar las medidas que nos encaucen en el camino hacia la sustentabilidad.
Autor: Juan Manuel Alvarado - Business Development & Technical Manager Latam – NV Bekaert SA
Edición: Centro de Innovación del Hormigón UC
REFERENCIAS
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