04- M Gonzalez

Construcción acelerada de
pavimentos de hormigón (CAPH) para
minería subterránea
Marcelo González H (PhD)

AGENDA
1- Presentación personal
2- Antecedentes generales
3- Construcción Acelerada de Pavimentos de Hormigón
4- Casos de estudio
5- Conclusiones y agradecimientos

1- Presentación personal
Marcelo González H.
Ingeniero Civil, MSc y PhD
Profesor Asociado UC
Director del Departamento de Ingeniería y Gestión de la Construcción UC
Fundador del Centro de Innovación del Hormigón UC (CIHUC)
Miembro comité TRB Standing Committee on Advanced Concrete Materials and Characterization
AKM50
Áreas de interés (Principales):
- Sistemas y tecnologías de construcción con hormigón
- Nanotecnología aplicada al hormigón
- Durabilidad del hormigón
- Pavimentos de hormigón
- Reducción de la huella de carbono del hormigón y hormigón carbono neutral
Interdisciplinary center

2- Antecedentes generales
El origen
Desafíos más relevantes en la industria de la construcción con hormigón:
✓ Productividad - Industralización
✓ Sustentabilidad (necesidad de reducir emisiones de CO2)
✓ Necesidad de dar valor agregado a residuos (Ej. residuos mineros)
✓ Transformación digital

2- Antecedentes generales
El origen
¿Que es la construcción acelerada de puentes?

2- Antecedentes generales VIDEO Gentileza: Gord Krieger, Canadá
¿Tiempo de
reconstrucción
?

2- Antecedentes generales
¿Qué es la construcción acelerada de pavimentos de hormigón?
La tecnología de Construcción Acelerada de Pavimentos de Hormigón (CAPH) consiste en el diseño, prefabricación y montaje de
pavimentos de hormigón, de manera individualizada y personalizada, lo cual permite construir con mayor rapidez.
Pavimentos urbanos e
interurbanos
Pavimentos minería
subterránea
Pavimentos
aeroportuarios
Nota: Las fotografías son parte de nuestros pilotajes.

2- Antecedentes generales
Durabilidad del hormigón
La durabilidad del hormigón se puede definir como la habilidad de resistir la acción del clima y otras
condiciones de exposición de la estructura tales como acción química, ataque de ácidos, y abrasión,
manteniendo las propiedades ingenieriles del material durante la vida de servicio esperada (Kosmatka et al.,
2011).
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DURABILIDAD
Ref. Kosmatka et al. 2011

2- Antecedentes generales
Durabilidad del hormigón
El hormigón puede ser atacado por varias sustancias y mecanismos. La mayoría de los modos de falla por
durabilidad pueden ser “gatillados” principalmente por 1) la habilidad del material en permitir el ingreso de
humedad (agua) y 2) la presencia de iones tales como sulfatos y cloruros.
También el diseño de mezclas debe responder a bajas razones W/C, uso de materiales cementicios
sumpementarios y un curado adecuado, entre otras estrategias.
Desde el punto de vista de la durabilidad, la permeabilidad del hormigón es la propiedad más influyente.
La permeabilidad se refiere a la cantidad de agua o gas que puede migrar a través del hormigón cuando el agua
(o el gas) está bajo un gradiente de presión.
También puede ser referida como la habilidad del hormigón de resistir la penetración de otras sustancias:
liquidas, gases o iones.
Ref. Kosmatka et al. 2011

2- Antecedentes generales
Durabilidad del hormigón
Ref. Fotos Marcelo González

2- Antecedentes generales
Durabilidad del hormigón – Condiciones de exposición y potenciales patologías
Zona Atmosférica
Zona de
Salpicadura
Zona de Marea
Zona Sumergida

2- Antecedentes generales
Durabilidad del hormigón – Condiciones de exposición y potenciales patologías
Aplicable a espacios
subterráneos
Potenciales Patologías
Corrosión y efecto ciclo hielo/deshielo
Corrosión y efecto ciclo hielo/deshielo
Corrosión, efecto ciclo hielo/deshielo,
ataque de sulfatos, reacción álcali-sílice,
erosión y acción por organismos
marinos.
Ataque de sulfatos, reacción álcalisílice,
erosión y acción de organismos
marinos.

2- Antecedentes generales
Durabilidad del hormigón – Condiciones de exposición y potenciales patologías (Leaching)
Potenciales Patologías

2- Antecedentes generales
Durabilidad del hormigón – Condiciones de exposición y potenciales patologías (Leaching)
REF: Sjölander, Andreas and Ansell, Anders. In-Situ and Laboratory Investigation on
Leaching and Effects of Early Curing of Shotcrete (2019).

2- Antecedentes generales
Durabilidad del hormigón – Abrasión (particularmente importante en pavimentos mineros)
Flat surface
Friction
response
Rough surface
Adhesion
Depends mostly on
micro-level surface
roughness
Hysteresis
Depends mostly
on macro-level
surface roughness
Podría ser no tan relevante en
algunos sectores específicos
de minería

2- Antecedentes generales
Durabilidad del hormigón – Abrasión (particularmente importante en pavimentos mineros)
La abrasión es una acción mecánica que afecta a los elementos
de hormigón que soportan tránsito o conducen líquidos (el
material se desgasta)
Altas cargas de
tránsito y abrasión

2- Antecedentes generales
Durabilidad del hormigón – Abrasión (Ensayo para medir respuesta a la abrasión)
Rotating-cutter drill press
Broom
Smooth
ASTM C944
ASTM C944

3- Construcción Acelerada de Pavimentos de Hormigón
Contexto previo a la Construcción Acelerada

3- Construcción Acelerada de Pavimentos de Hormigón
Contexto previo a la Construcción Acelerada
- Limitaciones constructivas (capacidad de la planta, alto contenido de
cemento, etc.).
- Problemas de durabilidad principalmente asociados a agrietamiento y
abrasión. Casos de exposición de agua con altos contenidos de sulfatos.
- Baja productividad (debido a que las plantas deben proveer hormigón en
otros frentes). Proceso intensivo en mano de obra.
- La necesidad constante de mejoras en productividad minera
(extracción). Demanda métodos constructivos más rápidos.
- Limitaciones del diseño estructural (Los métodos de diseño
tradicionales no son necesariamente aplicables).

3- Construcción Acelerada de Pavimentos de Hormigón
Contexto previo a la Construcción Acelerada
- Limitaciones del diseño estructural (Los métodos de diseño no son necesariamente aplicables)
W18 no
modela
presiones e
interacción

3- Construcción Acelerada de Pavimentos de Hormigón
Definición de Construcción Acelerada de Pavimentos de Hormigón – Definición de CAPH
Se puede utilizar en
pavimentos nuevos y
en mantenimiento

3- Construcción Acelerada de Pavimentos de Hormigón
Definición de Construcción Acelerada de Pavimentos de Hormigón – Financiamiento para el desarrollo
CORFO 18 ITE1-99280 FONDEF IT20I0026 HUBTECGO! 2022-2023 STARTUP CIENCIA 2024 - ANID
CAPH es una startup chilena de base científico-tecnológico.

3- Construcción Acelerada de Pavimentos de Hormigón
Etapas para alcanzar la Construcción Acelerada de Pavimentos de Hormigón – Diseño estructural
Los métodos tradicionales de diseño no pueden incluir adecuadamente las condiciones presentes en
pavimentos mineros.
Utilización de métodos avanzados de diseño:
Finite Element Models (FEM)
Variables propias de los túneles:
✓ Subrasante y solicitación (No estándar)
Variables propias de los pavimentos:
✓ Subbase
✓ Características losa:
- Dimensiones
- Espesor
- Barras de transferencia de carga
- Materiales
(Mackiewicz, 2015; Oh, Cho, Seo, & Kim, 2016; Salsilli, Wahr, Delgadillo, Huerta, &
Sepúlveda, 2014; Sii, Chai, Staden, & Guan, 2014; Zaghloul & White., 1993)
http://www.pavementinteractive.org/rigid-mechanistic-models/

3- Construcción Acelerada de Pavimentos de Hormigón
Etapas para alcanzar la Construcción Acelerada de Pavimentos de Hormigón – Diseño estructural

3- Construcción Acelerada de Pavimentos de Hormigón
Etapas para alcanzar la Construcción Acelerada de Pavimentos de Hormigón – Diseño estructural
El diseño estructural debe llevarse a cabo también para las actividades de montaje.
Análisis por elementos finitos
• Software específico
• Cuatro puntos de izaje ubicados a L/4
• Elementos tipo Shell
• Modelación pavimentos espesores variables
• Dentro de la planta FS = 2
• Fuera de planta FS = 3

3- Construcción Acelerada de Pavimentos de Hormigón
Etapas para alcanzar la Construcción Acelerada de Pavimentos de Hormigón – Diseño estructural
El diseño estructural debe llevarse a cabo también para las actividades de montaje.

3- Construcción Acelerada de Pavimentos de Hormigón
Etapas para alcanzar la Construcción Acelerada de Pavimentos de Hormigón – Diseño de mezclas
Menos cemento

3- Construcción Acelerada de Pavimentos de Hormigón
Etapas para alcanzar la Construcción Acelerada de Pavimentos de Hormigón – Diseño de mezclas
Broom
Smooth
Resistividad
Penetración
Superficial
Ion Cloro
kΩ ⋅ cm
Alta < 12
Moderada 12 - 21
Baja 21 - 37
Muy baja 37 - 254
Despreciable > 254
Menos cemento

3- Construcción Acelerada de Pavimentos de Hormigón
Etapas para alcanzar la Construcción Acelerada de Pavimentos de Hormigón – Diseño de mezclas
Broom
Smooth
Resistividad
Penetración
Superficial
Ion Cloro
kΩ ⋅ cm
Alta < 12
Moderada 12 - 21
Baja 21 - 37
Muy baja 37 - 254
Despreciable > 254

3- Construcción Acelerada de Pavimentos de Hormigón
Etapas para alcanzar la Construcción Acelerada de Pavimentos de Hormigón – Diseño digital del proceso
ANÁLISI
S
FABRICACIÓN EN
PLANTA
SIMULACIÓN 4D
MODELACIÓN 3D Y PARAMETRIZACIÓN
DOCUMENTACÓN

3- Construcción Acelerada de Pavimentos de Hormigón
(*): Todas las etapas deben estar vinculadas
Etapas para alcanzar la Construcción Acelerada de Pavimentos de Hormigón – Diseño de proceso constructivo (Montaje)

3- Construcción Acelerada
de Pavimentos de Hormigón
Mayor durabilidad
Reducción tiempo de
construcción
Beneficios
Reducción CO2
Construcciones en
zonas remotas
Reducción de residuos
Habilitación
inmediata
Mayor calidad
Construcción en climas
extremos
En desarrollo mezcla de hormigón circular utilizando residuos mineros (relaves, marinas, escorias, etc).
33

4- Casos de estudio
Tramo en Minera San Pedro (CNP) ✓ Construcción Agosto de 2020, 18 m 2

4- Casos de estudio
Tramo en Aeropuerto Internacional de Santiago (SCL) ✓ Construcción Diciembre 2021, 75 m 2

4- Casos de estudio
Tramo en Ruta 5 (Km 38.550) ✓ Construcción Abril 2022, 31,5 m 2

4- Casos de estudio
VIDEO
Tiempo de construcción interurbano: 14 horas versus 5 días

4- Casos de estudio
Tramo en Ruta 5 (Km 38.550) – Evaluación Estructural (FWD)
• Primera medición 22 de mayo 2022, segunda medición 15 de diciembre
2022, tercera medición 9 de mayo de 2024.
Antes

4- Casos de estudio
Tramo en Ruta 5 (Km 38.550) – Evaluación Estructural (FWD)
• Primera medición 22 de mayo 2022, segunda medición 15 de diciembre
2022, tercera medición 9 de mayo de 2024.
Después

4- Casos de estudio
Tramo en Ruta 5 (Km 38.550) – Evaluación Estructural (FWD)
• Primera medición 22 de mayo 2022, segunda medición 15 de diciembre
2022, tercera medición 9 de mayo de 2024.

4- Casos de estudio
Tramo en Ruta 5 (Km 38.550) – Evaluación Estructural (FWD)
• Primera medición 22 de mayo 2022, segunda medición 15 de diciembre
2022, tercera medición 9 de mayo de 2024.

4- Casos de estudio
Tramo en Ruta 5 (Km 38.550) – Evaluación Estructural (FWD)
• Primera medición 22 de mayo 2022, segunda medición 15 de diciembre
2022, tercera medición 9 de mayo de 2024.

4- Casos de estudio
Tramo en Ruta 5 (Km 38.550) – Evaluación Estructural (FWD) – Resultados tercera medición
A LA FECHA: 10 millones de Ejes Equivalentes
(aprox)

4- Casos de estudio
Tramo en Ruta 5 (Km 38.550) – Evaluación Estructural (FWD) – Resultados tercera medición
A LA FECHA: 10 millones de Ejes Equivalentes
(aprox)

4- Casos de estudio
Últimos desarrollos (Uso de residuos en el hormigón)

4- Casos de estudio
Últimos desarrollos (Uso de residuos en el hormigón)

4- Casos de estudio
Últimos desarrollos (Uso de residuos en el hormigón)

5- Conclusiones y agradecimientos
- La construcción acelerada de pavimentos de hormigón es una alternativa viable para la construcción de
pavimentos mineros y de otro tipo de infraestructura horizontal.
- La tecnología permite construir más rápidamente, con menor huella de carbono y con mayor
durabilidad que la alternativa tradicional.
- Los antecedentes de seguimiento permiten sustentar el adecuado desempeño estructural y funcional
de la solución.
- La transferencia de la tecnología ha sido extremadamente difícil.

5- Conclusiones y agradecimientos
ACADEMIA / BENEFICIARIAS
SECTOR PÚBLICO
SECTOR PRIVADO