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c77df1a7bdc96699616a4740eb5c348b
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Tesis doctoral
El riesgo de desastres : una reflexión filosófica
Carmen Delia Almaguer Riverón
�REP ÚBLI CA DE CUB A
MIN IST ERI O DE EDU CAC IÓN SUP ERI OR
UNI VER SID AD DE LA HAB ANA
FAC ULT AD DE FIL OSO FÍA
DEP ART AME NTO DE FIL OSO FÍA
El riesg o de desas tres: una refle xión filos ófica
TES IS EN OPC IÓN AL GRA DO CIE NTÍ FIC O DE
DOC TOR EN CIE NCI AS FIL OSÓ FIC AS
AUT OR: Car men Del ia Alm agu er Riv eró n
TUT ORE S
Dr. C. Jor ge Núñ ez Jov er
Dr. C. All an Pie rra Con de
La Hab ana
200 8
�REP ÚBLI CA DE CUB A
MINI STER IO DE EDU CACIÓN SUPE RIO R
UNI VER SID AD DE LA HAB ANA
FAC ULT AD DE FIL OSO FÍA
DEP ART AME NTO DE FIL OSO FÍA
El riesg o de desas tres: una refle xión filos ófica
TES IS EN OPC IÓN AL GRA DO CIE NTÍ FIC O DE DOC TOR
EN CIE NCI AS FIL OSÓ FIC AS
Car men Del ia Alm agu er Riv eró n
La Hab ana
200 8
�Pág.
INTRODUCCIÓN
1
CAPÍTULO I. CONSIDERACIONES TEÓRICAS NECESARIAS PARA LA
COMPRENSIÓN HOLÍSTICA DEL RIESGO DE DESASTRES DESDE LA
RELACIÓN NATURALEZA - CULTURA – DESARROLLO
1.1
Modernidad y riesgo
1.2
El riesgo de desastre: una visión desde las ciencias naturales, técnicas y
sociales
1.3
La relación naturaleza - cultura – desarrollo desde una perspectiva filosófica
1.4
El desastre en el contexto de la relación naturaleza – cultura – desarrollo
11
19
CAPÍTULO II. LA PERCEPCIÓN SOCIAL DEL RIESGO DE DESASTRES.
ESTUDIO DE CASO
2.1
La gestión del riesgo para situaciones de desastres en Cuba
2.2
La percepción social de riesgo ante situaciones de desastres:
consideraciones teóricas y metodológicas
2.2.1
Los estudios sobre percepción social del riesgo: el enfoque psicométrico
2.2.2
Los estudios sobre percepción social del riesgo: el enfoque cualitativo
2.3
Estudio de caso: Consejo Popular Rolo Monterrey
2.3.1
Diseño del estudio empírico
2.3.2
Análisis de los resultados
2.3.3
Análisis comparativo de los resultados por Repartos
2.3.4
Perfiles característicos del riesgo para los peligros identificados
2.3.5
Resumen de las entrevistas en profundidad a informantes claves en el
territorio
2.4
Conclusiones del estudio de caso realizado en el Consejo Popular Rolo
Monterrey
23
30
35
39
43
48
52
58
66
71
72
89
90
CAPÍTULO III. MODELO CONCEPTUAL PARA LA REDUCCIÓN DEL RIESGO
DE DESASTRES: UNA CONTRIBUCIÓN AL DESARROLLO LOCAL
SOSTENIBLE.
3.1
Desarrollo local y gestión social del riesgo de desastres
92
3.2
La gestión social del riesgo de desastres: un modelo conceptual
97
3.2.1 Gestión del conocimiento para la gestión del riesgo de desastres
107
3.2.2 La comunicación del riesgo y la cultura de prevención como herramientas en 109
la gestión para la reducción del riesgo desastres
CONCLUSIONES
117
RECOMENDACIONES
118
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
�SÍNTESIS
La presente investigación argumenta que los presupuestos filosóficos que explican la
relación naturaleza - cultura - desarrollo constituyen el soporte teórico apropiado para
superar la visión fragmentada del riesgo de desastres que se tiene desde las distintas
ciencias, incluidas las ciencias sociales, al considerar que la relación naturaleza - cultura –
desarrollo, ofrece en la perspectiva filosófica marxista, una comprensión holística del
riesgo y el desastre como fenómenos sociales y culturales, fundamentando además, la
necesidad de la comunicación como herramienta para la gestión social del riesgo ante
situaciones de desastres, en el desarrollo local sostenible.
La metodología utilizada en la investigación emplea la triangulación metodológica y teórica
al incluirse perspectivas de análisis provenientes de la Filosofía de la Ciencia en su “giro
naturalista”, de los estudios en Ciencia, Tecnología y Sociedad, así como de los estudios de
percepción y comunicación del riesgo.
Se aplica y enriquece el método psicométrico para evaluar la percepción de la población
acerca de los peligros, al incluirse la percepción sobre la vulnerabilidad como componente
esencial del riesgo de desastres.
Se define un modelo conceptual para la reducción del riesgo de desastre como contribución
al desarrollo local sostenible.
�Introducción
Las causas que subyacen tras los desastres, son muchas y variadas, ellas incluyen las condiciones
meteorológicas cada vez más extremas, el aumento de la densidad de la población en los centros
urbanos y la concentración de las actividades económicas en ciertas regiones. Todo esto, unido al
proceso de globalización facilita la propagación de virus peligrosos, agentes contaminantes y fallas
técnicas.
La situación antes descrita, motivó que la última década del pasado Siglo XX fuera declarada por la
Organización de Naciones Unidas (ONU) como la Década Internacional para la Reducción de los
Desastres Naturales (DIRDN). Posteriormente, en el año 2005 se celebra la Conferencia Mundial
sobre la Reducción de los Desastres Naturales en la ciudad de Kobe de la Prefectura de Hyogo,
Japón.
El Marco de Acción de Hyogo para el período 2005-2015 establece la relación entre desastres y
desarrollo al considerar como objetivo estratégico la integración de la reducción del riesgo de
desastres en las políticas y la planificación del desarrollo sostenible1. Al mismo tiempo se plantea la
necesidad de promover la participación de los medios de comunicación, con miras a fomentar una
cultura de resilencia ante los desastres y la participación comunitaria en la gestión del riesgo.
Sin embargo, en opinión de Lavell (1992) este tema no "compite" fácilmente con temas más
establecidos y visibles para el científico social en América Latina, al continuar primando la visión
del desastre como producto y no la concepción sobre estos que ponga énfasis en los procesos
sociales e históricos que conforman las condiciones para su aparición.
La transición de una visión de los desastres vistos como problemas para la sociedad y el desarrollo
ha sido un proceso difícil, lleno de obstáculos y de hecho aún incompleto. Estos obstáculos se
manifiestan particularmente en la instrumentación de soluciones donde aún predominan visiones
parciales e ingenieriles, que se resisten a la introducción de enfoques que incorporen la necesidad de
cambios en los parámetros de planificación, comportamiento y acción social.
1
A pesar de su aceptación, la tesis del desarrollo sostenible no está exenta de contradicciones y limitaciones.
En el ámbito académico se discuten sus ambigüedades así como la conveniencia de emplear el término
sustentable. Se asume el concepto de desarrollo sostenible en la investigación que se presenta atendiendo a
que tanto en La Ley del Medio Ambiente cubana como en la Estrategia Ambiental Nacional 2007-2010, el
concepto empleado es “sostenible” y no “sustentable”. La Ley No. 81 del Medio Ambiente consagra en su
Artículo 1, lo siguiente: “… establecer los principios que rigen la política ambiental y las normas básicas para
regular la gestión ambiental del Estado y las acciones de los ciudadanos y la sociedad en general, a fin de
proteger el medio ambiente y contribuir a alcanzar los objetivos del desarrollo sostenible del país”. (Ley
No.81 del Medio Ambiente:47)
�La vulnerabilidad según Cardona (2003:9), “…está íntimamente ligada a la degradación ambiental,
no sólo urbana sino en general del entorno natural intervenido o en proceso de transformación. Por
lo tanto, la degradación del entorno, el empobrecimiento y los desastres no son otra cosa que
sucesos ambientales y su materialización es el resultado de la construcción social del riesgo,
mediante la gestación en unos casos de la vulnerabilidad y en otros casos de amenazas o de ambas
circunstancias simultáneamente…”.
Cuba ha dado respuesta a las direcciones priorizadas en el Marco de Hyogo, al garantizar que la
Reducción del Riesgo de Desastres sea una prioridad nacional y local con una sólida base
institucional para su implementación. Esta institucionalización se ha reforzado recientemente por la
instrumentación de la Directiva No. 1 del Vicepresidente del Consejo de Defensa Nacional para la
planificación, organización y preparación del país para las situaciones de desastres2.
No obstante, el desarrollo de una cultura de la prevención requiere de modificar los conceptos
empleados tradicionalmente para abordar el desastre como fenómeno social complejo, cuestión esta
en la que se aprecian determinadas insuficiencias y en cuya solución la filosofía puede hacer una
importante contribución a partir de la comprensión de la relación naturaleza – cultura – desarrollo y
del enfoque holístico del riesgo.
Para Cuba continúa siendo un desafío la reducción del riesgo de desastres ante los peligros
identificados, teniendo en cuenta que la vulnerabilidad como variable en el análisis del desastre es
un reflejo de las condiciones físicas, sociales, económicas y ambientales, tanto individuales como
colectivas. Éstas se configuran permanentemente por las actitudes, conductas e influencias
socioeconómicas, políticas y culturales de que son objeto las personas, familias, comunidades y
países.
En los últimos años, se incrementan en sentido general los desastres. Su incremento pone en
evidencia cambios en la naturaleza de los principales riesgos, en el contexto donde los mismos
aparecen y en la capacidad de la sociedad para gestionarlos.3 Esta problemática, no ajena a Cuba,
constituye la situación problémica que origina la investigación que se presenta.
La situación problémica definida genera el siguiente Problema de Investigación: ¿Cómo la
comprensión filosófica marxista acerca del riesgo de desastres, en el contexto de la relación
2
Cuba. Directiva No. 1 del Vicepresidente del Consejo de Defensa Nacional. Planificación, organización y
preparación del país para situaciones de desastre, 20/6/2005
3
“ De la comparación entre los datos de la última década (1997-2006) y los de la década anterior (1987-1996)
resulta que el número de desastres aumentó un 60 por ciento, pasando de 4 241 a 6 806. En el mismo período,
el número de muertos pasó de más de 600 000 a 1 200 000...”. Federación Internacional de Sociedades de la
Cruz Roja y de la Media Luna Roja. Comunicado de prensa 13 de diciembre de 2007. [en línea]. Informe
Mundial
sobre
Desastres.
[Consultado:
10/3/2008].
Disponible
en:
http://www.cruzroja.org/notsemana/2007/dic/ WDR_pressrelease.pdf.
�naturaleza - cultura – desarrollo, podría contribuir a una eficiente gestión de riesgos en el desarrollo
local sostenible?
Atendiendo a lo anterior es posible considerar que los presupuestos filosóficos que explican la
relación naturaleza - cultura - desarrollo constituyen el soporte teórico apropiado para la
comprensión del desastre como fenómeno social y culturalmente construido en el tiempo. Estos
presupuestos fundamentan además la necesidad de la comunicación como herramienta para la
gestión social del riesgo ante situaciones de desastres y el desarrollo local sostenible, sugiriendo y
guiando la investigación cuyo título es “El riesgo de desastres: una reflexión filosófica”.
A tono con la lógica planteada, el Objeto de Estudio para esta investigación lo constituye la
interpretación del riesgo de desastres. El Campo de Acción: una nueva lectura del riesgo de
desastres a partir de la comprensión filosófica de la relación naturaleza – cultura – desarrollo que
conduce a la formulación de un modelo conceptual 4 para la reducción del riesgo de desastres.
Para poder observar, identificar y evaluar los riesgos de desastres, y efectuar acciones para el
mejoramiento del ciclo de reducción de los mismos, es preciso realizar investigaciones aplicadas
sobre riesgos. Ello representa, a su vez, el estudio previo en la población de las percepciones sobre
los peligros generadores de desastres.
Plantear la necesidad del estudio de la percepción social del riesgo de desastres impone retos
epistemológicos y praxiológicos que se desprenden de la revisión de la literatura sobre el tema, pues
la misma revela la persistente fragmentación de temas como la conocida y cuestionada dicotomía
acerca de los desastres naturales y tecnológicos.
A partir de las teorías sobre la percepción del riesgo, se puede afirmar que la comunicación del
riesgo evoluciona ya que la misma no es sólo un intercambio de mensajes, sino que constituye una
construcción de sentido individual y colectivo. La idea de la comunicación como construcción de
sentido colectivo es desarrollada con amplitud por Habermas. 5
4
Según, Ursul et al., (1985:321), “…la modelación es el método que opera en forma práctica o teórica, con
un objeto, no en forma directa sino utilizando cierto sistema intermedio auxiliar, natural o artificial, el cual:
a) se encuentra en una determinada correspondencia objetiva con el objeto mismo del conocimiento;
b) en ciertas etapas del conocimiento, está en condiciones de sustituir, en determinadas relaciones, al
objeto mismo que se estudia;
c) en el proceso de su investigación, ofrece en última instancia, información sobre el objeto que nos
interesa.
5
Para González (s.f.), Habermas parte de la acción comunicativa para entender la sociedad como mundo de la
vida de los miembros de un grupo social, donde el concepto de mundo de la vida es complementario del
concepto de acción comunicativa y es el trasfondo contextualizador de los procesos de entendimiento. La
reproducción simbólica del mundo de la vida se separa de su reproducción material para entender la acción
comunicativa como el medio a través del cual se reproducen las estructuras simbólicas del mundo de la vida,
�En tal sentido, la comunicación social del riesgo requiere de cambios sustanciales si se desea
configurar como parte de la educación para la gestión participativa del riesgo, la cultura de
prevención y en términos generales de la gestión del riesgo como componente de la gestión
ambiental a nivel local, lo que significa, en buena medida, conocer las percepciones sociales del
riesgo y modificar los conceptos profundamente arraigados sobre el desastre como evento o
fenómeno de carácter “natural” y no como una ruptura en el desarrollo que involucra la variable
vulnerabilidad.
Debe tenerse en cuenta, afirma Cardona (2003:23) que “…los desastres son en buena medida, una
expresión de la inadecuación del modelo de desarrollo con el medio ambiente que le sirve de marco
a ese desarrollo. Por este motivo, la gestión del riesgo debe ser, en forma explícita, un objetivo de la
planificación del desarrollo; entendiendo desarrollo no sólo como mejora de las condiciones de vida
sino también de la calidad de vida y del bienestar social…”6
La investigación defiende como idea que la reducción del riesgo de desastres tiene como sustento
filosófico la relación naturaleza - cultura - desarrollo y contribuye a modelar los componentes que
integran la gestión del riesgo de desastre.
Objetivo General
Argumentar a partir de la relación naturaleza - cultura - desarrollo, la significación filosófica del
riesgo para la comprensión del desastre como fenómeno social.
Objetivos Específicos
•
Analizar el riesgo de desastres en el contexto de la relación naturaleza – cultura – desarrollo
significando mediante dicha relación el carácter dinámico y socialmente construido del riesgo y
de la percepción social sobre el mismo.
•
Identificar las percepciones sobre los peligros atendiendo a la Directiva No. 1 del
Vicepresidente del Consejo de Defensa Nacional en la población residente en el “Consejo
Popular Rolo Monterrey”
•
Identificar los elementos que conforman un modelo conceptual para la reducción del riesgo de
desastres, a partir de la relación filosófica: naturaleza – cultura – desarrollo y del estudio de la
percepción del riesgo como contribución al desarrollo local sostenible.
hallando una diferenciación funcional entre procesos de reproducción cultural, de integración social y de
socialización.
Finalmente, el concepto de acción comunicativa de Habermas, según González (s.f.), se refiere a la
interacción de al menos dos sujetos capaces de lenguaje y de acción que (ya sea con medios verbales o con
medios extraverbales) entablen una relación interpersonal.
6
En la investigación que se presenta el concepto de “desarrollo” está asociado al concepto de “desarrollo
humano” formulado por el (PNUD) en 1990.
�Interrogantes Científicas:
•
¿En qué medida el desastre es una deuda con el desarrollo y expresión de la irracionalidad
característica de la modernidad?
•
¿En qué medida la vulnerabilidad social frente al desastre expresa el desequilibrio en la relación
naturaleza – cultura – desarrollo?
•
¿Cómo incide en la generación de los desastres el desarrollo económico, social y tecnológico
generado en la contemporaneidad?
•
¿Son las percepciones sobre el riesgo ante situaciones de desastre manifestaciones subjetivas de
la relación naturaleza, cultura, desarrollo?
•
¿Qué elementos pudieran integrar un modelo conceptual para la reducción del riesgo de
desastres?
•
¿Cómo modificar una cultura cuyos resultados condicionan potencialmente la ocurrencia de
desastres y la desaparición del hombre como sujeto que le ha dado lugar?
El tema de los desastres resulta oportuno si se toma en consideración la vocación de la Filosofía por
el destino y la seguridad del hombre, con tal propósito resulta válido recordar la Tesis número 11 de
Marx sobre Feuerbach7.
La complejidad que representa el análisis del riesgo de desastres, desde la perspectiva filosófica,
hace necesaria la integración de los fundamentos y postulados de la filosofía marxista, de los
Estudios en Ciencia - Tecnología y Sociedad, así como de la Filosofía de la Ciencia en su “giro
naturalista”.
Esta investigación asume como perspectiva teórica útil, “el giro naturalista”8 que de modo creciente
se expresa hoy como tendencia en la Filosofía de la Ciencia. El giro naturalista, enfatiza la
necesidad de corroborar las consideraciones teóricas con estudios empíricos, reclamando los
métodos provenientes de las ciencias naturales y de las ciencias cognitivas, al respecto Ambrogi
(1999:14) considera que “… el naturalismo, movimiento filosófico y americano, propone una
reorientación en el estudio de la ciencia - una reorientación que precisamente rechaza la manera
7
“Los filósofos no han hecho más que interpretar de diversos modos el mundo, pero de lo que se trata es de
transformarlo”. (Marx, 1974: 24-26)
8
“…El naturalismo es un movimiento filosófico al que recientemente se ha adherido una considerable parte
de la comunidad de filósofos de la ciencia. Uno de los efectos de esta adhesión ha sido el surgimiento de un
nuevo consenso en la disciplina, una transformación a la que se ha llamado naturalización de la filosofía de la
ciencia, la cual se encuentra en el fracaso del modelo formalista y fundacional de la filosofía prekuhniana
motivación suficiente para intentar proporcionar, al fin, una alternativa a él…” (Ambrogi, 1999:14)
�cómo se concibió la autonomía de la filosofía – surge en un momento en que dentro y fuera de su
frontera disciplinar, se está produciendo una transformación amplia y profunda tanto del estudio de
la ciencia, cuanto de la agenda de problemas a los que tal estudio debe abocarse.”
Sobre la importancia del giro “naturalista” de la Filosofía de la Ciencia, Ambrogi (1999:14)
considera que “… cuando la mirada inquisidora del ciudadano lego o científico- se vuelve hacia el
filósofo o cuando se incluye a éste en comisiones consultivas, no es para clarificar si a pesar de
todo, progresamos hacia la verdad, o cómo funciona la maquinaria mente/cerebro, o cómo la
historia evolutiva puede explicar la emergencia de las capacidades cognitivas o sus normas, sino
esperando un análisis responsable de las interrogantes que la ciencia y la tecnología como fuerzas
poderosas de configuración de las sociedades contemporáneas vienen planteando, de manera
especialmente acuciante…”
Se asumen además, los presupuestos propios de los Estudios en Ciencia, Tecnología y Sociedad
(CTS)9 dado el énfasis que los mismos ponen en los estudios de casos y los recursos que ofrecen
para el análisis del riesgo de desastre en los marcos de la relación naturaleza – cultura- desarrollo.
En tal sentido los estudios CTS, permiten:
•
Poner de manifiesto las profundas interconexiones entre el entorno socioeconómico, político,
ambiental y cultural generado en una región o comunidad por los procesos de transferencia de
tecnología y los niveles de vulnerabilidad que originan.
•
Posibilitar el cuestionamiento consecuente de las diferentes percepciones que condicionan el
desarrollo tecnológico en los sujetos sociales incluyendo el riesgo de desastres por peligros de
carácter tecnológico.
•
Orientar el proceso de innovación tecnológica hacia la adopción de medidas que reduzcan el
riesgo de desastres y potencien el desarrollo sostenible.
•
Promover e incorporar el análisis del riesgo de desastres como un proceso construido social y
culturalmente para lo cual se requiere de una formación humanista que contribuya a minimizar
la visión fragmentada del mundo de carácter positivista (en técnica y natural, por un lado, y
económico, social y cultural, por otro).
•
Propiciar la participación pública en la gestión social del riesgo.
La bibliografía se refiere a todo el material consultado, lo cual deviene valioso instrumento de
9
Estos estudios en opinión de Ambrogi (1999:57-58) aunque “… ocupan un lugar menor- si es que ocupan
alguno - en el giro naturalista en Filosofía de la Ciencia (…) plantean importantes retos, así como interesantes
argumentos y razonables direcciones para tratar problemas cuya relevancia filosófica creo más que necesario
defender y que una reorientación en el estudio de la ciencia, como el naturalismo propone, no puede
desconocer”
�síntesis sobre referencias de publicaciones para futuras investigaciones.
Se realizaron las tareas investigativas siguientes:
•
Valoración de la problemática del riesgo y el desastre desde la perspectiva filosófica marxista, y
de las tendencias actuales en el mundo y en Cuba, tomando en consideración, el enfoque de
carácter interdisciplinario y transdisciplinario que brindan los Estudios en Ciencia, Tecnología y
Sociedad y la Filosofía de la Ciencia en su giro naturalista.
•
Determinación de los aspectos teóricos y metodológicos a tener en cuenta en los estudios de
percepción de los peligros y riesgos.
•
Procesamiento de la información cuantitativa y cualitativa obtenida en el estudio de caso
planteado.
•
Identificación de los elementos que conforman un modelo conceptual para la reducción del
riesgo de desastres, a partir de la relación filosófica: naturaleza – cultura – desarrollo y del
estudio de la percepción del riesgo como contribución al desarrollo local sostenible.
La metodología utilizada en la investigación emplea la triangulación metodológica y teórica al
incluirse perspectivas de análisis provenientes de la Filosofía de la Ciencia en su “giro naturalista”,
de los estudios en Ciencia, Tecnología y Sociedad, así como de los estudios de percepción y
comunicación del riesgo en los marcos del desarrollo local sostenible, todas estas perspectivas
resultan útiles para formular el modelo conceptual propuesto para la reducción del riesgo de
desastres así como para el estudio de percepción de los peligros, y constituyen en ambos casos,
resultados de la triangulación teórica y metodológica realizada.
El desarrollo de los Capítulos I y III se basa en el análisis documental, teniendo como fuentes
esenciales el análisis de la literatura sobre el tema e informes estadísticos.
El Capítulo II constituye un estudio de caso de tipo interpretativo. El estudio de caso que se
presenta es una evidencia empírica que toma en cuenta a la Filosofía de la Ciencia, en el giro
naturalista, así como la utilidad de los estudios en CTS para el análisis de las limitaciones que en la
gestión del riesgo existen en Cuba. El estudio de caso, combina estrategias metodológicas
cualitativas y cuantitativas al utilizar la entrevista a informantes claves y la entrevista estructurada.
La entrevista estructurada incluyó en su diseño la utilización del enfoque psicométrico para medir
las variables o atributos del riesgo en los habitantes expuestos. El enfoque psicométrico empleó la
combinación de una Escala del tipo Likert de 5 puntos con un diferencial semántico; posteriormente
�los resultados se procesaron y graficaron empleando para ello el tabulador electrónico Microsoft
Excel.
Se utilizaron métodos teóricos, y estadísticos. Entre los métodos teóricos se encuentran: el análisis y
la síntesis, la inducción y la deducción, lo histórico – lógico y el enfoque sistémico para valorar el
modo de interacción y organización entre los diferentes componentes del modelo elaborado.
Aporte teórico
En Cuba son escasas las contribuciones de nivel doctoral sobre gestión social del riesgo ante
situaciones de desastres y en ningún caso se trata de contribuciones desde la Filosofía. Sin embargo,
avanzar en esos estudios es una necesidad para el país en un contexto que algunos autores han
denominado “Sociedad del Riesgo”. La Filosofía debe jugar un papel en el impulso a ese trabajo
científico.
La presente investigación argumenta que los presupuestos filosóficos que explican la relación
naturaleza - cultura - desarrollo constituyen el soporte teórico apropiado para superar la visión
fragmentada del riesgo de desastres que se tiene desde las distintas ciencias, incluidas las
ciencias sociales, al considerar que la relación naturaleza - cultura - desarrollo, ofrece en la
perspectiva filosófica marxista, una comprensión holística del riesgo y el desastre como fenómenos
sociales y culturales, construidos en el tiempo, fundamentando además, la necesidad de la
comunicación como herramienta para la gestión social del riesgo ante situaciones de desastres, en el
desarrollo local sostenible.
Aporte práctico
•
Partiendo de la comprensión filosófica que ofrece la relación naturaleza – cultura – desarrollo,
se elabora un modelo conceptual para la reducción del riesgo de desastres como contribución al
desarrollo local sostenible.
•
Se aplica y enriquece el método psicométrico para evaluar la percepción de la población acerca
de los peligros, al incluirse la percepción sobre la vulnerabilidad como componente esencial del
riesgo de desastre. Este método se utiliza debido a la complejidad del contexto en el que se
realiza el estudio de caso, en un momento en que, en Cuba, están en fase de elaboración las
metodologías para los estudios de percepción de los peligros y riesgos, por lo que constituye
esto un aporte práctico de importancia.
Novedad científica:
• En el ámbito latinoamericano y cubano no existen estudios que aborden desde la perspectiva
filosófica la problemática de los desastres. La complejidad del tema objeto de estudio y la
Filosofía misma, condicionaron la necesidad del enfoque interdisciplinario, en una
�aproximación sui géneris que desde posiciones marxistas va al encuentro de la filosofía
naturalizada, y de los estudios CTS como propuesta para abordar los grandes dilemas de la
filosofía y la praxis contemporánea.
•
Se identifican los elementos que conforman un modelo conceptual para la reducción del riesgo
de desastres a partir de la comprensión filosófica que ofrece la relación naturaleza – cultura –
desarrollo y del estudio de la percepción del riesgo como contribución al desarrollo local
sostenible.
•
La investigación al integrar el estudio de las percepciones del riesgo de desastres naturales y
tecnológicos empleando el paradigma psicométrico, posibilita actualizar y profundizar en el
dominio del estudio del hombre, la subjetividad y su realidad social en contextos de riesgos.
•
Contribuye al conocimiento sobre los desastres desde una visión filosófica en Cuba y en
particular de la percepción social del riesgo de desastres en contextos altamente vulnerables. Al
mismo tiempo contribuye a la búsqueda de nuevas herramientas conceptuales y metodológicas
para hacer más eficaz y sistemática la comunicación del riesgo a tono con los escenarios y
actores locales.
La estructura del documento puesto a disposición del lector formalmente se organiza en:
Introducción, Capítulos I, II, y III, Conclusiones, Recomendaciones, Bibliografía y los anexos que
complementan el contenido expuesto.
El Capítulo I parte del análisis de la problemática del riesgo en la Modernidad, mostrando la visión
del riesgo de desastre desde las ciencias naturales, técnicas y sociales para posteriormente
reflexionar sobre el desastre en el contexto de la relación naturaleza – cultura – desarrollo, al
considerar el desastre como fenómeno social y problema ambiental que ocurre en la confluencia de
la dinámica del desarrollo de la naturaleza y la sociedad, expresando en cada momento histórico el
grado de desarrollo de la sociedad y su cultura frente a la naturaleza misma.
La necesidad de un enfoque holístico del riesgo y la dialéctica peligro – vulnerabilidad permite
afirmar que el marco adecuado para abordar desde la perspectiva filosófica el riesgo de desastres lo
constituye la relación naturaleza - cultura – desarrollo al considerar que la sociedad y su cultura
frente a la naturaleza configuran tanto la vulnerabilidad como los peligros presentes y futuros a
partir de los modelos de desarrollo hasta ahora concebidos.
El Capítulo II se inicia con el análisis de las fortalezas y limitaciones del modelo actual de gestión
del riesgo para situaciones de desastres en Cuba, destacando entre sus limitaciones la carencia de
estudios sobre las percepciones sobre el riesgo y de la cultura de prevención en el nivel local. El
estudio de la percepción del peligro y el riesgo en los diferentes actores locales, incluyendo en ellos
�a la comunidad, resulta esencial para el desarrollo de una cultura de prevención del desastre
adecuada al contexto.
El estudio de caso que se presenta constituye una crítica al modelo existente en Cuba desde una
perspectiva teórica y metodológica hasta ahora no contemplada, y sirve de base para la construcción
del modelo para la reducción del riesgo de desastres que se desarrolla en el Capítulo III.
El estudio de caso constituye una evidencia empírica que toma en cuenta a la Filosofía de la Ciencia
en el giro naturalista, así como la utilidad de los estudios en CTS para el análisis de las limitaciones
que en la gestión del riesgo existen en Cuba. El estudio de caso, combina estrategias metodológicas
cualitativas y cuantitativas al utilizar la entrevista en profundidad a informantes claves y la
entrevista estructurada, por lo que constituye el producto de la triangulación metodológica y teórica
realizada.
El Capítulo III analiza la problemática del riesgo para situaciones de desastres y la importancia de
su gestión en los marcos del desarrollo local sostenible, al considerarse el riesgo como una
construcción social, dinámica y cambiante, diferenciado en términos territoriales y sociales que
requiere de la gestión del conocimiento y la comunicación como herramientas para el desarrollo de
una cultura de prevención.
A partir del análisis de las funciones previstas para los Centros de Gestión de Reducción del Riesgo,
se sugieren acciones concretas de gestión del conocimiento que incorporan a la Sede Universitaria
como “Universidad en el Territorio”.
Se establece un modelo conceptual para la reducción del riesgo de desastres como contribución al
desarrollo local sostenible atendiendo a la necesidad de mejorar la forma en que se puede incidir y
explicitar entre los distintos actores sociales las múltiples dimensiones del riesgo, de modo que
permita el desarrollo de una cultura de prevención adecuada al contexto.
El vínculo con el tema permite la aplicación de sus postulados a la labor profesional concreta que
realiza la autora en diferentes momentos y modalidades, desde el punto de vista docente en la
enseñanza de pre y posgrado en la asignatura Problemas Sociales de la Ciencia y la Tecnología, en
el marco de proyectos del Programa Ramal del MES “Gestión Universitaria del Conocimiento y la
Innovación para el Desarrollo” y como Consultora en los siguientes trabajos:
•
Estudio de Peligros, Vulnerabilidad y Riesgo en la Empresa Ernesto Che Guevara. Moa
CESIGMA, S. A. 2006.
•
Estudio de Peligros, Vulnerabilidad y Riesgo en la Empresa Mecánica del Níquel. Moa.
CESIGMA, S. A. 2006.
•
Estudio de Peligros, Vulnerabilidad y Riesgo para la nueva planta Termoeléctrica en la
�Empresa Ernesto Che Guevara. Moa CESIGMA, S. A. 2007.
•
Estudio de Peligros, Vulnerabilidad y Riesgo para el Proyecto “Emisario Submarino”
CESIGMA, S. A. 2007.
CAPÍTULO
I
CONSIDERACIONES
TEÓRICAS
NECESARIAS
PARA
LA
COMPRENSIÓN HOLÍSTICA DEL RIESGO DE DESASTRES DESDE LA RELACIÓN
NATURALEZA - CULTURA - DESARROLLO
El Capítulo parte del análisis de la problemática del riesgo en la Modernidad, mostrando la visión
del riesgo de desastre desde las ciencias naturales, técnicas y sociales, para posteriormente
reflexionar sobre el desastre en el contexto de la relación naturaleza – cultura – desarrollo, al
considerar el desastre como fenómeno social y problema ambiental que ocurre en la confluencia de
la dinámica del desarrollo de la naturaleza y la sociedad, expresando en cada momento histórico el
grado de desarrollo de la sociedad y su cultura frente a la naturaleza misma.
1. 1 Modernidad y Riesgo
Las consideraciones sobre la modernidad difieren según diversos autores. En opinión de Fuentes
(2000), por modernidad no debe entenderse sólo una época histórica sino más bien posturas,
pronósticos, fundamentos, aspiraciones donde se plasman metas, no de formas armoniosas, única y
exclusivamente, sino también conflictivas y contradictorias. La modernidad afirma Fuentes
(2000:270) “… no ha estado exenta de autocrítica y crítica por parte de la misma racionalidad
moderna: Marx, Weber, la Escuela de Francfort” así lo demuestran10.
Para Guadarrama (1994:96), “…la modernidad debe ser entendida como la etapa de la historia en
que la civilización alcanza un grado de madurez tal que rinde culto a la autonomía de la razón y se
cree fervientemente en su poder, propiciando así una confianza desmedida en la ciencia y en la
capacidad humana por conocer el mundo y dominar todas sus fuerzas más recónditas, (…). De esta
creencia se deriva otra aún más nefasta: considerar que el desarrollo de la técnica por sí solo
producirá la infinita satisfacción humana de sus crecientes necesidades”.
10
“La originalidad de los autores de la Escuela de Francfort (desde Horkheimer a Adorno, desde Marcuse a
Habermas) consiste en abordar las nuevas temáticas que recogen las dinámicas propias de la sociedad, como
por ejemplo el autoritarismo, la industria cultural y la transformación de los conflictos sociales en las
sociedades altamente industrializadas. A través de los fenómenos superestructurales de la cultura o del
comportamiento colectivo, la "teoría crítica" intenta penetrar el sentido de los fenómenos estructurales,
primarios, de la sociedad contemporánea, el capitalismo y la industrialización” (RUSCONI, 1968:38) Citado
por Wolf M. [s.a.:56]
�Durante la llamada Época Moderna la ciencia y la técnica son tenidas como expresiones cimeras del
progreso civilizatorio. El desarrollo teórico, la experimentación y la industria generan una cultura
antropocéntrica desde sus inicios mismos.
Es Renato Descartes quien contribuyó decisivamente a plasmar teóricamente los ideales de la
modernidad. La búsqueda de los fundamentos del saber en el “Discurso del Método” establece a la
razón como fundamento de coherencia para producir un cocimiento científico nuevo por su
formulación y su justificación. (Delgado, 2007)
Descartes, define con claridad el nuevo ideal del conocimiento al servicio del hombre en aras de
dominar a la naturaleza cuando afirma, “… pero tan pronto como hube adquirido algunas nociones
generales de la física y comenzado a ponerlas a prueba en varias dificultades particulares, notando
entonces cuán lejos pueden llevarnos y cuán diferentes son de los principios que se han usado hasta
ahora, creí que conservarlas ocultas era grandísimo pecado, que infringía la ley que nos obliga a
procurar el bien general de todos los hombres, en cuanto ello esté en nuestro poder. Pues esas
nociones me han enseñado que es posible llegar a conocimientos muy útiles para la vida, y que, en
lugar de la filosofía especulativa, enseñada en las escuelas, es posible encontrar una práctica, por
medio de la cual, conociendo la fuerza y las acciones del fuego, del agua, del aire, de los astros, de
los cielos y de todos los demás cuerpos, que nos rodean, tan distintamente como conocemos los
diversos oficios de nuestros artesanos, podríamos aprovecharlos del mismo modo, en todos los usos
para que sean propios, y de esa suerte hacernos como dueños y poseedores de la naturaleza…”11
La separación entre naturaleza y cultura es resultado de la cosmovisión inherente a la sociedad
industrial, cuyas bases científico – técnicas consolidadas en la modernidad tienen como importante
pilar el pensamiento cartesiano. El racionalismo cartesiano se refleja en una visión de la cultura que
trasciende el mundo biofísico obviando que la cultura no puede ser entendida sin considerar la base
biológica sobre la cual se construye, y que por otra parte la transformación de la naturaleza por el
hombre y los efectos derivados de esta ofrecen la medida de su capacidad adaptativa y de su
desarrollo como ser social.
Los axiomas o postulados enarbolados por la modernidad parten del supuesto que el hombre al
poseer a la naturaleza alcanza su felicidad en la misma medida en que logra someterla a sus
intereses. La modernidad se caracteriza así por el irracional uso de los recursos naturales y
11
DESCARTES, R. El Discurso del Método. [en línea]. [Consultado: 27/02/2007] Disponible en:
http://www.bibliotecasvirtuales.com/biblioteca/OtrosAutoresDeLaLiteraturaUniversal/Descartes/Discursodel
Metodo.asp
�concepciones igualmente irracionales del desarrollo, cuyo soporte material lo constituye el
desarrollo tecnológico experimentado.12
El advenimiento del modo de producción capitalista y el desarrollo de las fuerzas productivas que
en su seno tienen lugar condicionan una etapa cualitativamente diferente en la relación naturaleza –
cultura – desarrollo caracterizado por el incremento de los problemas ambientales y de los riesgos
en general, es un hecho indiscutible apunta Alfonso (1999:178), “…que al utilizar intensivamente
los recursos naturales con ayuda de medios técnicos colosales y cada vez más poderosos, la
humanidad mejoró sus condiciones de vida, pero el hombre, al transformar la naturaleza violentó la
interacción entre sociedad y naturaleza y creó el problema ecológico. (...) El agravamiento de este
problema es el resultado de la lógica del industrialismo, entendido como conjunto de
transformaciones económicas, sociales, políticas y culturales que acompañan al desarrollo
industrial…”
Esta situación se torna cada vez más compleja y conduce en la década del 60 del pasado Siglo a la
institucionalización de los estudios en Ciencia, Tecnología y Sociedad13. Desde entonces, pocos
temas han tenido un “boom” social tan relevante como el vinculado al riesgo, se trata de un
concepto que abordado por el sociólogo alemán Ulrich Beck constituye un tema de especial
importancia en el desarrollo del conocimiento especializado.
12
Así, Blanco (1998:40) al analizar estos axiomas los considera obsoletos porque:
• Dado el ritmo de contaminación del ecosistema y la capacidad de las nuevas tecnologías para su
explotación, ha dejado de ser cierto que este tiene la capacidad de absorber y reciclar de modo natural los
desechos y la devastación de nuestras sociedades.
• El crecimiento económico está enfrentando una crisis de los patrones industrializadotes y de consumo
(…) y de la depauperación de la población mundial, a la que ha conducido el esquema de explotación
periférica por los países desarrollados.
• El desarrollo tecnológico, lejos de traer el progreso social, ha sido puesto al servicio de dos guerras
mundiales y de una secuela de dramáticos conflictos, al tiempo que ha situado a la humanidad pendiente del
frágil hilo de un accidente genético o nuclear.
• El creciente consumo tampoco ha aportado una vida más feliz a aquella parte minoritaria de la
humanidad que lo ejerce, a espaldas de la mayoría de los habitantes de nuestro planeta. La noción de que “no
solo de pan vive el hombre” cobra fuerza en sociedades de alto desarrollo tecnológico, sumidas en una
galopante alienación.
• La razón moderna tampoco ha materializado plenamente el reino de la libertad, igualdad y fraternidad
que prometió cuando puso fin al mundo que la precedió.
• El destino del ecosistema y de la humanidad está hoy “fuera de todo control racional”, precisamente por
el empeño de continuar aplicando los conceptos de la razón moderna a un mundo ya cambiado radicalmente
por ella.
13
Los estudios CTS buscan comprender la dimensión social de la ciencia y la tecnología tanto de sus
antecedentes propiamente sociales como de sus consecuencias económicas, políticas, culturales y
ambientales, es decir tanto en lo concerniente a los factores que modelan el cambio científico – tecnológico,
como lo que concierne a las repercusiones éticas, ambientales o culturales de ese cambio, es en este sentido
que constituyen una perspectiva teórica importante para la realización de Estudios de Peligro, Vulnerabilidad
y Riesgos ante situaciones de desastres. García et al., (2001a:125)
�El riesgo y la alusión a él, se hace común en los análisis económicos, políticos, jurídicos y
sociológicos, por lo que la categoría de “riesgo” se incorpora tanto a la actividad práctica como
cognitiva desde las más diversas posturas “…las constataciones del riesgo son la figura en que la
ética (y por tanto también la filosofía, la cultura, la política) resucita en los centros de la
modernización, en la economía, en las ciencias naturales, en las disciplinas técnicas. Las
constataciones del riesgo son una simbiosis aún desconocida, no desarrollada, entre ciencias de la
naturaleza y ciencias del espíritu, entre racionalidad cotidiana y racionalidad de los expertos, entre
interés y hecho. Al mismo tiempo, no son ni sólo lo uno ni sólo lo otro. Son las dos cosas en una
forma nueva. Ya no pueden ser aisladas por uno u otro especialista y ser desarrolladas y fijadas de
acuerdo con los propios estándares de racionalidad. Presuponen una colaboración más allá de las
trincheras de las disciplinas, de los grupos ciudadanos, de las empresas, de la administración y de la
política, o (lo cual es más probable) se resquebrajan entre éstas en definiciones opuestas y luchas de
definiciones.” (Beck, 1998:34-35)
La problematización del riesgo requiere de una reflexión sobre las condiciones histórico – sociales
que hacen posible la entrada en escena de esta categoría. El concepto de riesgo forma parte de un
tipo de sociedad caracterizada por el dominio “racional” del mundo, independientemente de que los
riesgos existieran desde siempre y fueran percibidos como “inseguridad” e “incertidumbre” aún
cuando no se disponían de medios lingüísticos o fórmulas matemático – estadísticas que los
explicaran.
Se llega a afirmar incluso que las sociedades occidentales más desarrolladas son “sociedades del
riesgo”, caracterizadas por la proliferación de riesgos, derivados tanto del progreso tecnológico
como por aquellos que emergen de la complejidad de su organización social. De tal forma el
concepto de riesgo resulta difícil de ser desestimado con independencia de que estos, de una u otra
forma, estuvieran presentes en sociedades anteriores y su significado no fuera el que hoy se le
atribuye,
“… somos testigos (sujeto y objeto) de una fractura dentro de la modernidad, la cual se
desprende de los contornos de la sociedad industrial clásica y acuña una nueva figura, a la que aquí
llamamos “sociedad industrial del riesgo” (Beck, 1998:16)
Lo novedoso de la relación entre riesgo y modernidad pudiera estar en la reflexión en torno al tipo
de desarrollo y por tanto de cultura que condujo a su empleo. El riesgo, fruto de la modernidad y de
la racionalidad instrumental que la caracteriza, instala un presente seriamente amenazado y un
futuro cuya incertidumbre se hace cada vez mayor.
En tal sentido Giddens (2000) considera que la idea de riesgo siempre ha estado relacionada con la
modernidad aunque defiende la idea de que en el período actual este concepto asume una nueva y
�peculiar importancia y opina que la mejor manera de explicar lo que esta ocurriendo es hacer una
distinción entre dos tipos de riesgo. A uno de ellos lo denomina riesgo externo mientras al otro, lo
denomina riesgo manufacturado.
El riesgo externo según Giddens (2000) es el riesgo que se experimenta como proveniente del
exterior, de las sujeciones de la tradición o de la naturaleza, mientras que el riesgo manufacturado,
alude al creado por el propio impacto del conocimiento creciente sobre el mundo. El riesgo
manufacturado se refiere a situaciones de las que se dispone de muy poca experiencia histórica en
afrontarlas. La mayoría de los riesgos medioambientales, como los vinculados al calentamiento
global, son para este autor, riesgos manufacturados.
La nueva significación y la relevancia del riesgo describen un estadio de la modernidad en el cual
los desastres producidos con el crecimiento de la sociedad industrial se convierten en
predominantes. De acuerdo con esta idea, los países desarrollados han evolucionado desde
sociedades en las que el problema central es la distribución desigual de la riqueza socialmente
producida, hasta el paradigma de la sociedad del riesgo, según (Beck, 1998).
La vieja sociedad industrial, cuyo eje principal era la distribución de ‘bienes’, ha sido o está siendo
desplazada por una nueva sociedad estructurada, por así decirlo, alrededor de la gestión y
distribución de ‘males’. El propio Beck (1998:40-41) considera que “…el tipo, el modelo y los
medios del reparto de los riesgos se diferencian sistemáticamente de los del reparto de la riqueza.
(…). La historia del reparto de los riesgos muestra que éstos siguen, al igual que las riquezas, el
esquema de clases, pero al revés, las riquezas se acumulan arriba, los riesgos abajo. Por tanto, los
riesgos parecen fortalecer y no suprimir la sociedad de clases.”
Un análisis político y social del riesgo y no sólo una visión de este desde la racionalidad técnica al
poner en evidencia el complejo entramado de relaciones económicas, políticas, psicológicas,
sociológicas y jurídicas en el que el riesgo tiene lugar es propuesto por Beck (1998:41) cuando
afirma “… las posibilidades y las capacidades de enfrentarse a las situaciones de riesgo, de
evitarlas, de compensarlas, parecen estar repartidas de manera desigual para capas de ingresos y de
educación diversas: quien dispone del almohadón financiero necesario a largo plazo puede intentar
evitar los riesgos mediante la elección del lugar de residencia y la configuración de la vivienda (o
mediante una segunda vivienda, las vacaciones, etc.). Lo mismo vale para la alimentación, la
educación y el correspondiente comportamiento en relación a la comida y a la información…”.
El concepto de "sociedad del riesgo" viene a sintetizar una doble y complementaria característica de
la sociedad contemporánea, por una parte, la posibilidad, mayor cada día, de que se produzcan
daños que afecten a una buena parte de la humanidad, se trata de daños que, bien como catástrofes
�repentinas o bien como catástrofes construidas en el tiempo, están asociadas a la universalización de
la tecnología, y también a los modelos económicos y culturales que las desarrollan y que
constituyen la causa fundamental del incremento de las ya marcadas diferencias de clases.
Si en el pasado muchas calamidades se atribuían a los dioses, a la naturaleza o simplemente al
destino, en la actualidad prácticamente todos los grandes riesgos, descansan en principio en
decisiones y, por tanto, son humanamente influenciables. Se comprende, así, que la noción de
riesgo se encuentre entonces en el centro de las agendas políticas y académicas.
En realidad son muchos y muy graves los perjuicios que se derivan del modelo actual de gestión
tecnocrática del riesgo, porque, si bien los beneficios económicos de un proceso productivo
contaminante son inmediatos para su autor, sus consecuencias se pueden trasladar en el tiempo o en
el espacio.14
Aunque en la actualidad se suelan presentar diferenciados los riesgos ambientales y tecnológicos,
como si se tratara de tipologías claramente separadas, en realidad todos los riesgos están muy
relacionados entre sí, a veces inseparables e indistinguibles. El cambio climático es un riesgo
ambiental y natural, pero en el que la participación del hombre y de la tecnología son protagonistas
a través de la emisión a la atmósfera de gases invernadero, que resultan ser el detonante
fundamental de todo el proceso.
Por este motivo, en el análisis contemporáneo de la percepción y gestión de los riesgos, la noción de
que los riesgos ambientales y, obviamente, los tecnológicos son una construcción social, se ha
convertido en una idea central en opinión de Beck (1998),
15
y es que el dualismo naturaleza –
cultura, propio de la ciencia moderna, ha sido sometido a una crítica sistemática y definitiva, siendo
sustituido por un énfasis en el carácter híbrido, socio-natural, de los fenómenos ambientales.
14
No se desarrollan consideraciones sobre equidad y riesgo en el estudio de caso que se presenta aún cuando
la autora reconoce como importante la diferencia de estos a nivel de territorios en el país, por considerarse que
rebasan los objetivos propuestos en la investigación. Pautas para una reflexión posterior aparecen en López y
Luján (2002). donde se afirma: “A pesar de todo, es también importante tener en cuenta que, como muestran
aquellos riesgos que, en principio, no son susceptibles de compensación (catástrofes nucleares, destrucción de
la capa de ozono, destrucción de bosques por lluvia ácida, exposición a la polución ambiental, etc.), el
solapamiento no significa coincidencia y, por tanto, la distribución de riesgos y perjuicios debería formar una
parte constitutiva del concepto de bienestar social. Al hablar de los impactos sociales de la ciencia y la
tecnología debemos así considerar los impactos negativos y no sólo los positivos”. (López y Luján, 2002:7).
El subrayado corresponde a la autora.
15
“La ignorancia de los riesgos no perceptibles, que encuentra su justificación (y que de hecho la tiene, como
en el Tercer Mundo) en la supresión de la miseria palpable, es el terreno cultural y político en el que florecen,
crecen y prosperan los riesgos y las amenazas. (…) En un nivel determinado de la producción social que se
caracteriza por el desarrollo de la industria química (pero también por la tecnología nuclear, la
microelectrónica y la tecnología genética), el predominio de la lógica, los conflictos de la producción de
riqueza y, por tanto, la invisibilidad social de la sociedad del riesgo no son una prueba de la irrealidad de ésta,
sino al contrario: son un motor de su surgimiento y por tanto una prueba de su realidad”. (Beck,1998:51)
�El medio ambiente y los desastres son lugares de intersección y confrontación de definiciones e
intereses sociales: la naturaleza y gravedad de las amenazas ambientales, las dinámicas que
subyacen a ellas, la prioridad concedida a unos temas frente a otros, las medidas óptimas para
mitigar o mejorar las condiciones que se definen como problemáticas, son realidades no sólo
medibles y cuantificables sino también objeto y producto del debate social.
Así, se nos hace visible una de las paradojas definitorias de la modernidad, ¿por qué el progreso
humano lejos de eliminar o al menos, reducir los riesgos que amenazan la vida, no para de
ahondarlos y expandirlos?
A la indefensión de las víctimas, se añade la dificultad estructural y la insensibilidad que presentan
las administraciones públicas, cuando se trata de formular políticas que reduzcan de forma efectiva
los riesgos derivados del cambio tecnológico tanto por el modelo de desarrollo económico
dominante, como porque los agentes responsables de las acciones generadoras de riesgos obtienen
beneficios inmediatos, en tanto que sus consecuencias negativas se generan a largo plazo.
No hay que olvidar que el término riesgo implica no sólo la idea de peligro y destrucción, sino
también las ideas de elección, cálculo y responsabilidad. La perspectiva del riesgo sobre un
determinado tema tiene sentido sólo cuando ese tema deja de ser visto como fijo o inevitable y se
contempla como sujeto a intervención humana.
Según Beck (1998:35) “… en las definiciones del riesgo, se rompe el monopolio de la racionalidad
de las ciencias. (…) Ciertamente, muchos científicos se ponen a trabajar con todo el ímpetu de su
racionalidad objetiva; su esfuerzo por la objetividad crece proporcionalmente con el contenido
político de sus definiciones. Pero en el núcleo de su trabajo quedan remitidos a expectativas y
valoraciones sociales y que por tanto les están dadas: ¿dónde y cómo hay que trazar los límites
entre daños aún aceptables y ya no aceptables? …”
Llegado a este punto, se plantean cuestiones de gran importancia, que no excluyen a los políticos o
tomadores de decisiones en un sentido amplio, ni a los técnicos, ni a los científicos sociales.
Algunas cuestiones para la reflexión y la acción, pudieran enmarcarse en: ¿cuál es el objeto real y
efectivo de la gestión social del riesgo?, ¿resulta factible eliminarlos mediante una aplicación
rigurosa del "principio de precaución" a las actividades humanas generadoras de riesgo? y,
finalmente y no por ello de menor importancia, ¿cómo se ha de contribuir en cada instante y con
cada una de las acciones y omisiones, a generar o agravar riesgos que amenazan la vida en todas sus
formas de existencia?
Tales interrogantes encuentran espacio en la literatura especializada desde principios de los años 80
del pasado siglo XX, donde frecuentemente se plantea la distinción entre estimación del riesgo y
�gestión de riesgo; o más globalmente, entre evaluación de riesgo y gestión de riesgo según López y
Luján (2001). Es frecuente enmarcar la evaluación en el ámbito de la ciencia y la gestión en el
ámbito de la política. En el primer caso se trata de valorar desde un punto de vista técnico la
probabilidad de ocurrencia de una fatalidad y de su grado de severidad16 y en el otro, de tomar
decisiones en cuanto a recursos y medidas administrativas para eliminar o reducir el peligro, en lo
que sería entonces, un proceso de gestión.
Algunos trabajos e investigaciones sobre la problemática del riesgo ponen especial énfasis en el
saber cuantitativo y de las relaciones mecánicas de causa y efecto, con lo que parecen olvidar el
hecho de que tanto el “riesgo” (como el “peligro”), además de poder ser “medido” como resultado
de una expresión matemática relevante, es también una vivencia social y una experiencia humana.
Sin embargo, en una perspectiva diferente de la ciencia, puede afirmarse que la ciencia de la
evaluación del riesgo, se distancia de la imagen idealizada que de esta prevalece aún en buena parte
de la literatura, tratándose de una ciencia mayormente regulada por objetivos y fines prácticos, más
que por las aspiraciones de búsqueda de la verdad17. Diversos son los términos que se han empleado
para hacer referencia a este tipo de actividad: trans-ciencia, ciencia reguladora, ciencia postnormal18.
16
A pesar de que la sociología ha desarrollado su propio enfoque en la investigación del riesgo, una de las
definiciones operativas del riesgo, ampliamente aceptadas por la comunidad científica, es aquella que parte de
una concepción matemático – estadística del riesgo, así se considera un acontecimiento “X” al cual es posible
asociar un valor de probabilidad y un daño o efecto. El riesgo, será definido por el producto de la probabilidad
de ocurrencia de un daño y la vulnerabilidad o susceptibilidad del sistema para responder al mismo, esta
formulación del riesgo está ligada a lo que se conoce como “riesgo objetivo”. El objetivo operativo de esta
definición, es desarrollar una medida universalmente válida para el riesgo con ayuda de la cual puedan
establecerse comparaciones entre distintas clases de riesgo y obtener criterios racionales de aceptabilidad de
estos con relación a su probabilidad y sus consecuencias.
17
“La pretensión de racionalidad de las ciencias de averiguar objetivamente el contenido del riesgo se debilita
a sí misma permanentemente: por una parte, reposa en un castillo de naipes de suposiciones especulativas y
se mueve exclusivamente en el marco de unas afirmaciones de probabilidad cuyas prognosis de seguridad
stricto sensu ni siquiera pueden ser refutadas por accidentes reales. Por otra parte, hay que haber adoptado
una posición axiológica para poder hablar con sentido de los riesgos. Las constataciones del riesgo se basan
en posibilidades matemáticas e intereses sociales incluso y precisamente allí donde se presentan con certeza
técnica. Al ocuparse de los riesgos civilizatorios, las ciencias ya han abandonado su fundamento en la lógica
experimental y han contraído un matrimonio polígamo con la economía, la política y la ética, o más
exactamente: viven con éstas sin haber formalizado el matrimonio. (Beck, 1998: 35)
18
Es conocido el hecho de que la ciencia académica se genera en ambientes de consenso, estructurados por
paradigmas bien establecidos que proporcionan estándares de control metodológico y de calidad, en la ciencia
reguladora en cambio, las normas de evaluación son más difusas, controvertidas y sujetas a consideraciones
políticas donde la divergencia entre expertos es común, la ciencia reguladora está sujeta a la presión de
diferentes grupos de interés que difieren frecuentemente en la forma en que interpretan los resultados, por lo
que son igualmente frecuentes los debates públicos. La ciencia post-normal es la que se enfrenta a problemas
que pueden afectar a la supervivencia de ecosistemas o el bienestar de poblaciones, y que son de difícil
definición. Muchos de los problemas ambientales o relacionados con riesgos tecnológicos podrían clasificarse
�El proceso de caracterización del riesgo en la ciencia reguladora, requiere de un diálogo efectivo
entre expertos y ciudadanos si se tiene en cuenta que el riesgo es una compleja configuración social
multidimensional y multifuncional. Algunos principios que definen como debería tener lugar la
caracterización del riesgo aparecen recogidos en el informe Undestanding Risk: Informing
Decisions in a Democratic Society de 1996 del Nacional Research Council.
Según el informe antes mencionado, caracterizar el riesgo requiere no sólo de una buena ciencia
sino también de saber dirigir la misma hacia las cuestiones más pertinentes respecto a la decisión
que eventualmente deba ser tomada, así como de una amplia comprensión de las pérdidas, daños y
consecuencias para todos los agentes implicados considerando además cuestiones ecológicas,
psicológicas, y éticas además de económicas, donde se señalen también los impactos para
poblaciones específicas y no sólo para la población general sobre la base de un enfoque
interdisciplinar.
A pesar de los esfuerzos realizados en la investigación del riesgo no puede afirmarse que exista una
definición unitaria o una teoría coherente del mismo. En tal sentido y siguiendo aspectos relevantes
referidos por Renn19, es posible enumerar algunas aproximaciones a la concepción y evaluación de
los riesgos desde la perspectiva de diferentes ciencias y disciplinas académicas, entre ellas:
•
La aproximación actuarial (utilizando predicciones estadísticas)
•
La aproximación epidemiológica y toxicológica (incluyendo la ecotoxicología)
•
La aproximación técnica o ingenieril (incluyendo la evaluación probabilística del riesgo).
•
La aproximación económica (incluyendo comparaciones de riesgo beneficio)
•
La aproximación psicológica (incluyendo el análisis psicométrico)
•
Las teorías sociales del riesgo
•
La teoría cultural del riesgo (usando grupos de referencia) y
•
La aproximación jurídica.
Las perspectivas antes mencionadas, sugieren la posibilidad del análisis del riesgo de desastres
desde las ciencias naturales, técnicas y sociales, si se tiene en cuenta que los diferentes enfoques
sobre el riesgo varían atendiendo a la elección de metodologías, la complejidad de las medidas que
utilizan y las disciplinas de las que provienen.
1.2 El riesgo de desastre: una visión desde las ciencias naturales, técnicas y sociales
en esta categoría. El grado de incertidumbre es alto y al conllevar un alto nivel en las apuestas de decisión,
son problemas marcadamente politizados. Ver: García et al., ( 2001b)
19
Renn, O. Concepts of risk En Krimsky, Sheldon y Holding, Dominic (eds.) Social Theories of Risk.
Westport. Praeger Publishers. Citado por García I Hom, (2004:53-79).
�En la teoría sobre los desastres y los riesgos, se han incorporado gradualmente los aportes de las
ciencias naturales, técnicas y sociales, hasta llegar a modelos y conceptos más complejos y
holísticos.
Sin embargo, en opinión de Maskrey (1998) la investigación sobre los desastres y los riesgos aún ha
de producir un cuerpo de teoría y terminología sólido y de amplía aceptación.
•
El enfoque de las ciencias naturales
La investigación inicial sobre el riesgo de desastres fue dominada por los aportes de las ciencias
naturales por lo que era común que estos fueran considerados como sinónimos de eventos físicos
extremos denominados “desastres naturales”, así en el enfoque de las ciencias naturales, un
terremoto, erupción volcánica, huracán u otro evento extremo era de por sí un desastre, de esta
forma, la investigación sobre los desastres se centró en el estudio de los procesos geológicos,
meteorológicos, hidrológicos y otros procesos naturales que generan estos peligros, la investigación
sobre el riesgo se centraba en la ubicación y distribución espacial de las amenazas, su frecuencia,
magnitud e intensidad.
Este enfoque resultó reduccionista al inscribirse en el paradigma positivista “…mediante la
conceptualización de los desastres como eventos inevitables, no previsibles y extremos que
interrumpen procesos políticos, sociales y económicos "normales", el enfoque difunde una visión de
los desastres como eventos discretos, fundamentalmente desconectados de la sociedad” dejando al
margen cuestiones de responsabilidad social o política respecto al riesgo”. (Maskrey, 1998:10)
Este enfoque mantiene cierta presencia, de tal modo que continúan utilizándose tanto en la literatura
como en el discurso expresiones como “los efectos de un desastre" o "el impacto de un desastre"
que indican en opinión de Lavell (1996) que los peligros naturales sean abordados como sinónimos
de desastre.
•
El enfoque de las ciencias técnicas
Bajo el influjo de las ciencias técnicas, se consideró que el desastre se producía si había un impacto
medible en el medio ambiente, la sociedad o la economía donde se manifestara el peligro. La
investigación, en este sentido, dio un salto importante, al considerarse los eventos extremos como
catalizadores que transforman una condición vulnerable en desastre. El riesgo empezó a ser definido
como función tanto del peligro como de la vulnerabilidad, así se considera que (RIESGO = P x V).
Mientras que los modelos de riesgo de las ciencias naturales fueron básicamente modelos de
amenaza o peligros, las ciencias técnicas presentaron modelos conceptuales que incorporaron la
vulnerabilidad
�La pareja conformada por el peligro y la vulnerabilidad que equivalen al estado de un sistema en
una situación particular expuesta a un peligro, da al riesgo un aspecto multidimensional. Los
factores de vulnerabilidad pertenecen a campos diversos (naturales, materiales, sociales,
funcionales, en materia de decisiones, etc.) e influyen no solo considerándolos individualmente,
sino también en interacción los unos con los otros, conformando así un sistema, en opinión de
Chardon (1998).
El enfoque de las ciencias técnicas difiere del enfoque de las ciencias naturales en el hecho de que
se centra en el impacto y efecto de los eventos asociados a los peligros, y no en el evento mismo.
Sin embargo, es preciso subrayar que el enfoque considera que los peligros, siguen siendo la causa
de los desastres, mientras que el concepto de vulnerabilidad está utilizado solamente para explicar el
daño, las pérdidas y otros efectos.
Como tal, el objetivo social de muchas investigaciones de las ciencias técnicas ha sido el diseño de
medidas estructurales y otro tipo para mitigar las pérdidas causadas por eventos extremos y, por
ende, lograr que la sociedad sea segura. Este enfoque reconoce la existencia de responsabilidades
sociales y políticas para evitar las pérdidas.
•
El enfoque de las ciencias sociales 20
El geógrafo Gilbert White, en los años 50 y 60 realizó un importante análisis sobre los desastres. El
trabajo de White se centró en la percepción social de los peligros y cómo dichas percepciones
influían en las decisiones que toma una población determinada para que su medio fuera más seguro
o más peligroso. Sus investigaciones enfatizaron en que los desastres tienen causas humanas y no
sólo naturales, y que las sociedades y comunidades expuestas a determinadas amenazas no son
homogéneas. Esto implica que diferentes grupos sociales realizan una gestión muy diferenciada de
los riesgos que enfrentan y que, por ende, la vulnerabilidad sea un valor de carácter social, que no
puede reducirse al grado de pérdida que podría sufrir un determinado elemento o grupo de
elementos expuestos a un peligro.
Los desastres son el resultado de la ruptura del equilibrio entre la naturaleza y la sociedad expresada
en la incapacidad de la sociedad de ajustarse y adaptarse adecuadamente a su entorno, tal
20
Según Lavell (2005a:27-30) “… las ideas más originales y la investigación más acabada en el área social de
los desastres en particular en América Latina encuentran su salida en la publicación de un número
relativamente reducido de textos durante los años 80. En la década del 90 la investigación sobre esta
problemática recibe un impulso importante a raíz de la formación en 1992 de La Red de Estudios Sociales en
la Prevención de Desastres en América Latina (LA RED); organización que a lo largo de la década promoverá
un número importante de investigaciones, desarrollos técnicos, seminarios y conferencias, y esquemas de
capacitación en el área de los desastres, promoviendo la publicación de una serie de libros y revistas que
constituyen, la colección de estudios y debates conceptuales más completa que existe sobre el tema, visto
desde una perspectiva social, y publicados en español.”
�consideración constituye hoy una línea de indagación de características multidisciplinarias con una
fuerte presencia de profesionales de las Ciencias Sociales, que promueve la idea de que los
desastres representan “problemas no resueltos del desarrollo”21 en tanto la vulnerabilidad no es una
variable exógena sino que por el contrario está fuertemente anclada en elementos estructurales
inherentes a modelos de desarrollo.
Parte de la explicación del desequilibrio que representa los desastres, reside en la consideración de
que la naturaleza existe para ser dominada y utilizada, la cual está en la base de la llamada crisis
ambiental de la actualidad. Otra parte de la explicación reside en el imperativo de las modalidades
de crecimiento económico en boga durante las últimas décadas, pero esencialmente desde el inicio
de la Revolución Industrial, tipificada entre otras cosas por la acelerada transformación de la
sociedad de una relación inmediata con la naturaleza, en una donde dominan las relaciones
mediatas; la urbanización, la búsqueda de la ganancia a corto plazo; el empobrecimiento de grandes
masas de la población, su marginalización en el territorio y su inseguridad frente a la vida cotidiana.
Los peligros o amenazas, en resumen, hacen referencia en términos genéricos, a la probabilidad de
la ocurrencia de un evento físico dañino para la sociedad, y las vulnerabilidades, a la propensidad de
la sociedad o un subconjunto de ésta de sufrir daños debido a sus propias características
particulares. El concepto de vulnerabilidad, es un concepto de gran complejidad que debe estudiarse
en un contexto amplio que comprenda los aspectos humanos, socioculturales, económicos,
ambientales y políticos vinculados con las desigualdades sociales basadas en la edad, el género, y
los recursos económicos entre otros. (Anexo 1)
No obstante las consideraciones antes hechas, es importante reconocer que si bien los modelos
conceptuales desarrollados bajo el enfoque social dan énfasis a las variables y procesos que
configuran los patrones de vulnerabilidad, en ocasiones y en opinión de Maskrey (1998) subrayan
tanto las causas "sociales" de los riesgos, que a veces tienden a perder de vista a las amenazas, y las
interrelaciones entre amenaza y vulnerabilidad por lo que este autor considera la necesidad de un
enfoque holístico del riesgo que permita incorporar los aciertos de los enfoques desarrollados por
las ciencias naturales, técnicas y sociales.
Maskrey (1998) propone un modelo que denomina “escenarios de riesgo” donde las relaciones
dinámicas entre vulnerabilidades y capacidades, peligros y oportunidades, mitigación y
sobrevivencia pueden ser caracterizadas como escenarios de riesgo en el contexto de una
determinada unidad social.
21
Los desastres considerados como “problemas no resueltos del desarrollo” es una expresión de común uso en
América Latina hoy en día según Lavell (2000)
�En el modelo de escenarios de riesgo propuesto por Maskrey (1998) las amenazas o peligros, están
ubicadas en la confluencia de los procesos sociales y naturales. Los patrones de intervención
humana y en general los modelos de desarrollo soportados en la irracionalidad tecnológica, alteran
de manera fundamental las características de los peligros.
Así, para Maskrey (1998:20-21) “…mientras que una tempestad tropical intensa puede considerarse
como un evento natural, las inundaciones y deslizamientos que provoca serían determinados no sólo
por factores, como la topografía y la geología, sino también por el tipo de cobertura vegetal y uso de
la tierra, factores que son socialmente y no naturalmente determinados. La deforestación, extracción
de agua subterránea, sobrepastoreo, minería a tajo abierto, destrucción de manglares y construcción
de infraestructura, como represas y carreteras, son todos procesos que pueden generar nuevas
amenazas y exacerbar las existentes”.
En otras palabras, los mismos procesos sociales, políticos y económicos, que generan la
vulnerabilidad, también influyen en las amenazas y a la vez, los procesos naturales también influyen
en la vulnerabilidad.
En la mayoría de los casos, afirman en igual sentido Cardona y Barbat (2000), la reducción de la
vulnerabilidad está ligada de manera indisoluble a la intervención de las necesidades básicas de
desarrollo prevalecientes. Así Cardona (2003:9) considera que “…la vulnerabilidad de los
asentamientos humanos está íntimamente ligada a los procesos sociales que allí se desarrollan y está
relacionada con la fragilidad, la susceptibilidad o la falta de resilencia de los elementos expuestos
ante amenazas de diferente índole. (…), la degradación del entorno, el empobrecimiento y los
desastres no son otra cosa que sucesos ambientales y su materialización es el resultado de la
construcción social del riesgo, mediante la gestación en unos casos de la vulnerabilidad y en otros
casos de amenazas o de ambas circunstancias simultáneamente…” y en términos generales de la
irracionalidad de una “cultura” engendrada por la modernidad.22
La necesidad de un enfoque holístico del riesgo y la dialéctica peligro – vulnerabilidad argumentada
por Maykrey (1998) y Cardona y Barbat (2000), permiten afirmar que el marco adecuado para
22
Afirma Morin (1999:32) que, “Nuestra civilización, nacida en Occidente, soltando sus amarras con el
pasado, creía dirigirse hacia un futuro de progreso infinito que estaba movido por los progresos conjuntos de
la ciencia, la razón, la historia, la economía, la democracia. Ya hemos aprendido con Hiroshima que la ciencia
es ambivalente; hemos visto a la razón retroceder y al delirio stalinista tomar la máscara de la razón histórica;
hemos visto que no había leyes en la Historia que guiaran irresistiblemente hacia un porvenir radiante; hemos
visto que el triunfo de la democracia definitivamente no estaba asegurado en ninguna parte; hemos visto que
el desarrollo industrial podía causar estragos culturales y poluciones mortíferas; hemos visto que la
civilización del bienestar podía producir al mismo tiempo malestar. Si la modernidad se define como fe
incondicional en el progreso, en la técnica, en la ciencia, en el desarrollo económico, entonces esta
modernidad está muerta”
�abordar desde la perspectiva filosófica el riesgo de desastres lo constituye la relación naturaleza cultura – desarrollo al considerar que la sociedad y su cultura frente a la naturaleza configuran tanto
la vulnerabilidad como los peligros presentes y futuros a partir de los modelos de desarrollo hasta
ahora concebidos.
1.3 La relación naturaleza - cultura – desarrollo desde una perspectiva filosófica
La relación naturaleza – sociedad y las diversas formas que esta asume expresan en cada momento
histórico el grado de cultura generado por el hombre. Más allá del debate académico el reto
ineludible para las culturas del siglo XXI en general, está dado, sin duda alguna, no sólo en la
comprensión teórica de la relación naturaleza - cultura – desarrollo sino de una manera especial, en
los modelos de valoración e intervención con los que puedan ser manejados los impactos
ocasionados.
Abordar la dinámica de la relación naturaleza - cultura – desarrollo presupone necesariamente la
reflexión en torno a la relación naturaleza – sociedad así como la reflexión sobre la cultura y sus
especificidades como categoría imprescindible para el estudio de los fenómenos sociales.
La actitud asumida por el hombre ante la naturaleza condiciona en el pensamiento filosófico, desde
la antigüedad hasta nuestros días, diferentes visiones sobre cada uno de estos conceptos y sobre sus
nexos en particular. En principio, el problema de las interrelaciones entre la sociedad y la naturaleza
para la dialéctica materialista, parte de cuatro ideas esenciales según Kelle y Kovalzon (1985:251):
•
El medio ambiente geográfico y la población siempre fueron y siempre serán, condiciones
naturales – materiales imprescindibles para la vida de la sociedad.
•
Estas condiciones influyen sobre la marcha de la historia y el ritmo de desarrollo (...)
•
La sociedad a su turno, ejerce una influencia inversa sobre la naturaleza, transformándola,
pudiendo esta influencia tener tanto resultados positivos como negativos; para su propio desarrollo.
•
Las condiciones geográficas y demográficas, no determinan el desarrollo de la sociedad.
Históricamente todas las formas de organización social parten del medio geográfico y la población
como premisas materiales de su existencia, no obstante es preciso significar el hecho de que el
hombre en su actividad práctica elabora instrumentos de trabajo con los que modifica gradualmente
a la naturaleza y a su propio ser.
Se ha dicho por Rodríguez (1989) que el concepto filosófico de Cultura abarca todo lo sujeto a la
elaboración y a la actividad creadora de los hombres para destacar el carácter creador de la misma y
la existencia de una segunda naturaleza generada por la actividad del hombre, sin embargo es
conveniente tener en cuenta que toda cultura transcurre sobre un medio biofísico y que
necesariamente la cultura incorpora la base biológica sobre la que descansa, lo que no significa que
�carezca de especificidades en tanto constituye un aspecto cualitativo de la sociedad y de los
fenómenos que en ella tienen lugar, así como del nivel de desarrollo histórico alcanzado por el
hombre.
Según (Rodríguez, 1989:231), “…la cultura constituye un aspecto cualitativo de la sociedad y de los
fenómenos sociales, aquel aspecto que mide su nivel de perfeccionamiento y desarrollo (…). El
estado cualitativo de la sociedad se expresa concretamente en el nivel alcanzado por la sociedad en
el desarrollo de sus fuerzas productivas, de sus relaciones sociales, de la producción material y
espiritual (…). Es por eso que al relacionar la cultura con la naturaleza se capta el nivel de
desarrollo y progreso de la sociedad humana, esto es, el grado de humanización de la naturaleza y
del propio hombre…”
Desde una aproximación filosófica se subraya la idea de la cultura como creación humana en tanto
conjunto de realizaciones materiales y espirituales en las que se objetiva la multifacética actividad
humana, por lo que comprende los saberes, destrezas, procedimientos, modos de actuación y
resultados que se obtienen en el proceso de transformación de la realidad por el hombre.
La cultura es una forma de adaptación y asimilación de entornos, que permite a las sociedades
mantener cierto equilibrio con el medio externo a través de la técnica, la organización social y en el
cual, el medio ambiente es la premisa necesaria, como substrato de la existencia y actuación
humana.
Estas ideas, aparecen en las obras de Carlos Marx y de Federico Engels. En el Capítulo V de su
obra cumbre Marx (1983:139) señala: “El trabajo es, en primer término, un proceso entre la
naturaleza y el hombre, proceso en que éste regula y controla mediante su propia acción su
intercambio de materias con la naturaleza (…) Y a la par que (...) actúa sobre la naturaleza exterior
a él y la transforma, transforma su propia naturaleza, desarrollando las potencias que dormitan en
él…”.
Igual importancia tiene en el análisis filosófico de la relación naturaleza – cultura -desarrollo la
siguiente idea expuesta por Marx (1983:141) “…lo que distingue a las épocas económicas unas de
otras no es lo que se hace, sino el cómo se hace. Los instrumentos de trabajo no son sólo el
barómetro indicador del desarrollo de la fuerza de trabajo del hombre, sino el exponente de las
condiciones sociales en que se trabaja…”
Las tesis de Marx antes citadas resultan de significativa importancia para establecer las diferentes
etapas históricas en la relación naturaleza – sociedad atendiendo al desarrollo de la actividad
práctica y de las fuerzas productivas, significando con ello además, que el acto de creación de
�instrumentos de trabajo y las condiciones en las que se trabaja son también indicadores del
desarrollo cultural alcanzado.
Al abordar desde el marxismo la relación naturaleza - sociedad es posible identificar tres grandes
etapas, según Kelle y Kovalzon (1985):
1. La Revolución Neolítica: ligada al surgimiento de la agricultura y el paso de la economía
apropiadora a la economía productora.
2. La Revolución Industrial: que marca el paso del trabajo artesanal al trabajo maquinizado, y la
creación de la industria.
3. La Revolución Científico – Técnica: apoyada en la producción automatizada.
La etapas en la relación naturaleza sociedad antes expuestas son también etapas en el desarrollo de
la cultura humana al enmarcase estas en revoluciones tecnológicas, que expresan en su esencia el
desarrollo alcanzado por la humanidad.
De obligada referencia en el análisis de esta problemática es Ribeiro (1992) al escoger este autor a
la tecnología y su desarrollo como criterio básico para el análisis de la evolución sociocultural
subrayando la idea de que las sociedades humanas pueden explicarse en términos de una sucesión
de revoluciones tecnológicas y procesos civilizatorios mediante los cuales la mayoría de los
hombres pasan de una condición generalizada de cazadores y recolectores a otros modos, más
uniformes que diferenciados. Estos modos diferenciados de ser, apunta Ribeiro, aunque varíen
ampliamente en sus contenidos culturales, no lo hacen de manera arbitraria porque se enmarcan en
tres tipos de requerimientos.
Estos requerimientos son para Riveiro (1992:7- 8) los siguientes “…Primero, el carácter
acumulativo del proceso tecnológico que se desarrolla a partir de formas más elementales hacia las
formas más complejas, de acuerdo con una secuencia irreversible. Segundo, las relaciones
recíprocas entre el equipamiento tecnológico empleado por una sociedad en su acción sobre la
naturaleza para producir bienes y la magnitud de su población, la forma de organización de las
relaciones internas entre sus miembros con otras sociedades. Tercero, la interacción entre los
esfuerzos por controlar la naturaleza y ordenar las relaciones humanas, y la cultura, entendida ésta
como el patrimonio simbólico de los patrones de pensamiento y conocimientos que se manifiestan,
materialmente, en los objetos y bienes, en particular mediante la conducta social; e,
ideológicamente, mediante la comunicación simbólica y la formulación de la experiencia social en
sistemas de conocimientos, creencias y valores”.
El estudio realizado por Ribeiro (1992) es importante porque demuestra que el desarrollo de las
sociedades y de las culturas está regido por un principio orientador basado en el desarrollo
�acumulativo de la tecnología productiva y militar; que a ciertos avances en esta línea progresiva
corresponden cambios cualitativos de carácter radical que permiten distinguirlos como etapas o fase
de la evolución sociocultural. Resulta interesante la idea aportada por este autor en cuanto a la
evolución sociocultural como movimiento histórico de cambio de los modos de ser y vivir de los
grupos humanos sobre sociedades concretas con base en el desarrollo tecnológico.
La relación tecnología – sociedad según Arana y Valdés (1999) pasa a través de la cultura existente
y por tanto, por sus valores, destacando la idea de que la tecnología es un fenómeno cultural y de
transformación social. Si la tecnología es un hecho cultural, su práctica es la actividad de
asimilación o de inclusión de los resultados de la cultura en la sociedad, lo que condiciona la
estabilización y desestabilización de los sistemas culturales.
Ninguna cultura es totalmente estable e inamovible. Toda cultura produce innovaciones culturales
que se traducen en nuevos artefactos y técnicas que emergen en los diferentes entornos materiales,
simbólicos, sociales o naturales. Existen diversos procesos de innovación, ellos pueden surgir
dentro de una misma cultura como el resultado de la producción interna de algunos agentes o de la
apropiación de innovaciones ajenas y pertenecientes a otras culturas, o más bien de la imposición de
técnicas debida a otros agentes externos. Posteriormente se producen los procesos de aceptación,
apropiación o rechazo.
Estos procesos producen lo que se llaman "cambios culturales". Los "cambios culturales" implican
la producción de innovaciones en la forma de nuevas técnicas y artefactos, estas nuevas técnicas y
artefactos pueden transformar el medio cultural e impactar en el sistema cultural establecido,
también pueden desestabilizar sistemas culturales tradicionales, cancelando sus recursos como en el
caso del colonialismo según (Audefroy, 2007), quien refiere como ejemplos, el caso de la falta de
agua en algunas comunidades, o las intensas sequías del final del siglo XIX que impactaron
desastrosamente a las sociedades de la India, China y Brasil.
Son importantes en igual sentido, las valoraciones de Pacey (1990) porque si bien el desarrollo es
impensable sin la tecnología, abrigar la esperanza de una solución técnica que no incluya medidas
culturales y sociales, es moverse en un terreno ilusorio. Resultan valiosas las ideas de este autor en
torno a la no neutralidad de la tecnología dada la necesidad de tomar en consideración todo el
conjunto de actividades humanas que rodean a la máquina y que incluyen los usos prácticos y sus
funciones como símbolos de poder, entre otros, tal análisis conduce a valorar a la tecnología como
parte de la vida y no como simple artefacto, pues la tecnología no actúa independientemente de los
propósitos humanos y de los valores de quienes generan, aplican o toman decisiones de carácter
tecnológico.
�Un análisis interesante presenta Miranda (1997) sobre los elementos mediadores de la relación
medioambiente y desarrollo en el contexto de la relación naturaleza – cultura - desarrollo al destacar
en primer lugar que la mediación constituye un modo de realización y solución de las
contradicciones de la realidad y que los elementos mediadores son justamente aquellos que
posibilitan neutralizar y ablandar la oposición incluyendo en el análisis tres grupos de elementos:
los de carácter operativo, direccionador y evaluador.
En el primer grupo de elementos Miranda (1997) ubica a aquellos que permiten que la relación se
desarrolle, incluyen por su grado de esencialidad el elemento cultural y en él al conjunto de técnicas
y tecnologías que median la relación sociedad - naturaleza a través del proceso de trabajo.
Es útil para la realización de esta investigación la consideración hecha también por Miranda (1997)
sobre lo ambiental como un problema del desarrollo social, y a su vez como un problema de
naturaleza cultural lo que resulta de gran valor para la búsqueda de soluciones prácticas frente a la
problemática de los desastres.
Para Delgado (2007:101) el análisis de lo ambiental con una visión integradora hace posible
conceptuarlo de una manera nueva, “… la médula del asunto no está en que el hombre dañe a la
naturaleza. Ella radica en que el hombre, desde sus valores – entre los que está incluido el
conocimiento -, se ha enfrascado desde hace mucho tiempo en un modelo cultural de producción de
entorno destructivo…”
La problemática ambiental se sitúa no en sus efectos, sino en el centro mismo de la actividad
humana, actividad que adopta disímiles formas en diferentes contextos culturales por lo que expresa
en todos ellos el sistema de valores de los individuos y de las clases sociales que ejercen el poder,
cuestiones que permiten comprender la verdadera naturaleza de los desastres, incluso de aquellos
que aparentemente son “naturales”.
La perspectiva dialéctica materialista que aporta el marxismo permite comprender y explicar las
complejidades subyacentes en la relación naturaleza – cultura - desarrollo. “…Nada, en la
naturaleza, ocurre de un modo aislado. Cada cosa repercute en la otra, y a la inversa, y lo que
muchas veces impide a nuestros naturalistas ver claro en los procesos más simples es precisamente
el no tomar en consideración este movimiento y esta interdependencia universales…” (Engels,
1979:149-150)
Fidel Castro expuso al analizar las causas y manifestaciones actuales de la relación naturaleza –
cultura - desarrollo en el “Mensaje a la Conferencia de las Naciones Unidas sobre Medio Ambiente
y Desarrollo” la multiplicidad de elementos que confirman la agresión destructiva que hoy genera
el hombre, cuando afirmó “…jamás en la historia del hombre se había producido una agresión tan
�generalizada y destructiva contra el equilibrio de todos los sistemas vitales del planeta. En el mundo
subdesarrollado, son el propio subdesarrollo y la pobreza los factores principales que multiplican
hoy la presión que se ejerce sobre el medio natural. La sobreexplotación a que se someten las tierras
de cultivo o pastoreo, las prácticas agrícolas inadecuadas, la carencia de recursos financieros y
técnicos, acumulan sus nocivos efectos sobre los de factores climáticos adversos…” (Castro,
1992:1)
Al valorar el deterioro del medio desde una perspectiva histórica (Castro, 1992:2) señaló “…en
sentido general, los mayores daños al ecosistema global han sido ocasionados como consecuencia
de los patrones de desarrollo seguidos por los países más industrializados. Por su parte, las
condiciones de pobreza en que vive la inmensa mayoría de la población mundial generan también
severas afectaciones al medio y originan un enajenante círculo vicioso entre subdesarrollo y
pobreza, por un lado, y deterioro ambiental, por el otro...”
Plantear entonces una interpretación consecuente de la relación naturaleza – cultura – desarrollo en
el mundo actual, consideramos debe partir del reconocimiento de que el subdesarrollo es
consecuencia del orden económico internacional que se vale de los mecanismos del endeudamiento,
la injusta división internacional del trabajo, el proteccionismo comercial y el manejo de los flujos
financieros para profundizar la explotación de los países subdesarrollados y, por tanto, la
consiguiente depredación ecológica resultante de esa situación, como analiza Castro (1992).
Si bien el concepto de desarrollo es un concepto de larga evolución vinculado fundamentalmente a
la teoría económica, a partir de 1990 cobra auge el concepto de “desarrollo humano” en estrecha
relación con la concepción del desarrollo sostenible, según puede constatarse en el “Informe sobre
Desarrollo Humano elaborado por el Programa de Naciones Unidas para el Desarrollo en 1990”.
Según la concepción de “desarrollo humano” del PNUD, el ser humano pasa a ser considerado
como motor a la vez que objeto del desarrollo y por tanto se le atribuye la posibilidad y necesidad
de participar activamente en los procesos de ampliación de sus propias oportunidades económicas y
políticas. “… El desarrollo humano es un proceso mediante el cual se amplían las oportunidades de
los individuos, las más importantes de las cuales son, una vida prolongada y saludable, acceso a la
educación y el disfrute de un nivel de vida decente. Otras oportunidades incluyen la libertad
política, la garantía de los derechos humanos y el respeto a sí mismo”.23 (PNUD, 1990:33)
Tomando en consideración las ideas antes expuestas y las manifestaciones resultantes del
desequilibrio actual en la relación naturaleza – cultura – desarrollo, la ciencia deberá hoy más que
23
PNUD. Informe sobre el desarrollo humano1990 [en línea]. [Consultado: 27/02/2007] Disponible en:
http://pnud.sc17.info/files/InfoMundiales/IDH%201990.pdf
�nunca examinar los problemas desde perspectivas diferentes y buscar explicaciones de carácter
crítico tanto a los fenómenos naturales como sociales. Así, en opinión de Vessuri (2008), la “ciencia
de la sostenibilidad”, emerge como nuevo paradigma de investigación y respuesta prometedora a los
esfuerzos que se vienen realizando para incorporar la ciencia y la tecnología a la agenda del
desarrollo, orientando la ciencia y la tecnología hacia el desarrollo sostenible.
De manera que según Vessuri, (2008:26), “…la transición al desarrollo sostenible aparece como el
más reciente giro en la agenda del desarrollo, por cuanto este implica atender los problemas
sociales, económicos y ambientales, reduciendo el hambre, la pobreza y la inequidad, a la vez que
mantiene la biodiversidad y los sistemas de soporte de la vida en el planeta…”.
Soluciones a la problemática antes abordada obligan a cruzar las fronteras disciplinarias y a
establecer un vínculo cada vez mayor entre las ciencias naturales y las ciencias sociales,
propiciando el entrecruzamiento de métodos y perspectivas diferentes con la finalidad de lograr la
comprensión y solución de los problemas socioambientales. Para tales cuestiones resulta útil la
filosofía en su giro “naturalista” asumida en la presente investigación.
La problemática del riesgo y el desastre, requiere de un abordaje inter y transdisciplinario al
constituir un problema ambiental y por consiguiente manifestación concreta de la relación
naturaleza – cultura – desarrollo.
1.4 El desastre en el contexto de la relación naturaleza – cultura – desarrollo
La cuestión de los desastres ilustra la relación naturaleza- cultura - desarrollo. Un desastre, no es un
sismo o huracán, sino los efectos que éstos producen en la sociedad como resultado de las carencias
e insuficiencias de sus diferentes estados cualitativos de desarrollo como afirma Lavell (2000:6)
“…los eventos físicos son evidentemente necesarios y un prerrequisito para que sucedan los
desastres, pero no son suficientes en sí para que se materialicen. Debe haber una sociedad o un
subconjunto de la sociedad vulnerable a sus impactos; una sociedad que por su forma particular de
desarrollo infraestructural, productivo, territorial, institucional, cultural, político, ambiental y social,
resulte incapacitada para absorber o recuperarse autónomamente de los impactos de los eventos
físicos externos”.
El riesgo solamente puede existir al concurrir un peligro o amenaza, con determinadas condiciones
de vulnerabilidad. El riesgo se crea en la interacción de peligros o amenazas con la vulnerabilidad,
en un espacio y tiempo particular dado. De hecho, peligros y vulnerabilidades son mutuamente
condicionados o creados. No puede existir un peligro sin la existencia de una sociedad vulnerable y
viceversa. En opinión de Lavell (s.f.:4) “…un evento físico de la magnitud o intensidad que sea no
�puede causar un daño social si no hay elementos de la sociedad expuestos a sus efectos. De la
misma manera hablar de la existencia de vulnerabilidad o condiciones inseguras de existencia es
solamente posible con referencia a la presencia de una amenaza particular”.
Al subrayar la idea de que no existe peligro sin vulnerabilidad, y viceversa, y que la relación entre
ambos factores es dialéctica y dinámica, cambiante y cambiable se tiene en consideración que los
peligros se deben, tanto a la dinámica de la naturaleza, como a la dinámica de la sociedad y
constituyen expresión del desarrollo de la sociedad y su cultura frente a la naturaleza.
Federico Engels (1974a:90) al describir el proceso de generación de lo que hoy se conoce como
construcción de vulnerabilidades sociales, legó una vívida imagen de la ciudad de Manchester
cuando en aquella época y como resultado de las transformaciones industriales que tenían lugar
escribió, “…abajo fluye, o más bien se estanca el Irk, riachuelo oscuro como el pez y de olor
nauseabundo, lleno de inmundicias (…) Río arriba desde el puente, se levantan grandes tenerías,
más allá tintorerías, fábricas de carbón de huesos y fábricas de gas, cuyas aguas usadas y
desperdicios terminan todos en el Irk que recibe además el contenido de las cloacas y retretes que
allí desaguan”.
Engels consideró la importancia del conocimiento de las leyes de la naturaleza, pues ello, coloca al
hombre en condiciones de prever las repercusiones próximas y remotas de sus ingerencias en la
naturaleza misma, “…y cuanto más esto ocurra, más volverán los hombres, no solamente a sentirse,
sino a saberse parte integrante de la naturaleza y más imposible se nos revelará esa absurda y
antinatural representación de un antagonismo entre el espíritu y la materia, el hombre y la
naturaleza…”. (Engels, 1979:152)
Para Engels (1979) es necesaria la experiencia, el acopio y la investigación de material histórico que
permita ver con claridad las consecuencias sociales indirectas y lejanas de la actividad productiva
de los hombres, para lo cual no basta el conocimiento sino que se necesita además transformar el
régimen de producción y el orden social que caracteriza a la sociedad industrializada.
Engels (1979:151-152) ofrece un esclarecedor análisis sobre las consecuencias no siempre previstas
y calculadas de la actividad humana en los diferentes ecosistemas cuando plantea “…quienes
desmontaron los bosques de Mesopotamia, Grecia, el Asia Menor y otras regiones para obtener
tierras roturables no soñaban con que, al hacerlo, echaban las bases para el estado de desolación en
que actualmente se hallan dichos países, ya que al talar los bosques, acababan con los centros de
condensación y almacenamiento de la humedad. Los italianos de los Alpes que destrozaron en la
vertiente meridional los bosques de pinos (…) no sospechaban que con ello, mataban de raíz la
industria lechera en sus valles, y aún menos podían sospechar que, al proceder así, privaban a sus
�arroyos de montaña de agua durante la mayor parte del año (…) Los introductores de la patata en
Europa no podían saber que, con el tubérculo farináceo, propagaban también la enfermedad de la
escrofulosis. Y, de la misma o parecida manera, todo nos recuerda a cada paso que el hombre no
domina, ni mucho menos, la naturaleza a la manera que un conquistador domina un pueblo
extranjero, (…) sino que formamos parte de ella con nuestra carne, nuestra sangre y nuestro
cerebro…”
Cambios como los que apunta Engels, encuentran expresión en las denominadas amenazas
“socionaturales”, en opinión de Lavell (2005a), considerando que las mismas, comprenden
amenazas que toman la forma de “naturales” porque de hecho, se construyen sobre elementos de la
naturaleza. Sin embargo, su concreción es producto de la intervención humana en los ecosistemas y
ambientes naturales, pues se producen en la intersección de la sociedad con la naturaleza.
Así por ejemplo para Lavell (2005b), la destrucción de cuencas y la deforestación contribuyen en
ciertos casos a un aumento en la incidencia e intensidad de inundaciones, deslizamientos y sequías;
la urbanización sin infraestructuras adecuadas para el drenaje pluvial cambia el equilibrio del
ecosistema local, generando inundaciones urbanas; el corte de manglares en las costas contribuye a
la erosión costera y al impacto negativo de las tormentas y huracanes fenómenos que se
incrementan en los países subdesarrollados.
Luego, la vulnerabilidad es un componente estructural de los modelos de desarrollo imperantes por
lo que sin cambios fundamentales en estos modelos, es inevitable que los desastres sigan
manifestándose. El desastre es entonces el precio a pagar por las ganancias logradas, al seguir un
modelo de crecimiento que garantiza la pobreza y vulnerabilidad para muchos y el bienestar para
otros en la mayor parte del mundo subdesarrollado, fundamentalmente.
Esta concepción tiene la intención de evitar la manipulación ideológica y política en torno a los
desastres pues estos no son causa del subdesarrollo aún cuando efectivamente se reconozca el
impacto negativo que tienen al hacer retroceder sus indicadores; lo verdaderamente importante está
en el análisis de los impactos que el desarrollo experimentado puede haber tenido en la construcción
de la vulnerabilidad, las amenazas y el riesgo, que hicieron factible que sucediera un desastre.
La opción, por tanto, estaría en ver el desastre como “proceso”, concentrándose en las condiciones
sociales y naturales que en su conformación e interacción proveen las condiciones para que los
desastres sucedan. Según Lavell (2005a) ello significa tener un profundo conocimiento del tiempo y
la historia, del territorio y de la sociedad.
La relación entre el riesgo de desastres y el desarrollo es un buen punto de partida para identificar
las tendencias macro de la vulnerabilidad socioeconómica. Hasta cierto punto, tanto ésta como la
�vulnerabilidad ambiental se determinan por los procesos de desarrollo, y viceversa. Por tal razón,
para mejorar la evaluación y análisis del riesgo de desastres y reducir los desastres en general, es
indispensable conocer la forma en que los patrones de cambio social y desarrollo determinan el
escenario de los desastres que han de producirse en el futuro.
La reducción del riesgo de desastres se ha convertido en un requisito indispensable del desarrollo
sostenible. Durante sus deliberaciones anuales, la Asamblea General de las Naciones Unidas (ONU)
ha venido incluyendo la reducción de desastres en el examen de los temas relacionados con el
desarrollo sostenible. En la Cumbre Mundial sobre el Desarrollo Sostenible (CMDS), del 2002, se
aprobó el Plan de Acción de Johannesburgo, que incluye entre sus objetivos principales para el
2015, la reducción del riesgo y de la vulnerabilidad.
Un incentivo importante para considerar la necesidad de la investigación sobre el riesgo de desastre
proviene del deseo de trabajar en función del cumplimiento de los Objetivos del Milenio los que
contienen temas comunes a las políticas en materia de desarrollo y de riesgo de desastres. En la
Sección IV de la Declaración del Milenio, titulada “Protección de nuestro entorno común”, se
reconoce el riesgo que los desastres significan para el desarrollo. En dicha sección se plantea el
objetivo de: “Intensificar la cooperación con miras a reducir el número y los efectos de los desastres
provocados por el hombre”.
Las sociedades se tornarán resistentes cuando incorporen procesos de adaptación y gestión del
riesgo en sus estrategias de desarrollo sostenible. Vista como pilar del desarrollo sostenible, la
relación entre los desastres y el sistema cultural es un componente importante de la reducción del
riesgo de desastres. Gran parte de los conceptos tradicionales sobre los desastres se basan en la idea
de que la naturaleza y la cultura son entes separados sin tener presente que ciertos cambios
culturales que ocurren en comunidades con costumbres tradicionales pueden disminuir, por
ejemplo, su resiliencia para enfrentar desastres y al mismo tiempo, ciertos desastres pueden acentuar
dichos cambios.
Las estrategias de reducción de desastres basadas en conceptos de desarrollo sostenible deben ser
proactivas y permanentes. Para ser eficaces deben fomentar el compromiso político, la justificación
financiera, la sensibilidad ambiental y la sensibilidad cultural.
Lo planteado hasta aquí, hace recurrente la reflexión teórica y práctica de la relación naturaleza –
cultura – desarrollo, ello se explica porque no hay fenómeno social que no pueda analizarse desde
una perspectiva cultural. De ahí que la relación cultura – desarrollo sea abordada por la Conferencia
Mundial sobre Políticas Culturales en el año 1982. Posteriormente las ONU declaró el período 1988
-1997 como el Decenio Mundial para el Desarrollo Cultural y encargó a la UNESCO la formación
�de una Comisión Mundial de Cultura y Desarrollo. En 1995 y como parte del trabajo de esta
Comisión, se publica el Informe “Nuestra Diversidad Creativa”.
El informe de referencia considera que la cultura no es ajena a la política de desarrollo ni un simple
instrumento para alcanzar el progreso material, es por el contrario una variable fundamental para
explicar las distintas pautas del cambio y un factor esencial del desarrollo. Los esfuerzos de la
UNESCO por establecer el vínculo entre cultura y desarrollo guardan relación con la crisis de los
modelos de desarrollo hasta ahora generados y la crisis ambiental que vive la humanidad y que pone
en peligro a corto plazo la existencia misma de la especie humana.24
Y es que como plantea Delgado (2007:90-91) “…el problema ambiental se genera, a partir de la
interacción de los elementos - cultura y naturaleza, que al ponerse en contacto práctico, forman una
unidad. La transformación resultante – no deseada en sus consecuencias a largo plazo - , es lo que
llamamos problema ambiental…”, por lo que como problema no puede ser abordado al margen del
hombre y su propia historia incluyendo el nivel de conocimientos alcanzados, las tecnologías
generadas y sus modos de vivir y convivir con el entorno, es necesario subrayar aquí una vez más,
el papel y el lugar que corresponden en esta problemática a los sistemas socioeconómicos concretos,
y a las relaciones de dominación y colonización política y económica impuestas en el mundo desde
la llegada de la modernidad.
El análisis de lo ambiental desde una perspectiva integradora hace posible conceptualizarlo de una
manera nueva y sugiere en consecuencia la necesidad de desarrollar en sus múltiples facetas la Ética
Aplicada, por lo que “…la ética ambiental operaría ampliando y adaptando los conceptos de la ética
tradicional clásica y tomando asunto de las nuevas informaciones y conocimientos brindados por el
avance en biología y ecología…” como propone Valdés (2005a:78).
En tal sentido, la cuestión de los valores resulta relevante tanto desde el punto de vista teórico como
práctico. Para Fabelo (2003:271) el reto axiológico ante esta problemática viene dado por el hecho
de que es el hombre el generador de los principales peligros que amenazan su supervivencia, “…lo
mismo el calentamiento global del planeta que los ataques terroristas (….), son como una especie de
alaridos de la razón – de la ”razón de la naturaleza” y de la “razón de la humanidad” – ante la
encrucijada en la que las ha colocado el propio hombre, guiado por esa otra razón cada vez más
ajena a aquellas, la razón instrumental.”
24
UNESCO. Comisión Mundial de la Cultura y del Desarrollo. Nuestra diversidad creativa. Capítulo 8:
Cultura
y
Medio
Ambiente
[en
línea].
[Consultado:
5/2/2002.
Disponible
en:
http://firewall.unesco.org/culture/ development/wccd/chapters/html-sp/chapter 8.htm
�Fabelo (2003:11) señala, “... vivimos la paradójica situación de un mundo que dispone de altísimos
niveles de desarrollo económico y tecnológico sobre el cual se ciñen, sin embargo, los más
amenazantes peligros que haya tenido que enfrentar la humanidad en toda su historia. Peligros que
provienen no de fuentes puramente naturales, no de imaginarios ataques extraterrestres, sino – he
ahí la paradoja del propio accionar humano. Las catástrofes “naturales” son cada vez menos
naturales…”
Las valoraciones de Fabelo resultan interesantes para la comprensión del desastre como problema
ambiental y por consiguiente del desarrollo ya que guardan estrecha relación con las opiniones de
Lavell (2000) quien considera que los desastres son productos de desequilibrios en las relaciones
entre la sociedad y su ambiente, por lo que constituyen problemas ambientales de primer orden.
CONCLUSIONES DEL CAPÍTULO I
•
Los presupuestos filosóficos que explican la relación naturaleza - cultura - desarrollo
constituyen el soporte teórico apropiado para la comprensión holística del riesgo y el desastre
como fenómenos sociales y culturalmente construidos en el tiempo, al constituir el desastre un
fenómeno social complejo y al mismo tiempo un problema ambiental.
•
Plantear el rediseño de la relación naturaleza - cultura - desarrollo desde una cosmovisión
diferente a la enarbolada en la modernidad debe estar dirigida a potenciar cambios en los estilos
de desarrollo hasta ahora imperantes y en los cuales la comprensión de la diversidad y de la
complejidad así como de la sostenibilidad como paradigma, constituyan invariantes
incorporadas a la gestión del riesgo de desastres, si se asume que estos, representan un
momento de ruptura y retroceso en el desarrollo.
CAPÍTULO II LA PERCEPCIÓN SOCIAL DEL RIESGO DE DESASTRES. ESTUDIO DE
CASO
El Capítulo se inicia con el análisis de las fortalezas y limitaciones del modelo actual de gestión del
riesgo para situaciones de desastres en Cuba, destacando entre sus limitaciones la carencia de
estudios sobre la percepción del riesgo y de la cultura de prevención en el nivel local. El estudio de
la percepción del peligro y el riesgo en los diferentes actores locales, incluyendo en ellos, a la
comunidad, resulta esencial para el desarrollo de una cultura de prevención del desastre adecuada al
contexto.
�El estudio de caso que se presenta, constituye una crítica desde una perspectiva teórica y
metodológica hasta ahora no contemplada al modelo existente en Cuba para la gestión del riesgo de
desastres.
El estudio de caso es una evidencia empírica que toma en cuenta a la Filosofía de la Ciencia en el
giro naturalista, así como la utilidad de los estudios en CTS para el análisis de las limitaciones que
en la gestión del riesgo existen en Cuba. El estudio de caso, combina estrategias metodológicas
cualitativas y cuantitativas al utilizar la entrevista en profundidad a informantes claves y la
entrevista estructurada, por lo que constituye el producto de la triangulación metodológica y teórica
realizada.
El diseño del estudio empírico que se realiza parte de la experiencia internacional, así como de los
estudios realizados en Cuba por el Centro de Investigaciones Psicológicas y Sicológicas del
CITMA. Se aplica y enriquece el método psicométrico para evaluar la percepción de la población
acerca de los peligros, al incluirse la percepción sobre la vulnerabilidad como componente esencial
del riesgo de desastre, validando su utilidad a partir de su aplicación.
El estudio de percepción social del riesgo de desastres realizado, inicia con la caracterización de los
peligros y vulnerabilidades en el territorio de Moa y la caracterización socioeconómica del Consejo
Popular Rolo Monterrey. En el Consejo objeto de estudio se seleccionan cuatro asentamientos que
representan desde el punto de vista geográfico y económico toda su diversidad en cuanto al estado
de las condiciones de vida (con condiciones favorables, medianamente favorables y desfavorables).
2.1 La gestión del riesgo para situaciones de desastres en Cuba
El archipiélago cubano, por su ubicación geográfica, evolución geológica, características tectónicas,
clima, relieve y desarrollo socioeconómico, presenta diversas amenazas o peligros naturales,
tecnológicos y sanitarios que deben ser analizadas como base para la identificación y tratamiento de
las diferentes zonas de riesgo en el país.
Para Cuba es necesario reconocer que hay peligros que por su génesis y características, requieren de
un análisis y tratamiento específico o diferenciado. Existen peligros que se pueden considerar
recurrentes, ya que están presentes cada año y en un período especifico, como los huracanes,
depresiones tropicales, penetraciones del mar e intensas sequías, pero se identifican otros, que se
pueden clasificar como potenciales (enfermedades que pueden originar epidemias, epizootias,
epifitias y plagas cuarentenarias, accidentes catastróficos del transporte, accidentes con sustancias
peligrosas, explosiones de gran magnitud, incendios de grandes proporciones en áreas rurales,
instalaciones industriales y construcciones sociales, derrumbes de edificaciones, derrames de
�hidrocarburos, sísmos, deslizamientos del terreno, ruptura de obras hidráulicas y otros), cuyo
pronóstico en el tiempo es impredecible.
La Defensa Civil en Cuba, centra la problemática de los desastres y constituye un sistema de
medidas defensivas de carácter estatal cuyo objetivo es la protección de la población y la economía
nacional en los casos de desastres, así como del deterioro del medio ambiente. El sistema de
medidas de Defensa Civil en Cuba, constituye un factor estratégico para la capacidad defensiva del
país organizado en todos los territorios cuyas actividades se apoyan en la utilización de los recursos
humanos y materiales de los órganos y organismos estatales, las entidades económicas e
instituciones sociales. Las medidas de Defensa Civil en Cuba, han mostrado su efectividad frente a
los huracanes, ciclones y agresiones biológicas.25 . Su estrategia se sustenta en un marco legal que
comprende leyes, decretos leyes y resoluciones ministeriales.
A pesar de la frecuencia e intensidad de fenómenos de carácter hidrometeorólogico y a las
limitaciones económicas imperantes, Cuba cuenta con fortalezas para el desarrollo de la gestión del
riesgo. Estas fortalezas se consideran, según Rodríguez y Pérez (2004:4), las siguientes:
•
La voluntad política que prioriza la temática
•
Las sinergias alcanzadas entre instituciones científicas, de ordenamiento territorial, de la
vivienda, de defensa civil y universidades
•
La identificación de políticas, estrategias y medidas para la prevención, mitigación,
preparación y respuesta a diversos plazos temporales que incluyen la rehabilitación y
reconstrucción ante los desastres
•
La existencia de leyes, decretos leyes de defensa civil (Ley 75/1994 de la Defensa Civil y
Decreto Ley 170/1997 del Sistema de Medidas de Defensa Civil)26 y normas constructivas
•
La planificación del desarrollo y existencia de un proceso inversionista conciliado con la
Defensa Civil
25
•
El fortalecimiento de las capacidades institucionales y humanas
•
La existencia de un sistemas de predicción, monitoreo y vigilancia de las amenazas
•
La formulación de planes de reducción de desastres
•
La organización de la población
Cuba: Defensa Civil. Organización y Dirección. [en línea]. [Consultado: 13/03/2008]. Disponible en:
http://www.cubagob.cu/otras_info/minfar/defcivil/defensa_civil.htm
26
CUBA. Decreto Ley 170 del Sistema de Medidas de Defensa Civil y normas constructivas 1997. Gaceta
Oficial de la República de Cuba. La Habana, No. 16, 19 de mayo, 2007. p. 242. Otra no menos importante
es: la Ley No.77: Ley de Inversión Extranjera. Gaceta Oficial de la República. La Habana, Año XCIII, No.3,
1995. p. 5-12.
�•
La información y capitación de la población alcanzados
No obstante, frente a estas potencialidades Rodríguez y Pérez (2004:3) señalan entre los aspectos
que en la actualidad obstaculizan el desarrollo de la gestión del riesgo, los siguientes:
•
La baja prioridad brindada al tema en toda su dimensión
•
La visión tradicional de privilegiar al desastre en el momento de producirse
•
La falta de asimilación del criterio local y de la participación comunitaria
•
El carácter de la asistencia técnica, económica y material
•
El desconocimiento de las funciones de los actores
•
La rigidez en las normas y leyes existentes
•
La presencia de diversidad de visiones (no se enfrenta la particularidad del caso, existe falta
de participación y diálogo, las soluciones técnico administrativa son generales y no siempre
son sostenibles, aspiraciones e intenciones no conjugadas entre lo local y lo externo, no se
aprovechan las experiencias locales, entre otros).
La visión tradicional de privilegiar al desastre en el momento en que este se produce, como señalan
Rodríguez y Pérez (2004), representa una de las limitaciones más serias en materia de gestión para
la reducción del riesgo de desastres, y denota insuficiencias en la manera de concebir la prevención,
si toma en consideración que la misma, no puede ser ocasional ni parcial, sino permanente e integral
para garantizar la seguridad y el desarrollo sostenible de los territorios.
Por otra parte, aún cuando la problemática del desastre se incluye en el Capítulo IV de la Estrategia
Ambiental Nacional 2007-2010, el epígrafe propuesto se reduce a desastres “naturales”, y los
objetivos específicos definidos no rebasan el enfoque propio de las ciencias naturales y técnicas
abordados en el Capítulo I de esta tesis; se identifica además “peligro” con “desastre” y este no se
asume como un problema ambiental construido en el tiempo.
Pudieran considerarse, además, otras insuficiencias, entre ellas: la carencia de estudios sobre las
percepciones sobre el riesgo y de la memoria histórica de sus pobladores, así como en términos
generales de la cultura sobre riesgos en el nivel local
27
, si tiene en cuenta que priman la
concepciones que identifican el desastre con peligros “naturales” entre otras ya abordadas.
27
La gestión de riesgo no puede prescindir de la participación activa y protagónica de los actores afectados,
así como de una consideración de las visiones o imaginarios que estos actores tengan del problema que
enfrentan, de su prioridad en su agenda cotidiana, y del contexto humano y económico en que se dé, esta idea
es desarrollada ampliamente por Cardona (2003a: s.p.) en su artículo ¿Cultura de la prevención? al plantear
“… no hay aun una teoría que pueda hacer afirmaciones concluyentes acerca de cómo la población en forma
individual o colectiva tiene una lectura del riesgo”. Se puede afirmar que en general los "imaginarios" varían
notablemente de un sitio a otro o de una comunidad a otra. Sin embargo, excepto en el caso de personas
fatalistas, que leen adversidad incluso en aspectos que no la reflejan, en general se puede decir que existe una
aversión instintiva al riesgo, que se traduce en una subestimación o negación implícita de las personas a verse
�Es preciso destacar que apoyado en el marco legal antes mencionado y las capacidades
institucionales, Cuba, a través del Sistema de Defensa Civil, ha desarrollado, fundamentalmente en
los últimos años, instrumentos y herramientas que establecen el carácter obligatorio de los estudios
de reducción de riesgo de desastres como uno de los elementos de partida para la elaboración de los
planes para la reducción del riesgo de desastres a nivel territorial, a partir de la Directiva No 1 del
Vicepresidente del Consejo de Defensa Nacional, para la planificación, organización y preparación
del país para situaciones de desastre, de junio de 2005.
Como documentos rectores en este proceso están la “Guía para la realización de los estudios de
riesgos” elaborada por el estado Mayor Nacional de la Defensa Civil, y la “Metodología para la
estimación del riesgo” confeccionada por el Ministerio de Ciencia Tecnología y Medio Ambiente
con la participación de varias instituciones científicas del país. Con ellas cada territorio, organismo,
empresa e institución determina su riesgo de desastres y elabora su plan de reducción como
resultado del trabajo de un equipo multidisciplinario e intersectorial.
Por otra parte, el fortalecimiento de la capacidad de Cuba para el desarrollo de la gestión del riesgo
incluye la creación de Centros de Gestión para la Reducción del Riesgo en los municipios de mayor
exposición a los peligros naturales y/o tecnológicos del país. En las provincias orientales, y debido a
sus particularidades, se encuentran ubicados algunos de estos Centros, uno de ellos en el municipio
de Moa, perteneciente a la provincia Holguín.
Los Centros de Gestión para la Reducción del Riesgo (CGRR) son un espacio físico con un
equipamiento modular designado para facilitar a las autoridades del territorio el manejo de los
riesgos de desastres, influyendo directamente en la reducción de las vulnerabilidades y en el
fomento de una cultura de prevención de desastres y paralelamente en la preparación de la sociedad
para enfrentar los peligros que puedan afectar a la población, los recursos económicos y la
infraestructura del territorio.
Los CGRR tienen entre sus funciones28:
1. Facilitar la evaluación y reducción del riesgo de desastres en el territorio con la participación de
los especialistas de los diferentes sectores del territorio, mediante la evaluación periódica de los
indicadores de peligro, vulnerabilidad y riesgo.
involucradas en situaciones de peligro. Tal como se mencionó previamente, el riesgo se percibe para los
demás y en muchas ocasiones, curiosamente, se rechaza o se minimiza sin fundamento hacia sí mismo;
particularmente en relación con las amenazas de la naturaleza.” Estas ideas, sugieren la necesidad del estudio
de percepciones sociales del riesgo en los territorios así como de la gestión del conocimiento para disminuir
los niveles de vulnerabilidad existentes y garantizar en mayor medida la seguridad y calidad de vida de
población.
28
Cuba: Aspectos a tener en cuenta para la creación y el funcionamiento de los centros de gestión para la
reducción de los riesgos. [Documento digital]. Moa: CGRR. 12 p. [Consultado: 14/06/2007].
�2. Apoyar con el equipamiento y la información disponible al Centro de Dirección del Consejo de
Defensa Provincial (Municipal) durante la respuesta y recuperación en situaciones de desastre.
3. Documentar gráficamente
las acciones de
reducción de desastres que se realicen en el
territorio.
4. Contribuir con la preparación de las diferentes categorías de personal y para la “divulgación de
las medidas de reducción de desastres”.
El análisis de las funciones actualmente definidas para los CGRR, no incorporan los estudios de
percepción de los peligros y riesgos en los diferentes actores locales y el monitoreo de las mismas,
no incluyen además, la comunicación del riesgo como actividad sistemática a desarrollar por los
diferentes medios de difusión de que dispone el territorio y es aún considerada en términos de
“información puntual” y “divulgación de medidas de reducción de desastres”.
Sin embargo, en el campo de la Gestión del Riesgo la "comunicación" adquiere un valor sustancial
que requiere de una “gestión" cuyo objetivo lo constituya la comprensión y los cambios traducidos
en conducta, actitud consciente, y proactividad en los diferentes actores locales, ello demanda
además de un enfoque interdisciplinario y participativo como fundamento para la prevención y la
reducción de la reducción de la vulnerabilidad.
2.2 La percepción social del riesgo ante situaciones de desastres: consideraciones teóricas y
metodológicas
La percepción puede ser estudiada desde diversos puntos de vista y, probablemente la consideración
de todos ellos sea importante para explicar la misma y evaluar adecuadamente el comportamiento
de los individuos ante situaciones de desastres.
Las valoraciones de los individuos y grupos difieren frente a un mismo hecho y constituyen un
producto de la percepción de quienes viven situaciones concretas de riesgo. Los criterios de
valoración que juzgan los propios actos humanos, los fenómenos naturales y sus consecuencias así
como la tecnología existente y los riesgos que esta comporta, son portadores de sentido y
significación relativa al enmarcarse en condiciones históricas y sociales diferentes e incluso hasta
contradictorias.
En la concepción dialéctica del conocimiento y de la teoría leninista del reflejo, la percepción
constituye el reflejo concreto sensorial de la realidad, siendo el primer escalón del conocimiento
sobre el cual se levanta el reflejo del mundo en su forma abstracta, lógica y teórica, en tal sentido
aparece como el eslabón inicial del procesamiento de la información por parte del individuo.
(Lenin, 1983). Es según Bello y Casales (2005:187), “… un proceso activo, histórico y de carácter
objetal”.
�El carácter histórico de la percepción, según Bello y Casales (2005), viene dado en el hecho de que
representa, como proceso, un aprendizaje social atendiendo al lugar que ocupa el individuo en el
sistema de relaciones sociales en el que se desarrolla, y su carácter objetal se expresa en la
racionalidad, dada en la categorización del objeto percibido y la designación del mismo por medio
de la palabra, lo que adquiere especial importancia para el proceso de gestión y comunicación de
riesgos.
Considerada la percepción por Vielichkosky B.; V. Zinchenko; A. Luria (1982) como un proceso
activo, esta puede ser comprendida como el conjunto de procesos que garantizan el reflejo
subjetivo, parcial y, al mismo tiempo, adecuado de la realidad. Es el proceso mediante el cual se
forma la imagen de la realidad, se corrige y se comprueba.
La percepción es el proceso activo mediante el cual el individuo adquiere información sobre el
ambiente que le rodea. La actividad perceptiva construye representaciones estables del ambiente a
partir de patrones característicos de actividad neuronal en el cerebro, y facilita la supervivencia del
individuo en su entorno a través de dos vías: dotando de contenidos al resto de actividades
cognitivas y guiando las acciones del individuo.
La percepción es un proceso cognitivo, de carácter espontáneo e inmediato, que permite realizar
estimaciones o juicios más o menos básicos, acerca de situaciones, personas u objetos, en función
de la información que inicialmente selecciona y posteriormente procesa la persona (Pastor, 2000).
Sin embargo, pueden aparecer factores de diversa índole que alteren la percepción de una situación,
provocando que las inferencias perceptivas de unas personas difícilmente coincidan con las de otras.
Por lo que, a la hora de hablar de riesgo es inevitable tomar a las personas como seres cognitivos
que buscan y procesan racionalmente la información, en tal sentido fue significativo el desarrollo de
la psicología, y en ella, de los estudios cognitivistas de los años 1960 y 1970. Este proceso, marcó
pautas para el desarrollo de la filosofía “naturalizada.”
Ambrogi (1999:22) reconoce que “…tanta importancia como los cambios en los argumentos
filosóficos para el retorno al naturalismo en epistemología, tuvieron los cambios experimentados en
la psicología, en particular los estudios cognitivistas de los años 1960 y 1970 pues ellos dieron a los
epistemólogos la terminología y recursos necesarios para ir más allá de la mera referencia a
mecanismos psicológicos y proponer programas con especulaciones detalladas sobre tales
mecanismos...”. Según Ambrogi (1999:23): “…el retorno al naturalismo en epistemología - con la
reintroducción de la psicología - fue un paso decisivo para la naturalización de la Filosofía de la
Ciencia, sin embargo no fue este el único como tampoco fue la Psicología la única Ciencia
�Cognitiva que participó en él (…) aunque apelar a la psicología se ha transformado en un
ingrediente usual del trabajo filosófico actual”.
La investigación que se presenta, asume la utilidad del enfoque psicométrico proveniente de la
psicología cognitiva para el estudio de la percepción social de los peligros.
Sobre la base de los procesos sociopsicológicos Hollander (1967) explica la existencia de
fenómenos tales como la historicidad, donde el constante registro de información puede provocar
modificaciones en la idea inicial del riesgo a partir de nuevas experiencias. El autor remarca la
naturaleza multivariable de la percepción como producto de variables sociales, y explica la
adaptabilidad al riesgo como consecuencia de la cotidiana exposición y carencia de información
novedosa.
El riesgo es entonces difícilmente entendible fuera del contexto geográfico, dado que se produce y
se modifica conforme se interviene en el espacio. En este sentido, las vivencias colectivas del riesgo
son en parte derivadas del mosaico de riesgos que conforman el escenario local. El término
“mosaico del riesgo” aportado por Cutter (1996) refiere el conjunto de peligros distribuidos en un
lugar, por lo que representan el paisaje de amenazas o “hazardscape”. La autora sugiere entender el
riesgo a partir de la vulnerabilidad local constituida por los peligros, el tejido social y el contexto
geográfico.
La aceptabilidad de los riesgos depende de la percepción que se tenga de los riesgos provenientes de
las tecnologías así como de los posibles beneficios que pueden reportar estas. Para comprender las
causas de algunos comportamientos de riesgo y la razón por la que algunas intervenciones son más
aceptables y eficaces que otras hay que considerar tanto los riesgos como los beneficios. Es
primordial además, prestar atención a los factores sociales, culturales y económicos para saber
cómo percibe y comprende una persona los riesgos que corre. Análogamente, los factores
estructurales pueden influir en la adopción de una u otra política de control de un riesgo dado y en
el impacto final de las intervenciones destinadas a prevenir los factores de riesgo. La prevención de
los riesgos deberá planificarse en el contexto de la sociedad local.
La definición propuesta por Pidgeon et al. (1992) en la segunda revisión de la Royal Society sobre
este campo de estudio, resulta precisa. A la luz de esta definición, enfoque que esta tesis comparte y
defiende, el estudio de la percepción del riesgo desde la perspectiva de las ciencias sociales supone
el estudio de las creencias, actitudes, juicios y sentimientos, así como el de los valores y
disposiciones sociales y culturales más amplios que las personas adoptan frente a las fuentes de
peligro.
�Puy (1995), considera que la mayoría de los estudios desarrollados sobre la percepción del riesgo,
adolecen de un interés real por incorporar a los modelos de percepción del riesgo factores de tipo
social, cultural y/o contextual. Los primeros acercamientos a este campo de estudio asumían, según
la autora, que la percepción del riesgo se podía entender como una mera percepción física de
estímulos "objetivos", sólo recientemente se ha venido a considerar el riesgo como una construcción
social, de ahí que, si tanto el contenido como el proceso de esa percepción son de naturaleza social,
de lo que se trata no es de una simple percepción física, sino de una percepción social.
Los resultados y conclusiones de los trabajos abordados por Puy (1995) sirven para poner de relieve
el alto grado de subjetividad de los juicios sobre el riesgo, y la tremenda complejidad de un
fenómeno que puede ser en parte explicado por las características de los riesgos, pero no de forma
exclusiva, sino que también esta vinculado a las características socioculturales del sujeto que
"percibe", y del contexto en el que se producen y expresan esos juicios perceptivos.
Se admite por lo general que antes de interpretar los riesgos y de planear cualquier tipo de
comunicación o intervención, deben comprenderse bien las percepciones básicas de la gente y sus
marcos de referencia. No se puede dar por supuesto que el público general piensa en los términos y
con las categorías mentales adoptados sistemáticamente por los profesionales y otros expertos en
riesgos. Aunque evidente, éste es un error común al formular estrategias de intervención. La línea
divisoria entre “los expertos” y “el público” no es tan nítida como puede parecer a primera vista. El
público general se compone de diferentes segmentos y cada uno de esos segmentos puede tener
percepciones y marcos de referencia válidos y diferentes para riesgos similares.
Así pues, las estimaciones numéricas de los riesgos y de sus consecuencias, presentadas en términos
científicos sobre la base de la evaluación de esos riesgos, deben comunicarse con cautela. La
información sobre los riesgos y las vías para su prevención puede ser comunicada por profesionales
de alto nivel y reconocido prestigio, ellos pueden ayudar a crear la atmósfera de confianza que debe
existir entre todas las partes interesadas para poder adoptar intervenciones y llevarlas a cabo con
éxito.
�2.2.1 Los estudios sobre percepción social del riesgo: el enfoque psicométrico
La corriente más prolífica de estudios sobre percepción del riesgo, afirma Espluga (2002), desde
finales de los años 70 del siglo XX, proviene de la psicología cognitiva29, concretamente del
enfoque psicométrico (representado por Slovic, Fischhoff, y otros investigadores del Decision
Research Oregon).
El paradigma o enfoque psicométrico tiene por función: 1) Traducir los conceptos teóricos a
indicadores mediante la operacionalización de constructos. 2) Aportar una lógica que posibilita la
construcción de técnicas que evalúen rasgos psicológicos, psicosociales o ambientales de los
sujetos. 3) Facilitar la articulación entre el discurso teórico y la aplicación práctica de los
fenómenos psicológicos.30
Según el paradigma psicométrico, se considera que la comprensión intuitiva del riesgo es un
concepto multidimensional que no puede reducirse a un simple producto de probabilidades y
consecuencias, sino que hay que integrar otros factores relacionados con todos los efectos
indeseables que la gente asocia con una causa específica. En este sentido, las divergencias entre la
percepción del público y la de los expertos no se deben sólo a la ignorancia de las magnitudes del
riesgo definidas por los científicos, sino que hay otros elementos que las personas tienen en cuenta
y que los expertos en ocasiones ignoran.
Los primeros trabajos sobre percepción del riesgo según Espluga (2002) intentaban descubrir los
sesgos cognitivos que la gente tenía sobre los riesgos originados por ciertas tecnologías. Se pensó
que una vez conocidos dichos sesgos cognitivos se podrían poner en práctica estrategias
informativas y formativas para que aquellas personas “equivocadas” acercaran su percepción a las
definiciones del riesgo realizadas por los expertos y aceptarán aquellas tecnologías o actividades.
Hay un cierto consenso entre la bibliografía, plantea Espluga (2002), en considerar que el debate
sobre la aceptabilidad de los riesgos se inicia con un artículo de Starr (1969), quien basándose en las
“preferencias implícitas” de los individuos, supuso que mediante un balance de daños y beneficios
éstos son capaces de determinar hasta qué punto aceptan un riesgo. Sin embargo, con posterioridad
se conoce que son muchos los parámetros que pueden usarse para caracterizar al riesgo y las
29
Para León y Montero (1995:39) “…la Psicología cognitiva surge como alternativa a la concepción
conductista de la mente como caja negra inaccesible. Es difícil atribuir su aparición a un único autor, pero sí
parece claro que su inicio coincide con la aparición y desarrollo de los ordenadores. El funcionamiento de
estas máquinas sirve como metáfora al investigador para explorar el funcionamiento de los procesos
cognitivos internos”.
30
Métodos psicométricos "Programa de estudio”– curso 2003. [en línea]. [Consultado: 22/01/2007].
Disponible en: http://www.psicologia.unt.edu.ar/programas03/mpsicometricos2003.doc
�percepciones sobre el mismo, por lo que su aceptabilidad no está sólo dada en los beneficios que
puedan obtenerse.
Puy (1995) considera que a pesar de las limitaciones señaladas al enfoque psicométrico (tales como
su carácter predominantemente descriptivo, sus pretensiones de universalidad, y las limitaciones
propias de cualquier estudio correlacional), este enfoque debe ser reconocido como una
aproximación metodológica útil para tratar de entender algunos de los discursos que subyacen en la
percepción social del riesgo de una población, y en este sentido, pueden aplicarse a la hora de
establecer un diagnóstico descriptivo que contribuya al diseño de determinadas estrategias de
gestión e información sobre un riesgo determinado.
El estudio desarrollado por Sjöberg y Drottz-Sjöberg (1994) reseña las percepciones de riesgos
radiológicos dentro del marco general de la investigación sobre percepción del riesgo, comentando
la importancia y las implicaciones que tiene la elección de la terminología empleada, incluyendo
además las múltiples definiciones que se dan de riesgo para la percepción y para la comunicación
del mismo. Se describen en este trabajo, los factores esenciales que influyen sobre la evaluación
subjetiva del riesgo que se encuentran en la literatura y se ilustra como ellos orientan las distintas
reacciones respecto del radón en el interior de edificios y respecto de la precipitación radiactiva
causada por accidentes de origen nuclear. También se ejemplifican las diferencias entre las
evaluaciones del riesgo realizadas por expertos y por el público, presentándose algunos modelos
exitosos sobre percepción y aceptación del riesgo y extrayéndose algunas conclusiones generales de
las investigaciones.
Según Sjöberg y Drottz-Sjöberg (1994), la percepción del riesgo es un tema de investigación en el
que se desarrolla gran actividad y citan en tal sentido la bibliografía publicada por Rormann (1991),
las reseñas de Brehmer (1987), Drottz-Sjöberg (1991), y de Sjöberg (1979). Para los autores antes
citados, las experiencias, las reacciones y las conductas humanas están guiadas por percepciones
subjetivas de la realidad, basadas en información relativamente adecuada, de modo que las
percepciones del riesgo están soportadas en experiencias subjetivas y en juicios intuitivos.
Resulta oportuna para la investigación que se presenta la consideración de los autores antes
mencionados sobre los riesgos como esquemas teóricos estimados o construidos según los diversos
contextos, ello subraya la idea de que los juicios intuitivos sobre el riesgo están relacionados tanto
con estructuras personales, cognoscitivas, emocionales y de motivación, como con los ambientes
sociales, culturales y políticos, cuestión que resulta relevante para la gestión local del riesgo.
La percepción del riesgo para Sjöberg y Drottz-Sjöberg (1994) depende del contexto en el que un
peligro se convierte en realidad, así como del tipo de peligro de que se trata, y de la persona, o tipo
�de personas que emiten el juicio. El número de personas en riesgo de convertirse en víctimas o el
número de muertos/heridos provocados por un solo evento son factores importantes, tanto como si
las víctimas, o aquellos expuestos al riesgo, estaban o no informados del mismo. La exposición de
personas no conocedoras de un cierto riesgo, incluyendo a las futuras generaciones imposibilitadas
para influir sobre los acontecimientos actuales, ha sido causa, según los autores, de intensos debates
éticos. Es importante, por lo tanto, distinguir entre los contextos normales de riesgos cotidianos y
los de riesgos catastróficos, así como de eventos con un impacto inmediato o los de desarrollo lento
o demorado.
El trabajo de Sjöberg y Drottz-Sjöberg (1994), ofrece una síntesis de los factores generalmente
utilizados para explicar la percepción del riesgo, lo que sugiere la idea de abordar la percepción
social del riesgo como un fenómeno complejo y multicausal. Tabla 1 (Anexo 2)
De significativa importancia para la realización de los estudios de percepción de los peligros son las
valoraciones hechas por los autores antes citados, al referir la necesidad de tomar en consideración
cuestiones tales como: el miedo, el control que supone el individuo que puede ejercer ante el
peligro, el origen de este, la elección de los sujetos, los efectos que pueden generar en la población
infantil, la presencia de peligros desconocidos, la posibilidad de ser impactado en lo personal, la
confianza en las autoridades e instituciones encargadas de gestionar el riesgo, la conciencia
ciudadana en materia de riesgos, la relación costo-beneficio, la memoria histórica, la difusión en el
espacio y el tiempo atendiendo a que los eventos raros son percibidos como más riesgosos que los
comunes y corrientes así como los efectos en la seguridad personal y en las propiedades personales
junto a criterios de equidad y justicia social.
El estudio de las reacciones individuales y públicas al riesgo, según los autores citados, intentan
mostrar qué cosas preocupan a la gente y sugieren que cuando las percepciones del riesgo estén
inadecuadamente correlacionadas con las evaluaciones de los expertos en riesgos, se deberá
investigar el tema con mayores detalles, completar o corregir la información faltante y suponer,
incluso, que ha sido mal interpretada, o tomar acciones que mejoren el nivel sanitario y de
seguridad. Es importante la consideración ofrecida en cuanto a que si bien el público puede carecer
del conocimiento apropiado, es también cierto que las evaluaciones del riesgo de los expertos están,
a veces, influenciadas por apreciaciones y no sólo por consideraciones reales.
Algunos autores, han propuesto listas de factores que pueden estar relacionados con la aceptabilidad
del riesgo, así por ejemplo, Vlek y Stallen (1980) como valora Espluga (2002), apuntan a un listado
de once categorías (las siete primeras más relacionadas con la decisión individual y las cuatro
restantes más generales):
�•
Voluntariedad de la exposición
•
Controlabilidad de las consecuencias
•
Distribución de las consecuencias en el tiempo
•
Distribución de las consecuencias en el espacio
•
Contexto de la evaluación de la probabilidad
•
Contexto de la evaluación de la magnitud del daño
•
Combinación de la probabilidad y de la gravedad del daño
•
Conocimiento de la actividad o tecnología (familiaridad)
•
Condiciones de los individuos
•
Consideraciones sociales (opinión pública)
•
Confianza en los expertos / legisladores.
Otros autores como Otway (1982), según refiere Espluga (2002), elaboraron otros listados, pero
advirtieron que nunca se podría listar un conjunto completo y generalizable ya que dichas
características pueden ser cualquier cosa que la gente haya aprendido a asociar con la tecnología o
actividad de riesgo, por lo que en cada caso concreto se podrían individuar nuevos factores.
En la investigación “Percepción Social de los Riesgos y Gestión de las Emergencias Ambientales”,
Puy y Aragonés (1997), presentan los resultados empíricos de una investigación inspirada en el
paradigma psicométrico sobre la percepción social de riesgos ambientales en el contexto cultural
español. La finalidad de su investigación, es explicar cómo las personas entienden ciertos peligros
ambientales a través de diversas dimensiones de juicio, tomando en consideración las diferencias
grupales en función de la edad, género y nivel educativo de los participantes, con el objetivo, de
explorar además, la influencia de los factores sociales y culturales en los juicios sobre el riesgo.
Al ser los individuos proclives a valorar la anticipación de los efectos que puede ocasionar una
tecnología o un fenómeno natural, la percepción de riesgos pudiera resultar influenciada por el
grado de preparación que los individuos tienen para enfrentar de manera efectiva los peligros y
desastres en términos generales, y por lo tanto incidir en las respuestas inadecuadas o no que puedan
dar ante el problema real una vez que se presenta.
Teniendo en cuenta lo antes dicho, resulta significativo conocer cuáles son los peligros que la
población considera como más serios, de forma que las organizaciones, puedan proporcionarles la
información y el desarrollo de destrezas necesarias para enfrentar los mismos. Igualmente resulta
importante conocer las variables personales y sociales predictoras de los juicios de peligrosidad que
los individuos establecen porque conociendo los mismos, es posible establecer, qué condiciones
�educativas o de intervención social así como qué tipos de personas son más proclives a percibir
diferentes niveles de riesgo en cada contexto.
Slovic y Weber (2002:7) consideran que “…una estrategia amplia para estudiar el riesgo percibido
es desarrollar una taxonomía para los peligros que puede ser usada para entender las respuestas
predictivas del riesgo. Un esquema de taxonomías podría explicar por ejemplo las diferencias entre
estas reacciones y las opiniones de los expertos (…) El acercamiento más común a esto lo ha
empleado el paradigma psicométrico, numerosos estudios llevados a cabo dentro del mismo han
mostrado que el riesgo percibido es cuantificable y predecible y que las técnicas psicométricas
pueden ser apropiadas para identificar similitudes y diferencias entre los grupos con respecto a las
percepciones de riesgo.”
Algo semejante sugiere Espluga (2002), al plantear que el paradigma psicométrico puede contribuir
a explicar ciertos comportamientos ante los peligros y que las aportaciones de la teoría cultural
ayudan a comprender que cada persona se halla inmersa en una red de relaciones que conforma un
grupo social que privilegia unas creencias y unos valores respecto a otros, por lo que diferentes
personas pueden percibir y temer a diferentes peligros, no obstante, considera el autor, se debe
remarcar la importancia de la perspectiva sociológica ya que abre la puerta a una nueva dimensión
para entender el funcionamiento en la práctica de la prevención social de riesgos.
En un intento por comprender y explicar los comportamientos y actitudes que las personas tienen o
escenifican ante el riesgo, desde las ciencias sociales se han añadido nuevas dimensiones a dicho
concepto. Así, Douglas y Wildavsky (1982) citados por Espluga (2002), suponen que las creencias
y valores compartidos por determinados grupos (sociales y culturales) influyen en la selección de lo
que se considera o no como riesgo, de tal manera que, las personas de estos grupos se preocupan
especialmente de aquellos acontecimientos o aspectos que más pueden afectar o poner en peligro
sus sistemas de creencias o valores, su manera de entender y de vivir las relaciones sociales. Cada
grupo social selecciona (inadvertidamente) los riesgos que “quiere” temer con la finalidad de dar
coherencia a su forma de vivir y a sus propios valores e ignora el resto de los posibles riesgos que
pueden ser relevantes para otros grupos sociales. Desde esta perspectiva, la percepción del riesgo y
el comportamiento seguro o inseguro de los individuos puede tener que ver con su socialización en
alguna de las tipologías culturales propuestas por los autores: cultura jerárquica, igualitaria e
individualista.
Espluga (2002) en el análisis que hace sobre la percepción social del riesgo en la dimensión
sociológica, cita a Wynne (1996) quien sugiere que las percepciones sociales del riesgo no están tan
directamente relacionadas con percepciones o evaluaciones de alguna cosa objetivamente existente,
�sino más bien con las relaciones que las personas mantienen con las instituciones responsables de
gestionar el riesgo.
Según Espluga (2002), como en las estimaciones expertas del riesgo hay numerosos y elevados
niveles de incertidumbre, es perfectamente racional que los individuos no se limiten a ellas a la hora
de valorar las magnitudes de los riesgos y es lógico suponer que se pregunten también sobre cosas
como qué tipo de confianza les merecen las instituciones implicadas en la gestión del riesgo. Las
percepciones públicas y las respuestas al riesgo están basadas en juicios racionales sobre la
conducta de las instituciones expertas y sobre su capacidad para ser dignas de confianza.
En el proceso de investigación se consultó el trabajo “Percepción sobre Riesgos y Cultura de la
Población sobre la Gestión de la Crisis” del Centro Europeo de Investigación Social de
Emergencias (CEISE) de la Dirección General de Protección Civil de España realizada por García y
Puertas (1991). El estudio se realizó desde una óptica global del conjunto de la población española
con la finalidad de obtener una primera aproximación para iniciar el conocimiento sobre la
percepción de la población y la “cultura” de los españoles acerca de los desastres y de la gestión de
las crisis provocadas por emergencias. La investigación, proporcionó elementos de referencia y
algunas guías básicas susceptibles de ser utilizadas en otras investigaciones de carácter limitado
como zonas específicas, desastres concretos y otras. Para la obtención de la información, se aplicó
un cuestionario a 1 411 personas distribuidas por áreas Nielsen31, las variables estudiadas fueron:
percepción sobre la probabilidad de riesgos, riesgos sufridos alguna vez, primera sensación ante la
crisis, nivel de conocimiento de planes de emergencia, de sistemas de alerta, nivel de formación y
medios a través de los que se informó.
Otros estudios sobre percepción del riesgo de carácter cuantitativo lo realizan Corral, Frías y
González (2003), quienes analizan las respuestas dadas por 200 habitantes de una ciudad del Norte
de México. El instrumento diseñado y aplicado investigaba el grado de riesgo percibido en 84
situaciones diferentes, entre las que se incluían peligros potenciales debidos a la naturaleza, el uso
de las tecnologías, conductas criminales y comportamientos personales de riesgo, por lo que se
valora el riesgo ambiental, social y el propiamente personal.
2.2.2 Los estudios sobre percepción social del riesgo: el enfoque cualitativo
Con el objetivo de proveer las ideas necesarias para trabajos, estudios e investigaciones que
fundamenten la orientación de inversiones en infraestructura física y desarrollo comunitario en la
ciudad de Buenos Aires, en el área metropolitana se realizó un estudio específico de “percepción
31
Áreas Nielsen: cierta distribución geográfica de la población que se asume en las investigaciones
sociológicas. Ha sido probada en numerosos estudios.
�social de riesgo y opinión comunitaria sobre inversiones necesarias para la prevención y control de
inundaciones” en la cuenca del arroyo Maldonado. El documento fue elaborado por la red GAO
(Gestión Asociada del Oeste) a solicitud del Banco Mundial. (Balanovski, Redín y Poggiese,
2001)
El marco teórico que sustenta el estudio antes mencionado, se basa en tres componentes: la
reinterpretación del fenómeno de los desastres y la re-caracterización de su concepción; la
actualización sobre la planificación del desarrollo con participación social y por último, el
conocimiento de las perspectivas que enfrentan las poblaciones. La metodología empleada,
respondió a una combinación de investigación acción y planificación participativa - estratégica,
propias del paradigma cualitativo de investigación.
También empleando técnicas cualitativas de investigación, Puertas (2003), realiza un trabajo sobre
percepción del riesgo y actitud hacia la información de la población afectada por planes de
emergencia nuclear, este trabajo permitió detectar los distintos aspectos sociales y emocionales
que pueden estar presentes en la vivencia ciudadana de municipios afectados por planes de
Emergencia Nuclear. Para lograr los objetivos propuestos en la investigación, eligieron técnicas
cualitativas que permitieron abordar el pensamiento colectivo (representaciones mentales,
normativas, costumbres), así como los sentimientos y fantasías que se despiertan ante un riesgo
como el nuclear. Desde esta perspectiva se utilizaron técnicas de grupo de discusión y entrevistas
abiertas, así como técnicas de análisis transaccional que permiten abordar directamente el marco
de referencia grupal y las motivaciones, a veces no manifiestas, de hábitos, costumbres y actitudes.
Con el objetivo de estudiar en México la manera en que los habitantes tanto de las comunidades
urbanas como rurales perciben el riesgo que representa el volcán Popocatépetl, y las estrategias de
afrontamiento que utilizan32, se realizó una investigación sobre el desastre desde la óptica de las
Ciencias Sociales, que subraya la necesidad del enfoque interdisciplinario para el estudio de la
percepción de riesgos así como el condicionamiento cultural y social de la misma33.
La investigación, “Estudios de caso en: Caracas, El Salvador, Cali, y México”, analiza
experiencias y tecnologías de monitoreo de amenazas para prevenir y mitigar desastres en zonas
32
Existen múltiples definiciones sobre afrontamiento y estilos de afrontamiento las que se presentan tomando
en cuenta no sólo la situación sino también las características personales y los factores de índole sociocultural.
El término afrontamiento se refiere a las respuestas que tiene un individuo cuando se le presenta una situación
que puede ser potencialmente peligrosa.
33
Introducción. [en línea]. [Consultado: 22/01/2007]. Disponible en: http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/
documentos/lps/hernandez_p_yg/capitulo1.pdf
�de alto riesgo34, el estudio resulta valioso porque introduce como variable la percepción tanto de
los habitantes como de las autoridades locales, propone además, un nuevo método de análisis de
las variables y de los factores que juegan un papel en el proceso de los desastres urbanos retomado
para ello, el método de la cartografía utilizada por la Alianza para un Mundo Responsable, Plural y
Solidario promovida por la Fundación Charles Leopold Mayer. El principal objetivo de la
herramienta empleada es que permite la visualización de las relaciones entre diferentes tópicos
relativos al riesgo y el desastre.
Un estudio de tipo cualitativo realizado durante los meses de julio y agosto de 1998 entre la
población residente en zonas próximas al vertido tóxico de minas de Aznalcóllar35, en Sevilla,
España, resulta útil para la presente investigación al aportar claves para el análisis sobre la
percepción de riesgos en la población de la zona próxima al vertido, haciendo hincapié en los
riesgos percibidos para la salud de las personas, las fuentes de información, su credibilidad, y las
expectativas ante el futuro. Este estudio utilizó técnicas cualitativas combinadas, consistentes en
entrevistas semiestructuradas y grupos focales. Los resultados arrojaron la existencia de una
percepción de las consecuencias económicas del vertido y en un segundo plano las posibles
consecuencias para la salud.
Los autores del estudio antes mencionado, subrayan la importancia de considerar la gestión del
riesgo no únicamente o simplemente como un asunto científico o técnico, sino más bien como
cuestión profundamente conformada por juicios sociales, actitudes y valores, así como por procesos
políticos y organizacionales, problemática que se inscribe en el nuevo paradigma de la «sociedad
del riesgo» en el que se cuestionan el papel de los sistemas de expertos ante la incertidumbre
inherente a los riesgos modernos (escapes nucleares, efecto 2000, vertidos tóxicos, vacas locas,
dioxinas, ingeniería genética y otros), el estudio reivindica una vía distinta que consistiría en
recuperar el protagonismo a través de la participación informada en la toma de decisiones.
La investigación “Riesgo, espacio y percepción: una aproximación” de (Ley García, 2005) tiene
como objetivo general explorar la relación que existe entre la construcción espacial del riesgo y la
percepción social del mismo en Mexicali (México), atendiendo al desarrollo acelerado de
industrialización experimentado por esta ciudad, a partir del tránsito de la industria enfocada a
34
Estudios de caso en: Caracas, El Salvador, Cali, México en zonas de alto riesgo. [en línea]. México:
Instituto Politécnico Nacional: Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica: Coalición Internacional
del Hábitat, 2003. [Consultado: 22/01/2008]. Disponible en: http://www.hic-net.org/document.asp?PID=262
35
Percepción de riesgos ambientales: estudio cualitativo realizado en la zona del vertido tóxico de
Aznalcóllard. Gaceta Sanitaria, 14 (3), (mayo 2000). [en línea]. [Consultado: 22/01/2007]. Disponible en:
http://doyma.es/cgi-bin/wdbcgi.exe/doyma/mrevista.pdf?pident=13002289
�alimentos y bebidas en los años 60, a una actividad eminentemente maquiladora en los años 80 con
industria electrónica, eléctrica, metalmecánica y de equipo de transporte.
La investigación de (Ley García, 2005) se centra en explorar el estado de comunicación del riesgo a
través de la comparación entre los riesgos urbanos “reales” y los socialmente percibidos. La
pregunta central de trabajo es si ¿el riesgo construido es mayor o menor que el socialmente
percibido? La autora considera que responder a esta pregunta conduce en primer lugar a explorar el
nivel de conocimiento social de los peligros del entorno manifiesto en los fenómenos de
invisibilidad y amplificación social y junto con ello el requerimiento de explorar el nivel de
comunicación “oficial” del riesgo como elemento detonador de conflictos sociales.
Sobre el particular Lavell (2005b: 36) plantea: “La subjetividad del riesgo se hace explícita en el
contexto de las acciones tomadas para enfrentarlo. O sea, aún cuando el riesgo exista y pueda ser
sujeto de objetivización a través de procesos científicos que pretenden medir sus dimensiones,
establecer sus parámetros, en fin, medir y cuantificarlo, la decisión y la opción de enfrentar y
reducirlo está condicionado por las percepciones y representaciones que existan sobre ello por parte
de distintos actores sociales, las cuales, a su vez, están condicionadas, entre otras cosas, por los
intereses, condiciones sociológicas y de vida, coyunturas, estatus económico y social, educación y
cultura de los individuos y colectividades bajo riesgo o encargados institucionalmente para
gestionarlo”.
En América Latina en opinión de Lavell (2005a:36), las condiciones en que vive una gran parte de
la población bajo riesgo, ayudan a explicar por qué los estudios puros de la percepción, nunca han
atraído mucho a los investigadores. Así, en contextos donde la población vive en condiciones de
escasez o pobreza y sus oportunidades reales de evitar o reducir el riesgo son mínimas, debido a los
pocos recursos con los cuales cuentan para enfrentar el problema, la percepción que tengan no
constituye una variable clave en términos de explicar su comportamiento frente al riesgo. Aún en
condiciones de una percepción “correcta” de los niveles de amenaza y riesgo, el comportamiento
posible estará condicionado por factores estructurales ligados al contexto vivencial y las
condiciones de vida y cotidianeidad de los individuos, familias o comunidades, y no por sus niveles
de percepción respecto de la situación de riesgo como tal.
La importancia del conocimiento de las percepciones del riesgo para el desarrollo de una adecuada
cultura de la prevención a nivel comunitario, así como las valoraciones sobre la literatura antes
realizadas, guían el estudio de caso que se presenta justo en el momento en que las metodologías
para tales propósitos están hoy en fase de elaboración en Cuba, lo cual le concede novedad e
importancia práctica a la investigación.
�El estudio de caso se inicia con la caracterización de los peligros y la vulnerabilidad en el Municipio
de Moa, se caracterizan además, el medio socioeconómico del Consejo Popular Rolo Monterrey, así
como los asentamientos ubicados en el mismo.
2.3 Estudio de caso: Consejo Popular Rolo Monterrey
•
Caracterización de los peligros y la vulnerabilidad en el Municipio Moa
Para la elaboración del Capítulo en general, fueron fuentes esenciales, los documentos, mapas y
registros aportados por el Consejo Municipal de Defensa y el Centro de Gestión para la Reducción
del Riesgo de Desastres, ellos permitieron obtener información previa para delimitar los aspectos a
tomar en consideración en la entrevista en profundidad36, así como determinar quienes debían ser
entrevistados. Se controla el tiempo de permanencia en el ejercicio de las funciones de los
entrevistados, fijando en este sentido, más de cinco años.
La entrevista en profundidad realizada se dirigió al aprendizaje sobre acontecimientos y actividades
que no se pueden observar directamente en todos los casos. (Anexo 3). En este tipo de entrevista
según Taylor y Bogdan (2002:103), el “…rol de los informantes no consiste simplemente en revelar
sus propios modos de ver, sino que deben describir lo que sucede y el modo en que otras personas
lo perciben…”.
La muestra para la entrevista en profundidad, la conformaron 20 personas consideradas para esta
investigación como actores claves. Los actores claves, son miembros de una comunidad o grupo,
que por su status social en ese contexto o por sus conocimientos y experiencias, representan
importantes fuentes primarias de información que ayudan al investigador a penetrar en los
problemas y comprender el escenario social en que se desarrolla. En el epígrafe 2.3.5, se resumen
los principales criterios emitidos por los entrevistados.
Se consideraron actores sociales claves: Presidente del Consejo Popular Rolo Monterrey, Delegados
de Circunscripciones y autoridades de la Zona y el Consejo Municipal de Defensa así como
responsables de la gestión del riesgo en las empresas del territorio, quienes ofrecieron los criterios
que permitieron conocer los peligros y vulnerabilidades generadas en este contexto y que se detallan
a continuación.
El municipio Moa se encuentra, según la regionalización económica de Cuba realizada por Propín
(1992), en la Macrorregión Económica Oriental, formando parte de la subunidad taxonómica
regional Guantánamo - Moa - Baracoa (Mesorregión), que posee características socioeconómicas
36
“…Por entrevistas cualitativas en profundidad entendemos reiterados encuentros cara a cara entre el
investigador y los informantes, encuentros éstos dirigidos hacia la comprensión de las perspectivas que tienen
los informantes respecto de sus vidas, experiencias o situaciones, tal como las expresan con sus propias
palabras. Las entrevistas en profundidad siguen el modelo de una conversación entre iguales, y no de un
intercambio formal de preguntas y respuestas…” (Taylor y Bogdan, 2002:101)
�mixtas agroindustriales y está compuesta por territorios predominantemente montañosos, donde a
pesar de que su base industrial encuentra sus expresiones más acentuadas en la agroindustria
especializada en el cultivo del café y la rama azucarera, se distingue el caso del municipio Moa por
poseer una estructura económica polarizada en la minería no ferrosa, reportando también actividad
en la rama química y portuaria.
Moa, situada al Noroeste de la provincia de Holguín, limita al Noroeste con el Océano Atlántico, al
Sur con los límites del municipio de Baracoa y Yateras (actualmente provincia de Guantánamo) y al
Oeste con el municipio de Sagua de Tánamo. El territorio tiene una extensión de 732,6 km2. Su
población asciende a 72 414 habitantes. Es un municipio de alto grado de urbanización con 61 836
habitantes en el área urbana. El crecimiento demográfico de la población del municipio experimenta
una dinámica de crecimiento sostenido desde 1976 y en mayor medida a partir del año 2000 como
se aprecia en la Tabla 2 manifestando por consiguiente un incremento de su densidad poblacional.
La componente que más ha influido en la dinámica del crecimiento demográfico del municipio Moa
ha sido la mecánica (migración), y no la componente natural, que se ha caracterizado por un
comportamiento discreto y bajo de su tasa de natalidad y mortalidad.
Tabla 2 Tasa anual de crecimiento y densidad poblacional en Moa
Años
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006
Tasa anual de crecimiento
(por mil hab.)
Densidad de población
(hab./km2)
2,5
2,6
3,7
8,5
5,6
6,1
9,7
95,4
95,6
96,0
96,8
97,4
98,0
98,9
El desarrollo industrial se inicia en Moa a partir de la década del cincuenta con la exploración de los
yacimientos lateríticos de Moa por parte de la Nicaro Nickel Co. subsidiaria de la Freeport Sulphur
Co. En enero de 1957 se inician los trabajos de construcción de la Moa Bay Minig Company
devenida al triunfo de la revolución Empresa Estatal Socialista “Comandante Pedro Sotto Alba”y a
partir del 1ro de diciembre de1994 Empresa Moa Nickel S.A. Comandante Pedro Sotto Alba, única
empresa mixta en el territorio actualmente en proceso de expansión.
En 1986 fue puesta en marcha la Empresa Comandante Ernesto Che Guevara, ubicada en las
proximidades del Consejo Popular Rolo Monterrey, esta Planta utiliza la tecnología lixiviación
�carbonato amoniacal (proceso Caron). Está diseñada para producir 30 mil toneladas anuales,
produce Oxido de Ni + Co sinterizado y en polvo y Sulfuro enriquecido de Ni + Co.37
Una tercera planta con igual capacidad y tecnología que la anterior, situada en la zona conocida por
Las Camariocas, comenzó a construirse en colaboración con el CAME (Consejo de Ayuda Mutua
Económica), actividad que se interrumpe con la desaparición del campo socialista.
En el territorio se asientan importantes objetos industriales y varias entidades que conforman, junto
a la Ernesto Che Guevara, Las Camariocas y la René Ramos Latour en Nicaro, el Grupo
Empresarial Cubaníquel como complejo industrial minero metalúrgico y de investigación desde
1984. Entre estos objetos industriales se destacan la Empresa Mecánica del Níquel Comandante
Gustavo Machín (1987), la Empresa de Construcción y Reparaciones de la Industria del Níquel
(1974), la Unidad Básica Puerto de Moa, la Unidad Empleadora del Níquel, La Empresa de
Servicios del Níquel (1993), Centro de Información y Superación del Níquel y el Centro de
investigaciones del Níquel (1987), así como el Instituto Superior Minero Metalúrgico (1976) donde
se forman a los profesionales para esta industria y sus dependencias.
En Moa, la industrialización determina necesariamente una modificación en la ocupación social del
espacio que se traduce en la intensificación del desarrollo urbano. Y en términos de desarrollo
urbano se da un impulso estratégico a esta zona para consolidar el intercambio internacional y la
infraestructura industrial convirtiéndose en un importante polo para el desarrollo económico de
Cuba.
El desarrollo de la industria del Níquel como necesidad económica del país demandó la creación de
una infraestructura social en correspondencia con la demanda de fuerza de trabajo y el propio
crecimiento de la población, que muestra hoy resultados favorables en la educación, la salud, el
deporte y la cultura, al mismo tiempo que como resultado de este desarrollo industrial, incrementa
su vulnerabilidad ante peligros de carácter diverso.
•
Peligros en el territorio de Moa
Por su origen los peligros se clasifican en: naturales, tecnológicos y sanitarios atendiendo a la
Directiva No 1 del Vicepresidente del Consejo de Defensa Nacional.
Los peligros naturales comprenden: ciclones tropicales, intensas lluvias, tormentas locales severas,
penetraciones del mar, deslizamientos de tierra, sismos, intensas sequías e incendios en áreas
rurales.
37
Para la comprensión de la dinámica de desarrollo industrial experimentada por la Industria del Níquel en
Moa, resulta interesante y oportuna la perspectiva que ofrecen los Estudios en Ciencia, Tecnología y Sociedad
en torno a la relación tecnología – política, algunas consideraciones al respecto aparecen en Almaguer (2002).
�Los peligros denominados tecnológicos consideran: accidentes catastróficos del transporte
(marítimos, aéreos y terrestres), accidentes con sustancias peligrosas, explosiones de gran magnitud,
derrames de hidrocarburos, incendios de grandes proporciones en instalaciones industriales y
edificaciones sociales, derrumbes de edificaciones, ruptura de obras hidráulicas.
Los peligros sanitarios están representados por enfermedades que pueden originar epidemias,
epizootias, epifitas y plagas cuarentenarias.
Resulta importante destacar que desde finales de la década de los 90 del pasado siglo XX se observa
un incremento en el azote de huracanes, tendencia que según los expertos aumentará en el futuro.
Otros fenómenos como las penetraciones del mar ocurren en zonas bajas del litoral en cualquier
momento del año como consecuencia de ciclones tropicales, fuertes vientos del sur y frentes fríos.
Entre las zonas más amenazadas se encuentran el litoral de Baracoa y la costa norte de Holguín. En
el país existen 220 asentamientos poblacionales en zonas de penetración del mar, entre ellos, Moa.
Además de los huracanes, ciclones y otros fenómenos de carácter meteorológico el peligro sísmico
es real, fundamentalmente para la región Sur - Oriental por su cercanía a la principal zona sismo
generadora del área del Caribe que es el contacto entre la placa del Caribe y la placa de
Norteamérica. La región de Moa ha manifestado históricamente un bajo nivel de actividad sísmica,
ya que no existen reportes históricos de la ocurrencia de algún terremoto fuerte con epicentro
cercano a esta localidad con anterioridad a 1992, sin embargo el 20 de marzo de 1992 se registró un
terremoto de magnitud Richter Ms = 4.5, a 36 km al Este de la ciudad de Moa (Chuy, 1999).
Después del sismo de 1992 otros 3 sismos fueron reportados por la población de Moa con
intensidad de IV grados MSK, posteriormente el 28 de Diciembre de 1998 comenzó una larga serie
sísmica. Hasta el 4 julio de 1999 se reportaron 16 eventos perceptibles y fueron registrados por la
red de estaciones sismológicas 437 temblores de diferentes rangos energéticos. La región de Moa ha
continuado manifestando una actividad sísmica significativa. (Chuy, 1999).
La ocurrencia de un sismo ocasiona pérdidas de vidas humanas y económicas pudiendo inducir
desastres tecnológicos como resultado de la rotura de tuberías con el consiguiente peligro de
expansión de sustancias tóxicas propias de los procesos industriales que en las Plantas niquelíferas de
Moa tienen lugar, en este caso el riesgo está dado por la cantidad de personas expuestas en
dependencia de la envergadura de la avería y de la dirección del viento para las sustancias en estado
gaseoso. Una rotura de estas tuberías también provocaría la paralización inmediata de las Plantas de
Proceso, con una repercusión económica significativa.
�Dadas las características de la cuenca del Río Moa, y el régimen de precipitaciones del territorio las
inundaciones de origen pluvial, constituyen el peligro más frecuente y que mayores afectaciones
genera en el Consejo Popular Rolo Monterrey.
Un alto riesgo inducido por el hombre es la existencia de la presa Nuevo Mundo, vulnerable a
movimientos sísmicos y por ende convierte en zonas de riesgo toda el área aguas abajo de la
cortina, en el caso de la rotura de ésta. Las instalaciones de la Empresa Comandante Pedro Sotto
Alba Moa Níkel S. A. y parte la población de este Consejo, están ubicadas dentro de la cuenca
hidrográfica del Río Moa y por consiguiente resultan vulnerables a estos peligros.
Se identifican en el territorio otros peligros que se pueden clasificar como potenciales
(enfermedades que pueden originar epidemias, epizootias, epifitias y plagas cuarentenarias,
accidentes catastróficos del transporte, accidentes con sustancias peligrosas, explosiones de gran
magnitud, incendios de grandes proporciones en áreas rurales, instalaciones industriales y
construcciones sociales, derrames de hidrocarburos, deslizamientos del terreno y la ruptura de obras
hidráulicas ya mencionado).
En correspondencia con lo anterior pueden considerarse vulnerabilidades construidas en el territorio
de Moa, las siguientes:
1. Base de Amoniaco Anhidro en el Puerto de Moa con 15000 t de capacidad de almacenaje
2. Plantas de Proceso que utilizan sustancias tóxicas peligrosas en la Empresa Pedro Sotto Alba
(Balas de almacenaje de H2S con capacidad de 52 t)
3. Planta Potabilizadora de agua de la Empresa Comandante Che Guevara con 5 t de Cloro
4. Presa Nuevo Mundo con capacidad de embalse de 141 Mm3 cuya rotura provocaría
afectaciones a los objetivos económicos y sociales y la población ubicada en el área de
inundación (10 412 personas), además del cierre de las vías de acceso hacia los puestos de
dirección para caso de desastre de algunos objetivos económicos y zonas de defensa.
5. Fondo habitacional y principales objetivos económicos.
6. Zonas bajas inundables por intensas lluvias y penetraciones del mar.
7. Vías destinadas a la transportación de productos tóxicos.
8. Tuberías cuya avería provoque escape de sustancias peligrosas en el Puerto de Moa, las fábricas
Pedro Sotto Alba y Ernesto Che Guevara en especial en la base de Amoniaco, las líneas de
tuberías y la potabilizadora de agua.
9. Las Empresas Che Guevara, Pedro Sotto Alba, Empresa Mecánica del Níquel y Puerto Moa,
por la cantidad de sustancias químicas e incendiarias que poseen en existencia.
�10. Base de combustible del Puerto Moa, con una capacidad total de almacenaje de 115 000 t, y en
la tubería submarina asociada al campo de boyas.
•
Caracterización del Consejo Popular Rolo Monterrey
El “Consejo Popular Rolo Monterrey” se ubica al Sureste de la ciudad, limita al Norte con el
Océano Atlántico, al Sur con el yacimiento Moa Oriental, al Este con la presa de colas de la
Empresa Comandante Che Guevara y al Oeste con el Consejo Popular 26 de Junio. Incluye tanto al
Reparto Rolo Monterrey, Río Mina, Reparto Pedro Sotto Alba como a La Veguita. (Fig. 1), (Anexo
4)
El centro industrial más importante en el Consejo es la Empresa Moa Nickel S.A. Comandante
Pedro Sotto Alba. Otro centro laboral próximo al Consejo es el Puerto de Moa, empleado para el
embarque de Níquel y Cobalto, así como para la importación de los insumos de las industrias del
Níquel del Municipio, incluyendo el combustible. Existe en el Puerto una Base Receptora de
Amoníaco, y una Unidad Distribuidora de Combustible con su Base de Almacenamiento, todo ello
representa la probabilidad de ocurrencia de desastres en el territorio. Se ubican también en el
Consejo, la Empresa de Servicios del Níquel (ESUNI) y la Empresa de Servicios Técnicos de
Computación y Electrónica del Níquel.
Cuenta también con un aeropuerto moderno con una pista de 2 000 metros de longitud.
El Reparto Rolo Monterrey se ubica en la ciudad de Moa, al extremo Este del centro de la ciudad,
limita al Norte con la Bahía de Moa, el aeropuerto y el antiguo depósito de colas, por el Este con el
coto minero de la Fábrica Che Guevara, por el Sur con el depósito de colas de la Empresa Moa
Nickel S.A. Comandante Pedro Sotto Alba, embalse de agua, Río Cabañas y el asentamiento de La
Veguita y al Oeste con la concesión minera de Moa Nickel S.A. Pedro Sotto Alba, Río Cabañas y el
Reparto Armando Mestre.
En sus inicios se edificaron en este reparto, para los técnicos norteamericanos y algunos cubanos,
255 viviendas uniplantas con cubiertas de placa y amplios jardines, las que se distinguían por sus
comodidades atendiendo al nivel jerárquico de su propietario. Posteriormente se construyeron
varios edificios empleando la técnica soviética conocida como gran panel, que rompieron con la
arquitectura tradicional del Reparto de marcada influencia norteamericana. El nivel de escolaridad
de su población es alto dado el número de profesionales que residen en el mismo. Más del 70 %, de
sus habitantes son trabajadores del Níquel, fundamentalmente de la Empresa Moa Nickel S.A.
Comandante Pedro Sotto Alba y Comandante Ernesto Che Guevara.
El asentamiento Río Mina, en el propio Reparto Rolo Monterrey, se ubica en una pendiente
próxima al Río Cabañas, se caracteriza por condiciones precarias de vida manifiestas en el estado
�constructivo de las viviendas, el peligro de sufrir inundaciones y por los niveles de contaminación
ambiental a los que están expuestos sus habitantes por el vertimiento del licor residual (WL)38 de la
Empresa Comandante Pedro Sotto Alba Moa Níkel S. A.
Reparto Pedro Soto Alba
Este Reparto fue generándose a partir de las edificaciones de la Empresa Constructora y Reparadora
del Níquel (ECRIN), esta empresa fue reubicada como consecuencia de inundaciones sufridas. El
área del Reparto Pedro Soto Alba, así como la zona sudeste del aeropuerto son vulnerables a las
inundaciones de origen pluvial y frecuentemente su población resulta evacuada ante el peligro que
estas representan.
La Veguita
La mayor parte de La Veguita se encuentra ubicada dentro de los límites establecidos en la
Concesión Administrativa Minera Moa Oriental. La vida tanto económica como social de La
Veguita, puede a partir de su infraestructura, catalogarse de asentamiento precario al no contar con
fuentes propias de empleo, presentar altos niveles de contaminación ambiental y encontrarse
ubicado sobre zonas de yacimientos de níquel, aspectos que le imponen fuertes limitantes a su
crecimiento.
El 99 % de la población recibe el agua a través de la red de acueducto y los residuales son
evacuados en letrinas. En La Veguita no existe red de alcantarillado. En este asentamiento el estado
de la vivienda es deplorable en correspondencia con el carácter de asentamiento disperso que ha
experimentado un crecimiento espontáneo y desorganizado. La red eléctrica del alumbrado es
deficiente y se encuentra en mal estado por conexiones realizadas de forma arbitraria y sin
requerimientos técnicos.
La Veguita presenta dificultades de accesibilidad, su vía principal de acceso como resultado de la
explotación del yacimiento Moa Oriental, se convirtió en parte de un camino minero lo que
incrementa el riesgo de accidentes. La comunicación por vía terrestre se imposibilita
frecuentemente como resultado de las crecidas del río Moa
Las caracterizaciones hechas, la consulta de documentos y los elementos que aportaron las
entrevistas en profundidad permitieron el diseño del estudio empírico.
38
El licor residual conocido como WL se genera en la planta de precipitación de sulfuros, es de coloración
azulosa y olor desagradable por la presencia de sulfuro de hidrógeno (H2S). Esta solución sale del proceso a
una temperatura de 90 - 95 Co, posee partículas en suspensión de sulfuros de Ni + Co, alta acidez y varios
metales disueltos. Se vierte al río Cabañas, afluente del río Moa, y finalmente al mar.
�2.3.1 Diseño del estudio empírico
La metodología utilizada en la investigación combina estrategias metodológicas cualitativas y
cuantitativas: utiliza la entrevista estructurada como técnica del paradigma cuantitativo y la
entrevista a informantes claves.
Los métodos cualitativo – cuantitativo y las técnicas a ellos inherentes pueden aplicarse
conjuntamente según las exigencias de la situación investigada, ellos pueden complementarse en el
estudio de un mismo fenómeno, esto se denomina triangulación metodológica y se utiliza para
corregir los inevitables sesgos presentes en ambos paradigmas. En este caso se utiliza para explorar
y describir las diferentes percepciones del riesgo en los habitantes del “Consejo Popular Rolo
Monterrey”.
La metodología cualitativa es de gran utilidad para el análisis de los fenómenos complejos, para el
estudio de casos, para la descripción y estudio de unidades naturales como organizaciones y
comunidades concretas. (Pérez, 1994).
La metodología cualitativa se asume teniendo en cuenta que permite al investigador ver el escenario
y a las personas desde una perspectiva holística; las personas, los escenarios o los grupos no son
reducidos a variables, sino considerados como un todo en el contexto de su pasado y de las
situaciones en las que se hallan.
La investigación desarrollada puede clasificarse como un caso de estudio de tipo interpretativo. Los
estudios de casos de tipo interpretativo contienen descripciones ricas y densas que se utilizan para
ilustrar, defender o desafiar presupuestos teóricos defendidos, antes de recoger los datos. Según
Pérez (1994), los estudios de casos presentan las ventajas siguientes:
•
Representan un método apropiado para investigar a pequeña escala en un marco limitado de
tiempo, de espacio y de recursos.
•
Pueden servir a múltiples audiencias y por tanto contribuir a la democratización en la toma de
decisiones.
•
Considerados como productos pueden formar un archivo de material descriptivo lo
suficientemente rico como para admitir interpretaciones posteriores.
•
Los estudios de casos son “un paso a la acción”, parten de ella y contribuyen a ella al dar la
posibilidad de introducirlas en la práctica, sus resultados son útiles para el trazado de estrategias
de desarrollo comunitario, para el autodesarrollo individual e institucional.
El diseño metodológico del estudio de caso que se presenta parte de las consideraciones teóricas y
metodológicas presentes en los estudios sobre percepción social del riesgo descritos, así como de
�los estudios de percepción desarrollados en Cuba por el Centro de Información, Gestión y
Educación Ambiental y el Centro de Investigaciones Psicológicas y Sociológicas, (CIGEA- CIPS)39.
El estudio sobre la percepción social del riesgo ante situaciones de desastres naturales y
tecnológicos selecciona al Consejo Popular Rolo Monterrey por considerarse su población
permanentemente expuesta a peligros diversos. Se valoró la metodología elaborada para el “Estudio
de apreciación de los peligros de desastres”. “Caracterización de la percepción del peligro ante
desastres naturales en comunidades en lugares críticos” propuesta por el Equipo de Estructura
Social y Desigualdades del Centro de Investigaciones Psicológicas y Sociológicas, (CIPS)40 del
CITMA (Ministerio de Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente) cuyos objetivos eran:
• Organizar y orientar la realización de los estudios sobre percepción del peligro ante fenómenos
naturales.
• Caracterizar las percepciones sobre peligros ante fenómenos naturales en poblaciones expuestas
a eventos definidos.
• Identificar grupos por niveles de vulnerabilidad ante el peligro.
La metodología propuesta por el (CIPS) permite la clasificación de la población atendiendo a sus
percepciones sobre los peligros en tres grupos: percepción alta, media y baja empleando para ello
un esquema descriptivo de amplia utilización en los estudios de percepciones: la tríada
conocimiento – sensibilidad – disposición al cambio, que son las categorías básicas asociadas a la
incorporación de un concepto de sostenibilidad en la actividad cotidiana de los diversos actores
sociales.
Resultan valiosas en ella además, las dimensiones y variables que a partir de la tríada antes
mencionada se definen, al abarcar estas las diferentes fases del ciclo de reducción de desastres
(prevención, preparativos, respuesta y recuperación)
39
Percepciones medioambientales en la sociedad cubana actual. Un estudio exploratorio. [en línea].
[Consultado: 24/01/2002]. Disponible en http://wwwcentre.unep.net/Cuba/percepcion.htm.
40
CUBA. CITMA. Estudio de apreciación de los peligros de desastre. Perfil metodológico de la tarea
“Caracterización de la percepción del peligro ante desastres naturales en comunidades en lugares críticos.
Equipo de Estructura Social y Desigualdades. [documento digital]. La Habana: Centro de Investigaciones
Psicológicas y Sociológicas (CIPS), 2007.
�La metodología propuesta por el (CIPS)41 , no obstante lo analizado, no se consideró apropiada para
la presente investigación ya que la misma sólo contempló algunos peligros de carácter natural
(fuertes vientos, penetraciones del mar e intensas lluvias), excluyendo otros de igual índole y de
significativa importancia para el territorio de Moa; al mismo tiempo, no previó el estudio de la
percepción de peligros tecnológicos, ni la posible falta de memoria histórica y/o experiencia de
desastres en la población, lo que a nuestro juicio no permite su aplicación a este contexto y por
consiguiente la diversidad de escenarios posibles de riesgo y niveles igualmente diferentes de
vulnerabilidad.
Para el contexto minero de Moa dadas las características industriales del territorio y su ubicación
geográfica, se consideró la necesidad de explorar un número mayor de peligros de carácter natural
así como el estudio de las percepciones sobre los peligros tecnológicos también previstos en la
Directiva No. 1 del Vicepresidente del Consejo de Defensa Nacional42 proponiendo para ello el
empleo del paradigma psicométrico como parte del instrumento diseñado y aplicado, evaluando
diez atributos del peligro al incluir la percepción sobre la vulnerabilidad y no nueve atributos como
Puy y Aragonés (1997) y Slovic y Weber (2002) lo que supone un enriquecimiento del método en
su aplicación.
Emplear el paradigma psicométrico resulta útil en tanto las técnicas psicométricas son apropiadas
para identificar similitudes y diferencias entre los grupos con respecto a las percepciones de riesgo,
lo que permite contribuir positivamente a la comunicación del riesgo.
Como parte de la fase de diseño del estudio, se construyó un instrumento de medida consistente en
una entrevista estructurada para evaluar las percepciones del riesgo en situaciones de desastres
naturales y tecnológicos con las adecuaciones antes explicadas. En el proceso de obtención de la
información se consideró útil el uso de la entrevista estructurada como instrumento de recogida que
homogeniza, para todos los individuos de la muestra, la información recogida a través de las
preguntas planteadas.
41
“En el año 2006 el Estado Mayor de la Defensa Civil orienta a la Agencia de Medio Ambiente del CITMA
la “Implementación de los estudios de peligros, vulnerabilidades y riesgos para la reducción de desastres para
la Republica de Cuba”. Como experiencia piloto se tomó la Ciudad de La Habana y sus quince municipios y
en esta primera etapa se concentró en el examen de tres eventos fundamentales que son los que más nos
afectan, asociados a los ciclones tropicales y a los sistemas frontales: inundaciones por lluvias intensas,
inundaciones por penetraciones del mar y afectaciones por fuertes vientos”. Equipo de Estructura Social y
Desigualdades. Centro de Investigaciones Psicológicas y Sociológicas (CIPS.) CITMA. Estudio de
apreciación de los peligros de desastre. Perfil metodológico de la tarea “Caracterización de la percepción del
peligro ante desastres naturales en comunidades en lugares críticos”. Documento digital.
42
CUBA. Directiva No. 1 del Vicepresidente del Consejo de Defensa Nacional. Planificación, organización y
preparación del país para situaciones de desastre, 2005
�El estudio de percepción del riesgo estuvo dirigido a:
•
Identificar la percepción del riesgo en la población del Consejo Popular Rolo Monterrey a
partir de conocer cuáles son los principales peligros percibidos por su población.
•
Analizar las diferencias respecto a los principales peligros identificados por la población del
Consejo Popular según variables sociodemográficas tales como edad, sexo y nivel de
escolaridad.
•
Analizar las diferencias en la percepción de los peligros percibidos en los estratos objetos
de estudio.
•
Obtener la jerarquía de peligros percibidos en cada estrato estudiado y en el Consejo
Popular en general.
•
Estudiar las diferentes dimensiones cualitativas del riesgo según el enfoque psicométrico
incorporando la dimensión vulnerabilidad a las nueve características clásicas estudiadas
desde este enfoque.
•
Conocer mediante entrevistas en profundidad a actores claves, los riesgos, peligros y
vulnerabilidades presentes en el territorio y en particular en el Consejo Popular objeto de
estudio.
•
Diseño y composición de la entrevista estructurada
Para estudiar las características socio-demográficas de los individuos entrevistados se consideraron
las variables edad, sexo, nivel de escolaridad y ocupación, ya que en varios estudios ha sido
comprobada existe cierta relación entre estas y las percepciones de peligros y riesgos según la
literatura consultada. (Slovic y Weber, 2002; Puy y Aragonés, 1997)
Con la finalidad de medir las diferentes variables o atributos del riesgo en los habitantes expuestos,
se empleó el enfoque psicométrico antes mencionado, consistente en la combinación de una Escala
del tipo Likert de 5 puntos con un diferencial semántico, otorgándose un punto como puntuación
mínima al ítem y 5 puntos a una respuesta que otorga el valor máximo al ítem propuesto.
La elección de la escala de Likert, supone que la percepción de un sujeto viene dada por el valor
obtenido en cada proposición o ítem. Cabe resaltar que se utiliza esta técnica porque cada ítem se
refiere a un atributo específico de la percepción del riesgo; otra cuestión a destacar de la escala
escogida, es que utiliza una categorización del continuo de percepción del sujeto, graduada según la
intensidad. Como la valoración que ofrecen los sujetos no supone una distribución uniforme en el
continuo y no está asegurado que haya intervalos iguales, el resultado cuantitativo de la escala es de
naturaleza ordinal, sin embargo, lo común es que se le trabaje como de razón o intervalo.
�El análisis de los datos permite la creación del perfil característico de la percepción para cada tipo
de peligro. Siguiendo la tradición psicométrica, se calcula la media aritmética de las valoraciones
dadas por los sujetos a cada peligro en cada atributo o característica. A partir de esta información se
construye una representación gráfica del perfil de cada peligro, y la comparación de los diferentes
perfiles, ofrece una panorámica descriptiva de las valoraciones realizadas por los habitantes en cada
barrio.
En este esquema de análisis, se puede sustituir la media aritmética por otro índice de tendencia
central como la mediana o la moda, también es posible incluir una valoración de la dispersión como
la variancia (si se opta por usar medidas basadas en momentos de la distribución), o la amplitud
intercuartil (si se opta por usar medidas basadas en ordenaciones).
Una estrategia para resumir la estructura de datos obtenidos es el análisis de regresión múltiple
aplicado a cada riesgo, de esta forma, se utiliza la medida de riesgo global como variable criterio y
la puntuación en cada atributo como variables predictoras y con ello se obtiene, para cada peligro, la
combinación lineal de atributos del riesgo que mejor predice el riesgo total percibido.
La entrevista estructurada está formada por 3 preguntas. (Anexo 5)
•
La pregunta No 1, explora una única variable: el conocimiento por parte de los habitantes del
Consejo Popular sobre los diferentes peligros que pueden afectarlos, y recaba información,
sobre los principales peligros que el sujeto identifica en función de lo que pudiera considerar su
“exposición personal”. Esta cuestión explora aquellos peligros que los individuos consideran
como más importantes, ya sea por su experiencia personal, actitudes o creencias, lo cual
permite comprender cuáles son los peligros a los que los sujetos se sienten mayormente
expuestos, los que valoran que les afectan o pudieran afectar directamente.
•
La pregunta No 2 busca evaluar los diferentes variables o atributos del riesgo (variables
numeradas de A1 a A11)
•
La pregunta (G1) es de tipo general y se dirige a obtener una estimación de la variable magnitud
del riesgo percibido. La pregunta incorpora aclaraciones para estandarizar la gravedad de los
desenlaces que se deben considerar (pérdidas de salud muy graves) y la latencia (tanto las
consecuencias que suponen pérdidas de salud a corto plazo, como a medio o largo plazo).
Para la pregunta No. 2, y atendiendo a un tipo específico de peligro, las variables son:
¾
A1: explora el factor conocimiento que tiene el sujeto sobre el peligro.
�¾
A2: explora el factor conocimiento que el sujeto atribuye a los responsables de la prevención,
en íntima relación con el conocimiento de los responsables, con la confianza en ellos y con la
aceptación de las medidas preventivas que se proponen.
¾
A3: explora la respuesta emocional de temor, la característica más predictiva del riesgo global
percibido.
¾
A4: evalúa el concepto “vulnerabilidad” o “susceptibilidad” ante el peligro, cuestión central en
la gestión del riesgo.
¾
A5: explora la percepción del sujeto sobre la novedad o antigüedad del peligro, dado que la
familiaridad con el peligro puede generar su no reconocimiento.
¾
A6: evalúa la percepción de la gravedad de las consecuencias, la que se corresponde con la
magnitud de la pérdida, que es una de las variables constitutivas de la definición técnica de
riesgo.
¾
A7: busca conocer la percepción sobre la voluntariedad o involuntariedad en la exposición al
peligro.
¾
A8: se centra en el grado de control percibido, que permite descartar actitudes fatalistas (pasa
cuando pasa y yo no lo puedo evitar), o por el contrario sentimientos de invulnerabilidad (a mi
no me sucederá esto porque soy más habilidoso, tengo mayor experiencia, etc.)
¾
A9: trata de explorar tanto la visión que el sujeto tiene de su capacidad para realizar acciones
preventivas (reducir la probabilidad de aparición del daño), como de realizar actuaciones para
reducir el impacto del daño.
¾
A10: explora el potencial catastrófico que se atribuye al peligro, atributo que mantiene una
relación alta y positiva con el riesgo total percibido.
•
A11: explora la percepción sobre la demora de las consecuencias, parámetro crítico en el
momento de explicar las actitudes y el comportamiento.
•
Selección de la muestra
Como parte de la fase de diseño del estudio se procedió a la determinación del tipo de muestreo y el
tamaño muestral necesarios. Dado que el estudio está encaminado a determinar parámetros, es decir
se pretende hacer inferencias a valores poblacionales (proporciones, razones) a partir de una
�muestra, se planteó hacer un muestreo aleatorio estratificado43 en la población adulta mayor de 16
años, teniendo en cuenta la distribución geográfica de la población a estudiar y sus diferentes
características socioeconómicas así como el grado de exposición a los peligros, se tomaron los
diferentes barrios del Consejo Popular como estratos 44.
Para ello es necesario precisar:
•
El nivel de confianza o seguridad (1-α). El nivel de confianza prefijado da lugar a un
coeficiente (Zα). En este caso se escoge una seguridad del 95%, por lo que Zα = 1,96.
•
La precisión (d) que se desea para el estudio, la misma se estima en un 5%.
•
Una idea del valor aproximado de los parámetros que se quieren medir. En este caso por no
tener referencia de estudios previos, se utiliza el valor p =q= 0,5 (50%) que maximiza el
tamaño muestral.
A través de la fórmula45 :
Se calcula el número de unidades de análisis necesarias (n) para tener una muestra probabilística,
que sea estadísticamente significativa y permita la inferencia de los parámetros estudiados a toda la
población (N) del Consejo Popular (Fig. 2).
“En el muestreo estratificado, la población de N unidades se divide primero en sub-poblaciones de N1,
N2,…Nh unidades, respectivamente. Estas sub-poblaciones no se solapan y en su conjunto comprenden a toda
la población. Por lo tanto
43
Las sub-poblaciones se denominan estratos. Para obtener todo el beneficio de la estratificación los valores de
los Nh deben de ser conocidos. Una vez determinados los estratos, se extrae una muestra de cada uno, las
extracciones deben de hacerse independientemente en los diferentes estratos. Los tamaños de las muestras
dentro de los estratos se denotan n1, n2,… nh, respectivamente. Si se toma una muestra aleatoria simple en
cada estrato, el procedimiento total se describe como un muestreo aleatorio estratificado”. (Cochran,
1978:125).
44
“La estratificación geográfica en la que los estratos son áreas compactas como municipios o colonias de una
ciudad, es común –a menudo por conveniencia administrativa o por que se quieren datos separados para cada
estrato- y generalmente viene acompañada con un incremento en la precisión, porque operan muchos factores
para lograr que las personas que viven o las cosechas que se cultivan en una misma área muestren semejanzas
en sus principales características. Sin embargo, las ganancias debidas a la estratificación geográfica, en
general son modestas…” (Cochran, 1978:140).
45
PITA FERNÁNDEZ, S. Atención primaria en la Red 3:138-14. [en línea]. [Consultado: 06/03/2001].
Disponible en: http://www.fisterra.com.
�Figura 2. Elementos de la inferencia estadística46
Teniendo en cuenta que la población total del Consejo Popular es N=3994 habitantes y el tamaño de
la muestra obtenido es n=200, la fracción para cada estrato será47:
En la Tabla 3 se muestran los resultados de los cálculos obtenidos para cada uno de los barrios del
Consejo Popular a través de la fórmula anterior.
Tabla 3. Muestra probabilística estratificada por barrios del Consejo Popular
Población residente
Tamaño de la
Barrio (estrato)
mayor de 16 años
muestra
Rolo Monterrey
2802
140
La Veguita
659
33
Pedro Sotto Alba
169
8
46
Ídem.
En un número determinado de elementos muestrales n=∑ nh la varianza de la media muestral puede
reducirse al mínimo si el tamaño de la muestra para cada estrato es proporcional a la desviación estándar
dentro del estrato. Esto es:
47
Donde fh es la fracción del estrato, n el tamaño de la muestra, N es el tamaño de la población, Sh es la
desviación estándar de cada elemento del estrato h, y K es una proporción constante que nos dará como
resultado una n óptima para cada estrato según, Hernández-Sampieri y C. Collado (2004:221-222)
�Río Mina
Total
364
3994
18
199
2.3.2 Análisis de los resultados.
En correspondencia con las características sociodemográficas del Consejo Popular Rolo Monterrey,
el 47% de la población estudiada corresponde a la categoría “trabajadores” y el 50 % tiene nivel
Medio Superior como puede observarse en las Fig. 3 y 4.
7%
13%
47%
Trabajador
Ama Casa
Jubilado
14%
Estudiante
Desocupado
19%
Figura 3. Distribución de la muestra por situación ocupacional
8%
3%
9%
Sin Escolaridad
Primaria
30%
Media
Media Superior
50%
Superior
Figura 4.Distribución de la muestra según nivel de escolaridad
Atendiendo a las posibles diferencias que en la percepción del riesgo de desastre pueden representar
las variables sexo y edad, la muestra estuvo conformada por un 51 % de hombres y un 49 % de
mujeres, de ellos, el 57 % son adultos y el 33 % jóvenes como puede apreciarse en la Fig. 5. La
población estudiada mayor de 30 años y menor de 60 años fue considerada como adulta, de ella, el
�60 % lo constituyeron hombres y el 54 % mujeres, mientras que de los jóvenes (comprendidos entre
los 16 y 30 años), el 33 % son varones y el 34 % hembras.
Masculino
Adulto mayor
9
12
Adulto
Joven
Femenino
54
60
33
34
Figura 5. Distribución de la muestra por edades
La Fig. 6 muestra en porcientos los peligros identificados para el territorio por parte de la población
entrevistada. El análisis revela que el 44 % de los entrevistados identificó el peligro “Escape de
Sustancias Tóxicas” como peligro tecnológico que pudiera dañarlos, lo que se explica por la
ubicación en el Consejo Popular y muy próximo al mismo de Empresas pertenecientes al Grupo
Empresarial Cuba - Níquel que almacenan e incorporan en el proceso productivo un número
considerable de sustancias tóxicas, esta percepción puede estar dada, además, por el hecho de que
los desastres no experimentados, y a los que se les atribuye alto poder catastrófico por el número de
personas que pueden ser dañadas de una vez, así como a la inmediatez de sus efectos, unido a la
carencia de medios adecuados de protección, generan una percepción más alta en cuanto al temor
como atributo predictivo del riesgo.
El 19 % de la población entrevistada identificó a los “Huracanes” como un peligro de carácter
natural que pudiera afectar el territorio, sin embargo los datos históricos y el criterio de los expertos
sobre este tipo de fenómeno metereológico no respaldan esta percepción. Al respecto, las
estadísticas señalan que en los últimos 165 años sólo un huracán de gran intensidad ha cruzado por
el territorio de Moa; mientras que entre 1884 y 1985 el único con estas características que afectó a
la provincia de Holguín fue el Flora, los días 4 y 8 de octubre de 1963.
�El peligro “Rotura de presa” se identifica por el 16 % de los entrevistados, esta percepción se
justifica por la proximidad de la Presa Nuevo Mundo cuya capacidad de embalse es de 141 Mm3 y
su rotura provocaría afectaciones a importantes objetivos económicos y sociales y a la población
ubicada en el área de inundación (10 412 personas), además del cierre de las vías de acceso hacia
los puestos de dirección para caso de desastre de algunos objetivos económicos y zonas de defensa.
“Las intensas lluvias” se identifican por el 12 % de los habitantes entrevistados en el Consejo
Popular, esta percepción se explica por la frecuencia con que ocurre este fenómeno dado el régimen
de lluvias que caracteriza a la región y las inundaciones que se registran por la ubicación de los
asentamientos estudiados en las proximidades de los Ríos Moa y Cabañas. La identificación de este
peligro en una proporción menor a los antes comentados sugiere determinado grado de
familiarización con respecto a este peligro, así como la consideración de que se tiene mayor
“control” sobre el mismo.
Resulta significativo que sólo el 6 % de la población estudiada identifique el peligro “Sísmico”
atendiendo al potencial catastrófico del mismo, a la inmediatez de sus consecuencias, a la
vulnerabilidad a la que está expuesta la población en general del Municipio tomando en cuenta la
sismicidad, la potencialidad y características de las zonas sismo generadoras que tienen mayor
influencia sobre el territorio de Moa, este puede ser considerado un claro ejemplo de cuanto difieren
las opiniones de los expertos y la percepción común de los ciudadanos, ello sugiere además la
necesidad de la educación de la población en este sentido
Otros peligros como “Accidentes catastróficos del transporte”, “Incendios de grandes proporciones
y “Graves Epidemias” se identifican sólo por el 1 % de los entrevistados, sin embargo pudieran
afectar severamente al territorio y en particular a este Consejo por su proximidad a importantes
empresas productoras que almacenan volúmenes significativos de sustancias químicas e
incendiarias, a la ubicación además del Aeropuerto y al propio Puerto de Moa.
�0%
6%
1% 1%
16%
Rotura Presa
Escape Sustancias Tóxicas
19%
Intensas Lluvias
Huracanes
Acc. Transporte
Sismos
Incendios
12%
Graves epidemias
45%
Figura 6. Identificación de los peligros expresada en porciento
La identificación de los peligros atendiendo a la variable “sexo”, según puede observarse en la Fig.
7, permite apreciar que el peligro identificado en primer lugar por ambos sexos es el peligro
“Escape de Sustancias Tóxicas”. Proporcionalmente, las mujeres identifican en mayor medida que
los hombres los peligros “Rotura de presa” y “Sismos”. Resulta prácticamente proporcional la
identificación de los peligros “Huracanes” e “Intensas lluvias” en ambos sexos. El peligro “Graves
epidemias” sólo fue identificado por hombres mientras el peligro “Incendios de grandes
proporciones” se identifica por ambos sexos con un bajo porciento.
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
Graves epidemias
Incendios
Sismos
Accidentes Transporte
Huracanes
Intensas Lluvias
Esc Sust Toxicas
Rotura Presa
Masculino
Femenino
Figura 7. Identificación de los peligros por sexos (expresada en porciento)
�La identificación de los peligros atendiendo a la variable “edad”, según puede observarse en la Fig.
8, permite valorar que los jóvenes identifican en una proporción menor que los adultos los peligros
“Rotura de presa”, “Escape de sustancias Tóxicas” y “Sismos”, esto pudiera estar vinculado a una
baja percepción de la vulnerabilidad a la que están expuestos, cuestión esta que suele caracterizar a
las personas en las edades tempranas de la vida, sin embargo identifican en proporción similar a los
adultos los peligros “Intensas lluvias” y “Huracanes” probablemente porque los consideren más
probables y porque reciban mayor información al respecto a través de los medios de difusión
masiva.
100%
90%
Graves epidemias
80%
Incendios
70%
60%
Sismos
50%
Accidentes Transporte
40%
Huracanes
30%
Intensas Lluvias
20%
Esc Sust Tóxicas
10%
Rotura Presa
0%
Joven
Adulto
Adulto mayor
Figura 8. Identificación de los peligros por categoría de edad (expresada en porciento)
La variable “nivel de escolaridad” constituye una variable interesante para el análisis de las
percepciones del riesgo de desastres. La Fig. 9 muestra como los sujetos entrevistados “sin
escolaridad”, identifican un número menor de peligros a diferencia de aquellos que tienen “nivel
medio y superior”. El mayor número de peligros identificados corresponde a las personas
entrevistadas con “nivel medio superior”. Las personas sin escolaridad no identificaron el peligro
sísmico como tampoco los peligros rotura de presas, graves epidemias e incendios. Los
entrevistados con nivel superior identifican en una proporción menor el peligro “Intensas lluvias”
�100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
Graves epidemias
Incendios
Sismos
Accidentes Transporte
Huracanes
Intensas Lluvias
Superior
Media
Sup.
Media
Primaria
Sin Esc.
Esc Sust Tóxicas
Rotura Presa
Figura 9. Identificación de los peligros por nivel de escolaridad expresada en porciento
2.3.3 Análisis comparativo de los resultados por Repartos
Resultan interesantes los resultados obtenidos en cuanto a la percepción de los peligros en los
diferentes estratos estudiados del Consejo Popular, si se tiene en cuenta que las percepciones sobre
los mismos están en correspondencia con las condiciones de vulnerabilidad a las que se encuentran
expuestas, así como el nivel de escolaridad promedio de su población. La Fig. 10 muestra en
porcientos la identificación de los peligros en los diferentes estratos objeto de estudio.
En La Veguita el 44 % de la población identifica el peligro “Escape de sustancias tóxicas”, esto está
dado tanto por la cercanía de la Empresa Comandante Pedro Sotto Alba Moa Nickel S. A., así como
de la Planta Potabilizadora de la Empresa Ernesto Che Guevara, ambas empresas utilizan y
almacenan este tipo de sustancias en cantidades significativas. El 32 % de los entrevistados
identifica el peligro “Rotura de presa”, esta percepción está generada por la proximidad de la Presa
Nuevo Mundo ya referida.
El 18 % de los entrevistados identifica en La Veguita como peligro que los puede afectar las
“Intensas lluvias”, y aunque lo identifican en un porciento menor con respecto a otros peligros, es
realmente el que se manifiesta con relativa frecuencia generando la necesidad de evacuar a una
parte de su población hacia zonas más seguras.
En el Reparto Pedro Sotto Alba la población entrevistada identificó en un 70 % el peligro “Escape
de Sustancias Tóxicas”, ello está dado por su proximidad a la Empresa Comandante Pedro Sotto
Alba Moa Nickel S. A. Un 30 % identificó el peligro “Intensas lluvias”, esta percepción resulta
�baja si se tiene en cuenta que la población de este reparto por su ubicación aguas abajo de la Presa
Nueva Mundo es evacuada frecuentemente ante la ocurrencia de este fenómeno.
La población entrevistada del Reparto Rolo Monterrey identificó en un 66 % el peligro “Escape de
Sustancias Tóxicas”, esta población se ubica próxima a las Empresas antes mencionadas así como a
la Base de Amoniaco Anhidro en el Puerto de Moa. En segundo lugar identifica el peligro
“Huracanes” el 19 %, mientras el 15 %, identifica el peligro “Rotura de presa”. El 9 % de los
entrevistados, identificó el peligro sísmico lo que representa un porciento bajo atendiendo al nivel
de empleo y escolaridad promedio de sus habitantes y el peligro potencial del mismo.
En el asentamiento Río Mina, los entrevistados identificaron sólo peligros de carácter natural, así el
66% identificó el peligro “Huracanes” mientras el 39 % identificaba las “Intensas lluvias”, este
asentamiento en el propio Reparto Rolo Monterrey, se ubica en una pendiente próxima al Río
Cabañas y se caracteriza por condiciones precarias de vida manifiestas en el estado constructivo de
las viviendas, tendederas eléctricas y ausencia de calles interiores.
100%
90%
Graves epidemias
80%
Incendios
70%
60%
50%
Sismos
Accidentes Transporte
40%
Huracanes
30%
Intensas Lluvias
20%
Esc Sust Tóxicas
10%
0%
Rotura Presa
Veguita
Pedro
Rolo
Río Mina
Soto Alba Monterrey
Figura 10. Identificación de los peligros en los diferentes Repartos objeto de estudio
2.3.4 Perfiles característicos del riesgo para los peligros identificados
•
Percepción del peligro “Rotura de presa”
Los resultados se procesaron utilizando el programa Microsoft Excel que permite calcular los
estadígrafos y graficar los perfiles de riesgo atendiendo a lo descrito para el paradigma
psicométrico.
Dado el escaso número de personas que identificaron los peligros: “Incendios de grandes
proporciones”, “Graves epidemias “y “Accidentes catastróficos del transporte” se desestimó su
�procesamiento. A continuación, se analizan los peligros evaluados en la población objeto de
estudio.
En la Tabla 4 se presentan los estadígrafos principales calculados para cada atributo y la medida del
riesgo global percibido del peligro “Rotura de Presa”
Tabla 4 Estadígrafos para el peligro “Rotura de Presa
En la Tabla 4 se aprecia que la medida del riesgo global (G) asociada a este peligro es evaluada
como alta por los habitantes entrevistados. El valor que más se repite para esta pregunta de carácter
global es 5, que es el valor máximo en la escala propuesta. El 50 % de los sujetos se ubica por
encima de 4. En promedio los sujetos se ubican en 4,2 (Riesgo alto). Así mismo se desvían de este
valor como promedio en 0,93 unidades de la escala. En general las puntuaciones tienden a ubicarse
en valores bajos y medios en un rango amplio que abarca toda la escala de medición.
La Fig. 11 muestra el perfil característico del riesgo percibido por los habitantes entrevistados para
el peligro 1 “Rotura de Presa”
�Perfil característico del riesgo percibido
Rotura Presa
1
Desconocido
(expuestos)
Desconocido
(responsables)
No temido
Baja
vulnerabilidad
Viejo
2
3
4
5
Conocido
(expuestos)
Conocido
(responsables)
Temido
Alta
vulnerabilidad
Nuevo
Poco grave
Muy grave
Involuntario
Voluntario
No evitable
Evitable
No controlable
Controlable
No catastrófico
Catastrófico
Inmediato
Demorado
Figura 11. Perfil característico del riesgo percibido para el Peligro “Rotura de presa de
Presa”
La Fig. 11 muestra que los atributos del riesgo que más alta puntuación reciben son el potencial
catastrófico que le atribuyen al peligro (A10), la gravedad del daño que este puede ocasionar (A6),
el temor ante el daño que se puede derivar del peligro (A3) y la percepción de vulnerabilidad, al
considerar la posibilidad que tienen de experimentar daños a consecuencia del mismo (A4). En un
segundo nivel se encuentran los atributos relacionados con el conocimiento personal sobre el
peligro (A1) así como el nivel de conocimiento que consideran tienen las diferentes autoridades en
el territorio sobre el mismo (A2).
En un nivel más bajo según la escala se ubican las percepciones sobre el control/fatalidad del daño
(A8) y (A9) evaluadas entre 2,0 y 2,2.
Como aspectos significativos aparecen: que los habitantes entrevistados consideran que el peligro
no es novedoso (A5), que se encuentran expuestos al mismo de manera involuntaria (A7) y que
consideran que sus efectos se sentirían de inmediato (A11), estas percepciones oscilan en valores
entre 1,9 y 2,3 según la escala.
�El análisis de regresión múltiple realizado para describir la influencia de las diferentes variables
(atributos) en la percepción del riesgo originada por el peligro “Rotura de presa“, arrojó como
ecuación de regresión múltiple:
G1=-0,61-0,08A1+0,28A2-0,12A3+0,15A4+0,36A5+0,32A6-0,07A7+0,23A8-0,19A9+0,40A10+0,06A11
La misma presenta un coeficiente de correlación múltiple positivo de 0,74, lo que denota, un grado
alto de correlación. En la ecuación puede apreciarse que las variables (atributos) que más peso
presentan son (A5), es decir la consideración sobre la novedad o antigüedad del peligro con un
coeficiente de regresión de 0,36, la gravedad del daño (A6) que de este peligro se deriva con un
coeficiente de regresión de 0,32 y el potencial catastrófico que le atribuyen al peligro (A10) con un
coeficiente de 0,40.
La Fig. 12 muestra el Perfil característico del riesgo percibido para el peligro “Rotura de Presa”
atendiendo a la variable sexo. Se observa que las mujeres le atribuyen un mayor nivel de
conocimiento y por consiguiente de confianza a los responsables en el manejo de este peligro pero
se reconocen vulnerables en mayor medida que los hombres ante el mismo aunque expresan menos
temor. El potencial catastrófico que le atribuyen ambos sexos resulta similar.
Al comparar en este perfil (Fig. 13), la percepción de los habitantes de la Veguita y del Reparto
Rolo Monterrey, se observa que en La Veguita sus pobladores se consideran más vulnerables y le
atribuyen mayor potencial catastrófico y gravedad a este peligro que los habitantes en Rolo
Monterrey, las diferencias en las percepciones se explican por una proximidad mayor de La Veguita
a la presa Nuevo Mundo aunque el peligro potencialmente es el mismo.
Los entrevistados entre los 30 y 60 años le atribuyen a este peligro mayor gravedad, y mayor
potencial catastrófico que los restantes grupos de edades. Los entrevistados mayores de 60 años se
consideran más vulnerables que el resto de los grupos de edades. (Anexo 6, Fig. 14)
Las personas entrevistadas con escolaridad de nivel primario, se consideran altamente vulnerables
frente a este peligro, atribuyéndole alto poder catastrófico y considerándolo como muy grave.
(Anexo 6, Fig. 15)
Los entrevistados del grupo “desocupados”, son los que expresan mayor temor ante este peligro y
quienes le atribuyen mayor gravedad. (Anexo 6, Fig. 16)
�Perfil característico del riesgo percibido
Rotura Presa
1
2
3
4
5
Desconocido
(expuestos)
Desconocido
(responsables)
Conocido
(expuestos)
Conocido
(responsables)
No temido
Temido
Baja
vulnerabilidad
Alta
vulnerabilidad
Viejo
Nuevo
Poco grave
Muy grave
Involuntario
Voluntario
No evitable
Evitable
No controlable
Controlable
No catastrófico
Catastrófico
Inmediato
Demorado
Ho mbres
Mujeres
Figura 12. Perfil característico para la variable sexos
Perfil característico del riesgo percibido
Rotura Presa
1
2
3
4
Desconocido
(expuestos)
Desconocido
(responsables)
5
Conocido
(expuestos)
Conocido
(responsables)
No temido
Temido
Baja
vulnerabilidad
Alta
vulnerabilidad
Viejo
Nuevo
Poco grave
Muy grave
Involuntario
Voluntario
No evitable
Evitable
No controlable
Controlable
No catastrófico
Catastrófico
Inmediato
Demorado
Veguita
Rolo Monterrey
Figura 13. Perfil del riesgo percibido comparando Veguita – Rolo Monterrey
�•
Percepción del peligro “Escape de sustancias tóxicas”
En la Tabla 5 se presentan los estadígrafos principales calculados para cada atributo y la medida del
riesgo global percibido del peligro “Escape de sustancias tóxicas”.
Tabla 5 Estadígrafos para el peligro “Escape de sustancias tóxicas”
Atributos del Peligro “Escape de sustancias tóxicas”
Estadígrafos
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
A8
A9
A10
A11
G
Media
3,0
3,6
3,8
3,8
2,3
4,2
2,1
2,3
2,1
4,1
1,7
4,0
Mediana
3
4
4
4
2
5
1
2
2
4
1
4
Moda
3
4
5
5
3
5
1
2
1
5
1
5
1,49
1,48
1,49
1,48
1,47
1,51
1,46
1,42
1,45
1,46
1,38
1,30
Máximo
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
Mínimo
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Desv. Estándar
Observaciones
90
En la Tabla 5 se aprecia que la medida del riesgo global (G1) asociada a este peligro es evaluada
por los entrevistados como alta. El valor que más se repite para esta pregunta de carácter global es
5, que es el valor máximo en la escala propuesta. El 50 % de los sujetos ubica su percepción en 4.
En promedio los sujetos se ubican en 4,00 (Riesgo alto). Así mismo se desvían de este valor como
promedio en 1.30 unidades de la escala. En general las puntuaciones tienden a ubicarse en valores
que abarcan toda la escala de medición.
La Fig. 17 muestra el perfil característico del riesgo percibido por los entrevistados para el peligro 2
“Escape de sustancias tóxicas”, en ella se muestra que los atributos del riesgo que más alta
puntuación muestran son el potencial catastrófico que le atribuyen al peligro (A10), la gravedad del
daño que este puede ocasionar (A6), el temor ante el daño que se puede derivar del peligro (A3) y la
percepción de vulnerabilidad al considerar la posibilidad que tienen de experimentar daños a
consecuencia del mismo (A4). En un segundo nivel se encuentran los atributos relacionados con el
conocimiento personal sobre el peligro (A1) así como el nivel de conocimiento que consideran
tienen las diferentes autoridades en el territorio sobre el mismo (A2).
Los habitantes entrevistados consideran que se encuentran expuestos a este peligro de manera
involuntaria (A7) y que sus efectos se sentirían de inmediato (A11), consideran además que el
peligro no es novedoso (A5), estas percepciones oscilan en valores entre 1,7 y 2,3 según la escala.
�Perfil característico del riesgo percibido
Esc. Sust. Tóxicas
1
2
Desconocido
(expuestos)
Desconocido
(responsables)
No temido
Baja
vulnerabilidad
Viejo
3
4
5
Conocido
(expuestos)
Conocido
(responsables)
Temido
Alta
vulnerabilidad
Nuevo
Poco grave
Muy grave
Involuntario
Voluntario
No evitable
Evitable
No controlable
Controlable
No catastrófico
Catastrófico
Inmediato
Demorado
Figura 17. Perfil característico del riesgo percibido para el Peligro “Escape de Sustancias
Tóxicas”
El análisis de regresión múltiple realizado para describir la influencia de las diferentes variables
(atributos) en la percepción del riesgo originada por el peligro “Escape de sustancias tóxicas”,
originó como ecuación de regresión múltiple:
G1=0,91+0,09A1-0,06A2+0,04A3+0,17A4+0,01A5+0,47A6+0,06A7-0,26A8+0,27A9+0,02A10+0,05A11
La misma presenta un coeficiente de correlación múltiple positivo de 0,59, lo que denota un grado
medio de correlación. En la ecuación puede apreciarse que las variables (atributos) que más peso
presentan son (A6), es decir la consideración sobre la gravedad del daño con un coeficiente de
regresión de 0,47, y el grado en que es posible evitar una situación de consecuencias negativas
derivadas de este peligro (A9) con 0,27.
La Fig. 18 muestra, de manera comparada, la percepción de los habitantes de La Veguita, el
Reparto Rolo Monterrey y Pedro Sotto Alba para el peligro Escape de Sustancias Tóxicas. Resulta
significativo que las percepciones más altas se obtienen en el Reparto Pedro Sotto Alba, ello está
dado por su mayor proximidad a la Empresa de ese mismo nombre.
La Fig. 19 muestra como los atributos o dimensiones del riesgo percibido, “temor, gravedad del
daño y potencial catastrófico” resultan similares para la variable demográfica “edad”.
�Perfil característico del riesgo percibido
Esc. Sust. Tóxicas
1
2
3
4
5
Conocido
(expuestos)
Conocido
(responsables)
Desconocido
(expuestos)
Desconocido
(responsables)
Temido
No temido
Alta
vulnerabilidad
Baja
vulnerabilidad
Nuevo
Viejo
Muy grave
Poco grave
Voluntario
Involuntario
Evitable
No evitable
Controlable
No controlable
Catastrófico
No catastrófico
Demorado
Inmediato
Veg uita
Rolo Mo nterrey
Ped ro So to Alba
Figura 18 Perfil del riesgo percibido comparando Veguita – Rolo Monterrey y Pedro Sotto
Alba
Perfil característico del riesgo percibido
Esc. Sust. Tóxicas
1
2
3
4
5
Conocido
(expuestos)
Conocido
(responsables)
Desconocido
(expuestos)
Desconocido
(responsables)
Temido
No temido
Alta
vulnerabilidad
Baja
vulnerabilidad
Nuevo
Viejo
Poco grave
Muy grave
Involuntario
Voluntario
No evitable
Evitable
No controlable
Controlable
No catastrófico
Catastrófico
Demorado
Inmediato
< 30 años
entre 30 y 60
> 60 años
�Figura 19. Perfil del riesgo percibido comparando grupos de edades.
Los entrevistados del sexo masculino, expresan ante el peligro Escape de Sustancias Tóxicas mayor
temor, atribuyéndole mayor gravedad y potencial catastrófico que las mujeres. (Anexo 6, Fig. 20).
Las personas entrevistadas con escolaridad de nivel primario se sienten las más vulnerables frente a
este peligro. (Anexo 6, Fig. 21).
Las amas de casa y los desocupados ubican su percepción sobre la vulnerabilidad por encima del los
restantes grupos ocupacionales. (Anexo 6, Fig. 22).
•
Percepción del peligro “Intensas Lluvias ”
En la Tabla 6 se presentan los estadígrafos principales calculados para cada atributo y la medida del
riesgo global percibido del peligro “Intensas Lluvias”
Tabla 6 Estadígrafos para el peligro “Intensas Lluvias”
Estadígrafos
A1
A2
A3
Atributos del Peligro “Intensas Lluvias”
A4 A5
A6 A7
A8
A9
Media
3,8
3,6
4,3
3,9
2,2
4,1
1,9
2,3
2,4
4,3
2,0
4,0
Mediana
4
4
5
4
2
4,5
1
2
2
5
1,5
4
Moda
5
4
5
5
2
5
1
1
2
5
1
5
Desv. Estándar
A10
A11
G
1,51 1,46 1,48 1,46 1,46 1,48 1,47 1,40 1,38 1,36 1,31
1,01
Máximo
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
Mínimo
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Observaciones
24
En la Tabla 6 se aprecia que la medida del riesgo global (G1) asociada a este peligro es evaluada
por los entrevistados como alta. El valor que más se repite para esta pregunta de carácter global es
5, que es el valor máximo en la escala propuesta. El 50 % de los sujetos ubica su percepción en 4.
En promedio los sujetos se ubican en 4,00 (Riesgo alto). Así mismo se desvían de este valor como
promedio en 1,01 unidades de la escala. En general las puntuaciones tienden a ubicarse en valores
que abarcan toda la escala de medición.
La Fig. 23 muestra el perfil característico del riesgo percibido por los entrevistados para el peligro 3
“Intensas Lluvias”, en ella se muestra que los atributos del riesgo que más alta puntuación muestran
son el potencial catastrófico que le atribuyen al peligro (A10), la gravedad del daño que este puede
ocasionar (A6), y el temor ante el daño que se puede derivar del peligro (A3). En un segundo nivel
�se encuentran los atributos relacionados con el conocimiento personal sobre el peligro (A1), así
como el nivel de conocimiento que consideran tienen las diferentes autoridades en el territorio sobre
el mismo (A2).
Los habitantes entrevistados consideran que se encuentran expuestos a este peligro de manera
involuntaria (A7) y que sus efectos se sentirían de inmediato (A11) consideran además que el
peligro no es novedoso (A5), estas percepciones oscilan en valores entre 1,9 y 2,0 según la escala.
Llama la atención que con respecto a este peligro es baja la percepción sobre la medida en que
pueden intervenir para controlar el daño que del mismo se derive (A8), así como la percepción con
respecto a la posibilidad de evitar que este peligro desencadene una situación de consecuencias
negativas (A9), los valores para ambas oscilan entre 2,3 y 2,4.
Perfil característico del riesgo percibido
Intensas lluvias
1
Desconocido
(expuestos)
Desconocido
(responsables)
No temido
Baja
vulnerabilidad
Viejo
2
3
4
5
Conocido
(expuestos)
Conocido
(responsables)
Temido
Alta
vulnerabilidad
Nuevo
Poco grave
Muy grave
Involuntario
Voluntario
No evitable
Evitable
No controlable
Controlable
No catastrófico
Catastrófico
Inmediato
Demorado
Figura 23 Perfil característico del riesgo percibido para el Peligro “Intensas Lluvias”
El análisis de regresión múltiple realizado para describir la influencia de las diferentes variables
(atributos) en la percepción del riesgo originada por el peligro “Intensas lluvias“, originó como
ecuación de regresión múltiple:
�G1=6,78-0,07A1-0,15A2-0,01A3-0,68A4+0,15A5+0,42A6-0,16A7-0,58A8+0,75A9-0,19A10-0,32A11
La misma presenta un coeficiente de correlación múltiple positivo de 0,70, lo que denota un grado
alto de correlación. En la ecuación puede apreciarse que las variables (atributos) que más peso
presentan son (A6), es decir la consideración sobre la novedad o antigüedad del peligro con un
coeficiente de regresión de 0,42, y la gravedad del daño (A9) que de este peligro se deriva con un
coeficiente de regresión de 0,75.
La Fig. 24 muestra como los habitantes entrevistados en el Reparto Pedro Sotto Alba expresan una
percepción menor que los habitantes del resto de los Repartos estudiados en cuanto al “temor, la
vulnerabilidad, la gravedad del daño y el potencial catastrófico”, y es relativamente baja su
percepción sobre el control de este peligro. Esto es significativo y pudiera explicar la negativa
sistemática de una parte de su población ante la necesidad de ser evacuados.
Perfil característico del riesgo percibido
Intensas lluvias
1
2
3
4
5
Conocido
(expuestos)
Conocido
(responsables)
Desconocido
(expuestos)
Desconocido
(responsables)
Temido
No temido
Alta
vulnerabilidad
Baja
vulnerabilidad
Nuevo
Viejo
Poco grave
Muy grave
Involuntario
Voluntario
No evitable
Evitable
No controlable
Controlable
No catastrófico
Catastrófico
Demorado
Inmediato
Veguita
Pedro Soto Alba
Rolo Monterrey
Río Mina
Figura 24. Perfil del riesgo percibido comparando los diferentes estratos estudiados
Las mujeres entrevistadas expresan mayor temor, y le otorgan mayor potencial catastrófico que los
hombres al peligro “Intensas lluvias”. (Anexo 6, Fig. 25),
�Los entrevistados mayores de 60 años, se siente más vulnerables y le atribuyen un potencial
catastrófico mayor a este peligro que las personas comprendidas en los restantes grupos de edades.
(Anexo 6, Fig. 26)
Las personas con nivel de escolaridad Superior, son las que mayor conocimiento sobre el peligro
manifiestan, mientras los entrevistados en el grupo de los “desocupados”, son los que expresan
mayor temor, considerándolo además como muy grave. (Anexo 6, Fig. 27 y 28)
•
Percepción del peligro “Huracanes ”
En la Tabla 7 se presentan los estadígrafos principales calculados para cada atributo y la medida del
riesgo global percibido para el peligro “Huracanes”
La medida del riesgo global (G1) asociada a este peligro es evaluada por los entrevistados como
media. El valor que más se repite para esta pregunta de carácter global es 5, que es el valor máximo
en la escala propuesta. El 50 % de los sujetos ubica su percepción en 4. En promedio los sujetos se
ubican en 3,5 (Riesgo medio). Así mismo se desvían de este valor como promedio en 1,02 unidades
de la escala. En general las puntuaciones tienden a ubicarse en valores que abarcan toda la escala de
medición.
Tabla 7 Estadígrafos para el peligro “Huracanes”
Atributos del Peligro “Huracanes”
Estadígrafos
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
A8
A9
A10
A11
G
Media
2,7
3,6
3,5
3,5
2,3
4,1
1,4
2,0
1,7
3,6
2,1
3,5
Mediana
3
4
4
4
3
4
1
2
1
4
2
4
Moda
3
5
5
4
3
5
1
1
1
4
2
5
Desv. Estándar
1,49 1,47 1,48 1,46 1,45 1,49 1,44 1,42 1,41 1,32 1,28
1,02
Máximo
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
Mínimo
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Observaciones
39
La Fig. 29 muestra el perfil característico del riesgo percibido por los entrevistados para el peligro 4
“Huracanes”, en ella se muestra que los atributos del riesgo que más alta puntuación muestran son
el potencial catastrófico que le atribuyen al peligro (A10), y la gravedad del daño que este puede
ocasionar (A6). En un segundo nivel se encuentran los atributos relacionados con el conocimiento
�que consideran tienen las diferentes autoridades en el territorio sobre el mismo (A2), el temor ante
este peligro (A3) y la percepción de vulnerabilidad ante la probabilidad de huracanes (A4).
Llama la atención que con respecto al peligro “Huracanes” es baja la percepción sobre la medida en
que pueden intervenir para controlar el daño que del mismo se derive (A8), así como la percepción
con respecto a la posibilidad de evitar que este peligro desencadene una situación de consecuencias
negativas (A9), los valores para ambas oscilan entre 1,7 y 2,0.
Perfil característico del riesgo percibido
Huracanes
1
Desconocido
(expuestos)
Desconocido
(responsables)
No temido
Baja
vulnerabilidad
Viejo
2
3
4
5
Conocido
(expuestos)
Conocido
(responsables)
Temido
Alta
vulnerabilidad
Nuevo
Poco grave
Muy grave
Involuntario
Voluntario
No evitable
Evitable
No controlable
Controlable
No catastrófico
Catastrófico
Inmediato
Demorado
Figura 29. Perfil característico del riesgo percibido para el Peligro “Huracanes”
El análisis de regresión múltiple realizado para describir la influencia de las diferentes variables
(atributos) en la percepción del riesgo originada por el peligro “Huracanes”, originó la ecuación de
regresión múltiple:
G1=1,87+0,15A1+0,17A2-0,02A3-0,19A4+0,11A5+0,36A6-0,10A7-0,33A8+0,10A9+0,26A10-0,28A11
La misma presenta un coeficiente de correlación múltiple positivo de 0,52, ello denota un grado
medio de correlación. En la ecuación puede apreciarse que las variables (atributos) con más peso
son (A6), es decir, la consideración sobre la novedad o antigüedad del peligro con un coeficiente de
�regresión de 0,42 y (A10), que representa el potencial catastrófico atribuido a este peligro cuyo
coeficiente de regresión es de 0,26.
La Fig. 30 muestra el perfil del riesgo percibido para el peligro “Huracanes” atendiendo a la
variable “edad”. Se observa que para los “adultos mayores”, tanto su conocimiento personal como
el que consideran tienen los responsables de las diferentes instituciones y organizaciones sobre este
peligro es mayor que para los grupos restantes de edades, de la misma forma la percepción sobre el
“temor, la gravedad de sus consecuencias y el potencial catastrófico” lo evalúan con puntuaciones
más altas, ello puede estar motivado por una experiencia mayor con respecto a sus consecuencias.
Perfil característico del riesgo percibido
Huracanes
1
2
3
4
5
Conocido
(expuestos)
Conocido
(responsables)
Desconocido
(expuestos)
Desconocido
(responsables)
Temido
No temido
Alta
vulnerabilidad
Baja
vulnerabilidad
Nuevo
Viejo
Poco grave
Muy grave
Involuntario
Voluntario
No evitable
Evitable
No controlable
Controlable
No catastrófico
Catastrófico
Demorado
Inmediato
< 30 años
entre 30 y 60
> 60 años
Figura 30. Perfil del riesgo percibido comparando grupos de edades
Los habitantes entrevistados en La Veguita y Río Mina, expresan mayor temor ante este peligro que
los habitantes del Reparto Rolo Monterrey, esto se explica por la ubicación de estos asentamientos y
el estado de sus viviendas. (Anexo 6, Fig. 31).
Las mujeres consideran el peligro “Huracanes” como muy grave y se siente ante el mismo, más
vulnerables que los hombres. (Anexo 6, Fig. 32).
�Las personas entrevistadas “sin escolaridad”, se siente como las más vulnerables frente a los
“Huracanes, expresan mayor temor ante este peligro y lo consideran como muy grave. (Anexo 6,
Fig. 33).
Los entrevistados en el grupo “desocupados”, expresan alta percepción en cuanto a la variable
“conocimiento”, tanto personal como el que le atribuyen a los responsables de la gestión del riesgo.
(Anexo 6, Fig. 34).
•
Percepción del peligro “Sismos ”
En la Tabla 8 se presentan los estadígrafos principales calculados para cada atributo y la medida del
riesgo global percibido del peligro “Sismos”
Tabla 8 Estadígrafos para el peligro “Sismos”
Estadígrafos
Atributos del Peligro “Sismos”
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
A8
A9
A10 A11
G
3,2
3,7
3,8
3,8
2,5
3,5
1,2
2,4
1,8
3,6
1,9
3,5
Mediana
3
4
4
4
2
4
1
2
1
4
1
4
Moda
3
4
5
4
2
4
1
3
1
4
1
5
Media
Desv. Estándar
1,44 1,64 1,67 1,69 1,74 1,80 1,84 1,83 1,88 1,84 2,00 1,63
Máximo
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
Mínimo
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Observaciones
13
En la Tabla 8 se aprecia que la medida del riesgo global (G1) asociada a este peligro es evaluada
por los entrevistados como media. El valor que más se repite para esta pregunta de carácter global
es 5, que es el valor máximo en la escala propuesta. El 50 % de los sujetos ubica su percepción en 4.
En promedio los sujetos se ubican en 3,5 (Riesgo medio). Así mismo se desvían de este valor como
promedio en 1,63 unidades de la escala. En general las puntuaciones tienden a ubicarse en valores
que abarcan toda la escala de medición.
La Fig. 35 muestra el perfil característico del riesgo percibido por los entrevistados para el peligro 5
“Sismos”, en ella se observa que los atributos del riesgo que más alta puntuación obtienen son el
potencial catastrófico que le atribuyen al peligro (A10), y la percepción sobre su vulnerabilidad
(A4) así como el daño que este puede ocasionar (A3). En un segundo nivel se encuentran los
�atributos relacionados con el conocimiento que consideran tienen las diferentes autoridades en el
territorio sobre el mismo (A2) y la gravedad del daño que le puede ocasionar este peligro (A6).
Se considera, además, el peligro sísmico como relativamente antiguo (A5) y baja la posibilidad de
intervenir para controlar el daño que este peligro puede causar (A9). Consideran además que los
efectos se producirían de inmediato (A11) y que se encuentran expuestos al mismo de manera
involuntaria (A7).
Perfil característico del riesgo percibido
Sismos
1
Desconocido
(expuestos)
Desconocido
(responsables)
No temido
Baja
vulnerabilidad
Viejo
2
3
4
5
Conocido
(expuestos)
Conocido
(responsables)
Temido
Alta
vulnerabilidad
Nuevo
Poco grave
Muy grave
Involuntario
Voluntario
No evitable
Evitable
No controlable
Controlable
No catastrófico
Catastrófico
Inmediato
Demorado
Figura 35. Perfil característico del riesgo percibido para el Peligro “Sismos”
El análisis de regresión múltiple realizado para describir la influencia de las diferentes variables
(atributos) en la percepción del riesgo originada por el peligro “Sismos” arrojó como ecuación de
regresión múltiple:
G1=12,56+3,28A1-1,93A2+2,57A3-2,95A4+1,45A5-0,87A6-10,10A7+0,39A8-0,97A9-1,11A10-2,85A11
La misma presenta un coeficiente de correlación múltiple positiva de 0,99 lo que denota un grado
muy alto de correlación. En la ecuación puede apreciarse que las variables (atributos) que más peso
presentan son el conocimiento sobre el peligro (A1), el temor ante la posibilidad de ocurrencia del
�mismo (A3) y la percepción sobre la inmediatez con la que experimentarían los efectos más nocivos
de este peligro (A11).
La Fig. 36 muestra como los sujetos con Nivel Superior de escolaridad evalúan la percepción sobre
la vulnerabilidad y el potencial catastrófico que consideran tiene este peligro con puntuaciones más
altas que las otorgadas por las personas entrevistadas con nivel de escolaridad de “Secundaria” y
“Media Superior”. Las personas con Nivel Superior evalúan su conocimiento personal sobre este
peligro con puntuaciones más altas que los grupos restantes y expresan un nivel menor de temor.
Perfil característico del riesgo percibido
Sismos
1
2
3
4
5
Conocido
(expuestos)
Conocido
(responsables)
Desconocido
(expuestos)
Desconocido
(responsables)
Temido
No temido
Alta
vulnerabilidad
Baja
vulnerabilidad
Nuevo
Viejo
Poco grave
Muy grave
Involuntario
Voluntario
No evitable
Evitable
No controlable
Controlable
No catastrófico
Catastrófico
Demorado
Inmediato
Media
Media Superior
Superior
Figura 36. Perfil del riesgo percibido para el Peligro. Sismos según nivel de escolaridad
Las mujeres entrevistadas, se sienten más vulnerables ante el peligro que representan los “Sismos”,
y le atribuyen mayor gravedad y potencial catastrófico que los hombres. (Anexo 6, Fig. 37).
El peligro “Sismos”, sólo se identifica por los habitantes del reparto Rolo Monterrey, esta cuestión
denota, insuficiente educación ambiental y cultura de la prevención. (Anexo 6, Fig. 38).
Las personas mayores de 60 años, se siente más vulnerable que los restantes grupos de edades,
consideran a este peligro como muy grave y expresan mayor temor que los restantes grupos de
edades. (Anexo 6, Fig. 39).
�Las “amas de casa” entrevistadas, expresan mayor temor y vulnerabilidad frente a este peligro, lo
consideran además como “muy grave”. (Anexo 6, Fig. 40).
2.3.5 Resumen de las entrevistas en profundidad a informantes claves en el territorio
Las ideas expresadas permiten conocer y corroborar que:
•
Se desarrollan acciones planificadas para la preparación en situaciones de desastres.
•
Teniendo como premisa que la capacitación resulta esencial para la prevención de los desastres,
en el territorio, existe un Programa de preparación para los Órganos de Mando y Dirección
(Consejo de Defensa Municipal, Consejo de Defensa de Zona y Órganos de Dirección de
Empresas y Entidades), dirigido a la capacitación sobre los principales peligros identificados
con una duración de 8 horas en el año.
•
Con el objetivo de elevar la preparación de los diferentes órganos de dirección y de la población
en general, se realizan los siguientes ejercicios en el año:
1. Ejercicio práctico de evacuación ante situaciones generadas por escapes de sustancias
tóxicas: este ejercicio se desarrolla fundamentalmente con la población del Consejo Popular
Rolo Monterrey por ser la población expuesta en mayor medida a este peligro.
2. Ejercicio práctico para la preparación de la población en caso de sismos: este ejercicio se
realiza fundamentalmente con la población de los Repartos de Las Coloradas, Caribe y
Miraflores
3. Ejercicio para la realización de los trabajos de salvamento y reparación de averías: se
dedican de 12 a 14 horas de preparación en el año a las fuerzas que participan en tareas de
salvamento y reparación de averías en particular de las industrias.
•
Todos los trabajadores en el Municipio reciben 5 horas de preparación para la Defensa Civil
durante el año e igualmente se cumple con el Programa para la Defensa Civil instituido en el
Sistema Educacional en todos los niveles.
•
Si bien se trabaja en la capacitación y preparación de los Órganos de Dirección, en opinión de
los especialistas, este aspecto es aún insuficiente, cuestión que se expresa en el desconocimiento
por parte de algunos Órganos de Dirección a Nivel de Empresa sobre la Legislación que norma
la Seguridad y Protección de la Población como por ejemplo: Ley 75, Decreto Ley 170, Decreto
Ley 262 y la Directiva No 1 del Vicepresidente del Consejo de Defensa Nacional.
•
En el territorio no se dispone de medios que permitan enfrentar desastres de gran magnitud. El
Cuerpo de Bomberos (Comando 30) no cuenta con todos los medios que su actividad demanda
y es insuficiente el número de medios de protección en manos de la población residente en las
inmediaciones de los objetivos químicos para enfrentar situaciones de desastre originadas por
�escapes de sustancias tóxicas. Este último aspecto representa una inquietud expresada
reiteradamente por la población, por lo que puede afirmarse que existe percepción sobre el
grado de vulnerabilidad al que la misma presenta.
•
El Consejo Popular de Rolo Monterrey resulta altamente vulnerable dada su ubicación aguas
abajo de la Presa Nuevo Mundo y la cercanía de varios objetivos con peligro químico, entre
ellos la Base de Amoníaco ubicada en la Empresa Puerto de Moa. Resulta, además, vulnerable
ante la posible entrada de enfermedades y plagas por la presencia del Puerto y el Aeropuerto.
•
El asentamiento de La Veguita perteneciente al Consejo Popular Rolo Monterrey clasifica como
altamente vulnerable dadas las condiciones de relativa marginalidad imperantes en este
asentamiento, estas condiciones se expresan en la precariedad de las viviendas existentes, el
índice de empleo, el bajo nivel cultural de su población, su ubicación en los límites de una
concesión minera y la posibilidad de un escape de Cloro proveniente de la Planta Potabilizadora
perteneciente a la Empresa Comandante Ernesto Che Guevara.
2.4 Conclusiones del estudio de caso realizado en el Consejo Popular Rolo Monterrey
•
La percepción del riesgo tiene opiniones divididas y es multidimensional, ya que intervienen
procesos socioculturales, valores, y las características de la personalidad individual, esta última,
condicionada por factores socioeconómicos, culturales, y las experiencias vividas por los
sujetos.
•
El peligro más sentido al ser identificado por un número mayor de personas es el peligro
“Escape de Sustancias Tóxicas”.
•
Los “Huracanes” son considerados un peligro de carácter natural que pudiera afectar el
territorio, sin embargo los datos históricos y el criterio de los expertos sobre este tipo de
fenómeno metereológico no respaldan esta percepción.
•
La percepción del peligro “Rotura de presa” se justifica por la proximidad de la Presa Nuevo
Mundo cuya rotura provocaría afectaciones a importantes objetivos económicos y sociales y a
la población ubicada en el área de inundación, además del cierre de las vías de acceso hacia los
puestos de dirección para caso de desastre de algunos objetivos económicos y zonas de defensa.
•
La percepción sobre el peligro “Intensas lluvias”, se explica por la frecuencia con que ocurre
este fenómeno dado el régimen de lluvias que caracteriza a la región y las inundaciones que se
registran frecuentemente.
•
Insuficiente conocimiento y educación frente al peligro sísmico.
�•
Otros peligros como “Accidentes catastróficos del transporte”, “Incendios de grandes
proporciones y “Graves epidemias”,
prácticamente no se identifican, lo que sugiere la
necesidad de información, comunicación y educación de la población al respecto.
•
Elevada vulnerabilidad social.
•
Insuficiente cultura de la prevención.
•
Insuficiente educación ambiental para la prevención del riesgo de desastres.
CONCLUSIONES DEL CAPÍTULO I1
•
La Filosofía de la Ciencia en su giro naturalista, así como los estudios en CTS, resultan
perspectivas teóricas válidas para realizar estudios de percepción social del riesgo en función de
hacer más eficiente y eficaz la reducción del riesgo de desastres.
•
El estudio de percepción de los peligros realizado en esta investigación representa el producto
de la triangulación metodológica y teórica asumida, constituyendo además, una crítica desde
una perspectiva en este sentido hasta ahora no contemplada al modelo de gestión del riesgo para
situaciones de desastres existente en Cuba.
•
Identificar las percepciones sobre los peligros naturales y tecnológicos empleando el paradigma
psicométrico al que se le adicione la percepción sobre la vulnerabilidad, representa un elemento
novedoso y útil para el desarrollo de una cultura de prevención del riesgo de desastre adecuada
al contexto, al posibilitar la profundización en el dominio del estudio del hombre, la
subjetividad y su realidad social en contextos de riesgos.
•
El estudio de la percepción del peligro y el riesgo en los diferentes actores locales, incluyendo
en ellos, a la comunidad, puede constituirse en la base para la construcción de un modelo para
la reducción del riesgo de desastres.
�CAPÍTULO III MODELO CONCEPTUAL PARA LA REDUCCIÓN DEL RIESGO DE
DESASTRES: UNA CONTRIBUCIÓN AL DESARROLLO LOCAL SOSTENIBLE
El Capítulo que se presenta analiza la problemática del riesgo para situaciones de desastres y la
importancia de su gestión en los marcos del desarrollo local sostenible al considerarse el riesgo
como una construcción social, dinámica y cambiante, diferenciado en términos territoriales y
sociales que requiere de la gestión del conocimiento y la comunicación como herramientas para el
desarrollo de una cultura de prevención.
A partir del análisis de las funciones previstas para los Centro de Gestión de Reducción del Riesgo,
se proponen acciones concretas de gestión del conocimiento que incorporan a la Sede Universitaria
como “Universidad en el Territorio”.
Se define un modelo conceptual para la reducción del riesgo de desastres como una contribución al
desarrollo local sostenible atendiendo a la necesidad de mejorar la forma en que se puede incidir y
explicitar entre los distintos actores sociales las múltiples dimensiones del riesgo, generando un
lenguaje común que permita el desarrollo de una cultura de prevención adecuada al contexto
teniendo en cuenta que las soluciones macro, no son suficientes para lograr la reducción del riesgo a
nivel local.
3.1 Desarrollo local 48 y gestión social del riesgo de desastres
El nivel adecuado para el estudio de los peligros, vulnerabilidades y riesgos, es el nivel regional local porque es en los escenarios locales, con los diferentes actores del desarrollo, donde se
configura el riesgo y en donde ocurre de manera recurrente un conjunto de desastres de diversas
magnitudes que afectan de manera importante el desarrollo y las condiciones de vida de las
poblaciones. Es también en el escenario local donde se deben establecer las prioridades de
intervención con el fin de modificar las causas y los factores que hacen que las poblaciones vivan en
riesgo, en los escenarios locales además, los procesos de toma de decisiones tienen una ubicación
privilegiada, pues existe una mayor cercanía entre Estado y Sociedad como espacio propicio para la
acción concertada. (Díaz, Chuquisengo y Ferradas, 2005).
48
“El concepto de desarrollo local lleva implícito la concepción de desarrollo, la cual no puede restringirse
solamente al crecimiento cuantitativo de la riqueza o del producto per cápita e incluye necesariamente la
dimensión social…” (León y Sorthegui: 11), los autores en el propio artículo añaden “…el desarrollo local ha
de conducir no solo a mayores niveles de sustentabilidad, sino también a mayor equidad, despliegue y
enriquecimiento de la individualidad y la vida colectiva, por tanto su dimensión única no es la económica, ni
se rige por criterios definidos estrechamente desde esta perspectiva ...” (León y Sorthegui: 25).
�El riesgo, producto de la interrelación de amenazas y vulnerabilidades es, al final de cuentas según
Lavell (s.f.:5), ”…una construcción social, dinámica y cambiante, diferenciado en términos
territoriales y sociales por lo que aún cuando los factores que explican su existencia pueden
encontrar su origen en distintos procesos sociales y en distintos territorios, su expresión más nítida
es en el nivel micro social y territorial o local porque es en estos niveles que el riesgo se concreta, se
mide, se enfrenta y se sufre, al transformarse de una condición latente en una condición de pérdida,
crisis o desastre” explicando más adelante que “….el riesgo global, total o de desastre se manifiesta
en territorios definidos y circunscritos, y es sufrido por individuos, familias, colectividades
humanas, sistemas productivos o infraestructuras ubicados en sitios determinados. Los desastres
tienen una expresión territorial definido que varía entre lo muy local hasta cubrir vastas extensiones
de un país o varios países”. (Lavell, s.f.:6)
Lo anteriormente analizado, no significa que el nivel local tenga autonomía absoluta en términos de
la concreción de los contextos de riesgo existentes o en términos de la intervención, dado que lo
local forma parte de una dinámica determinada por niveles más globales.
Sin embargo se considera conceptual y metodológicamente importante la Gestión Local del Riesgo
como derivado específico del término “Gestión del Riesgo”, término además sugerido y difundido
por LA RED desde 1995. 49
En la investigación se asumen las consideraciones hechas por Lavell (2003) sobre la gestión local
del riesgo de desastre como un proceso social cuyo fin es la reducción, la previsión y el control
permanente de dicho riesgo en la sociedad, en consonancia con el logro de pautas de desarrollo
humano, económico, ambiental y territorial sostenibles.
La gestión del riesgo es para Lavell (s.f.:8-9) “… no solo la reducción del riesgo, sino la
comprensión que en términos sociales se requiere de la participación de los diversos estratos,
sectores de interés y grupos representativos de conductas y modos de vida (incluso de ideologías y
de perspectivas del mundo, la vida, la religión) para comprender como se construye un riesgo
social, colectivo, con la concurrencia de los diversos sectores de una región, sociedad, comunidad o
localidad concreta…”. Resulta interesante la idea expresada por el autor en cuanto al hecho de que
49
En opinión de Lavell (2005a), la idea de la Gestión del Riesgo (GR), sugiere procesos complejos y de
importante arraigo en el componente social de la ecuación, de igual manera que la puesta de la atención en el
riesgo, también rescata estos mismos procesos, a la vez que hace evidente el aspecto más fundamental del
problema del desastre, o sea, la condición que permite que suceda. A raíz de estos cambios de concepción es
que surge con mayor fuerza después del año 2000, la noción de “reducción del riesgo de desastre” a diferencia
de “reducción de desastres”, término que nunca convenció, pero que de alguna forma reflejó la insistencia en
mantener el desastre en el centro de la ecuación.
�la gestión del riesgo no consiste simplemente en disminuir la vulnerabilidad, sino en la búsqueda de
acuerdos sociales para soportar o utilizar productivamente los impactos, sin eliminar la obtención
inmediata de beneficios, consideración que a nuestro juicio, articula con los principios esenciales
para el desarrollo sostenible.
En tal sentido, resulta importante considerar que la gestión del riesgo, no puede ser reducida a
intervenciones tecnológicas, sino que ella debe estar referida al proceso a través del cual la sociedad
en sus diferentes niveles de estructuración toma conciencia del riesgo, lo analiza y lo entiende,
considera las opciones y prioridades en términos de su reducción, considera los recursos disponibles
para asumirlo, diseña las estrategias e instrumentos necesarios para ello, negocia su aplicación y
toma la decisión de hacerlo para finalmente implementar la solución más apropiada en términos del
contexto concreto en que se produce o se puede producir el riesgo.
Según Lavell (2005a), la gestión del riesgo de desastres, es un proceso específico de cada contexto
o entorno en que el riesgo existe o puede existir. Además, es en opinión de este autor, un proceso
que debe ser asumido por todos los sectores de la sociedad y no como suele interpretarse,
únicamente por el gobierno o el Estado como garante de la seguridad de la población.
Lo anterior da la medida de por qué el riesgo no puede considerarse solamente de forma objetiva
cuando se consideran las opciones para su reducción, el riesgo es sujeto de múltiples
interpretaciones desde la perspectiva de actores sociales distintos. Estas subjetividades tienen que
ser tomadas en cuenta en la medida en que se desee encontrar soluciones factibles y eficaces para
los problemas reales o aparentes que se enfrentan en el nivel local, por lo que resulta de inestimable
valor el conocimiento sobre las percepciones del riesgo en los diferentes actores sociales así como
la participación de las poblaciones afectadas o en riesgo si se asume la consideración de que es el
riesgo el concepto fundamental por su carácter dinámico y social y no el desastre propiamente en
tanto este constituye un producto peculiar.
La gestión del riesgo es definida por Keipi, Bastidas y Mora (2005:8) “… como el proceso que
permite identificar, analizar y cuantificar las probabilidades de pérdidas y efectos secundarios que
se desprenden de los desastres, así como de las acciones preventivas, correctivas y reductivas
correspondientes que deben emprenderse…”, los autores señalan la importancia de desarrollar la
capacidad preventiva y de respuesta de los países, la que en oportunidades diversas se ha visto
inhibida por el conocimiento técnico insuficiente, el pobre desarrollo institucional y la aplicación
incompleta de instrumentos preventivos, lo que ha condicionado una orientación mayormente
dirigida hacia los planes de emergencia con inspiración reactiva, los cuales se aplican a los efectos y
no a las causas.
�Es preciso considerar además la creación, como refieren Díaz, Chuquisengo y Ferradas (2005:5758) de “redes de gestión de riesgo” a partir del conocimiento. Deberá tenerse en cuenta lo planteado
por Gutiérrez (s.f) cuando reconoce que el acceso al conocimiento, su difusión y aplicación
consecuente en contextos, no sólo resulta necesario para alcanzar el desarrollo, sino también para
alcanzar el control sobre los procesos tecnológicos y la regulación del riesgo. Ante la “invisibilidad”
de los riesgos, es el saber lo que permite “reconocerlos” y “darles existencia”. Sin embargo, el saber
también puede negarlos, o transformarlos ya sea minimizándolos o dramatizándolos, como afirma
en su artículo América Latina ante la Sociedad del Riesgo Gutiérrez (s.f). Ideas similares aporta
Sequeira (2004) en sus reflexiones sobre el papel de la información y el conocimiento adecuado
para la gestión de centros de información en desastres
La participación comunitaria es otro asunto vital para la gestión local del riesgo refieren Keipi,
Bastidas y Mora (2005), lo que tiene según los autores, sus razones y fundamentos en el hecho
evidenciado de que, en caso de cualquier tipo de desastre, quienes reaccionan en primer lugar y
conocen mejor sus amenazas son los pobladores y autoridades locales, porque son además, los más
interesados en promover su propio desarrollo y bienestar.
De igual forma, las estrategias para la gestión local del riesgo propuesta por Díaz, Chuquisengo y
Ferradas (2005:55), consideran la necesidad de la participación comunitaria sugiriendo las
siguientes cuestiones:
a) Reconciliar o concertar los imaginarios de la gente propiciando un acercamiento entre la ciencia
y la técnica con los conocimientos tradicionales y saberes locales. Esto permitirá definir propuestas
adaptadas a la realidad y fácilmente comprensibles por la gente.
b) Afirmar la cultura de la participación: facilitando a la población las herramientas, conceptos,
técnicas e información requerida para una adecuada gestión colectiva de riesgo y propiciar
mecanismos de coordinación y consulta que permitan a todos la toma de decisiones.
c) Articular la comunicación y el diálogo: formalizando los mecanismos y canales de diálogo entre
las diversas instituciones.
d) Negociación de conflictos y la acción concertada: aceptar y reconocer la existencia de intereses y
propuestas diferenciadas como paso clave para el proceso de diálogo y negociación, sobre la base
de consensos.
El proceso de gestión del riesgo para la reducción de desastres tiene dos puntos de referencia
temporal, con implicaciones sociales, económicas y políticas distintas: “…un primer referente es,
efectivamente, el presente y la vulnerabilidad, amenazas y riesgo ya construidos, los cuales ayudan
a revelar o descubrir eventos. El segundo referente temporal se refiere al futuro, al riesgo nuevo que
�la sociedad construirá al promover nuevas inversiones en infraestructura, producción, asentamientos
humanos etc.” (Lavell, 2003:32). Se trata de los niveles de riesgo que existirán con el proceso de
crecimiento de la población y de la infraestructura lo que sugiere la necesidad de proyectar la
gestión prospectiva del riesgo.
La gestión prospectiva del riesgo resulta esencial para ejercer un control sobre el riesgo futuro, y
puede desarrollarse a partir de la instrumentación en sistema de una serie de mecanismos, según
propone Lavell, (2003:34)
1. La introducción de normatividad y metodologías que garanticen que todo proyecto de inversión
analice sus implicaciones en términos de riesgo nuevo y diseñe los métodos pertinentes para
mantener el riesgo en un nivel socialmente aceptable. En este sentido se requiere que el riesgo
reciba el mismo peso que aspectos como el respeto del ambiente y el enfoque de género en la
formulación de nuevos proyectos.
2. Crear normativa sobre el uso del suelo urbano y rural que garantizara la seguridad de las
inversiones y de las personas. Además que sea factible y realista en términos de su
implementación. Para esto son claves los planes de ordenamiento territorial.
3. La búsqueda de usos productivos alternativos para terrenos peligrosos, como puede ser el uso
recreativo y para agricultura urbana dentro de las ciudades.
4. Impulsar normativa sobre el uso de materiales y métodos de construcción que sean
acompañados por incentivos y opciones para que la población empobrecida acuda a sistemas
constructivos accesibles y seguros, utilizando materias locales y tecnologías baratas y
apropiadas.
5. El fortalecimiento de los niveles de gobiernos locales y comunitarios, dotándolos de la
capacidad para analizar las condiciones de riesgo y de diseñar, negociar e implementar
soluciones con bases sólidas y a la vez flexibles y viables.
6. Procesos continuos de capacitación de amplios sectores de la sociedad que inciden en la
creación de riesgo y en la sensibilización y conciencia sobre el mismo.
7. Fortalecer las opciones para que los que sufren el riesgo demanden legalmente a los que lo
provoquen. Esto sería la continuación lógica de las penalidades en contra de aquellos que
contaminen el ambiente o que provoquen riesgo en el tránsito de personas y bienes.
8. Instrumentar esquemas de uso de los ecosistemas y recursos naturales en general, que
garanticen la productividad y la generación de ingresos en condiciones de sostenibilidad
ambiental. Conservación y regeneración de cuencas hidrográficas.
�9. Reformar los currículos escolares de tal manera que consideren de forma holística la
problemática de riesgo en la sociedad, sus causas y posibles mecanismos de control, y no
solamente como prepararse y responder en casos de desastre.
10. El fomento de una cultura global de seguridad o una cultura de gestión continua de riesgo.
11. Promoviendo “ascensores” entre las iniciativas y necesidades sentidas en el nivel local y los
formuladores de políticas en el nivel regional y nacional, de tal forma que se alimenta
continuamente el proceso de transformación legislativa en beneficio de la reducción del riesgo.
12. Introduciendo o fortaleciendo incentivos económicos para la reducción del riesgo, como son,
por ejemplo, primas de seguros más favorables a las actividades y construcciones de más bajo
riesgo.
3.2. La gestión social del riesgo de desastres: un modelo conceptual
La construcción de modelos es algo inherente al proceso de conocimiento, proceso este que se
caracteriza por una sucesión de elaboraciones y sustituciones de modelos. Un modelo es una
estructura conceptual que sugiere un marco de ideas para un conjunto de descripciones que de otra
manera no podrían ser sistematizadas. “En todas las esferas de la actividad, la modelación actúa,
(…) como cierto tipo de mediación, en la cual, la asimilación práctica o teórica del objeto, se realiza
por medio de un eslabón intermedio especial: el modelo (…) la modelación como cualquier otro
procedimiento cognoscitivo, no constituye un acto subjetivo puramente arbitrario…” (Ursul et al.,
1985:130)
Resulta importante destacar la utilidad de los modelos como construcciones intelectuales que
posibilitan el estudio del objeto de interés para el investigador y que permiten que este sea
manejable. En opinión de Levins (2008:195), “…un buen modelo debe ser realista, general y
preciso…” aunque reconoce que no es posible satisfacer todos estos criterios a la vez, “... por lo
tanto abstraemos el objeto de la realidad, limitando la extensión del modelo, su escala, y los
fenómenos incluidos…” consideración asumida en el modelo propuesto en esta investigación.
Los modelos parten de diferentes presupuestos teóricos y filosóficos. La eficacia de un modelo
social en particular, depende del lugar, momento y tipo de población al cual se dirija. En el mundo
del “desarrollo”, no existen problemas ni soluciones universales afirma Souza (2005) “Por incluir
seres humanos, los problemas del desarrollo no son resueltos; son problemas cambiantes a ser
interpretados contextualmente y manejados localmente (…). Por eso, el desarrollo no se somete a
modelos universales, que no son malos sino irrelevantes localmente. Para “diferentes” grupos, las
condiciones de bienestar socialmente relevantes, culturalmente aceptables, económicamente viables
�y éticamente defendibles emergen de “diferentes” esfuerzos de innovación contextualizados a partir
de sus historias locales”.
Existen multiplicidad de elaboraciones teóricas, a las cuales se le han llamado “modelos teóricos”,
entre los que es posible mencionar los siguientes: (Ramiro, s.f.)
Modelos del cambio social
Modelos de suministros
Modelos de orientación sistemática
Modelos de apoyo social
Modelos de objetivos
Modelos ecológicos
Modelos de actuación.
Estas teorías representan el estudio desde posiciones muy amplias (como son los modelos referidos
al cambio social), los que se dedican a un aspecto específico (los modelos de objetivos) y hasta los
que abordan cuestiones de método y se dirigen a la intervención comunitaria.
A tenor de las diferencias que presentan estos modelos Sánchez (1991), considera que se pueden
dividir en dos grandes grupos:
• Modelos analíticos: Que se dividen en globales o sociales y psicosociales
• Modelos operativos.
Los analíticos globales o sociales son aquellos que se centran en el marco global socio-cultural del
desempeño comunitario, permitiendo relacionar los fenómenos psicosociales con sus determinantes
y correlatos macro sociales. Los psicosociales se inscriben en el nivel mesosocial, ligando dos
términos básicos; individuo y sistema social a varios niveles.
En los modelos operativos se pueden distinguir; los más conceptuales y valorativos que defienden
los objetivos o metas de actuación y los más formales, dinámicos y relacionales, que centrándose en
la acción y sus efectos, guían y orientan la realización de la intervención comunitaria. Es
verdaderamente difícil orientarse en el infinidad de modelos, aportes, criterios y teorías por un lado,
y por el otro lado, propuestas de programas de intervención, que muestran las dimensiones del
método científico comunitario y sus diversas aplicaciones en los distintos contextos en los cuales es
difícil ver la correlación con su marco teórico contextual.
El modelo propuesto en la presente investigación, es una herramienta teórica para la prevención del
riesgo de desastres cuyo objetivo es articular diversos saberes y disciplinas que han alcanzado
�distintos grados de desarrollo50, y que son esenciales para la gestión del riesgo de desastres a nivel
local al permitir visualizar el riesgo de desastre como problema ambiental que requiere de cambios
en el orden cultural.
Para la formulación del modelo se toma como premisa fundamental el enfoque marxista, que
considera el contexto histórico social concreto como elemento esencial para la generación del
conocimiento, lo que posibilita la asunción de las particularidades del sistema social cubano, en
tanto prisma para la interpretación de la prevención del riesgo de desastres.
La estructura que se le ha conferido al modelo no puede considerarse definitiva y, de hecho, da pie a
la inclusión de otros elementos y al desarrollo de nuevas investigaciones. La introducción de otros
elementos podría propiciar el estudio de nuevas relaciones y las modificaciones del modelo
permitirían el necesario enriquecimiento del mismo y el mejoramiento de su heurística.
Los principios en que se sustenta el modelo son:
9 Carácter crítico: presenta una visión hasta ahora no contemplada en Cuba sobre la prevención
para la reducción del riesgo de desastres, tomando en consideración a la Filosofía de la Ciencia
en su giro naturalista y a los Estudios en Ciencia, Tecnología y Sociedad.
9 Consistencia lógica: se refiere a la lógica interna de sus partes, las proposiciones que la
integran están interrelacionadas entre sí, no existen repeticiones, contradicciones internas o
incoherencias entre ellas.
9 Carácter abstracto: no hace referencia a cosas u objetos tangibles e integra en su
configuración conceptualizaciones propias de diferentes campos de conocimiento, no obstante,
el modelo conserva la autonomía relativa de cada campo de saber.
9 Es icónico: introduce una representación gráfica en la que se recoge la problemática.
9 Flexibilidad: por la posibilidad de aplicarse a otros contextos, y por su capacidad de
actualización y reajuste. En un análisis de riesgo, el contexto, la capacidad de la gestión y los
actores relacionados determinan los límites, las razones, el propósito y las interacciones a
50
Una propuesta de mapa conceptual para las áreas de investigación de riesgos, crisis y desastres es
desarrollado en España por (Cortés, 2002).
�considerar. Cualquier análisis que se realice debe ser congruente con el contexto y tenerlo en
cuenta en todos los aspectos que le sean relevantes, de lo contrario el análisis del riesgo y por
consiguiente su gestión, sería totalmente inútil e irrelevante.
9 Parsimonia: se entiende como sencillez, cualidad deseable que no significa superficialidad,
sino que permite explicar mayor cantidad de fenómenos con menos proposiciones.
9 Generalidad: viene dada por la capacidad de de su extensión a otros contextos. La
multiplicidad de relaciones que demanda el conocimiento de lo social, exige una visión lo más
totalizadora posible, que contenga la conexión entre el todo y lo singular, la que no es posible
abarcarla con una actitud reduccionista.
9 Participativo: la gestión para la reducción del riesgo de desastres, guarda estrecha relación con
los temas de gobernabilidad, coordinación interinstitucional y participación ciudadana. En este
sentido, la comunidad local es un actor principal con intereses legítimos sobre su hábitat y
medio ambiente y que como actor activo no sólo tiene el interés sino el derecho y la
responsabilidad de tomar acciones para prevenir daños ocasionados por los fenómenos
naturales, las actividades industriales y su propia actividad cotidiana. (PNUMA, 2001)
•
Modelo conceptual.
El modelo para la reducción del riesgo de desastres que se propone (Fig. 41), parte de la relación
naturaleza - cultura – desarrollo como totalidad compleja teniendo en cuenta para ello el enfoque en
sistema51 como modo de pensar las relaciones, e interconexiones en contextos, así como el hecho de
que ninguno de los elementos que lo conforman puede ser reducido al otro, conservando su
identidad, y el sistema de contradicciones que le es inherente.
En el análisis contextual de la relación naturaleza - cultura – desarrollo, se toman como puntos de
partida los criterios antes abordados, así como la comprensión de la tecnología en su sentido
amplio, considerando a esta elemento cultural que modifica gradualmente y de forma sustancial el
entorno natural, generando a su vez un conjunto de peligros e incrementando la vulnerabilidad y por
51
“Por sistema, queremos decir una conceptualización de una parte de la realidad definida por un conjunto de
elementos interrelacionados. Los elementos pueden ser, moléculas, organismos, máquinas o incluso conceptos
abstractos (…). El comportamiento y las propiedades de un sistema surgen no solo de las propiedades de sus
elementos constituyentes, sino también en gran medida de la naturaleza e intensidad de las interrelaciones
dinámicas entre ellas. Esto es especialmente cierto en los sistemas socio ecológicos, que podemos definir
como las unidades básicas para el desarrollo sostenible” (Gallopín et al., 2008:37).
�consiguiente los riesgos. Se subraya además la necesidad de incorporar la comunicación del riesgo a
la cultura de la prevención de desastres como herramienta para la gestión social del riesgo, y el
desarrollo sostenible a nivel local.
La contextualización de la relación naturaleza – cultura – desarrollo en el modelo propuesto,
requiere de una dimensión relacional, considerada por la autora de primer orden, dadas sus
implicaciones para la prevención del riesgo de desastres. Esta dimensión integra como elementos
esenciales: los principios morales, la gestión del conocimiento y las decisiones políticas, sin los
cuales, no es posible garantizar la sostenibilidad a largo plazo, razón por la cual, debe permear la
gestión del riesgo en todas sus fases y momentos.
Los principios morales, la gestión del conocimiento y las decisiones políticas, se operacionalizan en
las acciones y funciones de los Centros de Gestión para la Reducción del Riesgo, dirigidas como su
nombre indica, a la gestión del riesgo de desastres, cuyo fin, es la prevención y el control del riesgo
en consonancia con pautas de desarrollo humano, económico, ambiental y territorial, proceso que
requiere de la comunicación del riesgo de desastres como herramienta para el desarrollo de la
cultura de prevención y de la educación ambiental de los actores locales. Por la trascendencia de la
gestión del conocimiento, de la comunicación del riesgo y de la cultura de prevención como
herramientas en la gestión para la reducción del riesgo de desastres, se desarrollan los epígrafes
3.2.1 y 3.2.2
El modelo incorpora la percepción de los actores locales sobre los peligros y riesgos, incluyendo en
entre los actores, a las comunidades y asentamientos humanos en el territorio, así como a los medios
de comunicación, los que pudieran contribuir a modelar las percepciones sobre los peligros en los
diferentes actores locales, ampliando y modelando sus imaginarios sobre el riesgo en la misma
medida en que describe las especificidades de los escenarios de riesgo construidos. Ello debe
constituir una línea de trabajo específica del CGRR atendiendo a lo anteriormente planteado.
•
Escenarios de riesgo
Los escenarios son, descripciones narrativas de conjeturas, riesgos y factores ambientales, y
constituyen una secuencia de eventos futuros. Los escenarios de riesgo, asumen un carácter
hipotético, aportan información consistente, relevante, reveladora, verosímil y clara sobre el futuro,
por lo que resulta una historia sobre lo que podría suceder, y no necesariamente sobre lo que
sucederá.
La construcción de escenarios de riesgo se hace a partir de la interacción que puede darse entre un
peligro o amenaza con las vulnerabilidades presentes en los territorios. El objetivo principal es tener
�una visión global de roles e interacciones para identificar prioridades en las intervenciones a
desarrollar.
Si importante es identificar, cuantificar y estimar el peligro, es mucho más importante aún, el
conocer y analizar los factores de vulnerabilidad que presentan los diversos escenarios, entiéndase,
las principales concentraciones poblacionales, las principales áreas de desarrollo agropecuario,
minero, piscícola, forestal e industriales, las reservas naturales, las cuencas hidrográficas entre
otros.
El escenario de riesgo debe representar y permitir identificar el tipo de daños y pérdidas que puedan
producirse en caso de presentarse un peligro en condiciones dadas de vulnerabilidad. Existen
diferentes formas de representar dicho escenario: desde un mapa de riesgos hasta un cuadro que
relacione las diferentes variables consideradas, y sus efectos. 52
•
Percepción del riesgo
Es particularmente importante para establecer cuáles son los escenarios de riesgo, tener presentes
las percepciones de riesgo de las personas y el contexto socioeconómico y ambiental en que viven
“El concepto de riesgo delimita, (…), un peculiar estado intermedio entre seguridad y destrucción,
donde la percepción de riesgos amenazantes determina pensamiento y acción”. (Beck, 2000:10)
La gestión para la reducción del riesgo de desastres requiere de un estudio que evidencie cuáles son
las percepciones que tienen los diferentes actores sobre los riesgos a los que pueden estar expuestos
y se realiza con la finalidad de identificar las necesidades de información existentes en el público,
ello implica detectar las necesidades sociales de comunicación presentes en determinadas
condiciones. Las nuevas tendencias en materia de amenazas y vulnerabilidad ponen en entredicho
procedimientos y métodos tradicionales y exigen abordar la evaluación del riesgo en forma integral
y exhaustiva.
•
Comunicación del riesgo
El cuadro de la izquierda en la Fig. 41, incluye la comunicación del riesgo de desastres como
elemento esencial para el desarrollo de la cultura de prevención, (entendida la comunicación como
comunicación para el desarrollo), al mismo tiempo se incluyen ambas en el ámbito de la educación
ambiental al considerar el desastre como un problema ambiental que implica una ruptura con el
desarrollo y por consiguiente una problemática para la gestión ambiental del territorio. (Ver,
epígrafe 3.2.2).
•
52
Educación Ambiental
DPAE - FOPAE. Capítulo II: El escenario de riesgo y su construcción. [en línea]. Colombia. [Consultado:
29/01/07]. Disponible en: http://www.sire.gov.co/portal/page/portal/sire/componentes/formacionComunidad/
Documentos/dpae3/cdos_9.html
�En la actualidad, la configuración progresiva de nuevas formas de emergencias y desastres,
especialmente en el espacio el urbano, sitúa los problemas de la degradación ambiental como un
punto central de análisis, ello alude a modos particulares de interrelación entre múltiples
transformaciones ambientales urbanas - físicas, naturales, sociales y políticas. Sin embargo, como
ha sido típico en los estudios de desastre, se ha prestado mayor atención a los fenómenos físicos
detonadores y a los impactos y respuestas a estos eventos, particularmente los referidos a la
vulnerabilidad estructural o física de las edificaciones, que al contexto concreto del desastre y a los
procesos históricos que han conformado las condiciones de riesgo y vulnerabilidad social de las
ciudades afectadas.
En materia de desastres, el concepto se refiere a las importantes alteraciones ambientales que éstos
generan y que, en cierto sentido, los definen como tales. Esto plantea otro motivo más para despojar
el concepto de medioambiente de las connotaciones que lo reducen a "entorno natural", resultando
clave asumir que la totalidad ambiental está configurada por "lo natural, lo físico, lo social, y lo
político en sentido amplio. Por esta vía, se comprende la importancia de la Educación Ambiental en
su sentido más amplio.
La Educación Ambiental para la prevención del riesgo de desastres, deberá ser entendida como un
proceso permanente, no restringido a ningún ámbito educativo en particular y cuyo objeto principal,
aunque con diferencias de contexto, lo constituya la preparación de las personas para que sean coresponsables en la protección y conservación de los ecosistemas en que habitan, y sobre todo una
progresiva tendencia hacia la visión del desastre como construcción social y problema ambiental.
Desde el punto de vista de la prevención de desastres, el papel fundamental de la Educación
Ambiental consiste en formar conciencia de que la protección del medio es una acción social
indispensable, y en aportar conocimientos y capacidades para actuar con este horizonte.
Este es un punto sumamente sensible según afirma Delgado (2007), pues en su opinión, no se trata
simplemente de restablecer equilibrios, o de encontrar tecnologías mejores o peores para alcanzar la
sostenibilidad, sino que es preciso, superar la consideración cultural que presupone la idea
dicotómica y reductora de la naturaleza a entorno exterior, que persiste hoy en la sociedad
occidental.
•
Cultura de la prevención
La cultura de prevención del riesgo, ha de proveer al hombre de un marco conceptual que permita la
orientación de los sujetos en la complejidad de las condicionantes del desastre como fenómeno
social y problema ambiental. La cultura de prevención es “… un cuadro de comportamiento
racional y estable que, generalizado en una sociedad, se caracteriza por la práctica habitual de la
�acción colectiva anticipada y sistemática para tratar de evitar que los desastres ocurran y, en caso
de que ello no resulte posible, para amenguar sus efectos y, por otra parte, para reducir la
vulnerabilidad.”53 (Beltrán, 2005a:33)
Nuevos enfoques de educación formal y no formal, capacitación y comunicación se hacen
necesarios para que los ciudadanos identifiquen la vulnerabilidad como elemento clave en la
construcción del riesgo y por lo tanto del desastre. Es necesario que las personas tomen conciencia
que el riesgo es posible intervenirlo o modificarlo al reducir las condiciones de vulnerabilidad, y
comprendan que, los fenómenos de la naturaleza son amenazas o peligros en la medida en que los
asentamientos humanos son vulnerables.
Para Delgado (2007), en el transcurso del desarrollo de la cultura occidental el hombre ha perdido la
capacidad de producir una reflexión valorativa múltiple, que en ocasiones hace ver el lado
económico de las cosas, o el humano, o el natural, o el social, o el político, y con frecuencia el valor
económicamente entendido se superpone al resto de las formas de valoración humana.
La cultura de la prevención es esencial pues hasta el presente el énfasis ha estado puesto
mayormente en los preparativos y la respuesta como fases del ciclo de reducción de desastres.
La consideraciones antes hechas, permitiría el desarrollo de una eficaz gestión social del riesgo en
todas las fases del ciclo de reducción de desastres y una contribución estratégica al desarrollo local
sostenible como se sugiere en el cuadro de la derecha en la Fig. 41.
•
Ciclo de reducción de Desastres
El ciclo de reducción de desastres prevé las actividades relacionadas con la prevención, los
preparativos, la respuesta y la recuperación, para cada uno de los peligros apreciados en los
territorios, cuyo contenido tendrá en cuenta lo siguiente:54
La prevención: se realiza permanentemente y constituye la etapa más eficaz de la reducción de los
desastres, incluyendo medidas relacionadas con la reducción de la vulnerabilidad y el
fortalecimiento de los sistemas de vigilancia y pronósticos, así como el cumplimiento de los
requerimientos impuestos a las inversiones que se deben realizar en la etapa de proyecto durante el
proceso de compatibilización del desarrollo económico y social con los intereses de la Defensa
Civil. En el caso de las situaciones de desastre de origen tecnológico se incluye el incremento de las
medidas de seguridad y en las de origen sanitario las medidas de bioseguridad de las instalaciones
53
El subrayado en negritas corresponde a la autora.
CUBA. Directiva No. 1 del Vicepresidente del Consejo de Defensa Nacional. Para la planificación,
organización y preparación del país para situaciones de desastres, ANEXO NO. 2 “IDEA GENERAL PARA
ORGANIZAR EL PROCESO DE REDUCCIÓN DE DESASTRES EN EL PAÍS”. La Habana, 2005. p. 2223
54
�de crianza y desarrollo de las especies. La divulgación de las medidas de Defensa Civil constituye
también una importante medida preventiva
Los preparativos: medidas y acciones que aseguran una respuesta óptima e incluye la elaboración
de las decisiones y los planes de reducción de desastres y su actualización, así como la preparación
de todas las categorías de personal. Comprende además las actividades que se desarrollan antes del
impacto de un peligro, con el objetivo de reducir sus daños.
La respuesta: medidas y acciones que comienzan cuando es inminente el impacto de un peligro
potencialmente destructivo o cuando este ocurre. Se define como el ejercicio de la dirección y el
mando para la conducción de las acciones, sobre la base de las decisiones y los planes de reducción
de desastres aprobados en cada instancia. Se planifica teniendo en cuenta el establecimiento de las
fases previstas para cada peligro de desastre.
La recuperación: medidas y acciones que comienzan cuando se aprecia que el peligro ha dejado de
afectar el territorio y no representa una amenaza para el mismo o esté controlada la situación que
originó la respuesta. Incluye dos etapas, la rehabilitación y la reconstrucción; la rehabilitación estará
dirigida al restablecimiento de los servicios más importantes, entre ellos, el abastecimiento de agua,
la elaboración de alimentos, la asistencia médica y el suministro de energía eléctrica. Comprende
además el proceso de evaluación de daños y la atención a los damnificados; la reconstrucción se
encaminará a la construcción y recuperación de edificaciones, instalaciones de todo tipo y de la
infraestructura.
Para alcanzar niveles más eficientes y eficaces en la información y divulgación de las medidas de
protección de la población y la economía en todo el ciclo de reducción de desastres se requiere de
una estrategia de comunicación científicamente fundamentada y de las campañas de propaganda
anuales correspondientes55, es por eso que se considera en la presente investigación de
extraordinaria importancia el estudio de las percepciones sobre los peligros y riesgos en los
territorios.
Convivir con el riesgo, no es aceptarlo, es tratarlo adecuadamente para minimizar su impacto, por
ello, es indispensable la Gestión del Riesgo como un reto para conquistar el desarrollo sostenible de
la sociedad cubana.
La gestión del riesgo, requiere de la gestión del conocimiento y ocupa por esta razón un lugar clave
en el modelo propuesto, consideraciones al respecto se desarrollan en el epígrafe 3.2.1.
55
CUBA. Directiva No. 1 del Vicepresidente del Consejo de Defensa Nacional. Para la planificación,
organización y preparación del país para situaciones de desastres. “LA INFORMACIÓN Y DIVULGACIÓN
DE LAS MEDIDAS DE DEFENSA CIVIL EN LA REDUCCIÓN DE DESASTRES. La Habana, 2005. p. 39
�Naturaleza - Cultura - Desarrollo
Principios Morales
Gestión del
Conocimiento
Educación Ambiental
Cultura de prevención
Comunicación
del Riesgo
de Desastres
Actores Locales
Gobierno
Municipal
Decisiones
políticas
Desarrollo Local Sostenible
Centro de
Gestión para
la Reducción
de Riesgos
Medios de comunicación
Gestión del Riesgo
Ciclo de
Reducción
de Desastres
Escenarios de Riesgos
Percepción
Figura 41. Modelo conceptual para la reducción del Riesgo de Desastres y su relación con el
Desarrollo Local
3.2.1 Gestión del conocimiento para la gestión del riesgo de desastres
En el espacio local, los riesgos difícilmente pueden separarse, están ligados a los procesos agrícolas,
al manejo de suelos, de construcción de viviendas, al turismo y otros, son parte integrante del
desarrollo local, cuestión sensible en los territorios en particular con actividades mineras por las
características e importancia que reviste esta actividad económica.
En el desarrollo local de comunidades mineras, la minería genera impactos tanto positivos como
negativos en el modo de vida de la comunidad, en los flujos humanos y financieros así como en el
medio ambiente, generando e incrementando los peligros y la vulnerabilidad de sus habitantes.
�Para dar respuesta de manera eficiente a sus funciones, los CGRR necesitan instrumentar procesos
de gestión del conocimiento que permitan abordar en toda su complejidad la problemática del
riesgo, y propicien la implementación, seguimiento y evaluación de políticas y programas sociales
orientados a la reducción de la vulnerabilidad y la sostenibilidad de los territorios.
La gestión del conocimiento a nivel local deberá comprenderse como un proceso complejo de
generación, asimilación, administración y circulación de informaciones, datos, saberes y valores
necesarios que garanticen en su aplicación la solución de los problemas de carácter local y
contribuyan así a la elevación de la calidad de vida de la población sobre la base del desarrollo
sostenible y la participación ciudadana. (Núñez; Félix y Pérez, 2006)
La Gestión del conocimiento en el desempeño del Centro de Gestión para la Reducción del Riesgo
deberá:
a) Orientarse al conocimiento de las percepciones sobre los peligros en los diferentes actores
locales.
b) Proporcionar información clara sobre los riesgos de desastre y las distintas formas de protección,
incorporando en los procesos de comunicación del riesgo la perspectiva de género y los factores
culturales y sociales que caracterizan al territorio.
c) Fortalecer las redes entre los expertos, los planificadores y los encargados de la gestión en
materia de desastres reforzando los procedimientos para utilizar los conocimientos especializados y
tradicionales disponibles incorporando en mayor medida a profesionales de las ciencias sociales y
humanísticas.
d) Fomentar el diálogo y la cooperación entre el Gobierno Local, las entidades productivas y de
servicios, la Sede Universitaria del territorio, centros de investigación, de proyectos, de capacitación
y en sentido general a todos los profesionales que, desde diferentes perspectivas teóricas y
metodológicas se ocupan de la reducción de los riesgos de desastre alentando la conformación de
una red de conocimientos para la temática.
e) Promover el uso, la aplicación y la asequibilidad de las últimas tecnologías de la información y la
comunicación, las tecnologías espaciales y los servicios conexos, así como las observaciones
terrestres, para contribuir a la reducción del riesgo de desastre, en particular para la formación, el
intercambio y la divulgación de información entre las distintas categorías de usuarios.
Por los aspectos anteriormente mencionados, en opinión de Coca, (s.f), tanto en el ámbito de la
educación formal como de la no formal, se vislumbran amplios derroteros no sólo para hacer
análisis de riesgos en disciplinas y contextos específicos, aspecto que constituye un elemento vital
para abordar el territorio y sus dinámicas sociales en un contexto más amplio de hábitat, sino
�también para avanzar en el conocimiento técnico y científico de manera que se den las premisas
para generar investigaciones adecuadas para la región y la generación de un capital humano más
comprometido con la reducción de la vulnerabilidad física, cultural y social.”
El Programa Ramal del Ministerio de Educación Superior en Cuba “Gestión Universitaria del
Conocimiento y la Innovación para el Desarrollo” (GUCID) constituye el marco apropiado para la
conformación de redes de conocimiento, para la solución de las problemáticas inherentes al
desarrollo local sostenible de los territorios incluyendo los estudios de peligro, vulnerabilidad y
riesgo al incorporar a la Sede Universitaria Municipal (SUM) como actor del desarrollo local.
La Sede Universitaria, aglutina a una buena parte de los profesionales del territorio y deberá
contribuir sustancialmente a ampliar la capacidad técnica y social para responder, desde las
diferentes carreras y disciplinas y en particular desde las ciencias sociales y humanísticas a las
necesidades del contexto y de los diversos sectores de la población, fundamentalmente de aquellos
que viven en condiciones altas de vulnerabilidad por su exposición y susceptibilidad ante peligros
de carácter natural y tecnológico. Para Núñez; Félix y Pérez (2006:10), “…la misión epistémica
preferente de las SUM, operando dentro de un modelo contexto céntrico, residirá más bien en actuar
como agentes locales, dinamizadores, capaces de identificar problemas y colaborar en la gestión del
conocimiento que facilitará su solución”.
La “nueva universidad cubana”, amplía su encargo social al propiciar soluciones a partir de la
gestión del conocimiento en función de los “Estudios de Peligro, Vulnerabilidad y Riesgo”, así
como en el desarrollo de los denominados, institucionalmente, “Centros de Gestión para la
Reducción del Riesgo” (CGRR).
En tal sentido, la existencia de la Sede Universitaria como universidad en el territorio que forma
profesionales en carreras de Licenciatura en Psicología, Sociología, Comunicación Social, Derecho,
Estudios Socioculturales y Contabilidad entre otras, constituye una fortaleza para el desempeño del
Centro de Gestión del Riesgo en el Municipio una vez que se tiene en cuenta el carácter cada vez
más cognoscitivo de todas las actividades económicas, técnicas, sociales y políticas así como la
rapidez de los cambios en estos campos, que hacen que la información sea la materia prima a
procesar e integrar en conocimiento.
Promover la gestión eficiente del conocimiento comprende el establecimiento de un acceso
equilibrado a los conocimientos relevantes para incrementar la calidad de vida de los ciudadanos a
nivel de los territorios y se alcanza no sólo mediante la formación profesional sino desarrollando
también capacidades para producir, difundir y aplicar conocimientos y extenderlos al resto de los
�procesos sustantivos inherentes a la universidad en el denominado modelo contexto – céntrico.
(Souza, Cheaz y Calderón, 2001)
La Sede Universitaria Municipal, debe desempeñar entonces un rol protagónico en el desarrollo
sostenible del territorio y al igual que los demás agentes de la comunidad está obligada a pensar, a
reformular conceptos, a promover la investigación participativa y la investigación – acción, a
explorar nuevos caminos, asumiendo la dinámica del desarrollo socioeconómico.
La posibilidad de contar con la ayuda del conocimiento acumulado a partir del nivel local, hasta el
regional, sobre la evaluación del riesgo y la vulnerabilidad, forman la base de la construcción de
políticas de desarrollo que incorporan la probabilidad de ocurrencia de desastres. Cuando a escala
local existen datos e información puntual, es más fácil prevenir desastres, así es que las bases de
datos y las evaluaciones del riesgo, poseen un valor adicional, y su ausencia hace imposible conocer
la geografía cambiante del riesgo y los factores que forman o producen la vulnerabilidad y el daño.
Por otra parte, los instrumentos de medición que se han desarrollado permiten combinar la
información extraída de diversos contextos para considerar la posibilidad de un desarrollo humano
sostenible que incorpore el riesgo y la vulnerabilidad a nivel local empleando como herramienta
eficaz la comunicación del riesgo.
3.2.2 La comunicación del riesgo y la cultura de prevención como herramientas en la gestión
para la reducción del riesgo desastres
Desde diversos enfoques y perspectivas en las últimas décadas el tema de la comunicación del
riesgo, suscita la atención de un número creciente de especialistas de las ciencias sociales quienes
reconocen las posibilidades teóricas y metodológicas que la comunicación encierra para el cambio y
la transformación social, cuestión a la cual prestan atención filósofos marxistas y no marxistas.
Desde las ciencias sociales, el problema de la comunicación y su determinación concreta no resulta
fácil, su complejidad viene dada en tanto constituye una forma concreta de expresión de la actividad
humana, que requiere en los marcos del desarrollo social ser abordada desde la síntesis de planos
diversos que incluyen lo político, lo jurídico, lo ético, lo artístico, lo psicológico, lo sociológico y lo
filosófico.
En su connotación filosófica, la comunicación expresa “… la relación objetiva-subjetiva entre
sujetos, es decir, como intercambio de actividad intersujetos que sobre la base de la práctica social
encarna la síntesis de lo objetivo-subjetivo en un proceso recíproco de producción, distribución y
consumo engendrado en la actividad…”. (Pupo 1990:119)
Para Pupo (1990:120-121), “… la comunicación es social, por su contenido y esencia e individual
por la forma en que se despliega la sustancia social por sujetos individuales…” afirmando además
�que “... en este devenir interactivo las relaciones sociales se realizan en un contexto concreto –
individual, matizado además por la psicología peculiar de los sujetos…”. Esta idea resulta valiosa
para comprender la importancia de modelos de comunicación del riesgo que partan de las
peculiaridades y escenarios locales concretos, así como de la psicología de sus habitantes.
A tono con lo anterior, es importante subrayar en tal sentido lo planteado por L. P. Bueva citado por
Pupo (1990:122) cuando afirma que “…del mismo modo que la sociedad no existe al margen de los
individuos que la integran, las relaciones no existen al margen de la actividad vital real y la
comunicación de las personas.”, revelando de esta forma la dialéctica de lo general, lo particular y
lo singular como principio metodológico de la dialéctica materialista.
La actividad en tanto que modo de existencia y desarrollo de la realidad social, expresa lo universal,
mientras que sus manifestaciones o modos de organización representan lo particular y la
comunicación como modo de intercambio de actividad y expresión concreta de las relaciones
sociales, emerge como el momento singular de dicho proceso histórico social.
La dialéctica de interacción: actividad - relaciones sociales – comunicación deviene en un proceso
de conversión reciproca de lo material y lo ideal, que expresa a su vez, de manera histórica concreta
la dinámica misma de la relación naturaleza - cultura – desarrollo, si se asume desde posiciones
marxistas el papel del trabajo en la transformación de la naturaleza y del propio hombre, y el lugar
que en este proceso junto al trabajo corresponde al lenguaje como sistema de signos y símbolos,
como envoltura material del pensamiento y posibilidad real para desarrollar el pensamiento lógico
abstracto, expresión de la experiencia histórico social, de la cultura y el desarrollo mismo de la
sociedad hasta hoy.
Una comprensión sistémica de la comunicación presupone una concepción sistémica del hombre y
la actividad y representa una premisa para la planificación del trabajo con el hombre. A tono con lo
anterior Pupo (1990:132) resalta la importancia de la planificación consciente y planificada de la
comunicación sobre la base de considerar que “… la intelección de la comunicación en su
naturaleza sistémica, permite revelar su estructura y funciones, tanto en el nivel científico teórico,
como en sus propias derivaciones socioprácticas. Al mismo tiempo, sobre la base del conocimiento
de causa se desecha la espontaneidad y se planifica consciente y científicamente a tenor con los
fines que se persiguen…”
La idea anterior resulta valiosa para la investigación que se presenta en tanto partiendo del valor
heurístico, metodológico y axiológico de la comunicación, hace posible proyectar la comunicación
social del riesgo como actividad cotidiana, sistemática y en general como herramienta de gestión
que modifique los conceptos sobre el riesgo y el desastre, ampliando las bases para una cultura de
�prevención a nivel local, contribuyendo en los marcos del desarrollo local sostenible al replantear en
términos de sostenibilidad la relación naturaleza – cultura - desarrollo.
La comunicación del riesgo es definida por la National Academy of Sciences como “…un proceso
interactivo de intercambio de información y opinión entre individuos, grupos, e instituciones.
Involucra múltiples mensajes sobre la naturaleza del riesgo y otros mensajes no estrictamente sobre
el riesgo, que expresan preocupaciones, opiniones, o reacciones a los mensajes de riesgo o al orden
legal e institucional establecido para la gestión de riesgo”56 (Covello et al., 2001:383)
En el análisis de riesgos, existen diferentes tipos de comunicación. Los aspectos técnicos se debaten
entre gestores, evaluadores, Defensa Civil, el sector productivo y la población. A la hora de decidir
cuál es la mejor manera de controlar un riesgo y de ejecutar las decisiones, la comunicación entre
los gestores de riesgos y los diferentes actores sociales resulta esencial, constituye un debate en el
que no sólo están presentes criterios técnicos sino además puntos de vista éticos, sociales y
económicos a fin de tomar una decisión que se adecue al objetivo y sea aceptable para todas las
partes la gestión de riesgos debe asegurar una comunicación adecuada.
La comunicación de riesgos evoluciona sobre todo gracias a los estudios de la percepción de
riesgos. La comunicación social del riesgo requiere hoy de cambios sustanciales si se desea
configurar como parte de la educación para la gestión participativa del riesgo, la cultura de
prevención y, en términos generales, de la gestión del riesgo como componente de la gestión
ambiental a nivel local, lo que significa, en buena medida, conocer las percepciones sociales del
riesgo y modificar los conceptos profundamente arraigados sobre el desastre como evento o
fenómeno de carácter “natural” y no como una ruptura en el desarrollo que involucra la variable
vulnerabilidad.
La comunicación no puede estar exclusivamente orientada al ámbito de la información, por tal
motivo, es preciso entender que la universalidad de los fenómenos comunicativos albergan también
comprensiones y representaciones colectivas, expresiones sociales, sentidos compartidos y
contextos tan disímiles que, sin lugar a dudas, modelan y decantan la naturaleza misma de la
información, contribuyendo a caracterizar al individuo mismo en sus múltiples interacciones.
El diseño de la comunicación de riesgos integra los resultados del estudio de percepción,
preocupaciones de la población, su nivel de información, lo que quieren y necesitan saber sobre el
56
(Trad. de la autora)
�riesgo y las medidas de protección que deben adoptar. Una campaña de comunicación de riesgos
busca sensibilizar a la población y comunicar los riesgos y las medidas preventivas.
Los resultados de los estudios de percepción sirven también para definir los “conceptos rectores” en
la comunicación de riesgos, los "medios” que se utilizarán y cuáles serán los “mensajes”, es por ello
que si bien las estrategias iniciales de comunicación de riesgos funcionaban de “arriba abajo”,
actualmente se prefiere una forma dialéctica en la comunicación de riesgos que anime a todos los
actores sociales a participar activamente en el proceso comunicativo.
El estudio de percepción de riesgos ayuda a identificar con mayor precisión al público al cuál se
dirigen los mensajes, es decir, al sector de la población al que se le dirige la comunicación de
riesgos y también los conceptos rectores de las estrategias y mensajes específicos de acuerdo al tipo
de riesgo al que están expuestos y al nivel de conocimiento que poseen sobre los mismos.
Luís Ramiro Beltrán (2005: XI) citado por Alfonzo, afirma que “…la comunicación es la
herramienta crucial para hacer posible la materialización de la cultura de prevención, en virtud de su
poderío pedagógico, de su capacidad para educar en el sentido de modelar multitudinariamente
conductas propicias al bien social. Más allá de dar noticia de hechos y opiniones y de difundir
conocimientos, la comunicación inspira actitudes y enseña prácticas”
La comunicación se entiende según Cardona (2001:4) como un proceso complejo, permanente,
multilateral y recíproco de intercambio de información entre actores institucionales y actores
sociales, que mediante la generación de confianzas mutuas, la identificación de intereses
compartidos y la construcción de un lenguaje común, contribuye a sembrar y a consolidar la
incorporación de la prevención en la cultura, lo que también se conoce como la Cultura de la
Gestión del Riesgo.
La gestión de la comunicación le otorga “valor” a la gestión del riesgo, dinamiza, promueve,
influye, persuade, facilita la comprensión, modifica conductas y actitudes.
Confundida muchas veces con información, la comunicación se eleva ya al rango de proceso
imprescindible en toda acción preventiva o de respuesta, en toda planificación destinada a la
reconstrucción o a la rehabilitación, en caso de desastre. Ella provee los aspectos básicos para que
emisores y receptores se relacionen acertadamente, interactúen proactivamente y puedan establecer
una óptima retroalimentación.
Las funciones que debe desempeñar la comunicación sobre desastres, según Beltrán (2005b), son la
informativa y la formativa, la primera entendida como provisión de datos, hechos y la formativa
consistente en la labor persuasiva, esta última, puede comprenderse a nuestro juicio como el
proceso dirigido a modelar las percepciones del riesgo y
la conducta generadora de
�vulnerabilidades y por consiguiente del desastre como aspecto crucial en materia de cultura de la
prevención.
En materia de comunicación del riesgo, es posible identificar según Beltrán (2005b:38-39), dos
áreas específicas, una denominada “comunicación educativa” consistente en un proceso de
enseñanza aprendizaje de conocimientos, actitudes y prácticas apropiadas para alcanzar la reducción
del riesgo de desastres, evitando los mismos, mitigando sus efectos y, lo que a nuestro juicio es mas
importante, reduciendo la vulnerabilidad ante estos, y una segunda de “información pública”
dirigida a la divulgación clara prudente y oportuna de datos correctos sobre la incidencia, el
desarrollo y las consecuencias del desastre con la finalidad de procurar en la población el
comportamiento adecuado así como a favorecer los nexos entre las autoridades políticas y técnicas
en el territorio.
La elección de los medios a utilizar se relaciona con el nivel de información con que cuenta el
público; el conocimiento que tienen acerca del riesgo, su forma de percibirlo, el interés por conocer
sobre el riesgo y las formas de protegerse, su nivel de escolaridad, grado de participación y de los
medios con los que normalmente obtiene mayor información
Un plan de comunicación de riesgos integra los objetivos y estrategias a través de los cuales se
comunicarán los riesgos a una población que está siendo afectada o puede verse afectada por un
riesgo. De esta forma los distintos medios y mensajes que se utilicen tendrán una mejor distribución
y con ello un mayor impacto.
Actualmente, el universo de datos que puede manejar cualquier persona o institución es de tal
volumen que es necesario calificar o jerarquizar la información para posteriormente ser
transformada en comunicación eficaz.
En los contenidos de documentos de consenso global, como el Marco de Acción de Hyogo o los
Objetivos del Milenio, se pone énfasis en la comunicación del riesgo, la difusión de todo lo que
permita conocer, saber y comprender acerca de la reducción de la vulnerabilidad. De este modo, la
comunicación del riesgo sería la confluencia o síntesis de la información del peligro o amenaza más
la información de las características de las vulnerabilidades, por lo que es posible en opinión de
Bratschi (s.f) inferir que la comunicación social del riesgo adquiere “dos momentos” en su
implementación:
a) Sensibilizando a la sociedad para que autoperciba su debilidad ante determinada amenaza y
descubra sus fortalezas para disminuir las consecuencias negativas de tales amenazas.
b) Promoviendo acciones que reduzcan su vulnerabilidad, de modo que se prepare adecuadamente
para enfrentar cualquier evento que pueda convertirse en desastre.
�La comunicación es un acto humano, y en gestión del riesgo es importante tener en cuenta,
cuestiones como: claridad, oportunidad, adaptabilidad, eficiencia y precisión, por eso también se
necesita una gestión de la comunicación.
Planificar la comunicación según Bratschi (s.f) trae beneficios como:
•
Hacer de la comunicación una herramienta para la educación y multiplicación del trabajo en
prevención.
•
Identificar las necesidades de información existentes en las comunidades ubicadas en zonas de
riesgo y orientar los mensajes hacia fines preventivos.
•
Promover en las comunidades la apropiación de la información y generar un proceso mediante
el cual sus miembros identifiquen su vulnerabilidad y las opciones para hacer gestión
preventiva.
•
Aprovechar los recursos existentes para distribuir mensajes preventivos.
El reto consiste en impulsar un proceso comunicativo que avance del conocimiento hacia la toma de
decisiones y acciones por parte de la población. Se requiere por lo tanto planificar y evaluar
permanentemente las acciones en comunicación. “La concienciación del riesgo y de otros desastres
susceptibles de producirse (…), no sólo compromete a la educación formal y sistemática, a las
instituciones relacionadas con el tema y a la educación asistemática e informal de los medios de
comunicación. También se necesita una planificación que involucre las acciones de las tres áreas
mencionadas en forma permanente y con una programación a corto, mediano y largo plazo”.
(Brastchi, 1995: p117).
Es por ello que Villalobos (2001) considera que el concepto de comunicación para la reducción del
riesgo de desastres deberá constituir un proceso planificado y articulado, que no desprecia ningún
modelo ni recurso técnico disponible y su cometido esencial es facilitar el diálogo entre todos los
actores locales con la intención de propiciar un cambio cultural. La autora, subraya la importancia
del cambio cultural resaltando así, la idea de la necesidad de cerrar la brecha entre la generación del
conocimiento científico – técnico, la gestión de normas políticas y técnicas y la apropiación social
de la información, de manera que esta información se convierta en conocimiento y éste a su vez se
traduzca en decisiones y acciones sociales concretas. De ahí la importancia de que las acciones de
comunicación estén ligadas a las estrategias para prevenir los desastres.
Lo conveniente es insertar en el flujo cotidiano de información, los contenidos de prevención de
desastres y así hacer de este tema, también un tema cotidiano en el desarrollo de la región, zona o
área.
�En la medida en que la prevención se inserte en los procesos de desarrollo, la población estará
menos expuesta a amenazas de origen natural o tecnológico. Una comunidad vulnerable a los
desastres, debidamente informada y educada, puede implementar medidas de desarrollo sostenible
donde incluyan la reducción del riesgo, teniendo en cuenta el crecimiento económico y el desarrollo
local. De manera tal que para Villalobos (2001) aplicar sistemáticamente la comunicación a la
gestión integral del riesgo, supone adscribirla metodológicamente al ciclo para el manejo del riesgo
en todas sus fases y por otra parte tener en cuenta que la comunicación no es solo una cuestión de
qué decir, sino de cómo y a quién decirlo. Solo así se alcanzará un cambio duradero en los
comportamientos y las actitudes y una cultura para la prevención.
En realidad, como plantea Cardona (2003a), en el caso del riesgo y los desastres lo más adecuado es
la incorporación de la prevención en la cultura, dado que lo que se intenta no es cambiar la cultura
sino que la actitud preventiva sea parte, desde todo punto de vista, de las costumbres y hábitos de la
sociedad.
Para desarrollar una cultura de prevención, la comunicación en opinión de Beltrán (2005b:54)
“…debe ostentar tres características principales: universalidad, profundidad y perdurabilidad.”
En opinión de este autor, la universalidad viene dada por la necesidad de alcanzar con ella a todos
los ciudadanos teniendo en cuenta las diferencias de edad, sexo, ocupación, nivel educacional y
lugar de residencia así como las diferencias entre las propias comunidades
La profundidad en opinión de Beltrán (2005b:55) se entiende como la modificación a partir de la
comunicación misma de aptitudes que procuren la disminución de las condiciones de vulnerabilidad
y la voluntad de “hacer” antes de que el desastre ocurra todo lo necesario para minimizar su
impacto, por perdurabilidad de la comunicación continúa Beltrán (2005b:56) “… se entiende el
logro de la estabilidad por un largo plazo de un comportamiento generado por la persuasión…”
Para Beltrán (2005b:56) “…la sumatoria sinérgica de la universalidad, la profundidad y la
perdurabilidad confiere a la comunicación el poderío requerido para forjar la cultura de
prevención…” aunque reconoce que “…esta construcción sociocultural tomará necesariamente un
largo plazo porque es imposible generar semejante cambio radical de conducta multitudinaria en
breve lapso…”
Con los medios de comunicación disponibles se puede estar relativamente informado sobre los
diferentes desastres que hoy acontecen, y sin embargo, saber muy poco en materia de prevención de
riesgos, razón por lo cual la comunicación sobre el riesgo de desastres debería ser planificada y
estar incorporada a la gestión para la reducción del riesgo de desastres de forma tal que contribuya
al desarrollo de una cultura de la prevención y al desarrollo local sostenible.
�CONCLUSIONES DEL CAPÍTULO I1I
•
La reducción del riesgo de desastres como esencia de la gestión requiere de un modelo
conceptual que incorpore la percepción social del riesgo, la gestión del conocimiento, la
comunicación y la educación ambiental para el desarrollo de una cultura de prevención en
función del desarrollo local sostenible.
•
La Gestión del Conocimiento en el desempeño del Centro de Gestión para la Reducción del
Riesgo constituye un elemento esencial para la prevención del riesgo de desastres en función
del desarrollo local sostenible.
•
Nuevos enfoques incorporados a la cultura de prevención del desastre se hacen necesarios para
que los ciudadanos identifiquen la vulnerabilidad como elemento clave en la construcción del
riesgo y del desastre, ello requiere del desarrollo de la educación formal y no formal, así como
de la comunicación sistemática del riesgo de desastres.
CONCLUSIONES
1. Los Estudios en Ciencia, Tecnología y Sociedad dado su carácter crítico, interdisciplinario y
transdisciplinario, así como el giro naturalista que de modo creciente se expresa como tendencia
en la Filosofía de la Ciencia, constituyen perspectivas teóricas adecuadas para el estudio de la
problemática del riesgo de desastres ya que permiten respaldar las consideraciones teóricas con
estudios empíricos que emplean métodos provenientes de las ciencias naturales y cognitivas.
2. La visión del desastre que se tiene desde la perspectiva de las ciencias particulares se amplía si
se considera la perspectiva filosófica que ofrece la relación naturaleza – cultura - desarrollo al
permitir esta relación el análisis del desastre como fenómeno social complejo y problema
ambiental que ocurre en la confluencia de la dialéctica del desarrollo de la naturaleza y la
sociedad, expresando en cada momento histórico el grado de desarrollo de la sociedad y su
cultura frente a la naturaleza misma.
3. Emplear el paradigma psicométrico para evaluar la percepción de la población sobre los
peligros y riesgos, incorporando la percepción sobre la vulnerabilidad, resulta útil en tanto las
técnicas psicométricas son apropiadas para identificar similitudes y diferencias entre los grupos
con respecto a las percepciones de riesgo, lo que permite integrar además, el estudio de las
percepciones del riesgo de desastres naturales y tecnológicos, así como actualizar y profundizar
�en el dominio del estudio del hombre, la subjetividad y su realidad social en contextos de
riesgos.
4. El modelo conceptual para la reducción del riesgo de desastres propuesto, constituye una
contribución al desarrollo local sostenible cuyo objetivo es generar sobre bases científicas, un
lenguaje común entre los diferentes actores locales que permita el desarrollo de una cultura de
prevención adecuada al contexto teniendo en cuenta que las soluciones macro, no son
suficientes para lograr la reducción del riesgo a nivel local.
RECOMENDACIONES
•
Incorporar en el desarrollo de investigaciones filosóficas que aborden cuestiones de carácter
interdisciplinario la perspectiva que ofrece la filosofía naturalizada, así como la proveniente de
los Estudios en Ciencia, Tecnología y Sociedad, por considerarse adecuadas para la solución
de los grandes dilemas de la filosofía y la praxis contemporánea.
•
Desarrollar investigaciones sobre la percepción del riesgo desde la perspectiva de género por
considerarse a las mujeres usualmente como más vulnerables.
•
Desarrollar investigaciones sobre gestión del riesgo que incorporen los métodos propios de la
prospectiva estratégica.
•
Instrumentar las acciones enunciadas en la presente investigación para la gestión del
conocimiento por los centros de Gestión para la Reducción del Riesgo de Desastres.
•
Desarrollar investigaciones sobre comunicación del riesgo de desastres que tomen en
consideración el modelo propuesto en esta investigación y conduzcan al diseño de estrategias de
comunicación para su reducción.
•
Los niveles de vulnerabilidad social existentes justifican instrumentar el modelo para la
reducción del riesgo de desastres propuesto en esta investigación.
�ANEXOS
�ANEXO 1
La promoción de una perspectiva social sobre los desastres se ha visto acompañada del necesario
desarrollo de conceptos analíticos relacionados con la idea de la vulnerabilidad humana o social.
Dichos conceptos ofrecen un complemento necesario a los avances realizados en el estudio de los
factores de riesgo físico o natural, hechos dentro de las ciencias naturales o básicas. Durante los
últimos diez años, han sido desarrollados varios marcos conceptuales complementarios relacionados
con los niveles y componentes de la vulnerabilidad humana a los desastres.
Posiblemente el más elaborado y desagregado de estos esquemas es el desarrollado por Gustavo
Wilches-Chaux (1989) quien identifica diez componentes o niveles de la vulnerabilidad global en
los desastres: Ver: WWILCHES-CHAUX, G. Fundamentos éticos de la gestión del riesgo. [en
línea]. [Consultado: 20/02/2008]. Disponible en: http://www.ucentral.edu.co/NOMADAS/nunmeante/21-25/nomadas-22/4-gustavo%20fundamentos-ok.pdf y Evolución de los riesgos naturales en
el Borde Costero IX Región. [en línea]. [Consultado: 20/10/2007].
Disponible en:
http://berlin.dis.ufro.cl/borde_costero/Capitulo09.pdf.
La vulnerabilidad física (o localizacional)
Se refiere a la localización de grandes contingentes de la población en zonas de riesgo físico;
condición suscitada en parte por la pobreza y la falta de opciones para una ubicación menos
riesgosa, y por otra, debido a la alta productividad (particularmente agrícola) de un gran número de
estas zonas (faldas de volcanes, zona de inundación de ríos, etc.), lo cual tradicionalmente ha
incitado el poblamiento de las mismas.
La vulnerabilidad económica
Existe una relación inversa entre ingreso per cápita a nivel nacional, regional, local o poblacional y
el impacto de los fenómenos físicos extremos. O sea, la pobreza aumenta el riesgo de desastre. Más
allá del problema de los ingresos, la vulnerabilidad económica se refiere, de forma a veces
correlacionada, al problema de la dependencia económica nacional, la ausencia de presupuestos
adecuados, públicos nacionales, regionales y locales, la falta de diversificación de la base
económica, etc.
La vulnerabilidad social
Referida al bajo grado de organización y cohesión interna de comunidades bajo riesgo, que impiden
su capacidad de prevenir, mitigar o responder a situaciones de desastre.
�La vulnerabilidad política
En el sentido del alto grado de centralización en la toma de decisiones y en la organización
gubernamental, y la debilidad en los niveles de autonomía para decidir en los niveles regionales,
locales y comunitarios, lo cual impide una mayor adecuación de las acciones a los problemas
sentidos en estos niveles territoriales.
La vulnerabilidad técnica
Referida a las técnicas inadecuadas de construcción de edificios e infraestructura básica utilizadas
en zonas de riesgo.
La vulnerabilidad ideológica
Referida a la forma en que los hombres conciben el mundo y el medio ambiente que habitan y con
el cual interactúan. La pasividad, el fatalismo, la prevalencia de mitos, etc., todos estos factores
aumentan la vulnerabilidad de las poblaciones, limitando su capacidad de actuar adecuadamente
frente a los riesgos que presenta la naturaleza.
La vulnerabilidad cultural
Expresada en la forma en que los individuos se ven a sí mismos en la sociedad y como conjunto
nacional. Además, el papel que juegan los medios de comunicación en la consolidación de
imágenes estereotipadas o en la transmisión de información desviante sobre el medio ambiente y los
desastres (potenciales o reales).
La vulnerabilidad educativa
En el sentido de la ausencia, en los programas de educación, de elementos que instruyan
adecuadamente sobre el medio ambiente o el entorno que habitan los pobladores, su equilibrio o
desequilibrio, etc. Además, se refiere al grado de preparación que recibe la población sobre formas
de un comportamiento adecuado a nivel individual, familiar y comunitario en caso de amenaza u
ocurrencia de situaciones de desastre.
La vulnerabilidad ecológica
Relacionada con la forma en que los modelos de desarrollo no se fundamentan en "la convivencia,
sino en la dominación por la vía de la destrucción de las reservas del ambiente (que necesariamente
conduce) a ecosistemas que por una parte resultan altamente vulnerables, incapaces de autoajustarse
internamente para compensar los efectos directos o indirectos de la acción humana, y por otra,
altamente riesgosos para las comunidades que los explotan o habitan
�La vulnerabilidad institucional
Reflejada en la obsolescencia y rigidez de las instituciones, especialmente las jurídicas, donde la
burocracia, la prevalencia de la decisión política, el dominio de criterios personalistas, etc., impiden
respuestas adecuadas y ágiles a la realidad existente.
Las distintas combinaciones de estos niveles de vulnerabilidad tienen un claro y diferenciado efecto
en términos del impacto de un evento físico en una matriz social particular.
ANEXO 2
Tabla 1 Factores generalmente utilizados para explicar la percepción del riesgo
Factor/parámetro
Condiciones hipotéticas para percepciones más altas del riesgo o
de la ponderación del mismo
Factores relacionados al tipo de peligro
Catástrofe potencial
Capaz de causar alto número de muertes/lesionados en el
tiempo, o en relación con un solo evento, en comparación con
los riesgos normales
Aceptación voluntaria
Involuntario
Grado de control
incontrolable
Conocimiento
Poco conocido para el individuo
Incerteza científica
Poco conocido o desconocido para la ciencia
Controversia
Incierta, hay distintas opiniones sobre el riesgo
Temor
Terrible, temor por el tipo de consecuencias
Historia
Recurrente, ocurrencia previa de accidentes
Aparición de los efectos
Repentina, falta de advertencias previas o importantes efectos
inmediatos
Reversibilidad
Irreversible, las consecuencias no pueden ser reguladas o
remediadas.
Factores relacionadas al contexto social
Equidad
Basada en una injusta distribución de riesgos y de beneficios
Beneficios
Incerteza respecto a beneficios
Confianza
Dirigida o estimada, por autoridades o expertos no confiables
Atención de los medios
Altamente expuesto y presentado emocionalmente en los medios
de comunicación masiva
Disponibilidad de la información Se percibe información no confiable o insuficiente, los rumores
crecen en importancia
Niños involucrados
Abarca a niños o a fetos
Generaciones futuras
Afecta a futuras generaciones en forma injusta o irrevocable
Identidad de la víctima
Causa daño a alguien conocido o querido
Factores relacionados con el contexto de las opiniones sobre el riesgo o las ponderaciones
Blanco del riesgo
Ponderaciones de los riesgos para otros y no para uno mismo
Definición del riesgo
Énfasis sobre las consecuencias en contraste con las
probabilidades
�Marco contextual
Estrechamente relacionado en el tiempo con una experiencia
personal negativa o con una situación que induce a una mala
disposición.
Factores relacionados con características individuales
Género
Las mujeres expresan más alta percepción del riesgo que los
hombres.
Educación
Personas de menor educación emiten generalmente estimaciones
más altas
Edad
Las personas mayores generalmente emiten estimaciones más
altas
Ingreso
Las personas de menos ingresos generalmente emiten
estimaciones más altas
Sensibilidad psicológica
Las personas más ansiosas generalmente emiten estimaciones
más altas
Habilidades personales
Las personas que no tienen conocimientos o entrenamiento
sobre riesgos emiten estimaciones más altas
ANEXO 3
Guía para la entrevista en profundidad a informantes claves en el territorio
En opinión de Taylor y Bogdan (2002:119), “…la guía de la entrevista no es un protocolo
estructurado. Se trata de una lista de áreas generales que deben cubrirse con cada informante. En la
situación de la entrevista el investigador decide cómo enunciar las preguntas y cuándo formularlas.
La guía de la entrevista sirve solamente para recordar que se deben hacer preguntas sobre ciertos
temas.”
Las cuestiones a explorar en las entrevistas realizadas fueron:
•
Funcionamiento del Consejo Popular
•
Principales problemas del Consejo Popular
•
Amenazas socionaturales presentes
•
Valoración sobre el desarrollo de las actividades productivas de las Empresas del Grupo
Empresarial
Cuba - Níquel en el Consejo o próximas al mismo, que pudieran generar
situaciones de desastres.
•
Vulnerabilidad social en el territorio y en el Consejo Popular
•
Actividades de capacitación para la reducción del riesgo de desastres que se desarrollan
•
Comportamiento de la población objeto de estudio ante el peligro de intensas lluvias
•
Medios disponibles para enfrentar situaciones de desastres de gran magnitud en el territorio
�Anexo 4
224400
Leyenda
Medio Socioeconómico
223900
0
200
1
400
223400
1
3
222900
2
222400
13
12
10
7
4
8
9
6
14
5
11
221900
221400
1
Empresa Moa Nickel S.A
Comandante Pedro Sotto Alba
2
Aeropuerto Rolando Monterrey
3
Instalaciones del Puerto
4
Cadena de edificios
5
Viviendas Río Minas
6
Restaurante Balcón
7
Farmacia y óptica
8
Semiinternado Camilo Cienfuegos
9
Escuelas Secundaria Básica Rolo
Monterrey y José Martí
10
Hospital Pediátrico Pedro Sotto
Alba
11
Círculo Social
12
Círculo infantil Los Mineritos
13
Cine Ciro Redondo
14
Empresa de Servicios del Níquel
ESUNI
Otros Símbolos
1
Presas de cola
Ríos y arroyos
220900
220400
697600
698100
698600
699100
699600
700100
700600
701100
701600
Figura. 1 Elementos más significativos del Medio Socioeconómico en el Consejo
Popular Rolo Monterrey
�ANEXO 5
Entrevistador _________________________________ Fecha _________________
No _________________
Con el objetivo de perfeccionar la estrategia de prevención ante los peligros naturales, tecnológicos y sanitarios que
pudieran afectar el territorio y su persona, el Centro de Gestión de Reducción del Riesgo de la Defensa Civil desarrolla el
presente estudio. Le agradeceríamos su valiosa colaboración al contestar y le garantizamos el carácter anónimo de sus
respuestas.
Características socioeconómicas del entrevistado:
Provincia
Municipio
Consejo Popular.
Barrio o Comunidad.
Sexo.
Masculino
Femenino
Edad. _____años
Joven
adulto
Adulto mayor
Nivel de instrucción vencido.
Sin escolaridad
primaria
secundaria
Situación ocupacional.
Trabajador
Ama de casa
Jubilado
Tiempo de residencia en el Consejo _____años
.Menos de 1 año
De 1 a 3 años
Mas de 3 años
1)
Medio superior
superior
Estudiante
Desocupado
Dentro de los tipos de peligro que existen. ¿Cuáles a su juicio pudieran afectar el territorio? Escoja todos los que
considere, pero indicando los tres más importantes.
Huracanes
Sismos
Intensas lluvias
Plagas
Intensas sequías
Derrame de petróleo
Graves Epidemias
Rotura de presas
Escape de sustancias tóxicas
Incendios de grandes proporciones
Accidentes catastróficos del transporte
Penetraciones del mar
�2
Del peligro de mayor importancia mencionado en la pregunta No. 1, diga:
A.1. ¿En qué medida usted conoce el riesgo asociado a este peligro (daños que puede causarle, posibilidades que
tiene de experimentar estos daños, etc.
1
2
3
4
5
Nivel de conocimiento muy bajo
Nivel de conocimiento bajo
Nivel de conocimiento intermedio
Nivel de conocimiento alto
Nivel de conocimiento muy alto
A.2 ¿En qué medida considera que los responsables de la prevención en su comunidad conocen el riesgo asociado
a este peligro?
1
2
3
4
5
Nivel de conocimiento muy bajo
Nivel de conocimiento bajo
Nivel de conocimiento intermedio
Nivel de conocimiento alto
Nivel de conocimiento muy alto
A.3 ¿En qué grado usted le teme al daño que se puede derivar de este peligro?
1
2
3
4
5
En grado muy bajo
En grado bajo
En grado intermedio
En grado alto
En grado muy alto
A.4. La posibilidad de que Ud. experimente un daño como consecuencia de este peligro es:
1
2
3
4
5
Posibilidad muy baja
Posibilidad baja
En grado intermedio
Posibilidad alta
Posibilidad muy alta
A.5 En términos de novedad o antigüedad, este peligro es para su comunidad:
1
2
3
4
5
Muy antiguo
Antiguo
Ni antiguo/ ni nuevo
Nuevo
Muy nuevo /Novedoso
A.6 En caso de producirse, la gravedad del daño que le puede causar este peligro es:
1
2
3
4
5
Gravedad muy baja
Gravedad baja
Gravedad intermedia
Gravedad alta
Gravedad muy alta
�A.7 Para usted, la voluntariedad o involuntariedad en su exposición a este peligro es:
1
2
3
4
5
Involuntaria
Algo involuntaria
Ni involuntario/ni voluntario
En cierta medida voluntaria
Voluntaria
A.8 En caso de producirse una situación de riesgo, ¿en qué medida usted puede intervenir para controlar el daño
que puede causarle este peligro?
1
2
3
4
5
Control muy bajo
Control bajo
Control intermedio
Control alto
Control muy alto
A.9. ¿En qué grado usted puede evitar que este peligro desencadene una situación de consecuencias negativas?
1
2
3
4
5
En grado muy bajo
En grado bajo
En grado intermedio
En grado alto
En grado muy alto
A.10 ¿En qué grado este peligro que puede dañar a un gran número de personas de una sola vez?
1
2
3
4
5
En grado muy bajo
En grado bajo
En grado intermedio
En grado alto
En grado muy alto
A.11 En caso de ocurrir ¿cuándo se experimentarían los efectos más nocivos de este peligro?
1
2
3
4
5
Inmediatamente
Casi de inmediato
Inmediatez intermedia
Con cierto retardo
Retardadamente
G1. ¿Cómo valora el riesgo de accidente o de enfermedad muy grave asociado a este peligro? Considere que los
accidentes o enfermedades muy graves pueden ocasionar muerte, pérdida de miembros, de capacidades funcionales,
enfermedades crónicas que acortan la vida o reducen su calidad, ya sea de manera inmediata o a mediano/largo plazo.
1
2
3
4
5
Riesgo muy bajo
Riesgo bajo
Riego intermedio
Riesgo alto
Riesgo muy alto
�ANEXO 6
Perfil característico del riesgo percibido
Rotura Presa
1
2
3
4
5
Conocido
(expuestos)
Conocido
(responsables)
Desconocido
(expuestos)
Desconocido
(responsables)
Temido
No temido
Alta
vulnerabilidad
Baja
vulnerabilidad
Nuevo
Viejo
Poco grave
Muy grave
Involuntario
Voluntario
No evitable
Evitable
No controlable
Controlable
No catastrófico
Catastrófico
Demorado
Inmediato
< 30 años
entre 30 y 60
> 60 años
Figura 14. Perfil característico según grupos de edades
Perfil característico del riesgo percibido
Rotura Presa
1
2
3
4
5
Desconocido
(expuestos)
Desconocido
(responsables)
Conocido
(expuestos)
Conocido
(responsables)
No temido
Temido
Baja
vulnerabilidad
Alta
vulnerabilidad
Viejo
Nuevo
Poco grave
Muy grave
Involuntario
Voluntario
No evitable
Evitable
No controlable
Controlable
No catastrófico
Catastrófico
Inmediato
Primaria
Demorado
Media
Media Sup.
Superior
�Figura 15. Perfil característico según nivel de escolaridad
Perfil característico del riesgo percibido
Rotura Presa
1
2
3
4
5
Conocido
(expuestos)
Conocido
(responsables)
Temido
Alta
vulnerabilidad
Nuevo
Desconocido
(expuestos)
Desconocido
(responsables)
No temido
Baja
vulnerabilidad
Viejo
Poco grave
Muy grave
Involuntario
Voluntario
No evitable
Evitable
No controlable
Controlable
No catastrófico
Catastrófico
Demorado
Inmediato
Trabajador
Ama Casa
Jubilado
Estudiante
Desocupado
Figura 16. Perfil característico según grupos ocupacionales
Perfil característico del riesgo percibido
Esc. Sust. Tóxicas
1
2
3
4
Desconocido
(expuestos)
Desconocido
(responsables)
5
Conocido
(expuestos)
Conocido
(responsables)
No temido
Temido
Baja
vulnerabilidad
Alta
vulnerabilidad
Viejo
Nuevo
Poco grave
Muy grave
Involuntario
Voluntario
No evitable
Evitable
No controlable
Controlable
No catastrófico
Catastrófico
Inmediato
Demorado
Masculino
Femenino
Figura 20. Perfil característico según sexos
�Perfil característico del riesgo percibido
Esc. Sust. Tóxicas
1
2
3
4
5
Desconocido
(expuestos)
Desconocido
(responsables)
Conocido
(expuestos)
Conocido
(responsables)
No temido
Temido
Baja
vulnerabilidad
Alta
vulnerabilidad
Viejo
Nuevo
Poco grave
Muy grave
Involuntario
Voluntario
No evitable
Evitable
No controlable
Controlable
No catastrófico
Catastrófico
Inmediato
Sin Esc.
Demorado
Primaria
Secundaria
M. Superior
Superior
Figura 21. Perfil característico según nivel de escolaridad
Perfil característico del riesgo percibido
Esc. Sust. Tóxicas
1
2
3
4
Desconocido
(expuestos)
Desconocido
(responsables)
5
Conocido
(expuestos)
Conocido
(responsables)
No temido
Temido
Baja
vulnerabilidad
Alta
vulnerabilidad
Viejo
Nuevo
Poco grave
Muy grave
Involuntario
Voluntario
No evitable
Evitable
No controlable
Controlable
No catastrófico
Catastrófico
Inmediato
Trabajador
Demorado
Ama Casa
Jubilado
Estudiante
Desocupado
Figura 22. Perfil característico según grupos ocupacionales
�Perfil característico del riesgo percibido
Intensas lluvias
1
2
3
4
5
Conocido
(expuestos)
Conocido
(responsables)
Desconocido
(expuestos)
Desconocido
(responsables)
No temido
Temido
Baja
vulnerabilidad
Alta
vulnerabilidad
Nuevo
Viejo
Poco grave
Muy grave
Involuntario
Voluntario
No evitable
Evitable
No controlable
Controlable
No catastrófico
Catastrófico
Inmediato
Demorado
Masculino
Femenino
Figura 25. Perfil característico según sexos
Perfil característico del riesgo percibido
Intensas lluvias
1
2
3
4
Desconocido
(expuestos)
Desconocido
(responsables)
5
Conocido
(expuestos)
Conocido
(responsables)
No temido
Temido
Baja
vulnerabilidad
Alta
vulnerabilidad
Viejo
Nuevo
Poco grave
Muy grave
Involuntario
Voluntario
No evitable
Evitable
No controlable
Controlable
No catastrófico
Catastrófico
Inmediato
Demorado
< 30 años
entre 30 y 60
> 60 años
Figura 26. Perfil característico según grupos de edades
�Perfil característico del riesgo percibido
Intensas lluvias
1
2
3
4
5
Conocido
(expuestos)
Conocido
(responsables)
Desconocido
(expuestos)
Desconocido
(responsables)
Temido
No temido
Alta
vulnerabilidad
Baja
vulnerabilidad
Nuevo
Viejo
Poco grave
Muy grave
Involuntario
Voluntario
No evitable
Evitable
No controlable
Controlable
No catastrófico
Catastrófico
Inmediato
Sin Esc.
Demorado
Primaria
Secundaria
M. Superior
Superior
Figura 27. Perfil característico según nivel de escolaridad
Perfil característico del riesgo percibido
Intensas lluvias
1
2
3
4
Desconocido
(expuestos)
Desconocido
(responsables)
5
Conocido
(expuestos)
Conocido
(responsables)
No temido
Temido
Baja
vulnerabilidad
Alta
vulnerabilidad
Viejo
Nuevo
Poco grave
Muy grave
Involuntario
Voluntario
No evitable
Evitable
No controlable
Controlable
No catastrófico
Catastrófico
Inmediato
Trabajador
Demorado
Ama Casa
Jubilado
Estudiante
Desocupado
Figura 28. Perfil característico según grupos ocupacionales
�Perfil característico del riesgo percibido
Huracanes
1
2
3
4
5
Desconocido
(expuestos)
Desconocido
(responsables)
Conocido
(expuestos)
Conocido
(responsables)
No temido
Temido
Baja
vulnerabilidad
Alta
vulnerabilidad
Viejo
Nuevo
Poco grave
Muy grave
Involuntario
Voluntario
No evitable
Evitable
No controlable
Controlable
No catastrófico
Catastrófico
Inmediato
Demorado
Veguita
Rolo Monterrey
Río Mina
Figura 31. Perfil del riesgo percibido comparando los diferentes estratos estudiados.
Perfil característico del riesgo percibido
Huracanes
1
2
3
4
5
Conocido
(expuestos)
Conocido
(responsables)
Desconocido
(expuestos)
Desconocido
(responsables)
Temido
No temido
Alta
vulnerabilidad
Baja
vulnerabilidad
Nuevo
Viejo
Poco grave
Muy grave
Involuntario
Voluntario
No evitable
Evitable
No controlable
Controlable
No catastrófico
Catastrófico
Demorado
Inmediato
Masculino
Femenino
Figura 32. Perfil característico según sexos
�Perfil característico del riesgo percibido
Huracanes
1
2
3
4
5
Desconocido
(expuestos)
Desconocido
(responsables)
Conocido
(expuestos)
Conocido
(responsables)
No temido
Temido
Baja
vulnerabilidad
Alta
vulnerabilidad
Viejo
Nuevo
Poco grave
Muy grave
Involuntario
Voluntario
No evitable
Evitable
No controlable
Controlable
No catastrófico
Catastrófico
Inmediato
Sin Esc
Demorado
Primaria
Secundaria
M. Superior
Superior
Figura 33. Perfil característico según escolaridad
Perfil característico del riesgo percibido
Huracanes
1
2
3
4
Desconocido
(expuestos)
Desconocido
(responsables)
5
Conocido
(expuestos)
Conocido
(responsables)
Temido
No temido
Baja
vulnerabilidad
Alta
vulnerabilidad
Viejo
Nuevo
Poco grave
Muy grave
Involuntario
Voluntario
No evitable
Evitable
No controlable
Controlable
No catastrófico
Catastrófico
Demorado
Inmediato
Trabajador
Ama Casa
Jubilado
Estudiante
Desocupado
Figura 34. Perfil característico según grupos ocupacionales
�Perfil característico del riesgo percibido
Sismos
1
2
3
4
5
Conocido
(expuestos)
Conocido
(responsables)
Desconocido
(expuestos)
Desconocido
(responsables)
Temido
No temido
Alta
vulnerabilidad
Baja
vulnerabilidad
Nuevo
Viejo
Poco grave
Muy grave
Involuntario
Voluntario
No evitable
Evitable
No controlable
Controlable
No catastrófico
Catastrófico
Demorado
Inmediato
Masculino
Femenino
Figura 37. Perfil característico según sexos
Perfil característico del riesgo percibido
Sismos
1
2
3
4
5
Conocido
(expuestos)
Conocido
(responsables)
Desconocido
(expuestos)
Desconocido
(responsables)
Temido
No temido
Alta
vulnerabilidad
Baja
vulnerabilidad
Nuevo
Viejo
Poco grave
Muy grave
Involuntario
Voluntario
No evitable
Evitable
No controlable
Controlable
No catastrófico
Catastrófico
Demorado
Inmediato
Rolo Monterrey
Figura 38. Perfil del riesgo percibido Reparto Rolo Monterrey
�Perfil característico del riesgo percibido
Sismos
1
2
3
4
5
Conocido
(expuestos)
Conocido
(responsables)
Desconocido
(expuestos)
Desconocido
(responsables)
Temido
No temido
Alta
vulnerabilidad
Baja
vulnerabilidad
Nuevo
Viejo
Poco grave
Muy grave
Involuntario
Voluntario
No evitable
Evitable
No controlable
Controlable
No catastrófico
Catastrófico
Demorado
Inmediato
< 30 años
entre 30 y 60
> 60
Figura 39. Perfil característico según grupos de edades
Perfil característico del riesgo percibido
Sismos
1
2
3
4
5
Conocido
(expuestos)
Conocido
(responsables)
Desconocido
(expuestos)
Desconocido
(responsables)
Temido
No temido
Alta
vulnerabilidad
Baja
vulnerabilidad
Nuevo
Viejo
Poco grave
Muy grave
Involuntario
Voluntario
No evitable
Evitable
No controlable
Controlable
No catastrófico
Catastrófico
Demorado
Inmediato
Trabajador
Ama Casa
Jubilado
Estudiante
Figura 40. Perfil característico según grupos ocupacionales
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El riesgo de desastres: una reflexión filosófica
Creator
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Carmen Delia Almaguer Riverón
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Editorial Digital Universitaria de Moa
Date
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2008
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Tesis doctoral
-
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TESIS
Procedimiento para la valoración
económica y ambiental
en la actividad minera de níquel
Clara Luz Reynaldo Arguelles
�Página legal
Título de la obra. Procedimiento para la valoración económica y ambiental en la
actividad minera de níquel-- 88 pág
Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2013 -1. Autor: Clara Luz Reynaldo Argüelles
2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico” Antonio Núñez Jiménez”
Edición: Liliana Rojas Hidalgo
Digitalización: Miguel Ángel Barrera Fernández
Institución del autor: ISMM “Antonio Núñez Jiménez”
Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2013
La Editorial Digital Universitaria de Moa publica bajo licencia Creative Commons de
tipo Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y
distribución por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus
autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas.
La licencia completa puede consultarse en:
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Editorial Digital Universitaria
Instituto Superior Minero Metalúrgico
Las coloradas s/n, Moa 83329, Holguín
Cuba
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Sitio Web: http://www.ismm.edu.cu/edum
�UNIVERSIDAD DE ORIENTE
FACULTAD DE CIENCIAS ECONÓMICAS Y EMPRESARIALES
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS EMPRESARIALES
PROCEDIMIENTO PARA LA VALORACIÓN ECONÓMICA Y AMBIENTAL EN
LA ACTIVIDAD MINERA DE NÍQUEL
Tesis presentada en opción al grado científico de Doctor en
Ciencias Económicas.
CLARA LUZ REYNALDO ARGÜELLES
Santiago de Cuba
2013
�UNIVERSIDAD DE ORIENTE
FACULTAD DE CIENCIAS ECONÓMICAS Y EMPRESARIALES
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS EMPRESARIALES
PROCEDIMIENTO PARA LA VALORACIÓN ECONÓMICA Y AMBIENTAL EN
LA ACTIVIDAD MINERA DE NÍQUEL
Tesis presentada en opción al grado científico de Doctor en Ciencias
Económicas.
Autor (a): Lic. CLARA LUZ REYNALDO ARGÜELLES
Tutores: Prof. Tit., Ing. Rafael Guardado Lacaba, Dr. C.
Prof. Tit., Lic. Hugo Pons Duarte, Dr. Cs.
Santiago de Cuba
2013
�ÍNDICE
Pág.
INTRODUCCIÓN ------------------------------------------------------------------------------------- 1
CAPÍTULO I FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA Y CONCEPTUAL DE LA ECONOMÍA
AMBIENTAL Y LA MINERÍA ------------------------------------------------------- 9
I.1 Introducción --------------------------------------------------------------------- 9
I.2 Economía y medio ambiente -------------------------------------------------- 9
I.2.1 Economía Ambiental --------------------------------------------------- 10
I.2.2 Corrientes del pensamiento económico convencional ------------- 12
I.3 Valoraciones económicas y ambientales ---------------------------------- 14
1.3.1 Valoraciones de políticas económicas ambientales internacionales
----------------------------------------------------------------------------------- 17
I.3.2 Los indicadores ambientales ------------------------------------------ 18
I.3.3 Los sistemas de indicadores en la gestión ambiental empresarial 20
I.3.4 La contabilidad ambiental en la actividad empresarial ------------ 22
I.4 La minería como actividad económica. Desafíos ambientales --------- 23
I.4.1 Relación costo-ingreso en la oferta y la demanda de níquel ------ 25
I.4.2 La minería de níquel en el desarrollo económico de Cuba ------- 27
I.4.3 Necesidad de indicadores para la valoración económica y
ambiental de la actividad minera de níquel -------------------------------- 27
I.5 Conclusiones parciales ------------------------------------------------------- 28
CAPÍTULO II PROCEDIMIENTO PARA LA VALORACIÓN ECONÓMICA Y
AMBIENTAL EN LA ACTIVIDAD MINERA DE NÍQUEL ------------------ 39
II.1 Introducción ------------------------------------------------------------------ 39
II.2 Nociones teóricas del procedimiento para la valoración económica y
ambiental en la actividad minera de níquel ----------------------------------- 39
II.2.1 Cálculo de la decisión de extracción del mineral------------------ 41
II.2.2 Caracterización del proceso minero de níquel --------------------- 42
II.2.3 Identificación de impactos ambientales ---------------------------- 43
II.2.4 Diseño de indicadores técnicos de gestión ambiental ------------ 46
II.2.5 Diseño de indicadores económicos y ambientales ---------------- 49
II.2.6 Información minera y ambiental en los estados financieros ----- 52
�II.2.7 Factibilidad económica de inversiones ambientales -------------- 55
II.3 Conclusiones parciales ------------------------------------------------------ 57
CAPÍTULO III VALORACIÓN ECONÓMICA Y AMBIENTAL EN LA ACTIVIDAD
MINERA DE NÍQUEL DE LA EMPRESA COMANDANTE ERNESTO CHE
GUEVARA ------------------------------------------------------------------------------ 64
III.1 Introducción ----------------------------------------------------------------- 64
III.2 Características de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara --- 64
III.3 Aplicación del procedimiento para la valoración económica y
ambiental en la actividad minera de níquel de la empresa Comandante
Ernesto Che Guevara ------------------------------------------------------------- 66
III.3.1 Cálculo de la decisión de extracción del mineral ----------------- 67
III.3.2 Caracterización del proceso minero de níquel -------------------- 67
III.3.3 Identificación de impactos ambientales --------------------------- 70
III.3.4 Diseño de indicadores técnicos de gestión ambiental ----------- 72
III.3.5 Diseño de indicadores económicos y ambientales --------------- 72
III.3.6 Información minera y ambiental en los estados financieros.
Elementos a considerar para el registro contable de aspectos
ambientales en la actividad minera de níquel ----------------------------- 75
III.3.7 Factibilidad económica de inversiones ambientales ------------- 78
III.4 Conclusiones parciales ----------------------------------------------------- 79
CONCLUSIONES GENERALES ----------------------------------------------------------------- 80
RECOMENDACIONES ---------------------------------------------------------------------------- 81
REFERENCIAS BILIOGRÁFICAS -------------------------------------------------------------- 81
ANEXOS
88
�SÍNTESIS
Los indicadores de eficiencia económica de la actividad minera de níquel en Cuba
responden más a exigencias técnicas y productivas que al análisis
necesario de los
problemas relacionados con el medio ambiente. En la investigación se realiza un estudio de
la economía ambiental con el objetivo de diseñar un procedimiento que permite la
valoración económica y ambiental de los procesos que tienen lugar en la minería de níquel.
El procedimiento propuesto ha sido aplicado en la empresa Comandante Ernesto Che
Guevara del municipio Moa y se fundamenta en la valoración de la eficiencia económica
del desarrollo minero y la capacidad de internalizar y externalizar las afectaciones
ambientales propias de la actividad. El procedimiento permite la caracterización de los
indicadores económicos actuales de la actividad minera de níquel, la identificación de
impactos ambientales, el cálculo de decisiones para la extracción de minerales, el diseño de
indicadores técnicos, económicos y ambientales, el análisis de nuevos conceptos para su
consideración en el registro de cuentas ambientales y la propuesta del cálculo de la
factibilidad económica de realizar inversiones mineras, a través de una fórmula que
introduce, por primera vez, la estimación de costos ambientales.
1
�INTRODUCCIÓN
En las modernas sociedades industrializadas y en países menos desarrollados como Cuba,
tiene connotada importancia el hecho de que una gran parte de la actividad económica
depende de la extracción y utilización de los recursos minerales.
Uno de los minerales de mayor importancia económica por su alta cotización en el
mercado internacional es el níquel, cuyo precio oscila entre 17.300,00 y 22.000,00
USD/Ton (Información Económica. Banco Central de Cuba. 2012).
En Cuba, la extracción de níquel se realiza en minas a cielo abierto, situación que genera
impactos negativos sobre el medio ambiente. Esto, unido a las deficientes condiciones
tecnológicas que acompañan el procesamiento del mineral, provoca el encarecimiento de
los costos de la minería y en igual proporción, un incremento en los costos de producción,
de ahí la necesidad de establecer una relación entre economía, minería y medio ambiente
que proporcione alternativas para medir costos en la actividad minera, y en la misma
medida, contribuir con el logro de la eficiencia y eficacia en este sector. En medio de esta
realidad emerge la necesidad
de diseñar un procedimiento basado en indicadores
económicos y ambientales para alcanzar un desarrollo minero sostenible.
La presente investigación pretende dar respuesta a aspectos relacionados con la minería
que constituyen preocupaciones en el ámbito académico, científico y empresarial y que
obedecen a las siguientes interrogantes: ¿cuándo es rentable extraer un recurso no
renovable como el níquel? ¿cómo relacionar criterios ambientales con la eficiencia
económica y la eficacia empresarial? ¿cómo las ciencias económicas pueden contribuir con
mejorar las decisiones empresariales para la protección del medio ambiente en el desarrollo
de la minería?
Cuba posee el 34,4% de las reservas mundiales de níquel. Este sector aporta cada año más
de dos mil millones de dólares al Producto Interno Bruto cubano (PIB), cifra que lo
convierte en el segundo rubro de exportaciones de bienes del país (Anuarios Estadísticos de
Cuba. 2011).
Estudios realizados en el período 2008-2009 por la Comisión Económica para América
Latina y el Caribe (CEPAL) muestran que el valor de las exportaciones de bienes en Cuba
en el año 2008 se redujo 0,6% a pesar del incremento del volumen exportado (12,2%). La
determinante primordial de esta evolución fue la notable reducción del precio internacional
del níquel, principal producto de exportación. Mientras que en sus niveles más altos
2
�durante el año 2007, una tonelada (Ton) se vendía en 50.000,00 USD, en los inicios del
año 2009 disminuyó a 9.000,00 USD/Ton.
El níquel ha logrado alcanzar valores de hasta 21.864,68 USD/Ton, pero el análisis
económico evolutivo del mercado mundial en los últimos meses no vislumbra un ambiente
favorable (Principales indicadores económicos 2007-2011. Banco Mundial. 2011).
El Estado cubano necesita concentrar sus esfuerzos en alternativas económicas que
permitan estabilizar los costos productivos para compensar las pérdidas económicas que
traen consigo las disminuciones de los precios del níquel.
La industria niquelífera en Cuba cuenta con las plantas mineras Comandante René Ramos
Latour, en Nicaro; Comandante Pedro Soto Alba y Comandante Ernesto Che Guevara, en
el municipio Moa. La investigación utilizó como objeto de estudio la empresa Comandante
Ernesto Che Guevara.
Ante la alarmante situación mostrada por la disminución del precio de níquel en el
mercado, los costos totales de producción de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara
no alcanzaron estabilidad y actualmente muestran valores entre 11.000,00 USD/Ton
y 14.000,00 USD/Ton; de ellos el 40% corresponde a la actividad minera (Análisis
económicos financieros. 2012).
En el intento de dilucidar los factores causales del comportamiento ascendente de los
costos en la minería, se realizó un análisis económico de la actividad, el que reflejó dos
contradicciones económicas: primero, los indicadores actuales de eficiencia económica
(costo unitario de la masa minera y costo unitario de níquel) ofrecen poca información a la
administración relacionada con el costo de producción; segundo, la contabilidad
empresarial refleja pocos aspectos mineros y ambientales, sólo se registra como provisión
la Repoblación forestal (Cuba. Ley 81∕1997) y como impuestos, el Resarcimiento
geológico y el Canon minero, estos últimos constituyen obligaciones económicas con el
presupuesto del Estado por la utilización de los recursos minerales (Cuba. Ley 76∕1995).
La actividad minera necesita de un conjunto de indicadores que integre elementos
relacionados con la dimensión económica, la dimensión ambiental, la eficiencia, la eficacia
y la productividad para que la administración cuente con información económica que le
permita utilizar de forma adecuada los recursos naturales, mejorar la tecnología en la
actividad minera y trabajar en la disminución de los costos de producción.
3
�El objeto de estudio teórico se centró en la Economía Ambiental como una rama de las
ciencias económicas que permite analizar la relación entre las ciencias económicas y la
utilización de los recursos naturales, específicamente, los minerales.
Se seleccionó como objeto de estudio práctico, la actividad minera de la empresa
Comandante Ernesto Che Guevara, por la necesidad de potenciar la eficiencia económica
en la minería de níquel como uno de los sectores fundamentales de la economía cubana.
La situación descrita anteriormente permitió declarar el problema científico siguiente:
Las insuficiencias económicas y ambientales en los indicadores técnicos-productivos de la
actividad minera de níquel en la empresa Comandante Ernesto Che Guevara no garantizan
la información ambiental requerida para elevar la eficiencia económica y contribuir con la
toma de decisiones empresariales.
Ante esta situación se plantea como hipótesis:
La propuesta de un procedimiento para realizar valoraciones económicas y ambientales en
la actividad minera de níquel, soportado en la aplicación de herramientas económicas para
el diseño de indicadores, contribuirá con la solución de las dificultades teóricas,
metodológicas y prácticas presentes en los indicadores actuales de eficiencia económica.
Para dar solución al problema identificado, se esboza como objetivo general: proponer un
procedimiento para la valoración económica y ambiental de la actividad minera de níquel
de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara del municipio Moa, que permita la
incorporación de la dimensión ambiental al análisis económico y el incremento de la
eficiencia económica del proceso minero.
Para lograr el cumplimiento del objetivo general, se concibieron los objetivos específicos
siguientes:
1. Establecer la fundamentación teórica de la relación economía-medio ambiente-minería
para el desarrollo del análisis conceptual de los elementos fundamentales de la actividad
minera de níquel de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara de Moa.
2. Diseñar indicadores técnicos de gestión ambiental e indicadores económicos
y ambientales considerando criterios de medida adecuados al entorno de la minería de
níquel, que permita la proyección y desarrollo eficaces de la actividad minera.
4
�3. Validar el procedimiento propuesto mediante su aplicación en la empresa Comandante
Ernesto Che Guevara.
La tesis se ha estructurado en tres capítulos que responden a los objetivos específicos
planteados. En el primero se destacan los fundamentos teóricos y conceptuales de la
relación economía-medio ambiente-minería. En el segundo capítulo se propone el
procedimiento para la valoración económica y ambiental de la actividad minera de níquel.
En el capítulo tercero se valida el procedimiento propuesto mediante su aplicación en la
empresa Comandante Ernesto Che Guevara. El trabajo finaliza con un cuerpo de
conclusiones y recomendaciones derivadas de la investigación.
El carácter multidisciplinario de la Economía Ambiental, conlleva a la necesidad de apoyar
la tesis en un amplio elenco de referencias bibliográficas y anexos.
La novedad científica se manifiesta en la elaboración de:
Una expresión cuantitativa de la Economía Ambiental en la actividad minera de la
industria cubana de níquel.
Un procedimiento para la valoración económica y ambiental en la actividad minera
de níquel con posibilidad de generalización a otras actividades mineras.
Un conjunto de indicadores técnicos, mineros, económicos y ambientales que le
permite a la empresa Comandante Ernesto Che Guevara proyectarse en la solución
de los problemas mineros y ambientales de una forma eficiente y sostenible.
Elementos a considerar para el registro contable de aspectos ambientales en la
actividad minera de níquel
Un cálculo de factibilidad económica de realizar inversiones mineras con la
estimación de costos ambientales.
Los resultados alcanzados están relacionados con:
1. El perfeccionamiento de los indicadores de eficiencia económica de la actividad
minera en la empresa Comandante Ernesto Che Guevara.
2. El cálculo de las pérdidas económicas por el uso inadecuado de los recursos
minerales y el uso de tecnología deficiente para la transportación del mineral.
3. La valoración del impacto ambiental y el cálculo de indicadores económicos
y ambientales.
4. El cálculo de la factibilidad económica de inversiones mineras.
5
�5. La propuesta de nuevos elementos y conceptos para la contabilización de de
actividades mineras y ambientales.
Se utilizaron métodos teóricos y empíricos, así como técnicas y herramientas de las
ciencias económicas los cuales contribuyeron con el cumplimiento del objetivo planteado:
Métodos Teóricos:
- Análisis y síntesis de la información obtenida a partir de la revisión de literatura
y documentación especializada y el intercambio con especialistas y trabajadores.
- Inductivo - deductivo: en el diseño y aplicación del procedimiento para la valoración
económica y ambiental de la actividad minera de níquel.
- Sistémico estructural: para abordar el carácter sistémico de la empresa y de los
indicadores propuestos.
- Analítico - sintético: para desarrollar el análisis teórico y práctico del objeto de estudio,
a través de su descomposición en los elementos que lo integran, determinando las
variables con mayor incidencia en la investigación y su interrelación como resultado de
un proceso de síntesis.
Métodos empíricos:
- Encuestas, entrevistas, cuestionarios, observación directa, consulta de documentos para
la recopilación de la información.
- Estadístico-matemático: en la utilización del método Delphi para identificar expertos
y evaluar sus criterios. En la elaboración de tablas, gráficos y el cálculo del valor
económico ambiental.
El impacto económico es la mayor contribución de la investigación a la actividad minera
de níquel, pues se diseñan indicadores económicos y ambientales, se propone el análisis de
nuevos conceptos para su consideración en el registro de cuentas ambientales y se aporta
una fórmula para calcular la factibilidad económica de realizar inversiones mineras con la
estimación de los costos ambientales, cuyo análisis permite elevar la eficiencia y eficacia
tecnológicas en pos de minimizar los impactos ambientales en la minería de níquel.
El impacto social obedece a que la valoración económica y ambiental aportada por el
procedimiento propuesto, permite a los directivos de la empresa Comandante Ernesto Che
Guevara y a la administración pública, tomar decisiones para la prevención, control
6
�y disminución de los impactos sociales ocasionados por la minería de níquel, lo que
redundará en beneficios para la salud y la calidad de vida de la sociedad.
El impacto ambiental está relacionado con los métodos que ofrece el procedimiento
propuesto para el análisis, identificación y caracterización de impactos ambientales en la
actividad minera de níquel y su contribución con el proceso de toma de decisiones en pos
de minimizar los riesgos ambientales.
7
�CAPÍTULO I FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA Y CONCEPTUAL DE LA
ECONOMÍA AMBIENTAL Y LA MINERÍA
�CAPÍTULO I FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA Y CONCEPTUAL DE LA
ECONOMÍA AMBIENTAL Y LA MINERÍA
I.1 Introducción
La necesidad de valorar la dimensión ambiental en la actividad minera como parte
indisoluble de la eficiencia empresarial, ha cobrado singular importancia en Cuba; y así
quedó reflejado en los Lineamientos de la Política Económica y Social del Partido y la
Revolución donde se plantea: “Prestar atención prioritaria al impacto ambiental asociado al
desarrollo industrial existente y proyectado, en particular, en las ramas de la química; la
industria del petróleo y la petroquímica; la minería, en especial el níquel” (Lineamientos de
la Política Económica y Social del Partido y la Revolución. 2011).
Diversos han sido los enfoques que desde la economía clásica (Adam Smith, David
Ricardo, John Stuart Mill), la economía marxista (Carlos Marx), la economía neoclásica
y hasta la actualidad, han intentado explicar la influencia del desarrollo económico sobre el
medio ambiente (Aguilera, K. et al, 1994). A ellos se han sumado un número de científicos
e investigadores de la teoría económica que marcaron pautas en la Economía Ambiental,
también conocida como economía de los recursos naturales o sostenibilidad débil
(Azqueta, D. 1994; Pearce, D. et al, 1995; Field, B. et al, 2010); en la economía ecológica
o sostenibilidad fuerte (Berger, R. 1998; Daly, H. 1999; Martínez, J. 1999) y en el
desarrollo sostenible (Ayala–Carcedo, F. 2000; Betancourt, L. 2002; Álvarez, V. 2003;
Leal, J. 2005; Quiroga, R. 2009).
Es por ello que la construcción del marco teórico-referencial de la investigación que se
resume en esta tesis doctoral, se estructuró de la forma siguiente:
– La Economía Ambiental en el pensamiento convencional; métodos de valoraciones
económicas y ambientales; sistemas de indicadores ambientales.
– Análisis macroeconómico del níquel como recurso no renovable; desafíos ambientales
en su extracción.
– Necesidad de indicadores económicos y ambientales en la actividad minera de níquel
I.2 Economía y medio ambiente
La Economía es una ciencia cuyo objeto de estudio difiere en la interpretación de varios
autores. Para Adam Smith, la economía es la naturaleza y la causa de la riqueza de las
naciones; David Ricardo entiende por economía la distribución de la riqueza entre las
9
�clases sociales; para Alfred Marshall es la maximización de la satisfacción individual con
objetivos múltiples y recursos escasos (Castellanos, M. 1996).
Una tesis más completa es aportada por Carlos Marx el que manifiesta que “la economía es
la disciplina científica que analiza las relaciones sociales entre agentes económicos
y factores de producción en el desarrollo de la sociedad”. Carlos Marx fundamenta su
concepto de Economía en la necesidad del estudio de las relaciones que se establecen
entre el hombre, la empresa y el medio ambiente, para la comprensión de la evolución de
las relaciones de producción y la sociedad, de ahí la importancia y vigencia de su
conceptualización de Economía en el contexto de la presente investigación.
De acuerdo con la teoría económica tradicional, la sociedad dispone de diversos factores de
producción que se clasifican en las categorías: trabajo, capital y recursos naturales, incluida
la tierra. En la actualidad esta visión tradicional se ha modificado respecto de la noción del
capital y finalmente son consideradas tres categorías: capital real, capital humano y capital
natural, este último constituido por el medio ambiente y los recursos naturales.
El medio ambiente ha sido definido por numerosos autores con enfoques filosóficos,
físicos, ecologistas, sin considerar con suficiente fuerza su compatibilidad con la
economía; hasta el surgimiento de la Economía Ambiental.
En la Conferencia de las Naciones Unidas sobre Medio Ambiente celebrada en Estocolmo
en 1972, se definió al medio ambiente como el conjunto de componentes físicos, químicos,
biológicos y sociales capaces de causar efectos directos o indirectos, en un plazo corto
o largo, sobre los seres vivos y las actividades humanas (Quiroga, R. 2009).
La creación del concepto de medio ambiente, que desde el punto de vista gramatical,
constituye un pleonasmo, ha resultado ser un concepto revolucionario aceptado por
individuos, la comunidad internacional y los estados. En esencia se refiere a sujetos
y hechos que la legislación ambientalista cubana e internacional, han reflejado con un
término u otro con anterioridad: entorno, hábitat, ecología y naturaleza.
La economía y el medio ambiente se consideran elementos mutuamente dependientes. La
economía precisa de los procesos naturales que proveen los ecosistemas para el
sostenimiento de la vida; a su vez, las condiciones del entorno y del uso de los recursos
naturales dependen del desarrollo económico.
I.2.1 Economía Ambiental
10
�La crisis ambiental contemporánea trajo consigo que se analizara la Economía Ambiental
como una de las corrientes dentro de la economía que estudia vías sustentables para
demostrar el uso racional, en sentido económico, de los recursos naturales, sean estos
renovables o no renovables, procurando obtener el mayor bienestar o beneficio en las
decisiones sociales y empresariales (Field, B.; Field, M. 2010).
La Economía Ambiental surge del modelo de Pearce-Atkinson basado en la formulación de
Hartwick y Solow (Pearce, D. et al, 1995). La idea principal desarrollada por el primero es
el requerimiento de reinvertir las rentas obtenidas del capital natural en el país donde se
extraen, para mantener el consumo real constante a lo largo del tiempo. Sollow desarrolla
esta premisa y la reinterpreta como el mantenimiento de la disponibilidad de capital
constante. Con este fin subdivide el capital (K) en sus tres posibles formas: capital
manufacturero (Km) haciendo alusión a las máquinas e infraestructuras, capital humano
(Kh) que es la disponibilidad de conocimientos y habilidades, y el capital natural (Kn) que
son los recursos naturales renovables y recursos no renovables valorados en términos
económicos (Pearce, D. et al, 1995).
Este es el modelo base de la sostenibilidad débil de inspiración neoclásica donde se asume
la sustentabilidad de las formas de capital con el fin de mantener constante el capital en
general. Las críticas son varias y procedentes en su mayoría de la economía ecológica.
La Economía Ambiental aborda los problemas ambientales con la perspectiva e ideas
analíticas de una economía que hasta el año 1990 excluyó al medio ambiente como
proveedor de activos (recursos naturales) para la satisfacción de las demandas de las
sociedades. Analiza la Teoría de las externalidades como herramienta fundamental para
determinar el nivel de degradación ambiental, la cual se interpreta como la utilización
gratuita de los bienes y servicios del medio ambiente, sin considerar el costo social.
Surge una externalidad siempre que la producción o el consumo de un bien tiene efectos de
difusión que afectan a agentes que no son los consumidores o los productores que actúan
en el mercado y esos efectos no se reflejan totalmente en los precios de mercado. La Teoría
de las externalidades estudia la relación entre la asignación adecuada de los recursos no
renovables o agotables y el comportamiento de los precios y de esta forma determinar la
senda óptima a seguir para extraer la unidad del recurso en cuestión (Fischer, S. et al,
1988).
11
�En Economía Ambiental se definen como costos ambientales los costos asociados al
deterioro de los recursos naturales que carecen de un precio que regule su utilización. En
esta clasificación se incluye: el costo de las actividades preventivas, el costo de actividades
de restauración por daños ambientales, las multas y las sanciones (Iturria, D. 2006).
La opción de incorporar instrumentos económicos a la gestión de la Economía Ambiental
para complementar los esquemas tradicionales de regulación directa ha ganado aceptación
a escala mundial durante los años 1990-2010.
Los instrumentos económicos forman parte del mecanismo estatal de los gobiernos
y constituyen las herramientas principales para la protección global del medio ambiente.
Sus pretensiones son, por un lado, regular la estructura de precios, los niveles de
rentabilidad y competitividad empresarial; y por otro, controlar a productores
y consumidores, pretendiendo modificar sus conductas negativas para con el entorno.
Algunos ejemplos de instrumentos económicos utilizados en países donde se extraen
minerales son las subvenciones, impuestos, tarifas, tasas, cánones y regalías. La idea es
compensar parte de los costos incurridos por la utilización de recursos naturales y penalizar
monetariamente a instituciones u organismos que perjudiquen el medio ambiente con sus
actividades económicas.
I.2.2 Corrientes del pensamiento económico convencional
La toma de conciencia de los problemas derivados de la utilización inadecuada de los
recursos naturales se manifiesta en la evolución del pensamiento económico al analizarse
la relación hombre-medio ambiente. Antes del siglo XIX los paradigmas imperantes en
Europa fueron el mercantilismo y el movimiento fisiocrático.
La doctrina mercantilista de los siglos XVI al XVIII, defendió la acumulación de recursos
naturales no renovables como principal exponente de la riqueza de una nación. Los
fisiócratas, corriente desarrollada en la segunda mitad del siglo XVIII, consideraban a la
tierra como principal fuente de riqueza; el objetivo económico se centraba en aumentar la
producción y el rendimiento agrícola. No existía ninguna preocupación por la naturaleza.
Se creía que la tierra constituía una fuente inagotable de recursos al servicio del hombre.
Los economistas clásicos, escuela iniciada con Adam Smith, David Ricardo y que culmina
con John Stuart Mill, defendían la propiedad privada, los mercados y la competencia como
instrumentos para alcanzar el bienestar social, desconfiando de la intervención del
12
�gobierno en la regulación de la actividad económica. Bajo esta teoría, el trabajo pasó a ser
considerado la principal fuente de riqueza. David Ricardo introduce el concepto de
rendimientos decrecientes, según el cual, al aumentar los factores capital y trabajo,
disminuyen los rendimientos.
Desde un punto de vista microeconómico la cuestión ambiental se ha centrado en las
denominadas “externalidades”, surgidas de los planteamientos originarios de John Stuart
Mill, quien predijo que el crecimiento económico continuado tendría efectos negativos
para el medio natural (Riera, P. 1992).
Uno de los principales inconvenientes de la teoría clásica es que no toma en consideración
las interdependencias entre el sistema natural y económico y la necesidad de un desarrollo
equilibrado del medio ambiente debido, fundamentalmente, a que no existía una
percepción de las dimensiones del problema ambiental generado por la actividad del
hombre.
La oposición a la escuela clásica vino de la mano de las teorías económicas enunciadas
a finales del siglo XIX por Carlos Marx y Federico Engels, los cuales consideraron que el
progreso es el resultado de la explotación incontrolada de la naturaleza y deberá llevar al
fracaso del capitalismo.
Según Carlos Marx, el punto de partida para el análisis de la crisis ambiental
contemporánea está en la propia producción mercantil. Mientras la producción
precapitalista de valores de uso tiene su límite en la satisfacción de las necesidades, la
producción mercantil, para incrementar la ganancia, no tiene límite alguno. Esta diferencia
tiene sus bases en el agotamiento de los recursos naturales a un ritmo nunca sospechado en
la historia de la humanidad y en la generación ilimitada de desechos (polución) (Marx, C.
1973).
Federico Engels en su obra Dialéctica de la naturaleza, muestra que las ciencias de la
naturaleza se rigen por las mismas leyes que dominan la historia (Engels, F. 1979). El
aspecto filosófico de esta obra, constituye un elemento fundamental para encuadrar
e interpretar los conocimientos fragmentados de todas las ciencias, fundamentalmente las
ciencias económicas y naturales.
Es a partir del siglo XIX que la acción del hombre sobre la naturaleza se torna cada vez
más ofensiva y depredadora, con un predominio del interés económico y comercial unido
13
�a la ausencia, durante siglos, de leyes o formas proteccionistas que atenuaran los fuertes
impactos ambientales negativos que se producían ante la indiferencia de los hombres.
La
Teoría del Comercio Internacional otorga especial importancia al mecanismo de
precios para la asignación eficiente de los recursos y bienes naturales. Las propuestas
desarrolladas por
Pigou y Hicks entre 1920 y 1939, establecen métodos dirigidos
a introducir en el análisis de los costos de producción, los gastos necesarios para la
protección del medio ambiente y los relacionados con el uso de los recursos naturales,
denominado internalización de las externalidades de los costos ambientales (Castellanos,
M. 2007).
El uso racional y prudente de los recursos naturales sintetiza la máxima acogida del
desarrollo sostenible, cimentada en cánones de eficiencia y actividad económica coherente
con el nivel técnico y conocimiento científico vigente y adecuado.
Existió un enfoque neoclásico sobre el desarrollo sostenible planteado por Hartwick-Solow
basado en que la escasez de los recursos provoca un aumento en su precio relativo, lo que
favorece la conservación del medio ambiente mediante la búsqueda de alternativas de
sustitución de recursos y el desarrollo de nuevas tecnologías que emplean menor cantidad
de insumos por unidad de producto elaborado. La demostración de esta teoría se debe
a Hartwick quien propuso una regla para garantizar el consumo de bienes no declinante
a través del tiempo en una economía que usa un recurso natural no renovable. Hartwick
demuestra que si el capital no es decreciente en el tiempo entonces el consumo tampoco lo
es (Pearce, D. et al, 1995).
Se puede considerar superada una concepción antropocéntrica del universo, defendida por
el enfoque económico clásico, despreocupado por los problemas ambientales, que suponía
a muchos de los bienes que provee la naturaleza como una fuente inagotable de recursos al
servicio del hombre y la inexistencia de límites para el crecimiento económico. La
necesidad de perfilar las corrientes de pensamiento anteriores, sentaron las bases para
iniciar la incorporación del medio ambiente entre los temas de estudio de la economía.
I.3 Valoraciones económicas y ambientales
“Valorar consiste en obtener un valor; evaluar, en cambio, es emitir un juicio de valor
sobre la deseabilidad de algo” (Riera, P. et al, 2011). La valoración económica de
recursos naturales se desarrolló inicialmente mediante el análisis de los índices financieros
o económicos, lo que permitió establecer la bondad de una actividad económica.
14
�En correspondencia con los avances de los análisis estratégicos, en la actualidad se plantea
realizar la valoración por medio de inventarios, balances del patrimonio natural y la
comparación de proyectos alternativos como un mecanismo de planificación. Este último
análisis es comúnmente utilizado en las técnicas de Evaluación de Impacto Ambiental, en
las que se comparan dos o más alternativas para el desarrollo de un proyecto en diferentes
condiciones o varios proyectos alternativos.
El concepto pionero de Valoración Económica Total (VET) fue propuesto por Krutilla
(1967), quien la define como la suma de los valores de uso y no uso (Tabla I.1):
Tabla I.1 Categorías del valor económico atribuible a recursos naturales
Valor de uso
Uso Directo
Productos
directamente
consumibles.
Uso indirecto
Beneficios
derivados de
funciones eco
sistémicas.
Alimento,
Control de
biomasa,
clima, de suelos,
recreación,
reciclaje, de
salud.
nutrientes.
Valor de no uso
Valor de opción
Valores futuros
directos e
indirectos.
Bioprospección,
conservación de
hábitats.
Valor de
Valor de
Legado
Existencia
Valores de uso
y no uso del
legado
ambiental.
Prevención de
hábitats, de
cambios
irreversibles.
Valor de
conocer la
existencia de un
componente del
medio ambiente.
Hábitat,
especies, genes,
ecosistemas.
Fuente: Pearce, D. et al, 1995. Economía de los recursos naturales y del medio ambiente.
Colegio de Economistas de Madrid.
El valor de uso se deriva de la utilización real de los recursos naturales. Se caracteriza por
establecer una relación directa de causalidad con el bienestar del individuo. Cualquier
cambio en materia de calidad y cantidad de los recursos naturales puede repercutir
directamente sobre las personas que interactúan alrededor de dichos recursos.
El valor de no uso se deriva de la existencia de ámbitos o escenarios naturales y de sus
atributos. No necesariamente implica la utilización o la opción de utilizarlos. No se
15
�establece una interacción entre los individuos y su medio ambiente, su valoración no surge
de una asignación por parte de aquellos. Se plantea que el valor de no uso, si bien no está
relacionado con los individuos, es un valor que se capta, proyecta efectos y es expresable
a través de sus preferencias.
Aunque la valoración económica del medio ambiente no es la respuesta última a los
procesos de degradación y sobre explotación de la naturaleza, es una herramienta útil
y complementaria en la formulación de políticas hacia al desarrollo sustentable (Azqueta,
D. 1994).
La valoración ambiental puede definirse como un conjunto de técnicas y métodos que
permiten medir las expectativas de beneficios y costos derivados de acciones tales como:
uso de activos ambientales, realización de mejoras ambientales, generación de un daño
ambiental (Azqueta, D. 1994).
El tema de la valoración económica y ambiental es aún complejo, pues no sólo implica
evaluar los costos generados por los efectos de la degradación ambiental que afecta la
cantidad y calidad de los recursos naturales, sino atribuirle un valor monetario que permita
evaluarlo en el presente y en el futuro (Alfageme, A. 2006).
El análisis económico convencional se basa en los estudios costos-beneficios desde los
niveles macroeconómicos internacionales, los niveles nacionales, los niveles regionales,
subregionales y de proyectos. En este contexto, la valoración económica y ambiental
resulta necesaria porque permite la incorporación de aspectos ambientales al marco de la
sociedad humana. Aunque los límites y utilidad de cada metodología, técnica o modelo
pudieran no estar consolidados, la valoración económica y ambiental es la herramienta con
mayores posibilidades de aportaciones significativas a la toma de decisiones empresariales
(Castellanos, M. 2007).
La valoración económica y ambiental en la gestión ambiental empresarial, tiene un rol
específico en el desempeño eficaz de la administración, pues aporta objetividad al proceso
de toma de decisiones, al posibilitar la conversión, en valores numéricos, de criterios de
medidas asociados a la utilización de los recursos naturales. De esta manera las decisiones
que hasta ahora se han tomado a partir de argumentos cualitativos pueden contar con una
base cuantitativa.
En Economía se han desarrollado distintos métodos para valorar los bienes ambientales:
los métodos indirectos o de preferencias reveladas y los métodos directos o de preferencias
16
�declaradas. La aplicación de los métodos indirectos o de preferencias reveladas permite
estimar el comportamiento de un bien ambiental a través de funciones de oferta
y demanda, donde los valores reflejan los gastos incurridos en bienes cuyo precio es
observable en el mercado. Algunos ejemplos son, el método de los precios hedónicos y el
método del costo de viaje.
Los métodos directos o de preferencias declaradas no se basan en gastos indirectos, sino en
la simulación de mercado mediante un cuestionario que describe la provisión del bien, se
pueden citar los modelos de elección y la valoración contingente.
Los métodos mencionados anteriormente muestran al menos tres limitaciones que afectan
la valoración económica y ambiental de la actividad minera:
1. Los criterios de mercado no alcanzan a valorar los recursos no renovables como
bienes ambientales.
2. La simulación de mercado mediante cuestionarios sólo ofrece información
cualitativa y no facilita variables cuantitativas que hagan eficiente la actividad.
3. El costo de oportunidad no aporta elementos sustanciales para trabajar la eficiencia
y racionalidad en actividades productivas, transformadoras de bienes.
1.3.1 Valoraciones de políticas económicas ambientales internacionales
Los países con desarrollo de la minería han utilizado regímenes tributarios y sistemas de
indicadores ambientales como mecanismo de intervención del Estado para hacer cumplir la
política ambiental.
El régimen tributario para la actividad minera está recogido en la normativa jurídica
establecida por el Estado cubano y aprobado en la Asamblea Nacional (Cuba. Ley 76∕1995;
Cuba. Ley 81∕1997).
Los sistemas de indicadores ambientales constituyen instrumentos de jerarquía nacional,
sectorial, empresarial o local que permiten evaluar la influencia de las actividades humanas
sobre el medio ambiente y facilitan el desarrollo de políticas ambientales.
A continuación se mencionan algunas experiencias internacionales:
En Argentina se exige el pago de un canon minero anual por pertenencia en el
orden administrativo o judicial.
En Brasil no hay disposiciones tributarias en el Código Minero, las actividades
mineras están sujetas a impuestos sobre operaciones de circulación y mercaderías.
17
�
En Colombia, el Estado recibe regalías como contraprestaciones económicas
obligatorias por la extracción de recursos naturales no renovables.
En Australia se fijan impuestos mineros.
El gobierno canadiense estableció la Ley Ambiental de Canadá con indicadores
cualitativos de valoración para otorgar los permisos de extracción de minerales.
La Agencia de Protección Ambiental de Rusia ha puesto en marcha un sistema de
indicadores ambientales que ofrece una visión global del estado de los ecosistemas.
En Cuba, la Ley 81/1997 establece las obligaciones económicas con el presupuesto
del Estado por la extracción de recursos minerales a través de las cuentas:
Repoblación forestal, Canon minero y Resarcimiento geológico.
Aunque se ha avanzado en la incorporación de la dimensión ambiental en las políticas
económicas internacionales y en la definición de indicadores, el alcance de los estudios
hacia la minería aún es insuficiente y quedan brechas donde la responsabilidad empresarial
se diluye en la relación medio ambiente y eficiencia económica.
Existen distintos métodos de valoración de políticas ambientales relacionadas con las
decisiones de emprender proyectos o inversiones, se pueden mencionar: el análisis
multicriterio, el análisis de decisión y el análisis costo–beneficio. Otros métodos han
surgido en acuerdos internacionales adoptados para establecer las obligaciones de las
naciones y las empresas en la protección del medio ambiente.
El análisis costo–beneficio ha sido reconocido por numerosos autores como un instrumento
de ayuda para tomar decisiones públicas. Es utilizado en la definición de políticas
o programas que salvaguarden los intereses ambientales de la sociedad y se considera la
herramienta principal para la evaluación económica de proyectos públicos destinados al
consumo de recursos naturales. El análisis costo-beneficio forma parte importante del
análisis de impacto ambiental, su aplicación en los países en desarrollo aún es incipiente,
pues no existe el respaldo de un marco legal debidamente constituido y enfocado a la
conservación de los recursos naturales.
El análisis comparativo de las ventajas que ofrecen los anteriores métodos de valoración de
políticas ambientales demuestran la utilidad del análisis de decisión, el análisis costoeficiencia y los criterios del VAN, para llegar al diseño de los indicadores económicos
y ambientales propuestos para la actividad minera de níquel.
I.3.2 Los indicadores ambientales
18
�La definición de indicadores desde el siglo XIX hasta la actualidad, se aproxima cada vez
más a la información que deban brindar. Un indicador ambiental es una variable que ha
sido socialmente dotada de un significado añadido al derivado de su propia configuración
científica, con el fin de reflejar de forma sintética una preocupación social respecto del
medio ambiente e insertarla coherentemente en el proceso de toma de decisiones (Berger,
R. 1998).
Los indicadores ambientales son variables nominales, ordinales o cardinales, cualitativas
o cuantitativas, seleccionadas para transmitir información sobre la condición o tendencias
de un atributo de un sistema. Pueden describir de forma objetiva, verificable y certera,
características del ecosistema o de los sistemas sociales y económicos asociados (Gallopín,
G. 2003).
Sobre la base de lo anterior, se define que un indicador ambiental es un signo, típicamente
medible, que puede reflejar una característica cuantitativa o cualitativa importante para
hacer juicios sobre condiciones de un sistema pasado, actual o hacia el futuro.
El empleo de los indicadores ambientales obedece a dos razones: la necesidad de contar
con la información adecuada para tomar decisiones referidas a la protección del medio
ambiente y el seguimiento correspondiente a los intereses del desarrollo sostenible y la
necesidad de reducir la gran cantidad de información científica del medio ambiente a un
número manejable de parámetros, apropiado para los procesos de toma de decisiones y de
información pública (Quiroga, R. 2009).
El significado añadido de un indicador precisa de una definición clara de su función, de ahí
que exista diversidad de indicadores para el desarrollo de la política ambiental agrupados
de la manera siguiente:
1. Indicadores de valoración ambiental: reflejan el estado del medio ambiente en
relación con una preocupación ambiental, la presión que este soporta y su respuesta
social. Estos indicadores suelen organizarse en un marco temático entendido como
preocupación ambiental (cambio climático, eutrofización, pérdida de biodiversidad)
o por grandes sistemas ecológicos (agua, atmósfera, suelo).
2. Indicadores de integración sectorial: ofrecen información sobre la interrelación
entre los efectos ambientales sectoriales (agricultura, turismo, minería, transporte).
3. Indicadores de integración económica: ofrecen información sobre el costo
ambiental asociado a la actividad económica.
19
�Los indicadores ambientales deben cumplir determinados requisitos: validez científica,
representatividad en el marco de la preocupación ambiental, fácil interpretación, respuesta
a cambios, comparabilidad en el marco regional, nacional, sectorial y empresarial (Medina,
E. 2003). Estas condicionantes y la calidad de las estadísticas marcan las propias
limitaciones de los indicadores ambientales actuales.
El uso de indicadores en el marco de desarrollo de la política ambiental precisa de una
revisión permanente, en la que se vayan integrando los cambios en las metas políticas, los
avances en el conocimiento de las preocupaciones ambientales y los resultados de los
debates técnico científicos sobre la estructura de los indicadores de acuerdo con la
actividad económica que se analice.
No existe un modelo único de indicadores. Los indicadores ambientales están destinados
a proveer una visión del estado del medio ambiente de un país, coherente con los intereses
económicos y sociales dominantes en el ámbito nacional, sectorial, institucional y local.
Una visión sintética y actualizada de la experiencia internacional y del trabajo de las
agencias de cooperación en materia de indicadores ambientales se puede encontrar
en Quiroga, R. (2009) y un diagnóstico de las estadísticas ambientales aparece reflejado
en las investigaciones desarrolladas por la CEPAL en el año 2009.
I.3.3 Los sistemas de indicadores en la gestión ambiental empresarial
En la relación empresa-medio ambiente es necesario tener en cuenta el enfoque
multidimensional ambiental, económico y social para lograr la gestión ambiental. La
empresa como agente económico desempeña un papel protagónico en la búsqueda y aporte
de soluciones económicas a los problemas ambientales. Para la empresa, el medio
ambiente constituye, además del sustrato biofísico de la actividad económica, la fuente de
obtención de beneficios. La calidad de la interacción empresa-medio ambiente demuestra
los criterios de preservación ambiental en los procesos de decisión económica.
Entre las responsabilidades de la empresa además de maximizarse los beneficios, se
deberán: disminuir o eliminar los residuos que son perjudiciales para el medio ambiente,
minimizar los riesgos ambientales generados por su actividad, reducir el consumo de
recursos naturales, priorizar la utilización de recursos renovables como materias primas
y materiales, racionalizar el uso de los recursos no renovables y proyectar estrategias de
conservación que conlleven a la sustentabilidad, destinar recursos financieros que permitan
20
�restaurar y preservar el entorno donde opera, invertir en tecnologías limpias y minimizar
los impactos sociales negativos de la actividad productiva (Morales, M.; Elena, V. 2011).
Todo lo anterior explica la importancia de diseñar sistemas de indicadores que aporten
información económica para elevar la calidad de la gestión ambiental empresarial en la
utilización correcta de los recursos naturales utilizados en el proceso de producción. Desde
el año 1997 la CEPAL ha organizado conferencias sobre economía, minería y medio
ambiente con aportes investigativos donde se formulan enfoques e indicadores para medir
la sustentabilidad en el sector minero (Garrido, R. 2003), (Gallopín, G. 2003), (Leal, J.
2005), (Polo, C. 2005), (Quiroga, R. 2009).
En América y Europa se han propuesto metodologías para evaluar indicadores cualitativos
de sustentabilidad en la minería (Carvajal, D.; González, A. 2002; Vale, E. 2002; Molina, J.
2002; Cornejo, M. et al, 2002; Álvarez, V. 2003); se han diseñado sistemas de indicadores
que constituyen una versión ampliada del modelo Presión-Estado-Respuesta (Valencia,
J. 2002).
Algunas experiencias muestran la necesidad de diseñar indicadores económicos que
respondan al contexto nacional, elaborados desde el territorio, teniendo en cuenta las
singularidades de cada comunidad con una expresión económica o cuantificable de la
dimensión ambiental de la minería (Castillo, A. 2002; Betancourt, L. 2002).
En Cuba se han desarrollado investigaciones que llegan hasta el planteamiento de aspectos
muy específicos de la minería, la mayoría de los cuales quedan en lo ambiental y lo
geológico. Valdés, M. (2002) analiza la materialización de los principios de la
sustentabilidad en Cuba; Guardado, R. et al, (2002) proponen un sistema de indicadores
geoambientales
dentro
del
modelo Presión-Estado-Respuesta (PER) e indicadores
sectoriales para el territorio de Moa basados en indicadores de tendencia, de impacto
e indicadores económicos; Guerrero, D. (2003) diseña un sistema de indicadores de
sostenibilidad
(SIS)
que
relaciona
el
potencial
geológico,
ambiental,
minero
y socioeconómico. Pero se precisa de una información ambiental que refleje la
identificación de los costos ambientales para que la elaboración de indicadores financieros
ambientales sea confiable (Garrido, R. 2003).
Castellanos, M. (2007) realiza una fundamentación teórica de los métodos de valoración
económica-ambiental y propone la modificación del sistema de cuentas nacionales con la
21
�integración del sistema económico y el sistema ambiental, tomando como experiencia la
región de Magallanes, Chile.
Rodríguez, R. (2008) en sus estudios sobre la economía y los recursos naturales en el
contexto de la minería, valora las distintas vías de regulación económica para internalizar
las externalidades, manifiesta la necesidad de otorgar un carácter económico al impacto
ambiental e incluirlo como parte de los costos de producción en caso de producirse un
daño ambiental y toma como ejemplo una ficha de costo de la empresa niquelífera René
Ramos Latour en Nicaro, para demostrar la repercusión económica del costo de
rehabilitación de zonas minadas en la productividad minera.
Lamorú, P. (2011), propone un procedimiento contable para el registro de las variables
ambientales en la industria del níquel de Cuba y toma como estudio de caso la empresa
comandante René Ramos Latour. Esta investigación aporta elementos sustanciales para la
creación de una norma contable ambiental específica en la actividad minera de níquel.
Los autores anteriores y otros estudios realizados por la academia cubana patentizan una
preocupación por el problema entre la economía, el medio ambiente y la minería que aún
no tiene solución definitiva. Los sistemas de indicadores analizados pueden ser
perfeccionados hasta incorporar la dimensión ambiental en la eficiencia empresarial.
En este contexto se acomete una investigación con sensible relevancia en Cuba, en una
etapa histórica decisiva de avances en las inversiones dentro de la minería, un sector cada
día más estratégico para el desarrollo nacional.
I.3.4 La contabilidad ambiental en la actividad empresarial
Autores como Abella, P. (2005) e Iturria, D. (2006) se refirieron a la contabilidad
ambiental como “un instrumento que trata de incorporar en el sistema tradicional el valor
de los recursos ambientales. Trata de medir el patrimonio natural que se consume
y degrada en la actividad económica, con el fin de lograr la sostenibilidad a largo plazo. La
información contable debería reflejar las consecuencias de las decisiones que la empresa
adopta en materia ambiental, a fin de permitir un análisis económico de estas decisiones”.
Los avances en materia de contabilidad ambiental en Cuba aún son incipientes, pues
a pesar de los esfuerzos desarrollados en el campo de la investigación científica y las
iniciativas de organismos vinculados a estrategias y políticas ambientales, los resultados
22
�son limitados. No se ha logrado un consenso para obtener una normativa contable
ambiental, en ello han incidido factores entre los que pueden mencionarse:
Heterogeneidad de criterios por sectores y empresas.
Falta de cultura empresarial en materia de información financiera ambiental.
Falta de una norma ambiental en las Normas Contables Cubanas (Pelegrín, A.;
Lamorú, P. 2011).
En la actividad empresarial minera la contabilidad ambiental puede resumirse en dos
contextos:
1) La contabilidad ambiental como un aspecto de la contabilidad de gestión que contribuya
con elevar la gestión de las empresas en la determinación de costos ambientales, evaluar
proyectos sobre inversiones de capital con carácter ambiental y ayudar en la toma de
decisiones por la creciente interacción empresa-economía-medio ambiente.
2) La contabilidad ambiental en el contexto de la contabilidad financiera, que se refiere
a la preparación de los estados financieros para los usuarios externos. La contabilidad
financiera asume el papel de estimar y publicar información sobre costos, pasivos,
contingencias y cuanta información de carácter ambiental sea necesaria registrar.
En actividades económicas vitales para el desarrollo de un país como la minería de níquel en
Cuba, la contabilidad empresarial es la fuente de información básica utilizada en muchas de
las decisiones de política económica y social, y sus indicadores son la forma principal para
juzgar el desempeño económico empresarial y nacional.
En el procedimiento para la valoración económica y ambiental en la minería de níquel, se
propone el tratamiento contable de indicadores mineros y ambientales para destacar la
importancia de los estados financieros como portadores de información ambiental
relacionada con los costos ambientales, pasivos ambientales y contingencias ambientales
para contribuir con una efectiva toma de decisiones empresariales.
I.4 La minería como actividad económica. Desafíos ambientales
La minería se ha convertido en una actividad económica determinante en el desarrollo de la
sociedad. Los minerales componen el 80% de los recursos naturales utilizados a escala
mundial para la satisfacción de las necesidades humanas y constituyen la base de la materia
prima para la industria metalúrgica y para la producción de buena parte de los bienes
materiales que hoy se utilizan.
23
�Existen dos formas para desarrollar la minería, subterránea y a cielo abierto. La minería
a cielo abierto es menos costosa y más productiva que la minería subterránea. La
construcción de caminos mineros es de bajo costo y se produce en un tiempo
razonablemente corto, lo que minimiza los costos finales de extracción. La minería a cielo
abierto facilita las labores de mantenimiento de equipos y la introducción de nuevas
tecnologías. Esta minería es más agresiva pues ocasiona importantes afectaciones
ambientales y sociales de necesaria consideración para el diseño de políticas ambientales
y en la elaboración de indicadores. La minería precisa la creación de una infraestructura
que facilite la extracción de minerales lo que obliga a la construcción de objetos mineros,
administrativos, sociales y de otra índole que ocupan espacios vitales con pocas
posibilidades de utilización en otras actividades (Montero, J. 2006).
La actividad minera mantiene una relación dimensional con el entorno; por un lado
favorece el progreso económico de la comunidad y por otro, afecta el bienestar social. La
minería a cielo abierto desbasta la superficie, modifica severamente la morfología del
terreno, apila y deja descubiertas grandes cantidades de material estéril resultante, produce
la destrucción de áreas cultivadas y de otros patrimonios superficiales y altera la calidad de
las aguas. El desarrollo de las operaciones mineras implica la eliminación de la vegetación,
la destrucción parcial de la flora en el área circunvecina y la perturbación de la fauna por el
ruido, la polución del aire y del agua. La tabla I.3 muestra un resumen de impactos
ambientales generados por la minería de níquel.
Tabla I.3 Impactos ambientales de las actividades mineras e indicadores asociados
Impactos ambientales
Contaminación atmosférica
Definición
Indicadores
Emisión de gases nocivos y Emisiones
polvo a la atmósfera.
contaminantes
(SO2, SO3)
Polvo
Afectación a la vegetación
Afectación a la flora.
Hectáreas
de
bosques
taladas para la minería
Afectación a la fauna
Muerte
y migración de Cantidad
de
especies
especies como consecuencia vulnerables y en peligro de
de la pérdida de los hábitats
Producción
de
extinción
residuos Acumulación de residuos Toneladas
de
colas/
24
�sólidos
sólidos contaminantes
Producción
de
toneladas de minerales
residuos Vertimiento de sustancias Toneladas de WL/ toneladas
líquidos
tóxicas nocivas en los suelos de minerales
y las aguas.
(WL: licor ácido)
Afectación a la calidad de Desvío de cauces de los ríos Cantidad
de
acuíferos
las aguas superficiales y y arrastre de sedimentos.
contaminados por sulfatos,
subterráneas.
cloruros, metales pesados
Fuente: Vallejo, O.; Guardado, R.
2000. “Propuesta de Indicadores Ambientales
Sectoriales para el Territorio de Moa”. Revista Minería y Geología 17(3-4): 33-37.
I.4.1 Relación costo-ingreso en la oferta y la demanda de níquel
Los depósitos de níquel a nivel mundial se encuentran en grandes proporciones,
principalmente en las minas de Canadá, Australia, Rusia, Estados Unidos, Indonesia,
Nueva Caledonia, China y Cuba.
La demanda de níquel está determinada por la presencia o ausencia de recursos sustituibles
por productos que lo utilizan como materia prima, un ejemplo es la utilización de níquel
para la producción de acero inoxidable. Mientras no existan otros recursos que cumplan la
misma función que el acero inoxidable, la demanda para su producción se puede considerar
inelástica. Un alza del precio del níquel pudiera reducir el consumo de acero inoxidable.
La figura I.2 constituye una simplificación que permite ilustrar cómo las cantidades
demandadas de níquel varían poco ante cambios en los precios (p: precio, O: oferta, D:
demanda, x: cantidad).
Si el precio del níquel aumenta y el costo operativo se considera constante, la renta
aumentaría en el tiempo. La figura I.3 refleja los costos relevantes para una empresa. Los
costos operativos de extracción y la renta de escasez son crecientes en relación con el nivel
de extracción (p: precio, x: cantidad, CMg: costo marginal).
25
�€
€
O’(T1)
CMg de extracción
CMg operativo
de extracción
p*’
pt
p*
CMg del usuario
D
x*’
D
X
x*
X1
X0
X
Figura I.2 Demanda y oferta de níquel
Figura I.3 La renta de escasez y la
con encarecimiento del
extracción óptima de níquel
proceso
de
extracción
Una disminución de los costos de extracción de níquel no maximizaría los beneficios de la
empresa. Las rentas previsibles del níquel que todavía está por extraer son inferiores a los
rendimientos del recurso extraído y vendido. Si bajan los costos operativos de extracción,
a la empresa le es más rentable la extracción y venta de níquel a corto plazo y de esta
forma aumentará su oferta (Figura I.4) (p: precio, T: tiempo, C: costos operativos de
extracción).
€
c’< c
p’
P(t,c’)
P(t,c)
p0
c
p 0`
C
c’
C’
0
T’
T
Tiempo
Figura I.4 Efectos de un descenso de los costos operativos de extracción
La actividad minera genera externalidades que hacen que el equilibrio del mercado no sea
socialmente óptimo. Como se reflejó en la tabla I.3 estas molestias o impactos pueden ser
percibidos en forma de ruido, polvo, degradación del paisaje, entre otros. Si estas molestias
26
�llegaran a ser significativas, las tasas de extracción elegidas por las empresas serían
excesivas desde el punto de vista social. En este caso, las categorías e indicadores
derivados del análisis económico efectuado requerirán de un estudio que permita
identificar el mejor escenario de utilización del recurso mineral.
I.4.2 La minería de níquel en el desarrollo económico de Cuba
La fabricación de material bélico convirtió a los Estados Unidos de América en los primeros
consumidores de níquel durante la Primera Guerra Mundial. Las fortalezas físicas en la
resistencia y durabilidad de los productos mostraron los beneficios económicos que traían
consigo la importación militar y estratégica de este mineral.
En los años 1940 un grupo de investigadores norteamericanos realizó un estudio sobre el
níquel de Cuba. El resultado operativo de esta etapa (1939 - 1940) fue la exploración del
área de las 30 minas de la cuenca del río Levisa. La prospección resultó ser de unos 10
millones de toneladas de níquel en las inmediaciones de la Bahía de Moa y se encontraron
depósitos mayores en Nicaro con la existencia de unos 30 millones de toneladas.
En Marzo de 1942, durante la Segunda Guerra Mundial, una empresa de Estados Unidos
construyó en Nicaro, al este de la bahía de Nipe, la primera planta de níquel en Cuba,
actualmente nombrada Comandante René Ramos Latour. El 22 de enero de 1957, la
Freeport Sulphur Corporation, inició en Moa la construcción de la segunda planta para la
extracción de níquel. Con el triunfo de la Revolución, los técnicos y especialistas
estadounidenses abandonaron este combinado, único en el mundo por su forma de
operación, y llevaron consigo la documentación sobre la tecnología. La industria se
concluyó el 23 de julio de 1961 y fue nombrada Comandante Pedro Sotto Alba. En 1971 se
emprendió en Moa la construcción de otra fábrica con capacidad productiva de 30 mil
toneladas de níquel anuales, denominada Comandante Ernesto Che Guevara.
Se conocen en el territorio cubano 43 yacimientos de níquel, ubicados en su mayoría al
norte de las provincias orientales, con recursos minerales que ascienden a 1 130 millones
de toneladas, cifra que ubica a Cuba entre los siete países con mayores reservas de níquel.
En la actualidad la industria niquelífera cubana cuenta con las empresas mineras
Comandante René Ramos Latour, en Nicaro; Comandante Pedro Soto Alba y Comandante
Ernesto Che Guevara, en Moa.
I.4.3 Necesidad de indicadores para la valoración económica y ambiental de la
actividad minera de níquel
27
�El Estado cubano se ha caracterizado por una gran labor ambientalista acentuada por la
introducción de políticas ambientales surgidas a la luz de la Cumbre de Río celebrada en el
año 1992. En sectores como el turístico, el forestal y los servicios, la cantidad de datos
ambientales disponibles ha facilitado la aplicación de las ciencias económicas en la
administración y eficiencia empresarial para iniciar el trabajo con los costos ambientales.
En el sector minero de níquel la realidad es diferente. Hasta hoy, los datos de la
trascendencia ambiental, económica, tecnológica y social son insuficientes para aplicar las
herramientas de las ciencias económicas al análisis de dimensión ambiental en el ámbito
empresarial. Las razones pueden ser muchas: la falta de perspicacia en el análisis del
mercado internacional del producto, el desconocimiento de la magnitud de las
externalidades negativas; la despreocupación por el agotamiento de los minerales o la
existencia de criterios dogmáticos de eficiencia empresarial.
La importancia económica y estratégica de la extracción de níquel ha demostrado que la
exigencia de patrones de calidad ambiental como criterios valorativos de la eficiencia
empresarial y como garantía de la protección ambiental en la actividad minera, es tan
importante como cualquier estándar de calidad para definir la competencia del propio
producto.
Los aportes realizados al trabajo con indicadores ambientales en la minería de níquel
muestran la preocupación y el interés de algunos investigadores por incorporar el análisis
económico a la problemática ambiental del sector. En este sano intento se han propuesto
indicadores ambientales sectoriales para el territorio de Moa basados en indicadores de
tendencia, de impacto e indicadores económicos (Vallejo, O.; Guardado, R. 2000); se han
diseñado sistemas de indicadores de sostenibilidad (SIS) que relacionan el potencial
geológico, ambiental, minero y socioeconómico (Guerrero, D. 2003).
Para la minería de níquel es adecuado proponer un sistema de indicadores económicos
y ambientales que contribuyan con la eficiencia económica y posibiliten la formulación de
decisiones en relación con la economía, la minería, el medio ambiente, la tecnología y el
hombre. Este tipo de indicadores constituye un campo de trabajo relativamente nuevo,
donde las herramientas de las ciencias económicas apoyarán el éxito de su implementación.
I.5 Conclusiones parciales
El conocimiento universal referido con la temática de investigación, soportada en los
fundamentos teóricos y conceptuales existentes y los estudios empíricos realizados en esta
28
�tesis doctoral permiten desarrollar una perspectiva teórica y metodológica que contribuye
con dar respuesta al problema científico planteado.
Hasta el presente, los indicadores ambientales demuestran los impactos de las acciones
humanas sobre el medio ambiente; de ahí la necesidad de aplicar las ciencias económicas
para el logro de la eficiencia en la gestión ambiental empresarial.
El grado de avance en materia de contabilidad ambiental en Cuba es aún incipiente
motivado por diferentes factores, entre ellos, la limitada cultura contable ambiental. La
contabilidad empresarial deberá ser la portadora fundamental de la información de los
sistemas de indicadores ambientales como instrumento imprescindible para la toma de
decisiones.
La Economía Ambiental ofrece las herramientas económicas necesarias para lograr la
utilización adecuada del níquel como recurso no renovable y contribuir con la eficiencia
económica en la gestión ambiental empresarial.
29
�CAPÍTULO II PROCEDIMIENTO PARA LA VALORACIÓN ECONÓMICA
Y AMBIENTAL EN LA ACTIVIDAD MINERA DE NÍQUEL
�CAPÍTULO II PROCEDIMIENTO PARA LA VALORACIÓN ECONÓMICA Y
AMBIENTAL EN LA ACTIVIDAD MINERA DE NÍQUEL
II.1 Introducción
Con la finalidad de contribuir con la solución del problema científico planteado en la
investigación y sobre la base de las conclusiones parciales resultantes de la construcción
del marco teórico-referencial, en este capítulo se expone un procedimiento para la
valoración económica y ambiental en la actividad minera de níquel.
El procedimiento se fundamenta en un enfoque interdisciplinario donde se aplican las
herramientas de las ciencias económicas al contexto de la minería de níquel en su relación
con el medio ambiente. La heterogeneidad de los impactos ambientales asociados a la
actividad minera y la disponibilidad de indicadores técnicos y de eficiencia empresarial
facilita la adaptación de cada uno de los pasos lógicos del procedimiento en la obtención
de información económica relevante para decisiones presentes y futuras.
II.2 Nociones teóricas del procedimiento para la valoración económica y ambiental en
la actividad minera de níquel
El marco contextual que sentó las bases teóricas para el diseño de los indicadores para
la valoración económica y ambiental en la actividad minera de níquel fue el modelo
Presión-Estado-Respuesta (PER)
desarrollado
por
la
Organización
para
la
Cooperación y el Desarrollo Económico en el año 1991 (Guerrero, D. 2003). Este es un
modelo secuencial donde una presión ejercida en el ambiente, por ejemplo la emisión de
elementos contaminantes a la atmósfera, ocasiona un cambio en la calidad de vida de uno
o varios componentes ambientales, originando una respuesta por parte de los actores
involucrados, que puede ser el diseño y construcción de sistemas de filtros para lograr
eficiencia en el funcionamiento de las chimeneas (Figura II.1).
39
�Figura II.1 Esquema del modelo Presión-Estado-Respuesta. Organización
para
la
Cooperación y el Desarrollo Económico. 1991.
La adopción del procedimiento para la valoración económica y ambiental en la actividad
minera de níquel cumple esencialmente con las acciones siguientes:
1. Cálculo de las decisiones de extracción de níquel en condiciones de mercado.
2. Recopilación y valoración de información de carácter ambiental y económico en el
desarrollo de la actividad minera de níquel.
3. Diseño de indicadores económicos y ambientales a partir de la relación entre los
factores ambientales, el consumo de recursos naturales y el costo ambiental.
4. Propuesta de elementos a considerar para el registro contable de aspectos
ambientales en la actividad minera de níquel.
5. Cálculo de la factibilidad económica de inversiones tecnológicas y ambientales.
La Figura II.2 muestra el procedimiento para lograr la valoración económica y ambiental
en la actividad minera de níquel. El lado izquierdo muestra los siete pasos lógicos y en el
lado derecho aparecen los métodos y técnicas sugeridos para el desarrollo de cada paso.
40
�Figura II.2 Procedimiento para la valoración económica y ambiental en la actividad minera
de níquel
II.2.1 Cálculo de la decisión de extracción del mineral
La extracción de níquel lleva implícita una decisión de carácter empresarial que está sujeta
a tres variables: el costo marginal o costo de oportunidad (costo de renunciar a un bien por
preservarlo), el ingreso marginal (ingreso generado por la venta del producto final) y el
costo marginal de extracción también conocido en la literatura como costo de escasez
o costo operativo (retribuciones de los factores de producción que sean necesarios utilizar,
como la tecnología).
La aplicación de ecuaciones matemáticas permite estimar el comportamiento de las
variables en los criterios de decisión de extracción de níquel y la incidencia de unas en
relación con las otras.
La alta cotización del níquel en el mercado mundial, desde los inicios de su extracción
hasta la actualidad, ha situado a Cuba en una posición internacional económicamente
41
�favorable en cuanto a las reservas nacionales declaradas y el procesamiento del
mencionado mineral. Esto ha constituido una causa determinante para no haber
considerado hasta hoy, la conveniencia o no de la extracción de níquel y se ha decidido
producir a toda costa, por los importantes ingresos que genera esta actividad, su influencia
en el sostenimiento de sectores presupuestados como la salud pública y en el subsidio de
recursos como los alimentos de la canasta básica.
Sobre la base de las reservas de minerales valiosos con las que cuenta actualmente Cuba
y considerando su extracción futura y venta en condiciones reales del mercado
internacional, a continuación se explica cómo procedería la decisión de extracción de
níquel:
La empresa obtiene un ingreso por cada tonelada de níquel vendida hoy (po) el que puede
decidir invertir y obtener un cierto rendimiento, o renunciar a ingresos futuros (p1) si
dedica un mayor monto a los costos marginales de extracción (c). Si el tipo de interés del
mercado es r, entonces, asumir hoy (t=0) un costo de c unidades monetarias impide a la
empresa disponer de cr unidades monetarias adicionales en caso de que se decida aguardar
o preservar un período para la venta de níquel (t=1). Si se comparan los ingresos
marginales y los costos marginales de extracción en t=1, convendrá extraer hoy el níquel
siempre que el ingreso marginal de extraer la unidad del recurso en el presente po (1+ r),
supere el costo marginal de extracción en el que se incurre (p1+ cr):
Si po (1+ r) > (p1+ cr), o si (p1- c) < (po – c) (1+ r), entonces conviene extraer en t=1.
Una vez tomada la decisión empresarial de extraer el níquel se procede a caracterizar el
proceso minero.
II.2.2 Caracterización del proceso minero de níquel
En esta etapa del procedimiento se describen las fases por las que transita la minería de
níquel y las características técnicas y tecnológicas de la actividad. Posteriormente se valora
la información económico-financiera de la empresa y de la minería con el objetivo de
analizar los aspectos siguientes:
Costos del proceso minero y su incidencia en el costo total de la empresa
Indicadores técnico-productivos e indicadores de eficiencia económica
Planificación de provisiones y obligaciones ambientales
Para viabilizar la aplicación exitosa del procedimiento y recolectar de manera efectiva los
datos anteriores, se requerirán los estados financieros de la empresa, los informes de
42
�análisis técnico-productivos, los planes económicos anuales y las informaciones que se
necesiten procedentes de la dirección económica, la dirección minera y el departamento de
medio ambiente.
II.2.3 Identificación de impactos ambientales
Para la identificación de los impactos ambientales provocados por la minería de níquel se
propone la aplicación del método Delphi
El método Delphi es considerado uno de los métodos subjetivos de pronósticos más
confiables y permite contar con la evolución estadística de opiniones de expertos
o usuarios en un tema tratado.
La esencia del método Delphi está en la organización de una comunicación anónima entre
expertos consultados individualmente con el objetivo de obtener un consenso general. La
confrontación de las opiniones se realiza mediante una sucesión de encuestas donde la
información es sometida a un procesamiento estadístico.
La aplicación del método tiene una secuencia lógica ordenada en dos fases: fase preliminar
y fase exploratoria, según muestra la figura II.4:
Figura II.4 Secuencia lógica del método Delphi
43
�
Fase preliminar: se determinan los expertos y se establecen los elementos básicos
que serán sometidos a consulta. Posteriormente se aplica la primera ronda de la
encuesta.
Fase exploratoria: se retroalimentan los expertos consultados
La aplicación del método debe considerar algunos aspectos metodológicos en cuanto a:
La elaboración de las encuestas
La selección de expertos
La elaboración de las encuestas debe cumplir con los principios de la teoría de la
comunicación. La encuesta mostrará preguntas abiertas que permitan mostrar la capacidad
de valoración del tema al experto consultado. Esto constituye un elemento importante para
derivar posteriores conclusiones sobre lo indagado y eliminar, incluir o cambiar la
denominación de algún aspecto analizado.
El tamaño de una muestra representativa que reúna las características de la población de
expertos para aplicar las encuestas responde a la fórmula estadística:
___ N____
n= __1+ d2 (N-1) __
S2 p x q
Donde:
S2 = nivel de confianza
p y q = varianza poblacional p=50 y q=50
d2 = margen de error
N = tamaño de la población o universo
El investigador es quien elige el margen de error con el que desea trabajar.
Selección de los expertos: se entiende por experto al individuo con conocimientos
y competencias probadas para ofrecer valoraciones conclusivas de un problema y hacer
recomendaciones útiles en su solución.
La competencia de los expertos se determina a través de una encuesta (Anexo 1). A los
resultados de las preguntas 1 y 2 de la encuesta se les aplica la fórmula:
Kcm = ½ (kc + ka)
Donde,
Kcm: coeficiente de competencia.
44
�kc: coeficiente de conocimiento. (Anexo 1 pregunta 1). Es la información que tiene el
experto acerca del problema. Se calcula multiplicando por 0,1 el conocimiento que el
propio experto manifiesta (en una escala de 0 a 10).
ka: coeficiente de argumentación. Está relacionado con las fuentes que le permiten
argumentar sus criterios (Anexo 1 pregunta 2). El grado de influencia alto (A) tendrá
valores entre 0,8 y 1; el grado de influencia medio (M) oscilará entre 0,5 y 0,7; el grado de
influencia bajo (B) será evaluado de 0 a de 0,4. Los valores serán promediados por grado
de influencia y el valor mayor será utilizado en la fórmula para determinar el coeficiente de
competencia
Los expertos seleccionados serán aquellos que obtengan como coeficiente de competencia
un valor igual o superior a 0,85: (Kcm > 0,85) y serán sometidos a la aplicación de una
encuesta con tres preguntas (Anexo 2)
En la pregunta uno se evaluará de: muy relevante, relevante, poco relevante y no relevante,
los impactos ambientales de la actividad minera asociados a los 13 factores ambientales
siguientes: microclima, calidad del aire, suelos, relieve, hidrología y calidad del agua
superficial y subterránea, vegetación y flora terrestre, fauna terrestre, estética del paisaje,
uso de la tierra, viales y tráfico terrestre, población, infraestructura económica, recursos
naturales y energéticos (Estudio de impacto ambiental del proyecto de expansión de la
empresa Comandante Ernesto Che Guevara. 2004).
En la pregunta dos cada experto mencionará la fase de la actividad minera que ocasiona
cada impacto ambiental y en la pregunta tres el experto listará aquellos impactos
ambientales no considerados en la elaboración de la encuesta y que deben ser incluidos
o eliminados de la propuesta.
Una vez aplicada la encuesta se procesa cada una de las preguntas y se valoran los
impactos ambientales provocados por la actividad minera de níquel. Con la ayuda de la
técnica de tarjado, se confecciona una tabla de doble entrada donde se refleje el total de
respuestas por aspectos consultados y se conforma una segunda tabla que muestre los
factores ambientales e impactos de mayor ponderación de acuerdo con las encuestas
aplicadas. A esta relación de impactos se suman los impactos propuestos por los expertos
(los de mayor ponderación) que no fueron considerados en el diseño de las encuestas.
Las conclusiones del procesamiento de las encuestas proporcionará el total de impactos
ambientales de la actividad minera de níquel. Este resultado puede expresarse en tablas,
45
�gráficos o matrices de impacto ambiental. La identificación de los impactos ambientales
contribuye con la definición de los costos ambientales por el análisis del factor ambiental
utilizado o consumido.
II.2.4 Diseño de indicadores técnicos de gestión ambiental
La valoración económica y ambiental propuesta para la actividad minera de níquel puede
aportar nuevos elementos al esquema tradicional de evaluar la eficiencia empresarial sólo
por los beneficios económicos o dificultades técnicas que implica el desarrollo de la propia
actividad. Un problema en el diseño de los indicadores ambientales y de sustentabilidad
estudiados en el contexto internacional es la escasa posibilidad de lograr una expresión
cuantitativa de las relaciones causa-efecto.
Los indicadores como elementos del sistema de información en la gestión ambiental
empresarial, proporcionan las herramientas para el eficiente desempeño de la
administración y permiten el seguimiento y control de la actuación del hombre en relación
con el medio ambiente.
Los indicadores también ofrecen información a terceros relacionada con la calidad de la
actividad minera en toda la extensión del término, por lo que en su definición se requiere
del cumplimiento de los requisitos cualitativos: relevancia, fiabilidad, medibilidad,
verificabilidad, confiabilidad y seguridad.
El diseño de indicadores para la actividad minera de níquel responde metodológicamente a
una serie de criterios que normalizan su definición, determinan la eficacia de su empleo
y la utilidad de la información proporcionada:
Nombre del indicador: se debe utilizar un nombre claro, conciso y asequible al usuario
(cliente interno o externo) que defina exactamente lo que muestra el indicador.
Descripción corta del indicador: se debe realizar una descripción corta de lo que muestra el
indicador, sobre todo cuando éste recibe un nombre más bien científico o técnico.
Relevancia o pertinencia del indicador: se debe especificar la importancia del indicador
propuesto en la valoración sobre el medio ambiente. Se necesita relacionar el
contenido económico del indicador con los factores ambientales.
Gráfico o representación, con frase de tendencia: se debe elaborar una representación
gráfica del indicador. A menudo se descubren errores y potencias no previstas
desde el análisis de los gráficos.
46
�Tendencia y desafíos: debajo del gráfico se puede elaborar un breve párrafo donde se
transmita al usuario la tendencia y los desafíos que muestra el comportamiento del
indicador.
Alcance (qué mide el indicador): se debe especificar las dinámicas que muestra el
indicador.
Limitaciones (qué no mide el indicador): se deben aclarar las dimensiones y dinámicas que
no pueden ser capturadas o vistas a partir del indicador.
Fórmula de cálculo del indicador: debe especificar las operaciones y procesamientos de las
variables que son necesarios para obtener el valor del indicador y la unidad de
medida.
Definición de las variables: cada variable que compone el indicador debe ser definida con
detalle, de forma que no quede lugar para posibles interpretaciones erradas.
Comúnmente se adopta la definición de la institución que proporciona los datos.
Fuente de los datos: la fuente del dato debe quedar estipulada para cada una de las
variables. En forma detallada se debe especificar la institución, el departamento
u oficina, la publicación física o electrónica donde se encuentra disponible y el
nombre y correo electrónico de contacto de la persona a cargo.
Periodicidad de los datos: se debe especificar la periodicidad para cada variable que
compone el indicador o el período de tiempo de actualización del dato. Puede ser
cada cuatro años, anual, bimensual.
Período de la serie: especificar el período de tiempo que comprende la serie actualmente
disponible, por ejemplo: período 2000-2010.
Periodicidad de actualización del indicador: recomendación del grupo de cada cuánto
tiempo tiene sentido y es posible recalcular el indicador para actualizar su valor.
Tabla de datos: los datos estadísticos básicos para calcular el indicador permiten el análisis
y la exploración de la representación gráfica. Se puede incluir un cuadro Excel con
las series históricas requeridas para calcular cada indicador.
En esta etapa del procedimiento se diseñan indicadores técnicos de gestión ambiental, los
cuales aportarán información necesaria para la conformación de indicadores económicos
y ambientales.
Los indicadores técnicos de gestión ambiental permiten analizar y regular las interacciones
físicas de la actividad minera de níquel con el entorno desde dos perspectivas mutuamente
47
�dependientes: primero, la minería como consumidora de recursos naturales y generadora de
residuos; segundo, la relación entre el consumo de los recursos naturales y las unidades
producidas.
Como alternativa de análisis de la primera perspectiva de los indicadores técnicos de
gestión ambiental, la tabla II.1 muestra la relación entre la utilización o consumo del factor
ambiental y el alcance de impactos seleccionados, con las unidades de medida (UM)
correspondientes.
Tabla II.1 El impacto como indicador físico de consumo del factor ambiental
Factor ambiental
Suelo
Impacto
U/M
Terreno erosionado
Metros cuadrados
(m2)
Recursos naturales y
energéticos
Agentes sociales
Consumo de agua
Litros (m3)
Consumo de energía
Kilowatt(Kw)
Deterioro de las condiciones higiénicas
(emisión de polvo por cantidad de
terreno minado)
Miligramos por
metros
cuadrados(mg/m2)
La relación entre la utilización o consumo de los factores ambientales y las unidades de
níquel producidas, expresadas en razones o índices, posibilitan el diseño de indicadores
técnicos de gestión ambiental (Tabla II.2).
Tabla II.2 Indicadores técnicos de gestión ambiental
Factores
Impactos
ambientales
Suelo
Indicadores técnicos de
gestión ambiental
Erosión
RE
Consumo de Aguas
RCA
Recursos naturales
Contaminación de aguas
REC
Recursos
Consumo Energético
RCE
Deterioro de las condiciones
RRG
energéticos
Agentes sociales
higiénicas
Donde:
48
�RE: razón de erosión
EC: elemento contaminante
TE: terreno erosionado
RCE: razón de consumo de energía
UP: unidades producidas
CE: consumo de energía
RCA: razón de consumo de agua
RRG: razón de residuos generados
CA: consumo de agua
RG: residuos generados
REC: razón de elemento contaminante
El incremento en el consumo de los factores ambientales con un comportamiento constante
de las unidades producidas es el reflejo de la ineficiencia en la actividad minera de níquel.
La sistematicidad en el cálculo de los indicadores técnicos de gestión ambiental permite
regular el consumo, utilización y contaminación del trabajo en este sector. La expresión
cuantitativa de los indicadores mencionados posibilita su incorporación en los análisis
técnicos, productivos y de eficiencia económica.
II.2.5 Diseño de indicadores económicos y ambientales
Los estados financieros establecen los costos y los ingresos entre los elementos que
determinan el rendimiento empresarial y los resultados de la administración en la gestión
de los recursos que les han sido confiados (Cuba. Resolución 235/2005).
Sobre la base de estos argumentos y con una expresión más específica, los costos y los
ingresos serán utilizados para significar el valor de los factores ambientales consumidos
o afectados en el desarrollo de la actividad minera de níquel, a la vez que constituyen las
bases para el diseño de los indicadores económicos y ambientales.
El uso de la información estadística relacionada con la minería es fundamental para el
cálculo de estos indicadores. El costo ambiental de la minería de níquel tiene implícitos
dos componentes con características propias. Por una parte, el componente físico que es la
porción utilizada de factor ambiental o previsto consumir, y por otra, el componente
monetario es decir, el valor utilizado o previsto utilizar en la situación ambiental generada.
La minería de níquel es una actividad económica con alta responsabilidad empresarial,
donde los administrativos desempeñan un papel fundamental en la gestión ambiental. La
eficiencia de esta tarea no reside en medir las consecuencias económicas de las
afectaciones ambientales, sino en la labor preventiva que permite desarrollar una minería
ambientalmente responsable y rentable.
Teniendo en cuenta que el proceso de contabilización de las empresas mineras no
considera la gestión de costos ambientales, los indicadores económicos y ambientales
49
�fueron diseñados sobre la base de nuevos criterios de medida formulados para el desarrollo
de esta investigación:
Responsabilidad ambiental: compromiso y capacidad administrativa para prevenir el daño
ambiental generado por la actividad minera.
Factibilidad ambiental: disponibilidad de recursos financieros para transformar la fuerza
productiva con inversiones tecnológicas que minimicen los efectos negativos sobre
el medio ambiente.
Gestión residual: habilidad para aprovechar o desechar los residuos de la actividad minera
y así evitar afectaciones ambientales.
Racionalidad energética: aprovechamiento adecuado en el uso de portadores energéticos.
Formalidad ambiental: capacidad de honrar las deudas y obligaciones contraídas.
Rentabilidad ambiental: capacidad para disminuir las pérdidas de mineral y generar
ingresos que incrementan los beneficios económicos y ambientales.
Los indicadores económicos y ambientales se pueden definir de acuerdo con la
información que ofrecen:
Costos de prevención: sumatoria de los costos incurridos en actividades de control
e información sobre los riesgos asociados a la actividad minera, por ejemplo: costos
de capacitación del personal para la educación ambiental, cursos de seguridad
industrial, compra de medios de seguridad para la prevención.
Costos ambientales: totalización de los costos de todas las acciones con fines ecológicos
y ambientales que se realicen antes, durante y después de la minería de níquel.
Inversiones en tecnologías limpias: monto planificado y destinado a la adquisición de
equipamiento, útiles y herramientas para hacer menos agresiva la minería.
Pérdida por escombros: valor económico de los minerales útiles no aprovechados en la
actividad minera y que pasan a las colas pero su precio es cotizable en el mercado.
Costo de almacenamiento residual: costo incurrido en el depósito para acumular los
residuos, incluirá los gastos de manipulación.
Costo de transportación residual: costo de los equipos utilizados para trasladar los residuos.
Incluirá combustible y mantenimiento.
Obligaciones ambientales: sumatoria de todas las deudas contraídas (pasivos) para realizar
cualquier acción ambiental en la minería.
50
�Pérdida de mineral: beneficio dejado de percibir por la aplicación de tecnología deficiente
que no permite aprovechar la profundidad y extensión del escenario minero.
Pérdida por tecnología de transportación: cantidad de mineral dejada de transportar por las
deficiencias tecnológicas en el transporte: poca capacidad de carga, mantenimientos
por roturas.
Valor de las provisiones para contingencias y riesgos ambientales: importe requerido para
solventar vulnerabilidades en la minería, incluye la pérdida de mineral.
Valor de las reservas probadas: monto correspondiente al mineral planificado no procesado
pero cotizable en el mercado.
La tabla II.3 muestra la definición de indicadores económicos y ambientales para la
minería de níquel como expresión cuantitativa de los criterios de medida expuestos.
Tabla II.3 Indicadores económicos y ambientales
Criterios de medida
Indicadores económicos
UM
y ambientales
Responsabilidad ambiental
CP: costos de prevención
USD
CA: costos ambientales
USD
PTT: pérdida por tecnología de transportación
Factibilidad ambiental
Gestión residual
Racionalidad energética
Formalidad ambiental
USD
ITL: inversiones en tecnología limpias
USD
PE: pérdida por escombros
USD
CAR: costo de almacenamiento residual
USD
CTR: costo de transportación residual
USD
CE: costo del consumo de energía
USD
OA: obligaciones ambientales
USD
PM: pérdida de minerales
USD
PRA: provisión para contingencias y riesgos
USD
ambientales
Rentabilidad
VRP: valor de las reservas probadas
USD
ambiental
51
�Una alternativa para valorar la incidencia y proporcionalidad de unos indicadores en
relación con otros, es el cálculo de las razones económicas y ambientales. Las razones
permiten determinar el nivel de costos y pérdidas específicas de acuerdo con sus valores
totales, y posibilita el análisis de la efectividad y eficiencia de la administración en el
cumplimiento de las obligaciones ambientales. Su importancia radica en que si el cálculo
refleja que los costos o las obligaciones particulares mantienen un valor que excede al
propio indicador global, la empresa necesita tomar decisiones inmediatas para disminuir
los costos, pues atentan contra la efectividad de las operaciones.
II.2.6 Información minera y ambiental en los estados financieros
Es conveniente ampliar el contenido informativo de los estados financieros para ofrecer
una mayor información sobre la dimensión ambiental en la actividad minera y la
proyección de sus activos, pasivos, costos, ingresos y gastos. De esta forma se propone al
Comité de Normas Contables Cubanas la consideración de una serie de conceptos
y elementos contables a incorporar en los estados financieros empresariales de la actividad
minera, conocidos como Estado de situación o Balance general y Estado de resultado
o Estado de ganancias y pérdidas.
El enfoque contable obedece a la ecuación ampliada de la Contabilidad:
Activo + Gastos = Pasivo + Capital + Ingresos
A+G=P+C+I
Información a incorporar en el Estado de situación o Balance general
El Balance general, como estado contable estático, muestra la realidad económicofinanciera de la empresa en un momento determinado. Por un lado registra la
materialización de los recursos obtenidos por la empresa (activo) y por otro, el origen de
los mencionados recursos (pasivo). Se propone incluir en las cuentas elementos
relacionados con el consumo de factores ambientales:
Activo fijo: dentro de esta categoría se propone incorporar:
Inversiones en infraestructura y equipos mineros que de acuerdo con la legislación
ambiental, deban ser sustituidos o reformados por desgaste u obsolescencia.
Activos intangibles: son los proyectos de investigación y desarrollo relacionados con el
medio ambiente y el uso eficiente de los recursos dentro del proceso minero.
Por ejemplo:
Los gastos de investigación y desarrollo en tecnologías más respetuosas con el
entorno, así como las patentes y otros derechos asociados a los mismos.
52
�Activos circulantes: se referirá a los activos circulantes de carácter ambiental:
Las ventas de materias primas y de productos ecológicos fabricados por la empresa.
Las ventas de los subproductos y residuos objeto de reciclado.
En la medida en que estos activos pierdan o vean disminuida su capacidad de contribuir
con la obtención de beneficios o con el objetivo de conservar el medio ambiente, deberán
reconocerse las pérdidas o correcciones valorativas pertinentes que, al estar relacionadas
con los activos de carácter ambiental, tendrían la misma consideración.
Es posible que determinados factores ambientales, como la contaminación, disminuyan la
capacidad de los activos para obtener rendimientos o prestar servicios; en estos casos, la
corrección valorativa pertinente podría ser catalogada como ambiental.
Pasivos ambientales: serían aquellas obligaciones de pago de la actividad minera que
financian activos ambientales:
Los acreedores por prestaciones de servicios ambientales, como las auditorías
ecológicas o los derivados de la implantación de sistemas de gestión ambiental.
Las deudas por adquisición de tecnologías limpias.
Los compromisos asumidos tácita o legalmente por la empresa respecto de la
preservación del medio ambiente.
Las subvenciones de capital para financiar activos ambientales.
Las deudas pendientes por multas, impuestos o sanciones de tipo ambiental.
Provisiones para contingencias y riesgos ambientales: Serían las reservas económicas
de riesgos ambientales asumidos por la empresa. En este sentido, es posible analizar las
situaciones de riesgo que constituyen provisión o contingencia ambiental en los estados
financieros:
Pérdidas por obsolescencia de los equipos motivada por la adaptación a la
reglamentación ambiental.
Pérdidas de valor de terrenos por contaminación.
Pérdida de minerales.
Obsolescencia en materias primas o productos terminados.
Costos previstos en la eliminación de residuos (costos de almacenamiento y de
transportación residual).
53
�
Sanciones o multas derivadas de incumplimientos de la normativa legal en materia
de medio ambiente.
Sanciones por riesgos ecológicos no asegurados.
Todos estos riesgos tendrían el tratamiento contable de contingencias en el caso de que
exista imposibilidad de estimación o se trate de hechos meramente probables.
Información a incorporar en el Estado de resultado o Estado de ganancias y pérdidas
El Estado de ganancias y pérdidas como estado contable dinámico, muestra el resultado de
un ejercicio con las cuentas que lo han generado. Este estado contable comprende con la
debida separación, los ingresos y los gastos, y por diferencia, el resultado del mismo.
En el Estado de ganancias y pérdidas se reflejarían anualmente los gastos e ingresos de
carácter ambiental relacionados con la actividad minera de níquel que influyen en el
resultado de la empresa.
Gastos ambientales: disminuciones de los beneficios económicos producidos a lo largo
del período contable, en forma de salidas o disminuciones del valor de los activos o el
surgimiento de obligaciones que provocan disminuciones del capital o el patrimonio neto
de la empresa. Se deben identificar como gastos todos los costos de mano de obra,
servicios, amortizaciones, que se encuentren relacionados con el proceso minero.
Los gastos que pueden aparecer identificados como de naturaleza ambiental en el Estado
de resultado son:
Los consumos de materias primas en la ejecución de actividades para la protección
del medio ambiente.
Las primas de seguro por riesgos ambientales cubiertos.
Las autorizaciones, licencias, cánones y permisos relacionados con el medio
ambiente.
Derechos por uso de tecnología externa, tarifas de vertederos.
Costos de rehabilitación y mantenimiento de áreas minadas.
Costos de mantenimiento de tecnologías ambientales (inspección, limpieza,
lubricación, comprobación, reemplazo de piezas).
Costo de gestión de escombros generados, emisión de polvo y vertido de residuos.
Multas y sanciones administrativas y penales por incumplimiento de la legislación
minera y ambiental.
54
�
Gastos de investigación y desarrollo en proyectos relacionados con la conservación
del medio ambiente.
Gastos de información y formación ambiental.
Servicios de auditorías, evaluaciones e implantación de sistemas de gestión
ambiental.
Costos de gestión de inversiones relacionadas con el medio ambiente, depuradoras
de agua, medios de seguridad y tecnologías para evitar ruidos, emisiones de polvo.
Planes de emergencia.
Costos de almacenamientos especiales.
Tributos ambientales.
Ingresos ambientales: constituyen los incrementos en los beneficios económicos,
producidos a lo largo del período contable, en forma de entradas o incrementos de valor de
los activos ambientales, o bien como decrementos de las obligaciones que dan como
resultado aumentos del patrimonio neto, por ejemplo:
Subvenciones por motivos relacionados con el medio ambiente
II.2.7 Factibilidad económica de inversiones ambientales
Entre los análisis cuantitativos de selección y evaluación de proyectos de inversión más
utilizados están los métodos simples y los actualizados (Weston, J.; Copeland, T. 1995).
Los métodos simples se basan en el período de amortización y en la tasa de rendimiento
simple. Se denominan simples porque no tienen en cuenta toda la vida útil del proyecto,
sino solo períodos breves de un año. Los datos anuales se toman respecto del valor real
y no del valor actualizado. Los más conocidos son:
a) Tasa de rendimiento simple: es la relación entre todas las utilidades netas, en un año
normal de producción plena, respecto del costo total de inversión y tiene como
desventaja que resulta difícil determinar cuál es el año más representativo del proyecto.
b) Período de recuperación o de amortización de la inversión: este criterio mide el número
de años necesarios para recuperar el capital invertido en el proyecto.
55
�El mayor mérito del período de amortización como criterio para seleccionar proyectos es la
facilidad para el cálculo. Su aplicación es muy útil en los análisis de inversiones donde la
obsolescencia tecnológica es muy rápida.
p
PRA=
Utilidades (t) + Depreciación (t) + Intereses (t)
t=1
Los métodos actualizados o descontados son muy empleados, permiten deducir los costos
del proyecto de sus beneficios. Ambos componentes se presentan en diferentes puntos en el
tiempo, por consiguiente, es necesario actualizar los costos y los beneficios en una fecha
común. Para comparar los impactos en diferentes períodos se debe aplicar el cálculo del
valor presente o valor actualizado.
c) La técnica del valor presente consiste en estimar el valor a precios de hoy, lo que
representa un costo o un beneficio que se realizará en otro tiempo futuro. Y se calcula
a través de la fórmula:
Donde:
Bt = beneficios en el año “t”;
Ct = costos en el año “t”;
r = tasa de descuento;
n = horizonte de evaluación en años.
Por las características de la actividad minera de níquel se decidió estudiar el modelo
económico de Sartoris-Hill, el que, basado en el trabajo precedente de los investigadores
Kim-Atkins, Hill-Riener formula un enfoque de valor presente neto de flujo de efectivo
para el análisis de las políticas alternativas de crédito. El modelo de decisión se sustenta en
el cálculo de las ganancias o pérdidas netas resultantes de un cambio en la política de
crédito. Su línea de tiempo de flujo de efectivo es una herramienta útil para ilustrar el
impacto del cambio en la política de crédito sobre el nivel de los flujos de efectivo
(Weston, J.; Copeland, T. 1995).
El cálculo propuesto está centrado en las perspectivas económicas empresariales
resultantes de estimar un valor de costos ambientales generados por la actividad minera de
56
�níquel. Su utilización permitirá proyectar el impacto de los costos ambientales sobre el
nivel de utilidades o pérdidas de la empresa. La esencia consiste en comparar los
resultados que proporcionará a la empresa una política económica y ambiental en dos
períodos de tiempo. La fórmula propuesta tiene como punto de decisión precedente los
criterios del Valor Actual Neto (VAN) del flujo de efectivo adaptado a un indicador
denominado Valor Económico Ambiental (VEA):
La tabla II.5 muestra las variables que integran la fórmula propuesta para calcular el Valor
Económico Ambiental con las unidades de medida (UM) correspondientes.
Tabla II.5 Variables que intervienen en el cálculo del Valor Económico Ambiental
Variable
Significado
UM
P
Precio por unidad de níquel vendida
USD/Ton
C
Costo por unidad de níquel producida
USD/Ton
W
Producción total
Ton
Q
Otros ingresos
USD
b
Razón de costos ambientales en la actividad minera de níquel
%
Coeficiente de costos ambientales
%
T
período promedio de cobro de las ventas
días
K
Tasa diaria de interés o descuento
%
Valor Económico Ambiental
USD
1-b
VEA
Si el VEA es negativo, significa que los costos ambientales proyectados por la empresa
afectan la eficiencia y la rentabilidad de la actividad minera, se necesitará entonces,
realizar inversiones tecnológicas para minimizar los costos ambientales. Si el VEA es
positivo, demuestra que los ingresos cubren todos los gastos, y los costos ambientales no
afectan la eficiencia y la rentabilidad empresarial. Las decisiones de planificación
e inversión ambiental realizadas han sido efectivas.
II.3 Conclusiones parciales
El procedimiento para la valoración económica y ambiental en la actividad minera de
níquel constituye una herramienta metodológica que facilita a los agentes económicos de la
minería (administrativos y trabajadores) un sistema de indicadores que puede contribuir
con la incorporación de la dimensión ambiental a la eficiencia empresarial y con la
definición de prioridades en las decisiones de inversión.
57
�Los métodos y técnicas de las ciencias económicas constituyen la plataforma para la
valoración económica de la dimensión ambiental en la actividad minera de níquel. La
secuencia lógica en la aplicación de ecuaciones matemáticas, el método Delphi, las técnicas
de registro contable y las técnicas de presupuesto de capital, demuestran la posibilidad de
perfeccionar la Economía Ambiental.
El procedimiento propuesto no constituye un manual con técnicas y métodos para ser
archivado, es una guía metodológica que permite a los interesados, la adaptación apropiada
de valoraciones económicas y ambientales a las circunstancias, recursos, institucionalidad y
propósitos que la actividad minera de níquel impone.
58
�CAPÍTULO
III
VALORACIÓN
ECONÓMICA
Y
AMBIENTAL
EN
LA
ACTIVIDAD MINERA DE NÍQUEL DE LA EMPRESA COMANDANTE
ERNESTO CHE GUEVARA
�CAPÍTULO
III
VALORACIÓN
ECONÓMICA
Y
AMBIENTAL
EN
LA
ACTIVIDAD MINERA DE NÍQUEL DE LA EMPRESA COMANDANTE
ERNESTO CHE GUEVARA
III.1 Introducción
Con la finalidad de validar la hipótesis formulada en esta investigación y dar solución al
problema científico, en el presente capítulo se exponen los resultados de la implementación
del procedimiento propuesto para la valoración económica y ambiental en la actividad
minera de níquel de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara, ubicada en el
municipio Moa de la región oriental de Cuba. Los datos utilizados en la aplicación del
procedimiento corresponden al período 2007-2011.
III.2 Características de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara
La empresa Comandante Ernesto Che Guevara, se ubica en el macizo montañoso MoaBaracoa, a cinco kilómetros (km) de la ciudad de Moa, a 177 km de la ciudad de Holguín
y a unos 950 km de la capital del país (Figura III.1).
Figura III.1 Ubicación geográfica de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara
Su actividad fundamental, basada en la Resolución 246/2006 del Ministerio de Economía
y Planificación (MEP), es la producción y comercialización de níquel más cobalto y otros
productos afines e inherentes al proceso minero.
La actividad productiva de níquel inicia con la extracción y transportación de minerales en
la Unidad Básica Minera; posteriormente tiene lugar el proceso de preparación del mineral,
el que es conducido por cinco plantas principales y tres plantas auxiliares, hasta totalizar
los 10 procesos que intervienen en la obtención de los productos finales de níquel.
Constituyen plantas principales: Hornos de reducción, Lixiviación y lavado, Sulfuro,
64
�Recuperación de amoníaco, Calcinación y Sínter. Las plantas auxiliares son:
Termoeléctrica, Servicios termoenergéticos y Potabilizadora de agua.
En la empresa objeto de estudio, el valor fundamental de los minerales consiste en que se
localizan próximos a la superficie y pueden extraerse en minas a cielo abierto, con un costo
menor al de su extracción en profundidades subterráneas, pero con un impacto mayor sobre
el medio ambiente.
La empresa Comandante Ernesto Che Guevara fue diseñada con una capacidad productiva
de 30 000 Ton de níquel al año, meta que ha sido cumplida esporádicamente en
correspondencia con las deficiencias en la tecnología de extracción y la evolución de los
precios de las materias primas en el mercado, fundamentalmente, el petróleo.
En el quinquenio 2007-2011 la producción de níquel de la empresa osciló entre 28 000 Ton
y 29 000 Ton. En igual período los precios de níquel disminuyeron drásticamente en el
mercado internacional de 30.000,00 USD/Ton a 20.000,00 USD/Ton (Principales
indicadores económicos 2007-2011. Banco Mundial. 2011).
En el presente, la producción de níquel de la empresa mantiene una cotización en el
mercado internacional de 16.128,41 USD/Ton (Principales indicadores económicos 20072011. Banco Mundial. 2011), con un aporte al PIB cubano de $510.000.000,00 USD
(Información Económica. Banco Central de Cuba. 2012).
La figura III.2 muestra la evolución descendiente de los precios del níquel en el mercado
internacional en los meses febrero-julio del año 2011.
Figura III.2 Cotización del níquel en la Bolsa de Metales de Londres.
Período febrero-julio del año 2011
65
�El análisis de la información económica de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara
en el período 2007-2011 reflejó que los costos totales de producción ascendieron de
12.856,05 USD/Ton a 14.065,87 USD/Ton (Anexo5).
Una observación a priori pudiera justificar esta situación con el alza de los precios del
combustible, como el petróleo. Pero el análisis económico del funcionamiento de la
Unidad Básica Minera demostró que los indicadores de eficiencia económica (costo
unitario de la masa minera y costo unitario de níquel) no permiten identificar las causas del
incremento de los costos de producción que atentan contra la eficiencia empresarial.
De los 10 procesos que intervienen en la producción de níquel, la actividad minera ocupa
el cuarto lugar con mayor incidencia en el costo total de la empresa y así lo muestra la
figura III.3, tercera fila correspondiente a los costos totales de producción, expresados en la
unidad medida ($/Ton).
En el período 2007-2011, el costo de las actividades mineras en la Unidad Básica Minera,
tuvo una incidencia ascendente en el costo total de la empresa Comandante Ernesto Che
Guevara con oscilaciones entre 1.079,87 $/Ton y 1.307,34 $/Ton (Figura III.4).
Figura III.4 Costo de las actividades mineras. Período 2007-2011
(U/M: USD/Ton).
III.3 Aplicación del procedimiento para la valoración económica y ambiental en la
actividad minera de níquel de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara
Con el objetivo de analizar las causas que determinaron el incremento de los costos
mineros y estudiar los indicadores actuales de eficiencia económica, se decide
66
�experimentar el procedimiento para la valoración económica y ambiental en la actividad
minera de níquel de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara y aplicar las
herramientas de las ciencias económicas, con el fin de lograr una valoración económica
enriquecedora de los criterios de decisión de los costos productivos y ambientales para una
mejor gestión ambiental empresarial.
III.3.1 Cálculo de la decisión de extracción del mineral
La empresa Comandante Ernesto Che Guevara obtiene un precio (po) de 16.128,41 USD
por cada tonelada de níquel vendida hoy (t=0), con costos marginales de extracción (c) de
14.065,87 USD/Ton (Análisis Técnico Económico. 2011).
La tasa de interés del mercado (r) es 10%, por tanto el rendimiento de los costos de
extracción es de 1.406,59 USD/Ton. Si se considera una tendencia positiva del precio de
níquel en el mercado internacional que permita a la empresa un precio futuro de 16.300,00
USD/Ton (p1) para comercializar el mencionado mineral, entonces el ingreso marginal
(IMg) derivado de extraer níquel hoy es:
IMg = 2.268, 79 USD/Ton
El costo marginal (CMg) sería:
(CMg) = 2.234,13 USD/Ton
Como el ingreso marginal supera al costo marginal, aún cuando se proyecta un precio de
níquel superior en el mercado internacional, lo más conveniente para la empresa
Comandante Ernesto Che Guevara es extraer el mineral en el presente.
Una vez tomada la decisión de extraer níquel se procede a caracterizar el proceso minero.
III.3.2 Caracterización del proceso minero de níquel
El proceso productivo de la empresa es continuo y se realiza en las condiciones de presión
atmosférica, para ello cuenta con una mina, con yacimientos a cielo abierto, muy cercanos
a la fábrica, lo que implica un bajo costo de minería.
La Ley 76/1995 Ley de Minas establece que la actividad minera se divide en cinco fases:
reconocimiento, investigación geológica, explotación, procesamiento y comercialización;
de ellas, sólo las tres primeras responden directamente al proceso minero y cumplen con la
descripción siguiente (Cuba. Ley 76∕1995):
67
�1. Reconocimiento: se realizan trabajos preliminares en determinadas áreas, definiendo
zonas de interés para la prospección.
2. Investigación geológica: está compuesta por dos subfases, la prospección y la
exploración.
Prospección: conjunto de trabajos con empleo de técnicas cuyo objetivo es la búsqueda de
concentraciones minerales que pueden constituir yacimiento.
Exploración: conjunto de operaciones, trabajos y labores mineras realizados para
determinar la estructura del yacimiento, el contenido y calidad de los minerales existentes
en el mismo, así como el cálculo de las reservas que servirá de base para la planificación
de la extracción y su procesamiento industrial.
Las labores mineras realizadas en la sub fase de exploración son las siguientes:
Desbroce: consiste en la eliminación de la vegetación y la modelación del terreno para
posibilitar la entrada de los equipos que realizan el destape.
Destape: es la labor que requiere de un mayor volumen de trabajo y consiste en el corte
y traslado del horizonte superior (escombro) del cuerpo mineral que por su bajo contenido
de níquel y cobalto, no resulta económico enviarlo al proceso.
Drenaje: por
las condiciones hidrogeológicas difíciles de los yacimientos, se hace
necesario drenar para reducir la humedad y evitar las pérdidas de mineral. La efectividad
del drenaje depende de factores naturales como: el relieve y el régimen de lluvia.
Construcción de caminos mineros: Viales construidos para garantizar la transportación del
mineral hasta el punto de recepción de minería (depósitos) y luego hasta la fábrica.
3. Explotación: conjunto de operaciones, obras, trabajos y labores mineras destinadas a la
extracción y transportación de los minerales.
El sistema de extracción empleado en la minería de níquel de la empresa Comandante
Ernesto Che Guevara es a través del transporte automotor, con excavadoras de arrastre
y retroexcavadoras hidráulicas, las cuales extraen y depositan la masa minera en camiones
con una capacidad de 40 Ton, según muestra la figura III.5. Los camiones realizan entre 10
y 12 viajes diarios para la transportación del mineral hasta los depósitos.
68
�Figura III.5 Sistema de extracción de níquel
La Unidad Básica Minera cuenta con 1025 trabajadores dedicados a darle cumplimiento
a cada una de las fases del proceso minero. En este conjunto existe un grupo económico
cuyo objetivo es garantizar el uso racional de los recursos económicos y financieros con
las exigencias siguientes:
Cumplir el costo unitario planificado de la masa minera
Realizar los análisis económicos
Ejecutar debidamente el presupuesto
La valoración de los análisis económicos realizados sistemáticamente por la Unidad Básica
Minera permitió concluir que la eficiencia del proceso minero se determina por dos
indicadores globales incluidos en los elementos de gastos:
Costo unitario de masa minera ($/Ton)=Totaldegastos/Masaminera
Costounitarioporcadalibradeníquelminado($/Lb)=Totaldegastos/Producciónde
Ni/2204,6
La estructura y el cálculo de los indicadores mencionados no provee la información
suficiente para:
Valorar la efectividad del trabajo en cada fase del proceso minero.
Identificar costos específicos que pudieran ocasionar un incremento de los costos de
producción.
69
�
Declarar costos ambientales por la utilización inadecuada y el consumo de recursos
ambientales, que con igual o mayor intensidad que otros costos, pudieran afectar el
cumplimiento de los planes de producción y el costo de producción.
Otro estudio realizado durante la investigación a la composición de los estados financieros
mostró que en la empresa Comandante Ernesto Che Guevara no se detallan aspectos
fundamentales del desarrollo minero para contribuir con la toma de decisiones; sólo se
registran, y se cargan a gastos por la utilización de los recursos minerales las cuentas:
Resarcimiento geológico, Repoblación forestal y Canon minero.
III.3.3 Identificación de impactos ambientales
Con el objetivo de identificar los impactos ambientales provocados por la actividad minera
de níquel se aplicó el método Delphi según establece el procedimiento.
La muestra representativa que reunía las características de una población con dominio de
los temas ambientales en la minería de níquel, dio como resultado 42 personas a encuestar
para determinar los expertos. De ellas, 12 tuvieron un coeficiente de conocimiento igual a
1 (Kc = 1) y 19 personas entre 0,8 y 0,9 (0,8 Kc 0,9). En relación con el coeficiente de
argumentación, 10 personas no poseían criterios sustanciales sobre el medio ambiente y la
minería, sus trabajos de investigación fueron realizados en otro perfil.
De los 42
especialistas encuestados, 30 fueron evaluados como expertos con un
coeficiente de competencia alto (0,8 Kcm 1). El criterio de los expertos en las encuestas
aplicadas coincidió en 17 impactos ambientales y ocho a incluir para un total de 25
impactos ambientales provocados.
Con la ayuda del criterio de expertos en la aplicación del método Delphi, se elaboró la
Matriz de identificación de impactos ambientales ocasionados por la minería.
Los 25 impactos ambientales reflejan 165 interacciones en cada fase y subfase del proceso
minero, de ellas, 60 correspondieron al medio físico, 50 al medio socioeconómico, 41 al
medio biótico y 14 al medio perceptual.
Las afectaciones de mayor trascendencia fueron, en el medio físico, la alteración en el
funcionamiento de los recursos hídricos y el aumento de la sedimentación en los ríos
(Figura III.7-A); en el medio socioeconómico, el deterioro de las condiciones higiénicas
y la salud de la población por aumento de polvo (Figura III.7-B); y en el medio biótico, la
eliminación de la cobertura vegetal, destrucción de los hábitats de la fauna silvestre
y pérdida de especies (Figura III.7-C)
70
�Figura III.7-A Alteración en el funcionamiento de los recursos hídricos
Figura III.7-B Deterioro de las condiciones higiénicas de la población por el polvo
71
�Figura III.7-C Eliminación de la cobertura vegetal, destrucción de hábitats y pérdida de
especies
III.3.4 Diseño de indicadores técnicos de gestión ambiental
La empresa Comandante Ernesto Che Guevara solicita eventualmente al Centro de
Investigación del Níquel (CEINNIQ) y a la empresa de Rehabilitación Minera (REMIN),
servicios relacionados con estudios sobre la contaminación de las aguas y la utilización del
terreno por la actividad minera de níquel. Estas labores son remuneradas en la cuantía del
presupuesto aprobado en el año para estos fines.
La empresa Comandante Ernesto Che Guevara cuenta con la información necesaria para
incorporar indicadores técnicos de gestión ambiental a sus indicadores de eficiencia
económica y de esta forma actuar, de manera inmediata, en relación con la sobreutilización
o consumo de los factores ambientales durante la actividad minera.
Los indicadores técnicos de gestión ambiental propuestos en la presente investigación
fueron calculados sobre la base de cinco impactos significativos resultantes de la matriz de
impacto ambiental del epígrafe anterior: el aumento de la erosión, la contaminación de las
aguas, el consumo de agua para el desarrollo del proceso minero, el consumo de recursos
energéticos y el deterioro de las condiciones higiénicas de la población por la emisión
constante de polvo.
El análisis de los resultados obtenidos refleja la agravante situación ambiental que genera
la actividad minera de níquel. En el medio físico, el alto consumo de recursos energéticos
es proporcional al costo que deberá pagarse por los combustibles. En el medio
socioeconómico, las condiciones de salud de la población serán cada vez menores por la
emisión continua de polvo y partículas contaminantes.
Los resultados en los indicadores técnicos de gestión ambiental reflejan la agravante
situación ambiental que genera la producción de cada tonelada de níquel, en estrecha
relación con: la contaminación de las aguas, del aire y el consumo elevado de recursos
energéticos. La última columna de la tabla muestra los valores máximos permisibles, que
según el criterio de expertos, la administración empresarial deberá gestionar para contribuir
con la eficiencia del desarrollo minero y a avanzar en el logro de la calidad ambiental.
III.3.5 Diseño de indicadores económicos y ambientales
Los elementos económicos y ambientales propuestos en la presente investigación y su
consideración en el presupuesto económico empresarial y en los estados financieros,
72
�posibilitará evaluar los criterios de medida: formalidad ambiental, gestión residual,
racionalidad energética y rentabilidad ambiental.
Sobre la base del criterio de expertos en el análisis de la influencia de cada indicador
económico y ambiental en el comportamiento económico de la empresa Comandante
Ernesto Che Guevara, se decidió seleccionar los criterios de medida: gestión residual,
responsabilidad ambiental y rentabilidad ambiental en el cálculo de tres indicadores
específicos: pérdida por escombros, pérdida por la tecnología de transportación y valor de
las reservas probadas.
La empresa Comandante Ernesto Che Guevara utiliza redes de perforación de 23mx23m,
para realizar la extracción del mineral, por lo que se utilizó el valor de 529 m2 para
significar el área de perforación.
Los indicadores calculados permiten concluir lo siguiente:
PE: Como resultado del área perforada (529 m2) para la producción de una tonelada de
níquel, se generan 95.231 Ton de escombros, con la presencia de minerales útiles no
aprovechados que representarían una pérdida de 3.060.353,50 USD.
PTT: Por las deficiencias en la tecnología de transportación, en el año 2011 la Unidad
Básica Minera sólo dispuso del 78,57 % de equipos para transportar el mineral
extraído, lo que trae consigo que 19.932,50 Ton listas para procesar, pudieron ser
dejadas de llevar al depósito; esta situación representaría una pérdida de
338.852.500,00 USD.
VRP: Para el año 2011, el proceso de investigación geológica brinda como resultado la
existencia de 18.756,00 toneladas superiores a la cantidad finalmente procesada. Esta
reserva identificada y no procesada tiene un valor ascendente a 315.792.000,00 USD
que pudo convertirse en ingresos para la empresa.
Los indicadores económicos y ambientales propuestos se calculan para los años 20072011, con la intención de valorar su evolución en relación con el comportamiento de los
precios del níquel en el mercado y el cumplimiento de la producción anual.
Los resultados de los indicadores calculados para cada año reflejan un comportamiento
ascendente de las pérdidas económicas generadas por los escombros, con un ligero
descenso en el año 2010 y con un rápido aumento de 1.178.737,34 USD en el año 2011
(PE
2011
- PE
2007),
cifra que casi duplica las pérdidas económicas del año 2007 (Figura
III.8).
73
�Figura III.8 Indicador Pérdida por escombros. Período 2007-2011
La inversión en tecnologías para elevar la eficiencia de la transportación del mineral es un
punto vulnerable en el éxito del desarrollo minero. Las pérdidas por las fallas técnicas
e insuficiencias de la transportación minera se han incrementado en 130.513.711,50 USD,
(PTT 2011-PTT 2007) (Figura III.9).
Figura III.9 Indicador Pérdida por tecnología de transportación. Período 2007-2011
No se trata solamente de comprar mayor cantidad de equipos, sino de invertir en mejores
teconologías de transportación que logren trasladar hacia los depósitos, cantidades de
mineral superiores a las actuales y contribuyan a disminuir el consumo de combustible.
Los países exportadores de níquel a los cuales se hizo alusión en el Capítulo I de la
presente investigación (Rusia, Canadá, Australia), emplean camiones con capacidad para
transportar hasta 200 Ton de masa minera. Los camiones utilizados en la empresa
Comandante Ernesto Che Guevara solo pueden transportar de 40 a 60 Ton de mineral. Un
viaje realizado para la trasnportación de mineral en el proceso minero de Canadá, Australia
74
�o Rusia, es equivalente a cinco trayectos realizados en Cuba para tansportar la misma
cantidad de mineral
Similar situación económica ocurre con el indicador reservas probadas. Desde el año 2007
hasta el año 2011 existe un incremento de 121.631.642,04 USD, que pudieron representar
ingresos para la empresa. La falta de tecnología para la separación y el procesamiento de
minerales ricos como el cobalto, el hierro y el cromo, presentes en estas reservas probadas,
obstruyó probables fuentes de ingreso (Figura III.10).
Figura III.10 Indicador Valor de las reservas probadas. Período 2007-2011
Con esta información económica y ambiental, los administrativos de la actividad minera
de níquel pueden trabajar en el análisis de costos ambientales específicos que influyen en
los costos de producción lo que contribuirá con elevar la competitividad.
III.3.6 Información minera y ambiental en los estados financieros. Elementos a
considerar para el registro contable de aspectos ambientales en la actividad minera
de níquel
Una primera aproximación a la propuesta de cuentas ambientales en la actividad minera
fue aportada por la autora de la presente investigación en el trabajo Tratamiento contable
para las afectaciones ambientales provocadas por la explotación de yacimientos minerales
en la empresa de níquel Comandante Ernesto Che Guevara, obra registrada en el año 2009
en el Centro Nacional de Derecho de Autor (Anexo 3).
Dos años más tarde el profesor Ms. C Pablo Lamorú Torres, en su tesis en opción al grado
científico de Doctor en Ciencias Contables y Financieras, propone un procedimiento
contable para el registro de las variables ambientales en la industria del níquel de Cuba
Comandante René Ramos Latour (Lamorú, P. 2011) que si bien constituye un aporte al
estudio de las Normas Contables Cubanas, pudo ampliar en el análisis de la repercusión
75
�ambiental y económica de la actividad minera en el contexto económico de la empresa y de
la economía nacional.
A tenor de la revisión realizada a las Normas Contables Cubanas y sobre la base del
estudio de las investigaciones mencionadas anteriormente, se considera que el contenido
inclusivo de las normas contables actuales pudiera ser enriquecedor en el análisis de la
repercusión económica de los criterios ambientales relacionados con la minería de níquel.
La ausencia de elementos mineros y ambientales de la actividad minera de níquel en el
Estado de situación y en el Estado de resultados, dificulta el análisis e interpretación
sistemática de la norma contable en relación con la responsabilidad ambiental empresarial.
En la aplicación de la presente etapa del procedimiento se proponen elementos a considerar
para el registro contable de aspectos ambientales en la actividad minera de níquel, con el
objetivo de mostrar la información económica y ambiental en los estados financieros de la
empresa Comandante Ernesto Che Guevara y con el ánimo de generalizar estos conceptos
contables a otras empresas mineras de Cuba.
La propuesta está encaminada a diferenciar entre activos, pasivos, ingresos y gastos, los
enfoques utilizados en el diseño de los indicadores económicos y ambientales, así como
otras que aporten información ambiental a los estados financieros. De esta forma se
contribuye con el uso eficiente y el control de los recursos naturales y se enriquece el
proceso de toma de decisiones referido con la disminución de los costos operativos en la
minería.
Para expresar de la manera más acertada y coherente posible el registro de la información
económica y ambiental que se sugiere incorporar, se utilizó el Nomenclador de
Actividades Económicas (NAE) establecido por la Oficina Nacional de Estadística (Figura
III.11) .
Figura III.11 Clasificación de la actividad minera de níquel según el Nomenclador de
Actividades Económicas.
76
�La propuesta de elementos a considerar para el registro contable de aspectos ambientales
en la actividad minera de níquel quedaría como sigue:
GRUPO DE ACTIVOS
ACTIVO FIJO
Código
Nombre de la cuenta
157
Terrenos para comercializar
Se propone incluir la subcuenta: Terrenos minados para comercializar
183 a 210
Inventarios
Se propone incluir la subcuenta: Inventario minero-ambiental
ACTIVO A LARGO PLAZO
Código
Nombre de la cuenta
225 a 234
Inversiones a Largo Plazo o Permanentes
Se propone incluir la subcuenta: Inversiones en infraestructura y equipos
mineros.
ACTIVOS FIJOS
Código
Nombre de la cuenta
240 a 254
Activos Fijos Tangibles
Se propone incluir la subcuenta: Activos fijos tangibles mineros
CUENTAS REGULADORAS DE ACTIVOS
Código
Nombre de la cuenta
375 a 389 Depreciación de activos fijos tangibles
Se propone incluir la subcuenta: Depreciación de activos fijos tangibles
mineros
GRUPO DE PASIVOS
PASIVOS CIRCULANTES
Código
Nombre de la cuenta
493 a 500
Otras Provisiones Operacionales
GRUPO DE GASTOS DE PRODUCCIÓN
Código
Nombre de la cuenta
700 a 730
Producción en Proceso
GRUPO DE CUENTAS NOMINALES
CUENTAS NOMINALES DEUDORAS
Código
Nombre de la cuenta
77
�845 a 849
Gastos por Pérdidas
Se propone incluir las subcuentas: Gastos por pérdida de mineral y Valor de
las reservas probadas
CUENTAS NOMINALES ACREEDORAS (excepto empresas de Seguros)
Código
Nombre de la cuenta
950 a 954
Otros Ingresos
Se propone incluir la subcuenta: Subvenciones de motivos relacionados con
la minería y el medio ambiente.
III.3.7 Factibilidad económica de inversiones ambientales
La aplicación de alternativas financieras que permitan valorar la inversión en tecnologías
para minimizar los costos de producción en la actividad minera de níquel y mitigar
impactos ambientales, constituye una herramienta económica importante en la
planificación empresarial. Una alternativa en el logro de este empeño es el cálculo del
Valor Económico Ambiental (VEA), indicador diseñado y propuesto en la presente
investigación.
La información de las variables que integran la fórmula para el cálculo del VEA, con
excepción de la razón de costos ambientales (b) y el coeficiente de costos ambientales
(1-b), es suministrada por el departamento económico de la empresa Comandante Ernesto
Che Guevara y aparece en los análisis económicos anuales. La razón de costos ambientales
en la actividad minera de níquel es el porciento estimado de los costos ambientales de la
minería en relación con los costos totales. Se pronostica según criterio de expertos.
VEA- Valor Económico Ambiental del período deseado.
P - Precio por unidad de níquel vendida.
C - Costo por unidad de níquel producida
W- Producción total
Q - Otros ingresos (Fuente: Análisis económicos financieros. 2011).
b - Razón de costos ambientales en la actividad minera de níquel
1-b Coeficiente de costos ambientales.
K-Tasa diaria de interés o descuento. La tasa de descuento no se calcula, se utiliza el
valor de la tasa diaria de mayor frecuencia que aparezca en los registros históricos de
la empresa. Para este caso, el valor K de mayor periodicidad es 0,018%.
T - Período promedio de cobro de las ventas de Níquel (Fuente: Análisis económicos
financieros. 2011)
78
�A continuación se procede a efectuar el cálculo del VEA
Para el año 2010
VEA2010 249.272.135, 45
Para el año propuesto (2011)
VEA2011 50.063.128,16
El cálculo del Valor Económico Ambiental en ambos períodos (VEA2010 y VEA2011) es
positivo, significa que los costos ambientales proyectados no afectan la eficiencia y la
rentabilidad de la actividad minera ni de la empresa; los ingresos son capaces de cubrir los
gastos, incluso, los costos ambientales. El decremento experimentado en la Razón de
costos ambientales de la actividad minera de níquel para el año 2011(b = 18%), condujo
a una menor afectación de los ingresos, con una disminución de 199.209.007,29 USD
(VEA2011 - VEA2010) en relación con el año anterior. Aunque en la empresa Comandante
Ernesto Che Guevara se avizoran decisiones de planificación empresarial relacionadas con
inversiones mineras, se deben incrementar las inversiones de carácter tecnológico para
hacer más eficiente y menos agresiva la minería. Con ello se logrará la reducción paulatina
de los costos ambientales identificados y calculados en el desarrollo del procedimiento
propuesto para la valoración económica y ambiental de la actividad minera de níquel.
III.4 Conclusiones parciales
La aplicación del procedimiento para la valoración económica y ambiental de la actividad
minera de níquel de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara posibilitó constatar su
factibilidad y conveniente utilización como instrumento metodológico efectivo para
perfeccionar los indicadores de eficiencia económica.
79
�CONCLUSIONES GENERALES
1. El análisis del pensamiento económico precursor de las teorías relacionadas con la
Economía Ambiental, el estudio de metodologías, procedimientos e indicadores
ambientales propuestos por autores nacionales e internacionales y la observación de las
normativas contable, ambiental y minera vigente en Cuba, constituyeron las bases de la
elaboración de un procedimiento que aporta elementos para la valoración económica
y ambiental de la actividad minera de níquel de la empresa Comandante Ernesto Che
Guevara de Moa.
2. Los indicadores técnicos de gestión ambiental y los indicadores económicos y
ambientales propuestos en este trabajo para la actividad minera de níquel, aportan
información relevante y oportuna para tomar decisiones en aras de disminuir la
incidencia de los costos de producción de la minería en el costo total de la empresa
Comandante Ernesto Che Guevara.
3. El procedimiento para la valoración económica y ambiental de la actividad minera de
níquel de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara posibilitó constatar su
factibilidad y conveniente utilización como instrumento metodológico para enriquecer
los indicadores de eficiencia económica en la empresa objeto de estudio y su posibilidad
de generalización a otras actividades mineras a cielo abierto, con el análisis de las
adaptaciones necesarias.
Los cálculos desarrollados en cada una de las etapas del
procedimiento propuesto demostró la capacidad de descripción, explicación, predicción,
consistencia lógica, flexibilidad, perspectiva y pertinencia en la investigación.
80
�RECOMENDACIONES
Al Comité de Normas Contables Cubanas
1. Estudiar los elementos propuestos para el registro contable de aspectos ambientales
en la actividad minera de níquel, para ser considerados en el proceso de
actualización de las Normas Contables Cubanas.
Al Consejo de Dirección de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara:
2. Incorporar los indicadores técnicos de gestión ambiental y los indicadores
económicos y ambientales propuestos, para enriquecer los criterios de eficiencia
económica en la empresa.
3. Continuar los estudios de factibilidad de inclusión de los costos ambientales en la
planificación económica empresarial, para viabilizar el desarrollo de inversiones
tecnológicas y ambientales en la minería, sobre la base de la fórmula propuesta con
este fin, el Valor Económico Ambiental (VEA)
A la Oficina Nacional de Recursos Minerales
4. Estudiar el procedimiento para la valoración económica y ambiental propuesta en la
presente investigación, para ser generalizado al resto de las actividades mineras del
país.
A investigadores ambientalistas de las ciencias económicas.
5. Perfeccionar la disciplina Economía Ambiental con la aplicación de las
herramientas de las ciencias económicas fundamentalmente en aquellas actividades
económicas, cuyo desarrollo implica el consumo, utilización y afectación del medio
ambiente.
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Editorial Mc. Grauw Hill. México, (2), 521p.
85
�GLOSARIO DE TÉRMINOS Y DEFINICIONES
Colas: residuos no aprovechables resultante del procesamiento minero con contenido útil
de mineral (Cuba. Ley 76∕1995).
Depósitos minerales: acumulaciones de minerales o rocas, que por su calidad y
cantidad, pudieran ser explotados como fuente de materias primas o de energía. Su
cantidad se da en recursos. Cuando se habla de depósitos minerales no se trata de una
acumulación cualquiera de rocas o minerales, sino de aquellos que son útiles al
hombre para uno u otro fin.
Eficacia: influencia de tomar decisiones oportunas para el logro de propósitos y metas.
Significa, hacer las cosas correctas (Drucker, P. 1992).
Eficiencia: empleo de métodos que posibilitan la utilización adecuada de los recursos, en
otras palabras, hacer correctamente las cosas (Drucker, P. 1992).
Escombros: conjunto de sobrantes originados como consecuencia del laboreo minero
que será aprovechable con el desarrollo de una tecnología consecuente.
Homogeneización: uniformización de la composición y la estructura de los elementos
de un compuesto, obtenida mediante procedimientos físicos o químicos.
Indicador: es una variable, un parámetro, una medida, un valor, para una medida, un
instrumento de medida, una fracción que compara una cantidad, un índice, una
pieza de información, una cantidad única derivada de una variable y utilizada para
reflejar un atributo, un modelo empírico de indicadores como variables.
Laboreos: arte de explotar las minas, haciendo las labores o excavaciones
necesarias, fortificándolas, disponiendo el tránsito por ellas y, extrayendo las menas
aprovechables.
Laterita niquelífera: suelo de las regiones tropicales, caracterizado por la presencia
de grandes porciones de níquel.
Mena: porción útil de un mineral metalífero.
86
�Mina: obra resultante del conjunto de excavaciones e instalaciones superficiales y
subterráneas que se realizan para la investigación y explotación de un yacimiento
mineral.
Minería o laboreo de minas: operación consistente en obtener de las minas los minerales en
estado natural. Incluye las labores de reconocimiento, exploración, análisis químico de
muestras, instalaciones accesorias de toda índole, labores preparatorias, extracción,
ventilación y seguridad (Calvache, A. 1944).
Recursos naturales: bienes que provee la naturaleza y que son utilizados por las personas,
bien para consumirlos directamente, para ser utilizados en algún proceso de
producción o para la producción de otros bienes. Los recursos naturales se clasifican
en renovables y no renovables (Riera, P. et al, 2011).
Recursos renovables: recursos naturales, cuya disponibilidad no es fija, puede aumentar o
disminuir de acuerdo con la utilización que se haga de ellos y son capaces de
reproducirse o regenerarse, por ejemplo: los bosques, los peces.
Recursos no renovables: recursos naturales que no se regeneran y el ritmo de su utilización
puede provocar su agotamiento, por ejemplo: el petróleo y los minerales. (Riera, P. et
al, 2011)
Reservas probadas: cantidad de mineral geológicamente extraíble y pendiente de
explotación minera (Cuba. Ley 76∕1995).
Yacimiento: cualquier acumulación natural de sustancias minerales en el suelo o en
el subsuelo, que pueda ser utilizado y explotado como fuente de materia prima y como
fuente de energía, y las concentraciones de piedras preciosas y semipreciosas y
de cualquier otra sustancia mineral, cuya extracción tenga importancia económica. El
monto de sus recursos se expresa en reservas.
87
�ANEXOS
Anexo 1
Encuesta para determinar el coeficiente de competencia del experto.
Nombre y apellidos: _____________________________________________
Usted ha sido seleccionado como posible experto para ser consultado respecto del grado de
relevancia sobre el tema: impactos ambientales de la actividad minera de níquel.
Antes de realizarle la consulta correspondiente y como parte del método empírico de
investigación “consulta a expertos”, se necesita determinar su coeficiente de competencia
�en este tema, a los efectos de reforzar la validez del resultado de la consulta que
realizaremos. Por esta razón se le pide que responda las siguientes preguntas de la forma
más objetiva que le sea posible.
1.- Marque con una cruz (X), en la tabla siguiente, el valor que se corresponde con el grado
de conocimientos que usted posee sobre el tema: impactos ambientales de la actividad
minera de níquel. Considere que la escala que se presenta es ascendente, es decir, el
conocimiento sobre el tema referido va creciendo desde 0 hasta 10.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
2.- Realice una autovaloración del grado de influencia que cada una de las fuentes que se
presentan a continuación, ha tenido en su conocimiento y criterio sobre el tema“…”. Para
ello marque con una cruz (X), según corresponda, en A (alto), M (medio) o B (bajo).
Grado de influencia de cada una de las fuentes.
Fuentes de argumentación.
A (alto)
M (medio)
Análisis teórico realizado
Su experiencia obtenida
Trabajo de autores nacionales.
Trabajo de autores extranjeros.
Su propio conocimiento del estado del
problema en el extranjero.
Su intuición
Anexo 2
Encuesta a expertos.
Nombre y apellidos: ______________________________________________.
Institución a la que pertenece: ______________________________________.
Cargo actual: ____________________________________________________.
Calificación profesional, grado científico o académico:
Profesor: _____.
Licenciado: _____.
Ingeniero: _____.
B (bajo)
�Especialista: _____.
Máster: _____.
Doctor: _____.
Años de experiencia en la profesión: ________________.
Años de experiencia docente y en la investigación: ________________.
Como parte del tema de Tesis “Procedimiento para la valoración económica y ambiental en
la actividad minera de níquel”, en opción al grado científico de Doctor en Ciencias
Económicas, se está elaborando un procedimiento que permita perfeccionar los indicadores
de eficiencia económica actuales en la minería de níquel.
A continuación se presenta una tabla que relaciona los factores ambientales y el impacto
correspondiente al proceso minero. A la derecha aparece la escala:
MR: Muy relevante.
PR: Poco relevante
1.
R: Relevante.
NR: No relevante.
Marque con una cruz (X) el grado de relevancia que usted otorga a cada impacto
ambiental.
Encuesta a expertos, continuación.
IMPACTOS AMBIENTALES PROVOCADOS POR LA ACTIVIDAD
MINERA DE NÍQUEL
MR R
I.
Microclima
Cambios locales del microclima por la eliminación de
la cubierta vegetal y los suelos
II.
Calidad del aire
Emisiones continuas de polvo a la atmósfera
III.
Suelo
Erosión
IV.
Relieve
Ocurrencia de deslizamientos
V.
Hidrología (agua superficial y subterránea)
Acumulación de sedimentos
VI.
Viales y tráfico terrestre
PR NR
�Incremento del tráfico terrestre
VII.
Recursos naturales y energéticos
Aumento del consumo de agua y combustible
VIII.
Vegetación y flora terrestre
Eliminación de la cobertura vegetal
IX.
Fauna terrestre
Pérdida de especies
X.
Ente ecológico
Afectación de ecosistemas
XI.
Paisaje
Alteración de la calidad estética-visual del paisaje
XII.
Agentes sociales (Población)
Deterioro de las condiciones higiénicas
XIII.
Agentes económicos (Infraestructura económica)
Relocalización de la infraestructura
2.
Mencione la o las fases de la actividad minera que provocan impactos ambientales.
Puede relacionar la fase de la actividad minera con el número del factor ambiental que
parece en la tabla anterior.
Por ejemplo: R/ El impacto ambiental del factor II ocurre fundamentalmente en la fase
transportación del mineral.
3.
Escriba a continuación los impactos ambientales que usted considera deban ser
incluidos o eliminados en esta propuesta:
Impactos que se proponen ser incluidos
1.
2.
3.
Anexo 3
Registro de obra Literaria en el Centro Nacional de Derecho Autor (CENDA)
Título: Tratamiento contable para las afectaciones ambientales provocada por la
explotación de yacimientos minerales en la empresa de níquel Comandante Ernesto Che
Guevara
�Autor: Lic. Clara Luz Reynaldo Argüelles
Fecha: 26 de febrero del año 2009
�
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Tesis
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A name given to the resource
Procedimiento para la valoración económica y ambiental
en la actividad minera de níquel
Creator
An entity primarily responsible for making the resource
Clara Luz Reynaldo Arguelles
Publisher
An entity responsible for making the resource available
Editorial Digital Universitaria de Moa
Type
The nature or genre of the resource
Tesis doctoral
Date
A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource
2013
-
https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/8932ed017652ced9a2983cb5fe905588.pdf
2f35bb831bc9da18cfa6a865dba93528
PDF Text
Text
TESIS
Evaluación de las tobas vítreas del
yacimiento Jiguaní
como material pulzolánico
Danicer Sánchez González
�Página legal
Título de la obra: Evaluación de las tobas vítreas del yacimiento
jiguaní como material puzolánico, municipio Moa, Holguín, 80pp.
Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2016 -- ISBN:
1.Autor: Danicer Sánchez González
2.Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨
Edición: Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Corrección: Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Digitalización. Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Institución de los autores: ISMM ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨
Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2016
La Editorial Digital Universitaria de Moa publica bajo licencia Creative Commons de
tipo Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y
distribución por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus
autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas.
La licencia completa puede consultarse en:
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/legalcode
Editorial Digital Universitaria
Instituto Superior Minero Metalúrgico
Ave Calixto García Íñiguez # 75, Rpto Caribe Moa 83329, Holguín Cuba
e-mail: edum@ismm.edu.cu
Sitio Web: http://www.ismm.edu.cu/edum
�República de Cuba
INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALÚRGICO DE MOA
“DR. ANTONIO NÚÑEZ JIMÉNEZ”
FACULTAD DE GEOLOGÍA Y MINERÍA
DEPARTAMENTO DE GEOLOGÍA
EVALUACIÓN DE LAS TOBAS VÍTREAS DEL YACIMIENTO
JIGUANÍ COMO MATERIAL PUZOLÁNICO
Tesis presentada en opción al Título Académico de Máster en Geología
Maestría en Geología, Mención Prospección y Exploración de Yacimientos
Minerales Sólidos
9na Edición
Autor: Ing. Danicer Sánchez González
Tutor: Dr.C. Carlos Alberto Leyva Rodríguez
MSc. Leonardo Calderius Espinosa
MOA, 2015
Año 57 de la Revolución
�ÍNDICE
PÁG.
INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 1
CAPÍTULO 1. MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL ................................................ 8
1.1 Generalidades ................................................................................................... 8
1.2 Las sustancias nocivas al hormigón. ................................................................. 9
1.3 Propiedades físico - mecánicas de los áridos ................................................. 10
1.4 El cemento en el hormigón .............................................................................. 11
1.5 Las puzolanas ................................................................................................. 13
1.5.1 Clasificación de las puzolanas según su origen .................................... 14
1.5.2 Normativas de las puzolanas ................................................................ 16
1.5.3 Actividad puzolánica.............................................................................. 17
1.5.4 Aplicación de las puzolanas .................................................................. 18
1.6 Antecedentes de la investigación .................................................................... 19
1.7 Características físico-geográficas del yacimiento Jiguaní ............................... 28
1.8 Marco geológico regional y local ..................................................................... 30
CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS ......................................................... 44
2.1 Metodología de la investigación ...................................................................... 44
2.2 Etapa preliminar .............................................................................................. 45
2.3 Etapa de trabajo de campo ............................................................................. 45
2.4 Etapa de laboratorio ........................................................................................ 46
2.4.1 Métodos y técnicas analíticas, empleados en la investigación .............. 47
2.4.2 Método utilizado en la investigación ...................................................... 47
2.4.3 Determinación de la composición granulométrica ................................. 47
2.4.4 Determinación del índice de actividad puzolánica ................................. 49
2.4.5 Determinación de resistencias mecánicas en morteros ........................ 49
2.4.7 Determinación de resistencias mecánicas en hormigones .................... 54
�2.4.8 Ensayo de resistencia a la compresión en bloques............................... 55
2.5 Etapa de gabinete ........................................................................................... 56
CAPÍTULO 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ...................................................... 58
3.1 Resultados experimentales y su análisis ......................................................... 58
3.1.1 Caracterización granulométrica ............................................................. 58
3.1.2 Resistencias mecánicas en morteros .................................................... 63
3.1.3 Resistencia mecánica en hormigones. .................................................. 66
3.1.4 Determinación de la resistencia a la compresión en bloques ................ 68
3.2 Análisis de las perspectivas de utilización del material estudiado como aditivo
puzolánico ............................................................................................................. 68
3.2.1 Evaluación del índice de actividad puzolánica ...................................... 68
3.2.2 Valoración socioeconómica y ambiental ............................................... 71
CONCLUSIONES ................................................................................................. 75
RECOMENDACIONES ......................................................................................... 76
BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................... 77
ANEXOS
�INTRODUCCIÓN
Desde la antigüedad las necesidades del hombre y las inventivas de este para
darle solución a los problemas constructivos, siempre han estado presentes en el
devenir de los tiempos; siendo una de las más importantes la actividad
constructiva, con vistas a dar mayor seguridad y confort al seno familiar.
El hormigón constituye el 90 % del capital construido por el hombre, cuyo
componente fundamental es el cemento, el consumo del mismo se asocia al nivel
de desarrollo de un país, siendo sin embargo responsable del deterioro del medio
ambiente en el planeta, generado por la explotación de grandes recursos no
renovables, materias primas y combustibles.
Paralelamente a la industria del cemento Portland la industria del hormigón,
ha introducido avances, mediante el empleo de materiales puzolánicos tales
como, cenizas volantes, escorias siderúrgicas, micro sílice, puzolanas naturales
y artificiales, que mejoran las propiedades del hormigón en estado fresco y
endurecido, en cuanto a durabilidad, resistencia mecánica, disminución del
consumo de cemento y del contenido de clínquer.
La industria del cemento es particularmente susceptible a las características de las
materias primas, pues de ellas depende el tipo y propiedades del cemento
producido y la posibilidad de optimización del proceso de fabricación. La
diversidad de aplicaciones que tiene el cemento en la actualidad hace que sea
necesario elaborar productos que obedezcan a las distintas necesidades de
resistencia mecánica y química, tiempos de fraguado, costos, entre otras.
De aquí que las puzolanas naturales sean un importante componente para la
producción de cementos Pórtland ordinario y puzolánico, que contribuyen a la
conservación del medio ambiente, al reducir la emisión de gases nocivos como
CO2 y SO2, ya que no es necesario someter la materia prima (puzolana) a la
tostación.
Poseen propiedades puzolánicas los materiales con un elevado contenido de
componentes ácidos como la sílice, la alúmina y el óxido férrico, con una
estructura desordenada o amorfa capaces de reaccionar con el hidróxido de calcio
producto de la hidratación del cemento.
2
�Las tobas vítreas son rocas volcánicas que poseen altos contenidos de estos
compuestos. Esta propiedad, junto a ser finamente divididas, les hace candidatas
para su utilización como puzolana.
Las tecnologías constructivas han ido en continuo desarrollo en los últimos años
condicionado por el mayor crecimiento de las urbanizaciones en lugares donde la
agresividad del medio ambiente al hormigón es mayor, así como, las necesidades
de construcciones con fines turísticos e industriales, tales como: diques, presas,
embalses, puentes, edificación de viviendas y hoteles en zonas costeras, han
requerido la introducción de variaciones en los diseños del hormigón para cumplir
las cualidades reológicas específicas para su colocación y conformación en estado
fresco y con los requisitos, de altas resistencias mecánicas y elevada durabilidad
en el estado de endurecimiento.
En Cuba, la situación de la vivienda es una problemática que crece gradualmente;
visto principalmente por el deterioro constante de las existentes y el azote de
fenómenos naturales; esto ha motivado la actividad inventiva y multidisciplinaria de
los hombres de ciencia en nuestro país, con vista a dar una mayor y más efectiva
respuesta a las multiformes actividades constructivas que se necesitan en el orden
social y económico, debido a la notable escasez para satisfacer a la creciente
demanda de materiales de la construcción por parte de la población.
Las diversas investigaciones se han encaminado al estudios de las rocas y
minerales que por diversas génesis pudieran presentar una determinada actividad
puzolánica bajo condiciones específicas dígase una molienda más efectiva y una
activación térmica; tales rocas pueden ser de origen ígneo o sedimentario que
puedan constituir puzolanas, tales como: las tobas vítreas, tobas zeolitizadas y
algunas
arcillas
caoliníticas
calcinadas,
Rabilero
(1992);
Dopico
(2009);
Costafreda; et. al. (2011b); Rosell; et. al. (2011) y Martirena (2004) entre otros. Los
estudios abarcan la caracterización de estos materiales minerales y los ensayos
físico-mecánicos, que evidencian incrementos de la resistencia mecánica en
morteros y hormigones como efecto de la actividad puzolánica,
Según Mather (1982); Rabilero y Muños (1974) y Howland; et. al. (2006), estas
adiciones confieren al cemento y al hormigón propiedades de gran importancia
3
�práctica, principalmente cuando se trata de lograr una mayor estabilidad química y
por tanto una mayor durabilidad.
Los trabajos de Calleja (1966), Pérez; et. al. (2013), han confirmado la
racionalidad de aprovechar en la práctica las propiedades puzolánicas de algunos
materiales. Lo anterior se encuentra determinado, por el bajo costo de las
operaciones a las que deben ser sometidas las puzolanas de origen natural, hasta
adquirir la forma adecuada para su utilización en la práctica industrial. Por otra
parte, cuando los materiales puzolánicos son subproductos y desechos de la
industria, su empleo constituye una salida de importancia económica y ambiental.
A partir de las investigaciones realizadas, en la provincia de Granma se han
tomado acciones
evaluando
encaminadas
a
disminuir
el
consumo
de
cemento,
las perspectivas de utilización de los materiales puzolánicos y
aditivos químicos,
en
mezclas
de
hormigones
aditivados, obteniéndose
resultados satisfactorios; Zaldivar (2011) realiza su investigación para el caso del
yacimiento de zeolitas en la localidad de Bueycito donde efectúa una
experimentación para su uso como puzolana natural. El aprovechamiento de estos
recursos naturales como aditivo mineral activo en la sustitución parcial de
cemento, ha estado limitado, al menos en parte, porque no ha sido resuelto lo que
en este trabajo, se declara como problema de la investigación: El insuficiente
conocimiento de las propiedades puzolánicas de las tobas vítreas del yacimiento
Jiguaní.
Por ello el objeto de estudio se define como: Las tobas vítreas del yacimiento
Jiguaní.
Campo de acción
Las propiedades puzolánicas de las tobas vítreas utilizadas en la elaboración de
morteros y hormigones.
Objetivo general
Evaluar las propiedades puzolánicas de las tobas vítreas del yacimiento Jiguaní a
través de los ensayos físico-mecánicos para la sustitución parcial de cemento.
4
�A partir de ello se plantea como hipótesis la siguiente afirmación:
Sí se determinan las características geológicas generales y se evalúan las
propiedades puzolánicas de las tobas vítreas del yacimiento Jiguaní, mediante los
ensayos físico-mecánicos, entonces se dispondría de un nuevo material
puzolánico que contribuiría a la sustitución parcial de cemento en la provincia
Granma.
Para dar respuesta a esta hipótesis se proyectan los siguientes:
Objetivos específicos:
Determinar el índice de actividad puzolánica de las tobas vítreas del
yacimiento Jiguaní en morteros.
Evaluar
las
propiedades
físico-mecánicas
que
caracterizan
el
comportamiento puzolánico de las tobas vítreas del yacimiento Jiguaní en
morteros y hormigones hidráulicos.
Valorar la posibilidad de empleo de las tobas vítreas como material
puzolánico.
Tareas de la investigación:
Recopilación y análisis de los trabajos relacionados con los materiales de
construcción y puzolánicos, así como la exploración de la problemática
mundial, nacional y local.
Preparación de las muestras; apoyado en la trituración, homogenización,
molienda y cribado de las mismas.
Caracterización de la materia prima desde el punto de vista granulométrico,
y su comparación con los parámetros normalizados.
Determinación del índice de actividad puzolánica a través del ensayo de
resistencia a la compresión en morteros a los 28 días.
Valoración socioeconómica y ambiental.
Métodos de investigación
La tesis se compone de introducción, tres capítulos, conclusiones generales,
referencias bibliográficas y los anexos que esclarecen y complementan los temas
tratados en los capítulos.
5
�Capítulo 1. Marco Teórico Conceptual
En este capítulo se exponen y discuten los criterios más actualizados que se
reportan en la literatura sobre la industria del cemento, el hormigón y las
puzolanas. Mediante el método histórico – lógico, se realizó el estudio del estado
del arte sobre la valoración y el aprovechamiento de las tobas vítreas como
puzolanas naturales, se logró determinar el alcance de la investigación. Se
presentan las características geográficas, geológicas y mineralógicas, que
permitieron sustentar la evaluación de las tobas vítreas del yacimiento Jiguaní
como material puzolánico.
Capítulo 2. Materiales y métodos
Mediante el método lógico se seleccionan las técnicas, normativas a aplicar en la
investigación y se establece la metodología para la evaluación del material
tobáceo como aditivo puzolánico que permita comprobar la hipótesis científica
planteada.
Capítulo 3. Resultados y discusión
Se analizan los resultados de la caracterización granulométrica, el índice de
actividad puzolánica y evaluación experimental de los efectos de la adición de las
tobas vítreas en morteros y hormigones hidráulicos, lo que permite comprobar los
fundamentos teóricos a nivel de laboratorio, mediante el método experimental, el
método lógico y el método de análisis – síntesis que contribuyan a la confiabilidad
de los resultados obtenidos.
Aporte de la investigación
La solución a la disponibilidad de un material puzolánico para su uso
generalizado en las empresas constructoras de la provincia Granma.
6
�CAPÍTULO 1
7
�CAPÍTULO 1. MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL
En el capítulo se realiza un análisis sobre los diferentes aspectos que se
encuentran relacionados con los temas discutidos en la bibliografía consultada,
sobre los materiales puzolánicos, con el objetivo de disponer de los elementos
básicos para la realización del trabajo. Se expone el estado del arte, la
conceptualización y consideraciones teóricas sobre las puzolanas, su importancia
económica y tecnológica.
1.1 Generalidades
Para contribuir a una mejor comprensión de los conceptos que se reflejan a lo
largo del trabajo se definen algunos términos empleados en el ámbito de los
materiales de construcción, como son: el hormigón, cemento, áridos y puzolana.
El hormigón hidráulico también denominado concreto es el material constituido
por la mezcla de cemento, árido grueso, árido fino y agua, con o sin la
incorporación de aditivos o adiciones, que desarrolla sus propiedades al hidratarse
el cemento, NC 120: (2007a).
Por su parte se denomina ´´mortero de albañilería´´ a la mezcla de uno o varios
conglomerantes minerales, áridos finos, agua y a veces adiciones y/o aditivos, NC
175: (2002b)
El cemento, con propósitos constructivos, puede ser descrito como un material
calcáreo y silíceo capaz de unir los áridos, la arena, los ladrillos o bloques. Los
cementos de interés en la fabricación de concreto tienen la característica de fijarse
y endurecerse debajo del agua, en virtud de una reacción química con ella y
siendo llamados cementos hidráulicos.
Las puzolanas son materiales de naturaleza silícea o sílico-aluminosa, las cuales
por si misma poseen poca o ninguna propiedad cementante, pero finamente
divididas y en presencia de humedad, reaccionan químicamente con el hidróxido
de calcio para formar como puestos con propiedades cementantes, NC TS: 528
(2007d).
Los áridos son aquellas materias de forma granular o fibrosa que, con preparación
especial o sin ella han de ser unidos entre sí por un aglomerante, para conformar
los hormigones y morteros, De Armas (2008).
8
�Los áridos constituyen la mayor parte de la masa en el hormigón, pudiendo llegar
hasta 80-85 % en peso, de ahí que las propiedades física-químicas y
mineralógicas del árido tienen una profunda influencia en la resistencia, elasticidad
y demás propiedades del hormigón.
El fino o filler es el material inerte finamente dividido, empleado para disminuir la
retracción, actuar como extensores, mejorar la laborabilidad y la coherencia en
morteros y hormigones, NC 251: (2005b) .
Existen diversas clasificaciones de los áridos, siendo las más empleadas las que
los agrupan según su origen y tamaño. En la norma NC 251: (2005b) se define
como árido al material mineral procedente de rocas que se encuentran
desintegradas en estado natural o precisan de trituración mediante procesos
industriales. Las dimensiones son diferentes, varían desde 0,149 mm hasta un
tamaño máximo especificado.
Se clasifican según su tamaño en dos tipos fundamentales, en árido grueso o
grava y en árido fino o arena, los cuales, aunque no contribuyen de manera
activa al endurecimiento del mortero deben poseer por lo menos la misma
resistencia y durabilidad que se exija al hormigón. El árido que tiene mayor
responsabilidad en el conjunto es la arena.
El árido grueso (grava) es aquel que posee principalmente, partículas de un
tamaño superior a 4,76 mm.
Nota: El árido grueso puede describirse como grava (sin beneficiar o beneficiada)
o como roca triturada, NC 251: 2005b).
El árido fino (arena) es aquel que posee partículas de un tamaño desde 0,149
mm hasta 4,76 mm.
Nota: El árido fino puede estar descrito como arena natural (cernida o beneficiada)
y como arena de grava triturada y arena de roca triturada, NC 251: (2005b).
1.2 Las sustancias nocivas al hormigón.
Las propiedades deseables de un árido para utilizarlo en hormigón son: que sea
químicamente inerte, duradero, duro, resistente a los esfuerzos mecánicos, de
forma aproximadamente cúbica después de triturado y capaz de dar una buena
adherencia con la pasta de cemento. Químicamente los áridos deben ser inertes,
9
�pero lamentablemente muchos áridos naturales contienen sustancias nocivas al
hormigón, clasificándose químicamente en cuatro grupos.
Sustancias solubles en agua que pueden causar la lixiviación del árido
debilitándolo o provocando eflorescencia en el hormigón. Ej.: sal común
(NaCl)
Sustancia solubles que pueden interferir el fraguado del aglomerante y la
hidratación posterior. Ej.: yeso
Sustancias que pueden reaccionar con los constituyentes alcalinos. (Na 2O,
K2O, etc.) de los cementos. Ej.: ópalo
Sustancias que puedan causar la corrosión del acero de refuerzo. Ej.: la sal
común, sulfuros (pirita).
Los áridos deben ser inertes por sí mismos, pero pueden contener incrustaciones,
o estar cubiertos con una película de materiales dañinos, compuestas de los
siguientes materiales: limos, arcillas, yesos, carbonatos impuros de calcio y
magnesio, sílice opalina, óxido de magnesio, óxido de hierro y mezclas de estos
materiales.
1.3 Propiedades físico - mecánicas de los áridos
Las propiedades físicas y mecánicas de los áridos naturales deben ser
consideradas en función de su resistencia a la compresión, resultando
conveniente que las rocas utilizadas para la fabricación de áridos presenten un
mínimo de resistencia a compresión. No obstante al emplearse la resistencia a
compresión de los áridos como un índice de su calidad, no debe plantearse como
una limitante en la aceptación del árido.
El módulo de elasticidad del hormigón depende en un considerable grado del
árido empleado en su fabricación, la resistencia a flexión depende también de
estas propiedades, por lo general a medida que es más alto el módulo de
elasticidad del árido, mayor es la resistencia a flexión manteniendo los otros
factores iguales.
El tamaño, abundancia y continuidad de los poros del árido es su más importante
propiedad física. El tamaño y naturaleza de los poros afectan la resistencia a los
esfuerzos mecánicos de los áridos, la absorción y la permeabilidad. Esta última a
10
�su vez da idea de la resistencia a los ataques químicos y la resistencia a las
heladas, que tenga un árido.
El peso específico, influye en la elección de un árido donde este sea un factor a
considerar, por ejemplo, los paneles de aislamiento sonoro, donde interesan pesos
específicos bajos o una presa de gravedad donde interesan pesos específicos
altos, por motivos de seguridad y económicos. El peso específico de los áridos
comunes varía desde 2,2 en el caso de las cuarcitas a 2,9.
Las propiedades térmicas como el calor específico de los áridos, pueden tener
importancia en ciertos trabajos tales como grandes presas y estructuras masivas
similares.
La conductividad térmica tiene importancia desde el punto de vista de su
resistencia al fuego y en la construcción de algunas estructuras tales como
chimeneas de hormigón reforzado.
La resistencia a la abrasión es importante en la elección del árido para su
aplicación en pisos industriales, pavimentos, algunos tipos de silos y canales para
el traslado de líquidos.
También podemos destacar la composición granulométrica, el termino
granulometría se refiere a la distribución de los tamaños de las partículas del
árido, este factor tiene una influencia grande sobre el comportamiento del
hormigón en cuanto a la facilidad de mezclado, transporte, colocación y
compactación sin que se produzca separación de las partículas de diferentes
tamaños que integran el árido.
1.4 El cemento en el hormigón
El cemento Portland, es un aglomerante hidráulico, material pulverulento que se
obtiene de la mezcla y molienda del clínker más aditivos. Mezclado con agua se
solidifica y endurece, uniendo cuerpos sólidos. Tiene un color gris oscuro o claro,
por lo que comúnmente se le nombra cemento gris. Las materias minerales útiles
para fabricar cemento se dividen en: componentes carbonatados (calizas, margas,
pizarras), sílico – aluminoso (arcillas, caolín, areniscas, feldespatos) y aditivos
(yeso, arenas cuarzosas, puzolanas, carbonato de calcio y óxidos e hidróxidos de
hierro). Se utilizan también residuos de otras industrias como escorias
11
�metalúrgicas o colas mineras.
La composición química promedio en % del cemento Pórtland es: CaO 60-67;
SiO2 17-25; Al2O3 3-8; Fe2O3 0.5-6; MgO 0.1-5.5; Na2O y K2O (álcalis) 0.5-5.5; SO3
1.3. La calidad del cemento depende de su composición química y la finura del
molido, se expresa en la resistencia a la compresión alcanzada por el mortero a
los 28 días. Ej.: Cemento Pórtland de 250 kgf/cm2 mínimo, se comercializa bajo la
denominación de P-250.
El cemento Romano, tiene su origen en la Grecia antigua, se obtiene mezclando
cal 70 % y puzolana 30 %. En la actualidad se pueden apreciar numerosas
construcciones de ese periodo en muy buen estado de conservación, pese a tener
más de 2000 años de construidas.
El cemento Pórtland puzolánico, se define como un cemento hidráulico
compuesto de una mezcla uniforme de cemento Pórtland y un material puzolánico
finamente dividido, su adición va desde un 3 % hasta un 40 %. Algunos autores
plantean que se puede llegar al 60-70 %. Se les denominan cementos mezclados,
cuando sobrepasa los 15 % de adición, en el mundo del cemento se conoce como
cemento PP, (Batista; et. al., 2011).
El fraguado de cementos que contienen puzolanas naturales no difiere de los
valores típicos encontrados en los cementos Pórtland, por el contrario, cementos
compuestos con ceniza volante o humo de sílice tienden a prolongar el fraguado.
La fluencia es la propiedad que se relaciona estrictamente con la resistencia,
relación agua/cemento y el curado del hormigón. Ya que esta adición retarda la
ganancia temprana de resistencia, la fluencia específica de cementos puzolánicos
es mayor que la de los Pórtland.
El desarrollo de la resistencia en hormigones con puzolanas, tiene como regla
general el incremento en las resistencias finales comparadas con los cementos
Pórtland puros.
La capacidad del hormigón de mantener el desempeño estructural con el paso del
tiempo aunque no depende exclusivamente de las propiedades del cemento, sino
de una gama de propiedades del hormigón, en la práctica se ha demostrado que
las adiciones puzolánicas inciden en una mayor durabilidad del concreto para
12
�determinados tipos de ambientes.
1.5 Las puzolanas
Según el Instituto Americano del Hormigón, en su Guía 232.1R (2000), es a la
civilización romana a quien se le debe el origen del nombre ´´puzolanas´´, como
derivado del término ―pozzuolana‖, con el que se referían a unas cenizas
volcánicas consolidadas, encontradas en las proximidades del sitio de Pozzuoli o
Puzzoli, cerca de Nápoles y con las que se constituían los célebres morteros
romanos. Vitruvius en el siglo I a.c. ya menciona el uso de estos aditivos al
mortero que se confeccionaba en la proporción de una unidad de cal por tres de
arena o dos por cinco - según la calidad de la arena - con el agregado de cenizas
volcánicas.
En Grecia, particularmente en la ciudad de Thera, alrededor del 1400 a.c. se
introdujo a la mezcla cal-arena, el polvo volcánico de la "tierra de Santorin"
explotada en la isla; de esta forma se obtuvieron morteros estables al agua.
A falta de roca volcánica en otras latitudes, se utilizaba teja o ladrillo picado. En
este sentido, se registra su uso en la época de la construcción de los aljibes de
Jerusalén (bajo el mandato de Salomón, siglo X a.c). Esta costumbre parece
haber sido introducida por los obreros fenicios que construyeron el templo de
dicho rey y que conocían empíricamente las propiedades de los materiales
llamados actualmente puzolanas artificiales (Quintana, 2005).
En la isla de Bali, al este de Java, los habitantes utilizan desde hace más de dos
mil años para la construcción de muros y terrazas, una mezcla de caliza coralina,
nueces de coco cocidas y cenizas de su volcán sagrado, Agung Deloye (1993).
En 1952 el departamento de restauración de los Estados Unidos brinda una
definición del término puzolana, incorporada en las normas ASTM (1958) y
mantenida hasta hoy como la definición que dice: "las puzolanas son materiales
silíceos o alumino-silíceos quienes por sí solos poseen poco o ningún valor
cementante, pero cuando se encuentran finamente divididos y están en presencia
de agua, reaccionan químicamente con el hidróxido de calcio a temperatura
ambiente para formar compuestos con propiedades cementantes" (Almenares,
2011).
13
�En un sentido más particular las puzolanas, o por lo menos algunas de ellas, son
de naturaleza zeolíticas, capaces de reaccionar con otras sales cálcicas, así como
otros óxidos alcalinotérreos, siempre en presencia de agua y a temperatura
ambiente, para dar lugar a la formación de silicatos y aluminosilicatos hidratados
similares a los resultantes de la hidratación del cemento Pórtland, principalmente
la tobermorita.
1.5.1 Clasificación de las puzolanas según su origen
Se clasifican en dos grandes grupos: naturales y artificiales, aunque existe un
grupo intermedio constituido por puzolanas naturales que necesitan tratamientos
térmicos de activación, con el objeto de aumentar su reactividad.
Las
puzolanas
composicionales
naturales,
son
productos
(sílico-aluminosos),
minerales
estructurales
con
(estructura
características
imperfecta
o
amorfa) y texturales (grano fino) que los hacen aptos para su uso como aditivos en
la industria del cemento, entre éstas están: Las acumulaciones de cenizas
generadas durante las erupciones volcánicas explosivas, que por su alto contenido
de materiales vítreos son propensas a sufrir reacciones como las requeridas para
las puzolanas. Más tarde por procesos geológicos de enterramiento estas cenizas
se convierten en tobas, las cuales son rocas volcánicas bastante porosas,
característica que les confiere una gran superficie interna, lo que favorece su
reactividad, entonces, como puzolana sirve tanto el sedimento como la roca.
Cuando se habla de rocas y materiales volcánicos, hay que considerar dos
factores controladores de la actividad puzolánica; por una parte, la composición
química del magma originario que determina la de los productos, y por otra, la
constitución y textura de los minerales de dichas rocas, las cuales dependen de la
velocidad de enfriamiento y de los procesos de meteorización que los hallan
afectado. En las rocas volcánicas son especialmente interesantes las rocas ácidas
(ricas en cuarzo y feldespato).
En las puzolanas artificiales, su condición puzolánica se debe a un tratamiento
térmico adecuado. Dentro de esta denominación se incluyen los subproductos de
determinadas operaciones industriales; tales como, residuos de bauxita, escorias y
14
�polvos de chimeneas de altos hornos, cenizas volantes, etc. Las de mayor uso en
la actualidad, en el mundo, son las cenizas volantes en función de las ventajas
económicas y técnicas que ofrecen, ya que es un material residual y con ello los
cementos aumentan la trabajabilidad y disminuyen el calor de hidratación por sus
excelentes propiedades puzolánicas.
Cenizas volantes: Son un subproducto de los hornos que emplean carbón mineral
como combustible para la generación de potencia, constituyen en sí las partículas
no combustibles removidas de la chimenea de los gases. Las características de
las cenizas volantes pueden variar significativamente en dependencia de la fuente
del carbón mineral que se quema. Las cenizas de Clase F son normalmente
producidas de la quema de la antracita o de carbones bituminosos y generalmente
poseen un contenido bajo de calcio. Las cenizas de Clase C son producidas
cuando se queman carbones sub-bituminosos y poseen típicamente propiedades
puzolánicas. Las cenizas volantes utilizadas en el hormigón deben tener
conformidad con la especificación normativa ASTM C 618 (2002a).
Escorias granuladas de alto horno: Subproductos no metálicos producidos en un
alto horno cuando el mineral de hierro es reducido a hierro dulce. La escoria
líquida es enfriada rápidamente para formar gránulos, que son molidos hasta una
finura similar a la del cemento portland. Las escorias granuladas de alto horno
tienen por sí mismas propiedades cementicias pero estas son mejoradas cuando
se utilizan con cemento portland, se recomienda utilizarlas entre el 20 y el 70% en
peso
de los materiales cementicios.
Deben
tener
conformidad
con la
especificación normativa ASTM C 989. En esta norma se definen tres grados de
escorias: 80, 100 y 120, donde el grado más alto contribuye más al potencial
resistente.
Humo de sílice: Es un material puzolánico de alta reactividad y es un subproducto
de la producción de metal silíceo o ferro-silíceo. Se recolecta de la chimenea de
gases de los hornos de arco eléctrico. El humo de sílice es un polvo
extremadamente fino, con partículas alrededor de 100 veces más pequeñas que
un grano promedio de cemento. Su utilización oscila entre el 5 y el 12% en peso
de los materiales cementicios para las estructuras de hormigón que necesitan alta
15
�resistencia o una permeabilidad significativamente reducida al agua.
El humo de sílice está disponible como un polvo densificado o en forma de slurry
acuoso. La especificación normativa para el humo de sílice es la ASTM C 1240.
Debido a su extrema finura, deberán garantizarse procedimientos especiales para
la manipulación, el vertido y el curado del hormigón con este material.
Puzolanas mixtas o intermedias: Son aquellas puzolanas que, naturales por su
origen, se someten a un tratamiento térmico con el objeto de cambiar sus
propiedades para aumentar su reactividad química. Dentro de éstos se incluyen, la
ceniza de la cáscara de arroz y las arcillas; un representante típico de éstas
últimas es el polvo de ladrillo, producto obtenido como desecho de la industria de
la cerámica roja. Dentro de las puzolanas comercialmente disponibles se incluyen
el metacaolín y las arcillas o esquistos calcinados. Estos materiales son
producidos mediante la calcinación controlada de minerales de origen natural. El
metacaolín es producido a partir de arcillas caoliníticas relativamente puras y se
emplean entre el 5 y el 15 % en peso como aditivo puzolánico. Las arcillas o
esquistos calcinados son utilizados a mayores porcentajes en peso.
1.5.2 Normativas de las puzolanas
Las evaluaciones de la actividad puzolánica en nuestro país estuvieron dirigidas
inicialmente al cumplimento de requisitos de los cementos mezclados clasificados
como Pórtland Puzolánicos PP-250 y PP-350 en correspondencia con las primeras
introducciones producidas en la fábrica José Mercerón en Santiago de Cuba y se
experimentaron diversos métodos entre ellos Fratini, para verificar la actividad de
las adiciones de tobas cubanas (Rosell, 2010).
Con carácter experimental con plazo de 2 a 3 años el Comité de Normalización de
cemento, presentó y se aprobó en el 2007, la norma de especificaciones NC 528
(2007d) Cemento Hidráulico Puzolanas-Especificaciones. Esta norma homologa
los criterios de la ASTM C 618 (2002a) y en ella se enmarcan incluso aquellos
materiales obtenidos como subproductos de la generación eléctrica a partir de
carbón mineral, cenizas volantes, no existentes en el país y cualquier otra
puzolana natural, independientemente de su génesis y mineralogía y no tiene en
16
�cuenta que nuestro país tiene formación geológica diferente a la de norte América
continental. Los métodos de ensayo en que se sustenta esta norma es la NC 527:
(2007b) Cemento hidráulico. Método de ensayo. Evaluación de puzolanas.
En la NC 120: (2007a). Hormigón hidráulico. Especificaciones, se establece
requisito para el uso de adiciones tanto activas como inertes, pero no establece un
requisito respecto a composición, granulometría u otro aspecto. Se regula en el
caso de las activas que deben ser de probada aptitud mediante el uso del
coeficiente ―k‖ de acuerdo a la relación agua/cemento y el contenido de cemento
especificado en dicha norma para la prestación a que será sometida.
1.5.3 Actividad puzolánica
La actividad puzolánica se refiere a la capacidad y velocidad de reacción entre los
aluminosilicatos de la puzolana y el hidróxido de calcio, producto de la hidratación
del cemento para formar productos cementantes. La reacción principal en estos
sistemas es la que se describe en la reacción (III), donde se obtiene como
producto el hidróxido de calcio hidratado, también comúnmente formulado en esta
rama con las siglas C-S-H:
Ca(OH)2 (s) + SiO 2 (s) + H 2 O = CaO.SiO 2 .2H 2 O(s)
(III)
La reacción puzolánica consiste en la solubilización de los compuestos de sílice y
alúmina amorfos, o débilmente cristalizados en un medio altamente alcalino como
el creado por una solución de hidróxido de calcio, con la formación de
aluminosilicatos bicálcicos y tricálcicos similares a los obtenidos en el fraguado del
cemento Pórtland (Quintana, 2005).
La actividad puzolánica no se ha podido comprender con claridad debido a la
estructura heterogénea de las puzolanas y a la compleja naturaleza de la
hidratación Erdogdu (1996), no obstante, los principales factores que intervienen
en su actividad se pueden ilustrar a continuación, (Erdogan, 2002).
Las características generales que le confieren a las puzolanas gran reactividad
son:
La suma de los componentes ácidos (SiO2+ Al2O3+Fe2O3) >70 %.
Estructuras amorfas o parcialmente desordenadas.
17
� Alta superficie específica.
Por lo tanto, para evaluar una puzolana, se debe tener en cuenta su área
superficial, composición química y mineralógica.
1.5.4 Aplicación de las puzolanas
El primer criterio que apoyó la producción de cementos puzolánicos fue, corregir el
cemento Pórtland tipos I y II al fijar la cal libre, generada durante la formación de
los silicatos bicálcicos y tricálcicos, la cual es inestable a pH menores de 12, para
formar compuestos estables que no son vulnerables a la acción lixiviante de las
aguas ácidas.
La adición de puzolanas confiere al cemento Portland y al hormigón, propiedades
de gran importancia práctica como son:
Aumento de su estabilidad química y por tanto aporta una mayor
durabilidad.
Disminuye la liberación del calor de hidratación confiriendo menor
permeabilidad en los hormigones, que los hace idóneos para la
construcción de presas y obras que necesiten grandes masas de este
material.
Minimiza la expansión volumétrica durante el fraguado; lo que elimina o
reduce las grietas y con ello aumenta la resistencia mecánica.
Mejora la maniobrabilidad de la mezcla de hormigón, con menor tendencia
a la segregación de sus componentes.
Menor costo de producción (ahorro de combustible al disminuir el consumo
de clínker).
Mayor homogeneidad del hormigón.
Reduce la presencia de cal libre, porque proporciona los elementos
necesarios para completar la reacción química de formación de las fases
cristalinas principales que acompañan al cemento. La cal libre presente en
el clínker afecta la resistencia química del cemento y del hormigón,
exponiéndolo al ―lavado químico‖ que produce la lluvia y la humedad
atmosférica.
18
�Sin embargo, los cementos puzolánicos presentan también desventajas, como:
Necesidad de una mayor cantidad de agua de mezclado para una
consistencia dada.
Menor resistencia a la compresión en edades cortas, pero mayores a partir
de los 28 días de fraguado.
En ocasiones provoca una mayor retracción al secado.
Durante el fraguado del cemento Portland, se libera calor y grandes
cantidades de hidróxidos de calcio Ca(OH) 2, el cual no posee propiedades
cementantes y puede ser lixiviado del hormigón por acción del agua o
reaccionar con determinados agentes químicos provocando la expansión y
el debilitamiento de la masa del hormigón. La presencia de la puzolana
logra por medio de su reacción con el hidróxido de calcio Ca(OH)2, que este
desaparezca o disminuya en gran parte.
Para evaluar las puzolanas se tienen en cuenta diferentes parámetros como la
composición química, siempre puntualizando la importancia de altos contenidos de
los óxidos de SiO2; Al2O3 y Fe2O3 y mínimos para los componentes alcalinos y
alcalinotérreos. (Gener, 2006); (Rabilero, 1988; Rabilero, 2005; Rabilero y Muños,
1974).
A partir del análisis de los efectos que las puzolanas provocan sobre el cemento
se pueden utilizar en:
Morteros de albañilería (colocación de ladrillos, bloques, entre otros).
Producción de prefabricados ligeros de hormigón (bloques, adoquines,
entre otros).
Fundición de hormigón masivo de baja resistencia.
El uso de las puzolanas mejora la durabilidad de los hormigones por lo que las
construcciones tienen una vida útil mayor (Howland; et. al., 2006).
1.6 Antecedentes de la investigación
Las puzolanas se conocen desde hace más de 2500 años, algunos autores
plantean que en la Grecia clásica se conocía y se utilizaban los aglomerantes del
tipo cal – puzolanas, pero no fue hasta la época en la Roma clásica donde este
19
�tipo de aglomerante alcanzo su máximo esplendor. Ya para el año de 1824 en
Leed, Inglaterra el albañil y maestro de obras Joseph Aspdin, patentó un nuevo
producto aglomerante que denominó: cemento Pórtland, lo cual contribuyó en gran
manera al desarrollo del hormigón al revolucionar las obras de ingeniería y las
construcciones. Entre las bondades que representaba se destacan, las
propiedades químicas y mecánicas superiores y la posibilidad de su producción
industrial masiva.
El patrimonio construido en el mundo es hoy un 90 % de hormigón y es el principal
destino del cemento. Tanto la producción y consumo del cemento y del hormigón
se asocian con el nivel de desarrollo de un país. Sin embargo también han
resultado ser, de forma paradójica, los principales responsables de la degradación
ambiental del planeta, debido a que su proceso productivo, en lo fundamental,
está basado en la explotación intensiva de recursos no renovables (RNR),
(materias primas y combustibles) quienes emiten significativos volúmenes de
gases de efecto invernadero (GEI), (Rosell, 2010).
La vulnerabilidad del hormigón al medio ambiente es consecuencia de las
propiedades del clínquer del cemento Pórtland y de las características del sistema
de poros de la matriz del hormigón, esto ha conllevado a realizar ajustes en la
tecnología de producción del cemento, para hacerlos más resistentes a los
ataques de los agentes agresivos, lo cual se ha logrado con la aparición de
nuevos aditivos tanto químicos como minerales para mejorar la impermeabilidad
de los hormigones (Aitcin, 2000; Babak y Mohammad, 2010; Xing.; et. al., 2004).
En el capítulo 1 del ―Supplementary cementing materials for concrete‖ sobre
minerales de Rheinisch, Alemania, demuestra la actividad puzolánica de minerales
con 10 a 15% de cuarzo, 15 a 20% de feldespato sobre una matriz de vidrio con
zeolitización Mehta (1987) refiere que las zeolitas del tipo analcima, chabasita,
clinoptilolita, philipsita y leucita presentan actividad puzolánica (Harold, 1990).
Saricimen; et. al. (1992) destaca que en los países árabes del golfo donde las
condiciones ambientales son agresivas y seriamente corrosivas, el uso de las
puzolanas naturales por ellos investigadas en las tecnologías del hormigón
contribuye a lograr una mayor resistencia y durabilidad en la vida útil de las
20
�estructuras.
La finura del cemento es un factor importante que afecta el índice de desarrollo de
la resistencia, para ello Day y Shi (1994), estudiaron la influencia de la finura de la
puzolana en la resistencia de las pastas de cemento - cal - puzolana natural. Los
resultados demostraron que la resistencia a la compresión aumenta cuando el
material es más fino, y la finura de la puzolana natural tiene su efecto más
significativo en el desarrollo temprano de la resistencia.
Day y Shi (1994) también analizaron el efecto del agua inicial de curado en la
hidratación de los cementos que contienen puzolana natural. Como resultado
obtuvieron, que las pastas de cemento Pórtland son más sensibles en el período
inicial de curado que las de cemento Pórtland Puzolánico (contenido de puzolana
30 %) porque ocurre la hidratación del cemento Pórtland más rápidamente que la
reacción puzolánica en pastas de cemento Pórtland Puzolánico. La hidratación del
cemento Pórtland y la reacción puzolánica continúan después que las probetas se
extraen a un ambiente seco (humedad relativa de 20%, aproximadamente). La
presencia de puzolanas naturales retarda la hidratación normal del cemento
Pórtland en las primeras horas, pero la acelera después de un día.
Shannag y Yeginobali (1995) recomiendan la adición de puzolana natural al
cemento Pórtland y al hormigón por separado, ya que reduce el calor de
hidratación, prolonga el tiempo de fraguado y mejora la consistencia del cemento.
En tiempos donde el desarrollo de las nuevas tecnologías constructivas van
tomando un espacio cada vez más preponderante con vistas de mejoras en las
prestaciones de los morteros y hormigones hidráulicos en las diferentes
edificaciones. Ya nuestro país a partir de la década de los años 70 viene dando los
primeros
pasos,
donde
numerosas
investigaciones
han
ido
elevado
el
conocimiento geológico del territorio nacional, y otras encaminadas a la aplicación
de materiales con propiedades puzolánicas y aditivos químicos al cemento
Pórtland en la confección de los morteros y hormigones hidráulicos a nivel de
laboratorio; semi-industriales e industriales.
Uno de los experimentos llevados a cabo fue el caso del estudio del
comportamiento cinético de la reacción de los cementos con adición de zeolitas
21
�naturales cubanas. Al respecto ha llegado a la conclusión de que la portlandita
originada por la hidratación del silicato tricálcico (C 3S) reacciona con la zeolita,
para dar lugar a una fase tobermorítica secundaria. (Rabilero, 1988).
En su tesis doctoral Rabilero (1992), aborda la introducción del mineral zeolítico
del yacimiento Palmarito de Cauto en el proceso de la fábrica de cemento José
Mercerón como extensores del clínquer en la producción de cemento.
Por otro lado Jimenéz (1999) utilizó las escorias ultrabásicas de los hornos de
fundición de arco eléctrico de la provincia Las Tunas para obtener un material
puzolánico que contenía fase belita y la utilizó en hormigones reduciendo los
contenidos de cemento por m3 de hormigón.
Son referencia obligada en nuestro país los trabajos realizados al respecto por
Martirena que introduce el empleo de cenizas de paja de caña en la producción de
un aglomerante cal-puzolana de alta finura a utilizar en sustitución de altos
volúmenes de cemento como adición mineral activa demostrando su efectividad
en la mejora de las propiedades mecánicas y de durabilidad, así como del perfil
ecológico del material, al reducir drásticamente el contenido de clínquer de
cemento Pórtland y fue posible sustituir hasta un 20% de cemento Pórtland en la
mezcla por igual masa de aglomerante cal-puzolana, mejorando significativamente
las propiedades mecánicas y la durabilidad, en comparación con el hormigón sin
adiciones (Martirena, 2004).
Calvo; et. al. (2005) determinan las propiedades puzolánicas de materiales de
origen volcánico ubicados en la zona sureste de España, a través de estudios de
las
características
composicionales,
ensayos
mecánicos
y
químicos
de
puzolanidad.
Gayoso y Rosell reportan sustituciones de zeolita por cemento en hormigones,
bajo diferentes conceptos de utilización, ya sea incorporado finamente molido
como MCS o como corrector de granulometría de áridos. De manera general han
obtenido hasta 12 % de sustitución de zeolita por cemento, logrando altas
prestaciones donde se engloba no solo la resistencia sino las propiedades físico
químicas que garantizan la durabilidad. Cabe destacar el hormigón diseñado para
el edificio Atlantic que con adición de 12% de zeolita logra 62 MPa a los 28 días,
22
�llegando al año a 96 MPa (Gayoso y Rosell, 2005).
Pérez (2006) establece la caracterización geológica y tecnológica del vidrio
volcánico del yacimiento de Guaramanao, orientada hacia su aplicación como
material de construcción alternativo. El sistema propuesto se aplica en el municipio
de Holguín y permite demostrar que el uso del vidrio volcánico de esta región
puede ser utilizado como material para la construcción. Como principal resultado
de la investigación propone entre otros, el empleo de la materia prima como
materiales de construcción alternativos, específicamente áridos y hormigones
ligeros. Sin embargo no realiza pruebas encaminadas a su utilización como
puzolana natural, lo que en nuestra investigación nos dimos la tarea de investigar,
refiriéndonos no solo a las características geológicas generales del yacimiento de
tobas vítreas sino ya más directamente a las pruebas en el laboratorio que me
indiquen con mayor certeza su posible utilidad enfocándonos bajo el concepto de
rendimiento del cemento con vistas a contribuir al ahorro del cemento.
Varios autores como López (2006); De Armas (2008) y Muxlanga (2009) han
estudiado materiales similares como es el yacimiento tobas vítreas y zeolitizadas
del municipio Sagua de Tánamo para su utilización como árido ligero y puzolana
natural. En estas investigaciones se evaluó la sustitución de 15 y 30 % de tobas
por cemento, con la obtención de resultados favorables; sin embargo, estos se
consideran preliminares, al no contar, con las técnicas y métodos empleados para
la realización de los ensayos con las debidas certificaciones de calidad, lo cual no
permite homologar sus resultados, para dar lugar a la necesidad de efectuar
nuevas investigaciones.
Costafreda y Calvo (2007) plantean que la mezcla de cemento Pórtland con agua
produce reacciones de hidratación muy activas, dando lugar a la formación de
productos estables, tales como la portlandita y tobermorita, a partir de la
hidratación de fases minerales anhidras que están en su composición primaria. La
presencia de zeolita en morteros, produce ciertas influencias en el comportamiento
de esta reacción, que favorecen la formación de productos igualmente estables y
duraderos. Los morteros preparados con adición de zeolita natural, exhiben
valores bajos de resistencias iniciales a edades tempranas (2 y 7 días); sin
23
�embargo, el cemento de referencia sin adiciones, para este intervalo de tiempo,
adquiere resistencias cuyos valores duplican los de los morteros con adición de
puzolana, lo que demuestra que la presencia de zeolita natural produce una
evidente ralentización de los mecanismos que rigen la reacción de hidratación, lo
que posterga la ganancia de resistencias mecánicas. A los 28 días, las
resistencias de los morteros con agregado de zeolita adquieren un incremento
significativo que se manifiesta en sentido ascendente incluso a los 90 días de
edad, cuando en ocasiones supera las resistencias del cemento de referencia.
Según Costafreda; et. al. (2009) plantea que las zeolitas naturales pueden
comportarse como puzolanas activas en sistemas hidróxido de calcio-puzolana, en
los cuales provocan abatimientos sensibles en los contenidos de carbonato de
calcio Ca(OH)2 y de la cal libre en disolución a medida que transcurre el tiempo.
Llegando a la conclusión de que muchas especies de zeolitas interfieren
drásticamente en la concentración de carbonato de calcio Ca(OH)2 en disolución y
en la conductividad eléctrica de la misma, lo que es un aspecto inherente al
tamaño de la partícula, la composición química y la capacidad de intercambio
iónico de estos materiales. La aplicación de estos materiales puzolánicos con alta
superficie específica trae consigo un mayor consumo de agua en relación al
cemento.
De igual modo, Dopico aborda similar temática pero utilizando en este caso la
zeolita finamente molida y logra hormigones con un 20% de sustitución de
cemento con resistencias de 45 MPa, cuyas cualidades de compacidad lo definen
como durable, (Dopico, 2009).
Rosell (2010) en su investigación confirma que la demanda de agua que provoca
el uso de la zeolita como material puzolánico, es controlada con el uso de aditivo
químico incrementando la dosis con respecto al patrón, en función de la finura de
la adición y el asentamiento que requiere la tecnología. Se manifiesta el
incremento de la resistencia mecánica con el uso de la zeolita como material
cementicio suplementario (MCS), lo cual evidencia su reactividad puzolánica y
eficacia en el objetivo de aumentar el rendimiento del cemento logrando
economías y sustentabilidad del proceso producción de hormigón de resistencias
24
�típicas del país.
Según Cabrera (2010), valora un grupo de materiales tobáceos para su utilización
como puzolana natural dentro de los cuales se encuentra las tobas de Sagua de
Tánamo, Guaramanao, Caimanes y San Andrés. En la investigación se logra
determinar la resistencia a la flexotracción y a la compresión de morteros
elaborados con la sustitución de 15 y 30 % de tobas por cemento, cuyos
resultados evaluados fueron favorables. No obstante, en la investigación no
determina el índice de puzolanidad y la caracterización granulométrica se realiza
por vía seca, lo que quiere decir que los resultados pudieron verse afectados,
debido a que lo recomendado para clases de tamaño pequeñas es el método por
vía húmeda. Además se analiza el material sólo a los 7 y 28 días, lo que impide,
conocer si las resistencias se incrementan en el tiempo, como se ha planteado por
investigadores como Rabilero y Muños (1974), Gener y Alonso (2002) y otros, que
lo establecen como característica fundamental de los materiales puzolánicos.
Los materiales puzolánicos son muy conocidos actualmente, así como sus
ventajas en la mejora de gran número de cementos; según Costafreda; et. al.
(2011a) mostraron resultados prácticos, obtenidos de recientes investigaciones de
tobas de composición dacítica, capaces de sustituir al cemento Pórtland de alta
resistencia inicial en morteros y hormigones. Los contenidos apreciables en sílice
y en alúmina, los bajos contenidos en sulfato y materias orgánicas, y una molienda
adecuada, entre otros, son las causas, al parecer, de la eficacia de este material a
la hora de aportar valores apreciables de resistencias mecánicas a edades
cercanas y superiores a los 28 días.
Costafreda; Díaz y Calvo (2011b), determinaron las propiedades físicas,
mecánicas y químicas de algunas zeolitas naturales procedentes de México, Cuba
y España y su incidencia en ciertas aplicaciones eminentemente prácticas.
Plantean que los resultados indican que cada variedad de zeolita natural aporta
respuestas diferentes frente a los ensayos, posiblemente influenciado por la sutil
variabilidad de su composición química. Es evidente que las propiedades físicas,
químicas y mecánicas de las zeolitas naturales varían sensiblemente de un tipo a
otro dentro de la propia familia mineralógica. Es un hecho que se refuerza cuando
25
�estas zeolitas se encuentran en paragénesis con otros minerales distintos, como
ocurre en el sureste de España, donde es frecuente encontrar representantes de
los filosilicatos, fundamentalmente montmorillonita, como especie mayoritaria del
grupo de las esmectitas que son singenéticas con la mordenita en los yacimientos
zeolíticos españoles.
En el caso de las zeolitas de México y de Cuba, plantean los autores Costafreda;
Díaz y Calvo (2011b) que puede deducirse su pureza a partir de la gran
estabilidad de volumen y del tiempo de fraguado; asimismo, por las resistencias
mecánicas elevadas que ofrecen sus probetas ante la compresión.
Costafreda (2011) establece la relación que existe entre el diámetro de las
partículas de muestras compuestas esencialmente por zeolitas y esmectitas y su
comportamiento puzolánico. El estudio de tres muestras, tras su trituración en tres
fracciones distintas (0,080 mm, 0,063 mm y 0,045 mm), demuestra que la
superficie específica y la puzolanidad aumentan en la medida en que disminuye el
diámetro de las partículas. Por tal razón para la utilización de los materiales
señalados anteriormente se hace necesaria la realización de pruebas que validen
su utilización en los diferentes campos de aplicación.
Almenares (2011) realiza una evaluación de los materiales tobáceos de los
yacimientos Sagua de Tánamo, Caimanes, Guaramanao y San Andrés como
puzolanas naturales al 15 y 30 %, determinando la composición química, la
caracterización granulométrica, mineralógica y la determinación del índice de
actividad puzolánica, poseen perspectivas para su utilización como aditivo
puzolánico, por lo menos al ser utilizados en sustitución de un 15 % de cemento.
Cuando sustituyo el 30 % de cemento con material tobáceo, obtuvo morteros
cuyas resistencias son suficientes para su utilización en aplicaciones de
albañilería. En su trabajo señala que los materiales puzolánicos que actúan como
aglomerantes le conceden baja resistencia mecánica a una edad temprana, y su
fraguado es algo más lento que el del cemento Pórtland ordinario. Por esta razón
lo considera como un cemento para aplicaciones de albañilería. Aunque el destaca
que en los últimos años ha adquirido una aplicación en la fabricación de
hormigones hidráulicos, confiriéndole propiedades ventajosas a los cementos,
26
�tales como mayor resistencia a mayor edad, menor calor de hidratación y
durabilidad.
Investigadores como Rosell y Gayoso (2001), dirigieron sus investigaciones al
empleo de las zeolitas naturales, como material de construcción, principalmente
en la producción de cementos y otros aglomerantes, y como aditivos o agregados
ligeros, para la producción de hormigones de altas prestaciones con excelentes
cualidades técnicas, como la impermeabilidad y durabilidad.
Rosell; et. al. (2011), plantean que las adiciones activas en los hormigones son
cada día más usuales, no solo debido a razones económicas, sino porque los
efectos que se desarrollan son beneficiosos para las prestaciones del hormigón,
dígase durabilidad y resistencias mecánicas. Destacó también el desarrollo de
estudios de algunos minerales industriales nacionales de génesis ígnea como los
vidrios volcánicos, las tobas vítreas o zeolitas, han demostrado su actividad
puzolánica.
Pérez; Carballo y Ruiz (2013) estiman la ventaja económica que supondría un
mejor uso del material zeolítico con granulometría menor de 0.8 mm donde se
incluye un material conocido como fillers según NC 120: (2007a) en la elaboración
de hormigones para la construcción, mezclándolo directamente en las plantas
hormigoneras con los demás componentes y reduciendo el empleo del cemento.
Su aplicación en la fábrica de traviesas de la provincia de Villa Clara permitió
disminuir un 12 % el cemento empleado, además de reducir el tiempo de
desmolde de 12 a 6 horas, con mejor acabado en las piezas y mayor resistencia
de las mismas en el tiempo.
Las primeras producciones de lo que comenzó a ser llamado cemento romano en
Cuba, se realizaron en nuestro país en una pequeña planta instalada a tal fin en el
lugar conocido por El Brujo a mediados de 1987 en Santiago de Cuba. Algo más
tarde sucedió en la provincia Granma donde se realizaron investigaciones
ingeniero geológicas por un grupo de especialistas encabezado por el entonces
Ing. Rolando Rizo Beria y la Ing. Milagros Bridón, pertenecientes a la Empresa
Geominera Oriente en las tobas zeolitizadas de la localidad de Bueycito, municipio
Buey Arriba, para ese entonces en dicho yacimiento se contó con una planta de
27
�procesamiento del mineral, el por qué hoy día no contamos con dicha planta sufre
de varias interrogantes al paso de los años, una de ellas pudo haber sido las
reiteradas violaciones en todo proceso tecnológico del mineral desde que es
extraído de la mina hasta su paso por la planta de procesamiento.
En su investigación Zaldivar (2011) realiza una reevaluación del mencionado
yacimiento de las tobas zeolitizadas de Bueycito donde se evidencia la posibilidad
del uso de este material puzolánico en las mezclas de hormigón y morteros
hidráulicos de fck 20 MPa con adiciones de 5 y 10 %, logrando rendimientos del
cemento superiores a la unidad.
La evaluación entonces de materiales puzolánicos consiste obviamente en
encontrar materiales que por sus características químicas, mineralógicas y
petrológicas, incluso morfológicas hagan suponer la posibilidad de actividad
puzolánica. Las tobas vitroclásticas de origen volcánico, constituyen una fuente
prácticamente inagotable de puzolanas. Por lo que se puede considerar que el
empleo actual de materiales puzolánicos es una aplicación innovadora de una
tecnología antigua para depósitos de materiales con características adecuadas
que permitan su utilización para estos fines.
1.7 Características físico-geográficas del yacimiento Jiguaní
Según Llull (1995) en su Informe de Prospección Detallada y Exploración
Orientativa de vidrio volcánico en el yacimiento Jiguaní da a conocer las siguientes
características físico-geográficas y geológicas generales del yacimiento.
Ubicación
El yacimiento se encuentra ubicado al Norte de la ciudad de Jiguaní, en la
localidad conocida como Pozo Viejo, en la provincia Granma, se localiza en la
plancheta topográfica 4977-II. Según el sistema de coordenadas Lambert el sector
de estudio se encuentra ubicado en el siguiente punto, X: 541 900; Y: 195 500.
Relieve
El área de estudio se caracteriza por tener una superficie suavemente ondulada, a
veces llana, con cotas que oscilan entre 5 - 100 m.s.n.m., resultando el límite Sur
del valle con cota de 100 m; reflejo de los intensos cambios estructurales y
morfológicos transcurridos en el tiempo.
28
�Clima
Es un área típica de un clima tropical húmedo, sometida a la acción de los vientos
alisios del NW en el invierno y de ENE en verano. De acuerdo a la distribución de
las precipitaciones atmosféricas, se determinan en el año dos períodos, el húmedo
(Mayo-Octubre) y el período seco (Noviembre-Abril) con 200-300 mm que resulta
insuficiente para el abastecimiento de agua a algunos tipos de cultivos y para el
consumo de animales, en comparación con el lluvioso (600 y hasta 1100-1200
mm), con una media anual de la provincia de 1350 mm. La distribución de las
precipitaciones es irregular y juegan un papel significativo en los escurrimientos
superficiales y en el régimen subterráneo, las cuales aumentan con las alturas
topográficas. Los valores más bajos de lluvia en la provincia se registran hacia
zonas de Cauto Cristo, Río Cauto, Jiguaní y Pilón. En el Valle del Cauto las zonas
de muy baja pluviosidad, reflejan láminas de 800 mm anuales o menos,
convirtiéndose en una de las llanuras más secas de la isla, provocando la
concentración de altos contenidos de sales. La temperatura media anual se oscila
entre los 24 y 26°C, con mínimas entre 19.6 y 22.2°C y máximas que fluctúan
entre los 30.0 y 32.5°C.
Figura 1.1. Mapa de ubicación geográfica
29
�1.8 Marco geológico regional y local
Estratigrafía de la región
La región es típica de sedimentos con edades que fluctúan entre el Holoceno y el
Eoceno Medio (Brull; et. al., 1998), según el levantamiento cubano-húngaro a
escala 1:250 000 (figura 1.2.), siendo características las formaciones geológicas
siguientes:
- Grupo El Cobre: Subdivisiones (eco): Fm. El Caney y Fm. Pilón. Se puede
localizar en los alrededores del poblado El Cobre y otras áreas de las provincias
de Granma y Santiago de Cuba. Constituida por diferentes tipos de rocas
vulcanógenas
y
vulcanógeno-sedimentarias
en
distintas
correlaciones
y
combinaciones alternantes, muy variables en sentido vertical y lateral. Las
transiciones entre ellas a veces son bruscas y otras graduales y en muchos casos
es prácticamente imposible establecer delimitaciones entre ellas. Las rocas más
abundantes son: tobas, tobas aglomeráticas, lavas y lavas aglomeráticas de
composición andesítica, andesito-dacítica y dacítica, raramente riolítica, riodacítica
y basáltica. Con estas rocas se intercalan tufitas y calizas, además se asocian a
este complejo vulcanógeno-sedimentario cuerpos hipabisales y diques de diversa
composición. En su composición también participan tobas cineríticas, tufitas, tobas
calcáreas, calizas tobáceas, areniscas polimícticas y vulcanomícticas y grauvacas.
Yace discordantemente sobre las formaciones Manacal, Palma Mocha y Tejas.
Está cubierta concordantemente por la Fm. Puerto Boniato y discordantemente por
las formaciones Cauto, Charco Redondo, Dátil, Jaimanitas (parte indiferenciada y
su Mbro. Tortuguilla), Río Maya, San Luis, los Grupos Guacanayabo (Fm.
Manzanillo), Guantánamo (Miembros Guardarraya y Yacabo de la Fm. Punta
Imías) y el Mbro. Quintero (Fm. La Cruz).
Edad: Paleoceno- Eoceno Medio parte baja.
-Formación Mícara (mc): Se desarrolla en las provincias de Granma, Holguín y
Santiago de Cuba. Por su composición esta unidad se puede dividir en tres partes:
inferior, media y superior.
Inferior: Constituida por aleurolitas masivas, mal estratificadas, brechas, areniscas,
arcillas y calizas.
30
�Media: Secuencia olistostrómicas de margas, areniscas, aleurolitas, gravelitas y
conglomerados. Los olistolitos son de brecha y ultrabasitas serpentinizadas. La
estratificación es buena.
Superior: Predominan las aleurolitas y subordinadamente brechas y areniscas
tobáceas, en su parte más alta, con intercalaciones de tobas ácidas bentonizadas
y calizas. Presentan buena estratificación. Las areniscas, aleurolitas, brechas,
gravelitas y conglomerados son polimícticos. Las calizas son biodetríticas,
arenosas y brechosas. Algunas veces en la parte alta de la formación, las
areniscas y aleurolitas tienen un contenido alto de tobas vitroclásticas y
cristaloclásticas y de tufitas psammíticas. En estos depósitos se observa
estratificación gradacional y en ocasiones cruzada.
Yace discordantemente sobre las formaciones La Picota y Santo Domingo. Es
cubierta concordantemente por la Fm. Gran Tierra y discordantemente por las
formaciones Charco Redondo, Mucaral, Puerto Boniato y Sabaneta. Su parte
inferior transiciona lateralmente a la parte alta de la Fm. La Picota.
Edad: Cretácico Superior Maestrichtiano Superior- Paleoceno Inferior Daniano
basal.
-Formación Charco Redondo (chr): Sus depósitos están ampliamente distribuidos
en todo el Norte de la Sierra Maestra incluyendo la Cordillera de la Gran Piedra.
Son calizas compactas organodetríticas, fosilíferas, de color variable. En la parte
inferior del corte, son frecuentes las brechas y en la base en ocasiones
conglomerados basales. Pueden aparecer calcarenitas, y algunas areniscas
escasas intercaladas. Yace discordantemente sobre las formaciones Caney,
Tejas, y el Grupo El Cobre (parte indiferenciada).
Está cubierta discordantemente por las formaciones Barrancas, Bayamo, Dátil,
Farallón Grande y San Luis. Aparece cortada en los pozos Granma 1,
Embarcadero, Santa Regina 1, Manzanillo 1, Oruita 1 y Vicana 2.
Edad: Eoceno Medio.
- Formación Barrancas (bs): Se extiende en forma de franja irregular por la parte
Noroccidental de la Sierra Maestra, entre los ríos Buey y Mabay, provincia
Granma. Son características las tobas riolíticas-riodacíticas, cristalo-vitroclásticas
31
�y vitroclásticas, margas, areniscas calcáreo-tobáceas, calizas biodetríticas y
calcilutitas. Cubre discordantemente a las formaciones Charco Redondo y El
Caney, no estando clara su relación con la Fm. Farallón Grande. Está cubierta
discordantemente por las formaciones Cauto y Dátil.
Esta unidad representa un vulcanismo remanente del Arco Volcánico Paleogénico,
el cual se manifiesta también en una serie de diques que cortan las unidades
Farallón Grande y San Luís. Los sedimentos siliciclásticos, del Eoceno Medio
(parte alta) - Eoceno Superior, afloran ampliamente bordeando la cuenca desde el
Sur y hasta el Noreste.
Edad: Eoceno Medio (parte alta)-Eoceno Superior.
- Formación San Luis (sl): Se desarrolla ampliamente en la vertiente Sur y Este de
la cuenca, de gran potencia, compuesta predominantemente por areniscas
polimícticas, limolitas, margas, arcillas, calizas arcillosas, biodetríticas, arenosas y
conglomerados polimícticos. Se encuentra muy bien estratificada. Está cortada por
diques y cuerpos de basaltos. Yace concordantemente sobre las formaciones
Farallón Grande y Puerto Boniato, cubierta discordantemente por las formaciones
Casanova, Cauto, Río Maya, Manzanillo, Sevilla Arriba, Cabo Cruz, Bitirí y
Camazán. Los mayores espesores de la cuenca están formados por los paquetes
de rocas carbonatado-arcillosas y fragmentario-carbonatadas desde el Oligoceno
al Reciente.
Edad: Eoceno Medio (parte alta)-Eoceno Superior.
- Formación Camazán (cz): Aflora en grandes áreas en la región central de la
cuenca, siendo una de las unidades más ampliamente distribuidas. Se
corresponde con una secuencia de calizas coralino-algáceas (biolititas), calizas
biodetríticas a veces arcillosas, calcarenitas, calciruditas, limolitas calcáreas, con
intercalaciones de margas y arcillas, ocasionalmente yesíferas; su coloración es
variable, desde el amarillo, crema, carmelita y gris. Se observa en relación
discordante con las formaciones Charco Redondo, San Luis y Tejas. Es cubierta
concordantemente
por las
formaciones Paso
Real
y Río
Jagüeyes, y
discordantemente por las formaciones Bayamo y Cauto. Transiciona lateralmente
a la Fm. Bitirí, y en parte a la Fm. Paso Real.
32
�Edad: Oligoceno Superior -Mioceno Inferior por asociación fosilífera.
- Formación Bitirí: Ocupa áreas discontinuas en la región de Contramaestre y
Jiguaní. Litológicamente está constituida por calizas algáceas de matriz fina,
duras, compactas y carsificadas, que contienen ocasionalmente fragmentos de
corales y grandes Lepidocyclinas. Colores amarillo-grisáceo a carmelitoso. Yace
discordantemente sobre las formaciones Charco Redondo y San Luis. Es cubierta
discordantemente por las formaciones Cauto, Río Jagüeyes y la cobertura aluvial
Cuaternaria. Lateralmente transiciona a las calizas algáceas de la Fm. Camazán.
Edad: Oligoceno Superior- Mioceno Inferior.
- Formación Rio Macío (rio): Está constituida por bloques, cantos rodados, gravas,
arenas, aleurolitas y arcillas. Se extiende en el cauce, orillas y desembocadura de
los ríos. Yace discordantemente sobre numerosas formaciones, que abarcan
desde las formaciones más antiguas hasta el Cuaternario.
Edad: Holoceno.
- Formación Bayamo (by): Puede observarse al Sureste y centro de la cuenca,
principalmente en los alrededores de la ciudad de Bayamo. Se compone de
arenas grises y amarillo-grisáceas de grano fino, con lentes de areniscas y
conglomerados de guijarros finos e intercalaciones de arcillas arenosas. Cubre
discordantemente las formaciones Camazán, Charco Redondo, Manzanillo y Paso
Real. La sobreyace concordantemente la Fm. Cauto.
Edad: Plioceno Superior- Pleistoceno Inferior.
- Formación Cauto (cau): Ocupa la mayor parte del área de la Cuenca Cauto. Son
depósitos mal consolidados de arcillas, limos, arenas, gravas polimícticas y
conglomerados polimícticos, con estratificación horizontal y cruzada. Coloración
gris y gris-parduzca. Yace concordantemente sobre la Fm. Bayamo y
discordantemente sobre las formaciones Barrancas, Bitirí, Camazán, Dátil,
Manzanillo, Paso Real, Río Jagüeyes, San Luis, Manzanillo, Paso Real y el Grupo
El Cobre.
En el Cuaternario también se han depositado abundantes sedimentos, los cuales
aún no son reconocidos como una formación, pero se agrupan por los ambientes
de sedimentación predominantes.
33
�Edad: Pleistoceno Superior.
- Formación Dátil (dt): Está constituida por un conglomerado
seleccionado, mal cementado y sin estratificación
polimíctico mal
visible, color rojizo con
manchas de ocre. En la mayoría de los casos, los cantos son sub-angulosos y sus
diámetros varían entre 0.5 cm y 35.0 cm. Están constituidos por distintos tipos de
rocas de la Fm. Cobre, incluyendo rocas abisales, hipabisales e hidrotermales,
entre los cuales predominan las variedades más resistentes, calcedonia y ágata
en menor medida. La matriz del conglomerado es una arenisca arcillosa, de color
rojo con manchas de ocre, poco resistente, friable y limonitizada.
Edad: Plioceno Superior- Pleistoceno basal.
- Formación Yayal (yay): Constituida por arcillas calcáreas y compactas de color
crema y blanco; calizas organodetríticas, agrietadas, cavernosas de color blanco y
crema; margas carbonatadas, nodulares, agrietadas, verde grisácea y dolomitas
arcillosas, duras cavernosas, a veces organógenas, color blanco y verde cremoso.
Las estructuras son masivas y la estratificación está enmarcada por cambios
litológicos.
Edad probable: Mioceno medio.
- Formación Caney: Solo aflora en el borde noroccidental de la Sierra Maestra, o
sea, la parte Sur y Este de la cuenca. Está representada por una alternancia de
tobas cineríticas, tufitas, tobas calcáreas, tobas lapíllitas, calizas tobáceas. Se han
reportado un conjunto de rocas volcánicas y piroclásticas bien estratificadas:
conglobrechas tobáceas, tobas de diferente granulometría de colores desde
amarillento, verdes o abigarradas, tufitas y calizas tobáceas de color verdoso,
calizas de color gris claro y margas. Se depositó concordantemente sobre la Fm.
Pilón y la secuencia indiferenciada del Grupo El Cobre, con la cual transiciona
lateralmente también. Está cubierta concordantemente por la Fm. Puerto Boniato y
discordantemente por las formaciones Barrancas, Charco Redondo y San Luis.
Edad: Eoceno Medio (parte baja).
-Formación Puerto Boniato (pb): Se desarrolla en forma de franja discontinua en la
Sierra Maestra, al S de la Sierra de Cristal y al S de Baracoa, provincias de
Santiago de Cuba, Holguín y Guantánamo. Litológicamente presenta una
34
�alternancia de calizas organodetríticas aporcelanadas, algáceas y margas, con
intercalaciones de sílice negro- parduzco. Yace concordantemente sobre las
formaciones El Caney, Sabaneta y Gr. El Cobre (parte indiferenciada) y
discordantemente sobre la Fm. La Picota. Es cubierta concordantemente por las
formaciones Mucaral, San Luis y Sierra de Capiro. Se depositó en un ambiente de
aguas medianamente profundas.
Edad: Eoceno Medio.
- Depósitos palustres (pQ4): Estos sedimentos costeros se forman en dos
ambientes esencialmente diferentes, distinguiéndose dos tipos de depósitos: los
pantanos costeros de agua dulce y los pantanos de mangles. Los primeros
prácticamente no reciben material terrígeno y sus depósitos están representados
fundamentalmente por residuos vegetales y limos carbonatados; y los segundos
se representan en facies carbonatado-arcillosas y arcillosas. La facie terrígena de
los pantanos de mangles es característica de arcillas de color gris oscuro y pardo
oscuro fuertemente salinizadas, y las arcillas arenosas con restos carbonizados de
troncos y raíces de mangles. La facie carbonatada de los depósitos de pantanos
de mangles es característica de limos finos carbonatado-organógenas con una
cantidad variable de detrito vegetal.
- Depósitos aluviales (alQ4): Característicos de arenas, arenas arcillosas y arcillas
arenosas, de color carmelita pardusco con manchas rojizas y grises de
granulometría media a fina, e intercalaciones de gravas y guijarros pequeños de
cuarzo, fragmentos de areniscas cuarzosas, concreciones ferruginosas, y
localmente, sedimentos carbonatados con fragmentos de caliza organógena. Su
espesor varía de 1-5 m. La composición de los clastos depende directamente de
las fuentes de aporte, mientras que la granulometría se vincula con la cercanía de
estas, pues a medida que avanza hacia las costas los sedimentos son más finos.
Comportamiento tectónico regional
La tectónica de la parte Suroriental de Cuba está determinada por su posición en
la zona de interacción de las placas litosféricas Norteamericana y Caribeña,
encontrándose relacionadas indisolublemente con la fosa profunda de Oriente al
Sur, la depresión graben sin forma Cauto-Nipe al NW y la depresión Central35
�Cuenca de Guantánamo al NE (Flores & Millán 1998). La Cuenca Cauto ubicada
al Oeste de Cuba Oriental tiene la forma de un triángulo alargado, representando
una zona deprimida rellena de grandes espesores de sedimentos del Terciario y el
Cuaternario. Limita tectónicamente al Norte con la Falla Axial y el Elevado de
Nipe; al Oeste con el sistema de fallas rumbo deslizantes Cauto-Nipe (Noroeste)
que limita a Las Tunas con Granma; al Sur con la falla Bartlett y al Este con el
sistema de fallas rumbo deslizantes Cauto-Nipe (Sureste) que limita a la Sierra
Maestra de la Cuenca Cauto).
Los movimientos tectónicos recientes de la corteza terrestre han sido objeto de
valoraciones según la evaluación ingeniero-geomorfológica de los datos
geodésicos de la red altimétrica nacional de alta precisión. El análisis conjunto de
los perfiles geólogo-geomorfológicos complejos y de las velocidades relativas de
los movimientos (Almirall et al. 1994), permitió la confección del esquema de las
tendencias generales de la geodinámica reciente del sector centro-meridional de la
cuenca del río Cauto, del cual se infiere que:
Para la periferia septentrional (incluyendo toda la llanura Sabanilla, paleosector
de la cuenca hidrográfica del Cauto, situada al Sur de Campechuela y Manzanillo)
es característico un incremento general de los descensos relativos del SW (-2 a -3
mm/año) al NE (-6 a -7 mm/año), en dirección a la depresión Cauto.
El carácter general del incremento de los descensos refleja que la llanura no
posee una morfoestructura plicativa sino de bloque-falla. La depresión Cauto se
caracteriza por descensos generales, los cuales crecen hacia el Este, alcanzando
en su parte central de -12 a -15 mm/año.
Investigaciones sobre la geodinámica de Cuba Oriental reflejan descensos entre
-2,5 y -7 para la región axial de la Cuenca del Cauto, las cuales se evidencian en
el perfil complejo de la línea geodésica Holguín-Bayamo y en el mapa general de
los movimientos de ese móvil territorio.
El análisis de los gradientes de las velocidades relativas de los movimientos
tectónicos recientes, refleja una fuerte actividad neotectónica en la depresión, la
cual se corresponde con la diferenciación morfoestructural, las manifestaciones
sísmicas y los jóvenes procesos de formación de grietas, que determinan en
36
�ocasiones la formación de generaciones de deslizamientos en el joven cañón del
río Cauto, como ocurrió pocos años atrás en el poblado La Yaya.
La interpretación de la estructura profunda a través del corte transversal de Cuba
Suroriental, refleja la correspondencia entre la diferenciación morfoestructural, el
campo gravimétrico y el régimen espacial de la endodinámica reciente de la
Cuenca Cauto, región cubana de marcada y sostenida subsidencia durante la
segunda parte del presente siglo.
En Cuba, durante la etapa neotectónica (Mioceno-Cuaternario) del desarrollo del
relieve se originaron numerosas cuencas superpuestas de subsidencia, entre las
que sobresale la depresión Cauto-Nipe, la cual en el Pleistoceno SuperiorHoloceno experimentó una inversión de su régimen tectónico, con ascensos
débiles que originaron la formación de varios pisos de llanuras y espectros de
terrazas marinas, fluviomarinas y fluviales. De acuerdo a las mediciones
geodésicas repetidas se detectó una tendencia actual a los descensos (nueva
inversión geodinámica), que alcanza en su zona central valores de hasta -14
mm/año y menos acentuados hacia las partes periféricas de Cabo CruzManzanillo con valores entre -1 y -6 mm/año, y aún más actualizados del orden de
-2,5 a -7 mm/año. Paralelamente a los cambios glacioeustáticos, en este caso de
sentidos opuestos, el régimen natural de interacciones hidrológicas entre el
acuatorio marino del Golfo de Guacanayabo y el potencial freático de la Cuenca
Cauto ha sufrido sensibles rupturas de su equilibrio dinámico, debido a la
transformación ingenieril del gasto fluvial de esta última por la construcción de
embalses con fines socioeconómicos y preventivos ante los riesgos por
devastadoras inundaciones. En este contexto, la intrusión salina avanza tierra
adentro, lo cual entre otros procesos adversos contribuye a la desertificación de su
paisaje geográfico.
Otras evidencias de los descensos continuos de la corteza terrestre de la
depresión superpuesta Cauto-Nipe lo constituyen:
La extensión y ampliación de los geosistemas transicionales litorales
(manglares) en la zona de Cabo Cruz, obtenidas mediante cartografía
comparativa de la década de los años 50 y la actualidad
37
� La desaparición de tramos del camino colonial de la región bajo algunos
sectores cenagosos o de su acercamiento a la costa actual
La reconstrucción del poblado de Cabo Cruz en la terraza abrasiva más
elevada, al Este del asentamiento original
La transgresión marina total sobre cayos y formas acumulativas del litoral
manzanillero, entre muchas.
Geomorfología regional
Constituye la tercera megamorfoestructura general de Cuba Suroriental, en la cual
transcurrieron los descensos neotectónicos más intensos del archipiélago cubano.
Esta es una zona marginal transitoria de tipo isostático de compensación, entre las
regiones de los arcos insulares septentrional y meridional de Cuba Oriental
(Almirall; et. al., 1994).
En esta paleodepresión se depositaron grandes espesores de sedimentos
carbonatados y terrígenos durante el Oligoceno-Mioceno. Según los datos de
perforación, se distinguen tres depresiones: Guacanayabo (1750 m), Cacocum
(1300 m) y Nipe (900 m), divididas por los ascensos de Babiney-Mir y BarajaguaMarcané.
En la etapa neotectónica tardía fue de gran importancia la activación de algunas
fallas regionales y zonas de fallas transregionales de dirección SW-NE. Las
grandes zonas de morfoalineamientos transverso-diagonales, que dividen el
macrobloque montañoso de la Sierra Maestra en mesobloques, atraviesan la
morfoestructura longitudinal-sublatitudinal original de la depresión y la fraccionan
en un mosaico de mesounidades transverso-diagonales. En la depresión-graben
del Cauto predominan amplias llanuras bloque-monoclinales escalonadas, en las
cuales, en ocasiones aflora el basamento plegado y cuerpos intrusivos. En la
región de Jiguaní, se refleja claramente la continuación de las morfoestructuras
montañosas por medio del sistema de fallas que determinan un claro
escalonamiento de las llanuras hacia el NE, y en Bayamo hacia el NW. En el
relieve de la llanura se destacan el horst lineal El Yarey y una morfoestructura
circular, relacionados con el desarrollo de intrusiones basálticas.
38
�En la parte occidental de la depresión-graben están ampliamente desarrolladas las
llanuras monoclinales planas, con alto desarrollo de meandrización. En el
Pleistoceno Tardío, la depresión experimentó, en esta región, una inversión del
régimen tectónico; los descensos fueron sustituidos por ascensos en la zona de
intersección de la morfoestructura local, lo que produjo un profundo cortamiento
del cauce del río Cauto.
Hacia
el
Este,
las
altas llanuras
bloque-monoclinales
Remanganaguas-
Buenaventura constituyen una zona de tránsito hacia la depresión Central, esas
grandes morfoestructuras son cortadas por valles tectóno-estructurales como el
del río Contramaestre, y más al Este por sectores deprimidos de graben como San
Luis-Dos Caminos. Al Norte de estas llanuras el relieve se caracteriza por el
diseño paralelo de la red fluvial de los ríos Cauto y Salado, y también en el caso
de La Rioja. Las formas fluviales pequeñas y de cárcavas en esta región, son
paralelas. Los elementos de disección erosiva en conjunto, cortaron las zonas
lineales de formación de grietas recientes, esto permitió una nueva zona
sublatitudinal-longitudinal de alineamientos morfoestructurales. La morfoestructura
de los flancos septentrional y meridional de la depresión se diferencia claramente
en las variaciones de los espectros de terrazas fluviales. En el flanco Norte de los
valles fluviales están desarrolladas unas terrazas bajas escalonadas; mientras que
en el flanco meridional de los valles predominan terrazas erosivas altas. El
extremo más oriental de la cuenca hidrográfica del Cauto, ocupa las llanuras altas
de la depresión central (H=200-220, 260-280 m), siendo en el contexto geólogogeomorfológico de Cuba Oriental una de las depresiones más antiguas.
Está ocupada por conglomerados, areniscas y arenas arcillosas de las
formaciones molásicas del Eoceno Tardío. En la etapa neotectónica, la depresión
experimentó ascensos débiles y la falla ―Oriente‖ la separó de la depresión CautoNipe. Las llanuras del fondo de la depresión representan una formación de zócalo
y
no
existen
huellas
de
acumulación
Plioceno-Cuaternaria
significativa.
Morfológicamente, esta depresión no es un hundimiento intermontañoso típico,
sino la depresión de la zona de ascensos.
39
�En el período reciente está deformada por un complejo sistema de bloques
morfoestructurales. En su porción central están desarrolladas las llanuras bloqueescalonadas subhorizontales, las cuales al Norte y al Sur transitan al sistema de
escalones premontañosos, lo que demuestra el incremento de los ascensos hacia
la periferia montañosa. La depresión está fracturada por las fallas diagonales de
dirección SW-NE, las cuales también limitan el bloque central más elevado del
macizo de la Gran Piedra.
Características geológicas del yacimiento Jiguaní
Figura 1.2. Mapa geológico de Jiguaní
La Fm. Caney (Eoceno Medio - Inferior) está representada por una alternancia de
tobas cineríticas, tufitas, tobas calcáreas, tobas lapíllitas y calizas tobáceas.
La Fm. Charco Redondo (Eoceno Medio) está compuesta por calizas compactas
organodetríticas, fosilíferas, de color variable. Pueden aparecer calcarenitas, y
algunas areniscas escasas intercaladas.
40
�La
Fm.
San
Luis
(Eoceno
Medio
-
Eoceno
Superior):
se
compone
predominantemente por areniscas polimícticas, limolitas, margas, arcillas, calizas
arcillosas, biodetríticas, arenosas y conglomerados polimícticos. Se encuentra
muy bien estratificada.
La Fm. Camazán (Oligoceno Superior - Mioceno Inferior), se corresponde con una
secuencia de calizas coralino-algáceas (biolititas), calizas biodetríticas a veces
arcillosas, calcarenitas, calciruditas, limolitas calcáreas, con intercalaciones de
margas y arcillas, ocasionalmente yesíferas.
La Fm. Bayamo (Plioceno Superior - Pleistoceno Inferior) se compone de arenas
grises y amarillo-grisáceas de grano fino, con lentes de areniscas y
conglomerados de guijarros finos e intercalaciones de arcillas arenosas.
La Fm. Cauto (Pleistoceno Superior.) presentan depósitos mal consolidados de
arcillas, limos, arenas, gravas polimícticas y conglomerados polimícticos, con
estratificación horizontal y cruzada. Coloración gris y gris-parduzca.
Tectónica: Atendiendo a las particularidades geológicas en el área del yacimiento,
a la forma de ocurrencia y disposición en el corte geológico de las tobas
vitroclásticas, se piensa en la presencia de fallas que provocaron la formación de
bloques de tipos horstmonoclinales. Movimientos neotectónicos tardíos reactivaron
estas fallas y gracias a ello fue posible que aflorara el basamento, en este caso lo
constituyen las tobas vitroclásticas.
Rocas encajantes: Tobas vitroclásticas de color gris, de granulometría fina a
media, en mayor o menor grado abrasivas al tacto. Estructura vitroclástica, roca
compuesta por vidrio volcánico en forma de vitroclastos de diferentes formas.
Características morfológicas del cuerpo mineral: Por su morfología el
yacimiento asemeja un cuerpo con forma de bolsón, se observan acuñamientos
del horizonte tobáceo, hacia el Norte y Sur, la potencia de la zona mineralizada,
alcanza 17.80 m en la parte de mayor espesor. A lo largo del rumbo, el cuerpo
mineral alcanza una extensión aproximada de 285 m. Por el buzamiento el cuerpo
mineral se entierra hacia el Este (con buzamiento aproximado de 12º) por debajo
del paquete de calizas que sobreyacen el horizonte de tobas y que afloran en la
parte más elevada del área del yacimiento.
41
�Composición
mineralógica:
Las
tobas
vitroclásticas
del
yacimiento,
mineralógicamente están constituidas esencialmente por vidrio volcánico y
montmorillonita, subordinadamente contienen, aunque en bajos por cientos,
feldespatos, calcita, cuarzo y raramente zeolita.
Calidad de la materia prima: Se aprecia que los compuestos que aparecen como
constituyentes son: en mayores cantidades óxido de silicio y óxido de aluminio,
con composición media el óxido de hierro III, óxido de calcio y en menores
cantidades los óxidos de sodio, magnesio, potasio y manganeso.
Contenido, (%) Compuesto
Tabla 1.2. Composición química (media)
SiO2
Al2O3 Fe2O3
CaO
Na2 O
K2O
MgO
MnO2
P2O5
TiO2
SO3
PPI
61.27
13.20
3.15
3.58
1.75
2.29
0.05
0.09
0.38
0.1
10.32
3.73
Contenido medio de vidrio volcánico 60.22%
Contenido medio de montmorillonita 35.06%
Contenido medio de intercambio catiónico 31.82 meq
Contenido medio de CaCO3 4.09
Peso volumétrico seco 1.008 t/m3
Peso volumétrico saturado 29.82%
42
�CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS
En el presente capítulo se hace una descripción detallada de la metodología
empleada durante la caracterización geológica general y evaluación de las tobas
vítreas del yacimiento Jiguaní como material puzolánico.
2.1 Metodología de la investigación
La investigación desarrollada contempló una metodología basada en 4 etapas de
investigación, las cuales se sintetizan en la recopilación, análisis, procesamiento e
interpretación de la información, así como su posterior representación, las cuales
son esquematizadas a continuación en la figura 2.1.
Para dar cumplimiento a los objetivos propuestos se trazaron varias tareas las
cuales fueron cumplidas satisfactoriamente. A continuación, se describen las tres
etapas de trabajo.
Figura 2.1 Flujograma de la investigación
44
�2.2 Etapa preliminar
Se desarrolló la consulta de un volumen de literaturas relacionadas con la temática
a nivel mundial, nacional y provincial basadas en búsquedas bibliográficas en el
Centro de Información Científico–Técnica (ICT) del Instituto Superior Minero
Metalúrgico de Moa y en otros centros docentes del país de artículos científicos,
Trabajos de Diploma, Maestrías y Doctorados, etc.; en el Archivo Técnico de la
Oficina Nacional de Recursos Minerales en Santiago se procedió a la revisión de
la información geológica referente al yacimiento de tobas vítreas en Jiguaní, de
conjunto con los especialistas de la Unidad Empresarial Base Laboratorio en
Granma perteneciente a la ENIA Holguín, se consultaron las normas referidas a la
investigación en particular nacionales e internacionales.
2.3 Etapa de trabajo de campo
Toma y preparación de las tobas vítreas
Para la realización de la investigación las muestras fueron tomadas del yacimiento
de tobas vítreas en la localidad de Pozo Viejo en el municipio de Jiguaní. El
método aplicado de toma de muestras fue el método por puntos, que consistió en
la toma de trozos típicos de la materia prima. Seguidamente fueron sometidas a
un proceso de reducción de su tamaño mediante tres etapas de trituración, cada
una por separado.
Figura 2.2. Molino de disco U/B Loma de Piedra
En la primera etapa se utilizó la trituración por impacto de forma manual hasta
lograr obtener fragmentos máximos de 25 y 30 mm aproximadamente. Después
de la trituración manual en que se obtuvieron tamaños máximos de 30 mm, se
llevaron a cabo dos etapas de trituración en el molino de disco figura 2.2; el cual
45
�tiene un diámetro de alimentación de 30 mm regulando la salida del material a 3
mm respectivamente.
El material es recirculado en una segunda etapa en el mismo molino de disco
regulando la salida del material para la obtención de las clases granulométricas
menores de 1 mm. Esta última fracción granulométrica fue la escogida por el
colectivo del Departamento de Producción de la Empresa Provincial de
Construcción y Mantenimiento Constructivo, después de haberse analizado la
factibilidad económica de procesar el mineral con el equipamiento tecnológico con
que dicha entidad cuenta, en el caso de una producción a escala industrial para la
elaboración de morteros, hormigones y bloques hormigón de 40 x 20 x 15 cm.
2.4 Etapa de laboratorio
Para el análisis de las muestras seleccionadas en la presente investigación fue
necesario realizar trabajos de laboratorio de preparación de muestras donde
primeramente todo el material utilizado fue verificado por el tamiz No. 20 de 0.8
mm.
Materiales utilizados
La aplicación de las tobas vítreas del yacimiento Jiguaní como puzolanas
naturales se realiza bajo el concepto de contribuir al ahorro del cemento, abaratar
el costo en la producción de morteros y hormigones hidráulicos con el aporte que
este hecho realiza al medio ambiente y la economía del país.
Los materiales utilizados en las mezclas de morteros y hormigones son:
Las tobas vítreas del yacimiento Jiguaní.
Cemento Portland Gris P-350, según NC 95: (2001). Cemento Portland.
Especificaciones.
Áridos Finos (5 - 0.15 mm) según NC 251: (2005b) Áridos para Hormigón
Hidráulico. Especificaciones.
Áridos Gruesos (19 - 5 mm) según NC 251: (2005b). Áridos para Hormigón
Hidráulico. Especificaciones.
Los áridos provienen del molino Ramón Viamonte (El Cacao) de la Empresa de
Materiales de la Construcción de Granma.
46
�2.4.1 Métodos y técnicas analíticas, empleados en la investigación
La investigación se desarrolló siguiendo el método tradicional de experimentación,
el cual estuvo apoyado para su valoración en técnicas de análisis de
caracterización granulométrica, el índice de actividad resistente y en la
determinación de las resistencias mecánicas de morteros y hormigones
hidráulicos.
La elección del método y las técnicas analíticas se fundamentan en los aspectos
teóricos a los cuales se hizo referencia en el capítulo 1.
2.4.2 Método utilizado en la investigación
La obtención de los resultados a partir del método tradicional de experimentación,
en las investigaciones exploratorias, hacen de este método, candidato para ser
utilizado en esta investigación. Los porcentajes escogidos para la sustitución de
cemento Portland por tobas se fundamenta, en que la adición de la puzolana para
la producción de cemento Portland Puzolánico, constituye entre un 15 y 40 %, de
acuerdo a lo establecido en la ASTM C 595, no obstante, los cementos
puzolánicos más difundidos llegan hasta un 30 % en contenido de puzolana.
Por otro lado, la cantidad de material utilizado como aditivo varía frecuentemente
según su actividad puzolánica. Algunas puzolanas naturales son utilizadas en un
rango de 15 a 30 %, con respecto al peso total del cemento Stanton (1950). La
cantidad óptima de material puzolánico depende de dónde va a ser utilizado y las
especificaciones requeridas ACI 232. 1R, (2000).
Por lo tanto, al considerar que no es objetivo de este trabajo encontrar la
dosificación óptima de material a ser empleado como aditivo sino determinar la
existencia de propiedades puzolánicas en estos materiales, se tomó un porcentaje
mínimo de 10 % y un porcentaje máximo de 20 %. Para ello se partió del análisis
previo, realizado en las investigaciones de: (De Armas, 2008); (Muxlanga, 2009);
(Cabrera, 2010) y (Almenares, 2011).
2.4.3 Determinación de la composición granulométrica
El análisis granulométrico realizado se empleó para la determinación de la
47
�composición granulométrica y la distribución sumaria por clases de los áridos y del
material tobáceo en la elaboración de los morteros y hormigones hidráulicos en las
muestras analizadas.
Para el caso de los áridos, el procedimiento se basa en la determinación de las
fracciones granulométricas por medio de un movimiento lateral y vertical del tamiz,
acompañado de una acción de sacudida de manera que la muestra se mueva
continuamente sobre la superficie de los tamices, mediante la utilización de la
tamizadora mostrada en la figura 2.3, hasta lograr cernir todo el material posible
en cada tamiz para las diferentes muestras analizadas.
Las muestras del árido fino se separaron en las clases de tamaño, -4.76 + 2.38; 2,38 + 1,19; -1,19 + 0,59; -0,59 + 0,297 y -0,297 + 0,149; las muestras del árido
grueso se separaron en las clases de tamaño, -19.1 +9.52; -9.52 + 4.76 y -4.76 +
2.38, realizándose mediante el proceso de cribado por vía seca.
Figura 2.3. Tamizadora
Para determinar los porcentajes granulométricos de las tobas vítreas se tuvo en
cuenta el tratamiento de muestras utilizando el método de tamizaje para el
mezclado de una muestra de 1000g de tobas vítreas logrando un control de la
homogenización y que esta a su vez sea representativa dando lugar a la posterior
reducción del peso de la muestra por el método de cuarteo de forma manual
utilizando una regla graduada, el peso de la muestra analizada fue de 500 g para
la obtención de los porcientos granulométricos utilizando la tamizadora que se
muestra en la figura 2.3, la cual fue programada para 10 minutos.
48
�2.4.4 Determinación del índice de actividad puzolánica
Para la determinación de este índice se tomaron los resultados de las pruebas de
resistencia a la compresión a los 28 días del ensayo, calculándose a través de la
ecuación (2):
I . A.R
A
100
B
(2)
Dónde:
IAR: Índice de actividad resistente
A: Promedio de la resistencia a la compresión de las probetas del mortero de
ensayo (puzolana y cemento), MPa.
B: Promedio de la resistencia a la compresión de las probetas del mortero patrón
(cemento), MPa.
El método de ensayo para la determinación del índice de actividad puzolánica de
las muestras de morteros con adiciones del aditivo mineral, se recoge en la norma
cubana NC TS 527 (2007c), mediante el ensayo de resistencia a la compresión de
mezclas de cemento y arena normalizada (arena sílice).
2.4.5 Determinación de resistencias mecánicas en morteros
Los ensayos de la resistencia a la flexotracción y a la compresión de las tobas
vítreas a través de pruebas de morteros se detallan a continuación.
Preparación de los materiales para la conformación de los morteros
Se elaboraron un total de 45 probetas con material tobáceo del yacimiento
analizado; en la adición del 10 y 20 % de material tobáceo se confeccionaron un
total de 30 probetas, además de 15 probetas sin adición de tobas (patrones o de
referencia). Para garantizar la calidad de la arena primeramente se tomó la arena
y se sometió a un proceso de tamizado por el tamiz 2,36 mm, se lavó para eliminar
las partículas extrañas y contaminantes, se puso en la estufa por 24 horas para
eliminar su humedad. Luego se procedió a la dosificación para la elaboración de
los morteros.
Las probetas prismáticas de dimensiones 40x40x160 mm se fabrican con una
mezcla plástica, en la figura 2.2 se observa que en todos los casos se utilizó una
49
�relación cemento/arena 1:4 determinándose una relación agua-cemento-tobas por
la necesidad de alcanzar la fluidez requerida según los ensayos de consistencia
normal para cada material, debido a que en la práctica el agua se añade en la
mezcla hasta obtener la plasticidad y consistencia de la masa requerida. Se
conservan en atmósfera húmeda durante 24 h, las probetas desmoldadas se
sumergen inmediatamente en agua hasta el momento de los ensayos de
resistencia.
Tabla 2.1. Dosificación para la conformación de los morteros
Material
Sustitución
(%)
Patrón
Tobas Vítreas
Tobas Vítreas
10
20
Cemento (g)
268.4
241.6
214.7
Dosificación
Arena (g) Tobas (g)
1632
1632
26.84
1632
53.75
Agua (mL)
245
245
245
Tabla 2.2. Relación (cemento: arena: tobas vítreas)
Muestra Patrón
1: 4
Muestra con adición de 1
1: 3: 1
Muestra con adición de 1.5 1: 2.5: 1.5
Para la elaboración de los morteros se usó la mezcladora que aparece en la
figura 2.4, en la cual se vertió el agua previamente medida con una probeta
graduada en correspondencia con la cantidad a utilizar en cada una de las
mezclas diseñadas que aparecen en la tabla 2.1. Luego se realizó la adición del
cemento en las cantidades previamente calculadas, según las sustituciones (10 y
20 % de material tobáceo) y con el 100 % para la elaboración de los morteros de
referencia o patrón, y se procedió a la mezcla de los mismos durante 30 segundos
a velocidad lenta, hasta lograr la mezcla homogénea, luego se vertió la arena y sin
detener la mezcladora, se mezcló por 30 segundos más. Después se dejó en
reposo durante 90 segundos y se mezcló nuevamente a una velocidad rápida por
60 segundos. Lo que permitió una buena homogenización de los materiales.
El material mezclado se vertió en dos capas en el molde. La primera capa permite
que a los 60 segundos se expulse el aire atrapado en el material y la humedad
suba a la superficie. La segunda capa permite emparejar y enrasar los moldes, los
50
�que seguidamente fueron compactados manualmente y situados en un local
donde se garantizaba la buena conservación de los mismos, y pasadas 24 horas
se extrajeron los morteros y se colocaron en el área de curado hasta las edades
correspondientes a los ensayos de resistencia.
Figura 2.4. Mezcladora para morteros
Ensayo de resistencia a la flexotracción
El ensayo de la resistencia a la flexotracción, se realizó con la ayuda de tres
cilindros de acero de 10 mm de diámetro figura 2.5; dos de ellos, sobre los cuales
se apoya el mortero, situados en un mismo plano y paralelos a la distancia de 100
mm el tercero equidista de los dos primeros y se apoya sobre la cara opuesta de
la probeta.
Uno de los cilindros de soporte y el cilindro de carga serán capaces de oscilar
ligeramente con relación a sus centros para mantener una distribución uniforme de
la carga a todo lo ancho del mortero sin someterlo a esfuerzos de torsión.
La máquina empleada para el ensayo a compresión posee una precisión de 2,5
kN, se encuentra calibrada por la Oficina Territorial de Normalización de Holguín
acreditada por la norma NC ISO 17025: 2005. Requisitos Generales para la
Competencia de Laboratorios de Prueba y Calibración, lo cual asegura una
adecuada trazabilidad en sus mediciones. No se observaron anomalías en el
funcionamiento del equipo de medición durante la realización del ensayo.
El mortero se colocó sobre los cilindros de soportes, de forma que su eje
longitudinal sea perpendicular a los ejes de estos y su eje transversal y el del
cilindro de carga se encuentren en el mismo plano y paralelos entre sí.
51
�La carga P será aplicada verticalmente por el cilindro de carga sobre la cara lateral
de la probeta y deberá crecer progresivamente a razón de
( 5 1 kgf / s49 10N / S ).
El módulo de rotura R, está dado por la ecuación (3).
R
6 M 1,5 P l
b3
b3
(3)
Dónde:
b: lado de la sección cuadrada de la probeta
M: momento flector que es hallado por la fórmula siguiente:
M
PI
4
Dónde:
P : Carga de rotura aplicada en el medio del mortero
l : Distancia entre los cilindros de soporte
Si l y P se expresan en cm, la fórmula se transforma en:
R 0,234 P para l 10.00 cm
R 0,250 P para l 10,67 cm
R se expresa en kgf/cm2, cuando P está en kgf o en kN/cm2 cuando P está en kN.
Figura 2.5. Plato superior e inferior
Ensayo de resistencia a la compresión
En el ensayo de resistencia a la compresión cada probeta se sometió a un
52
�esfuerzo sobre las dos caras laterales de la misma. Para ello se utilizaron dos
placas de acero de dureza no inferior a HRC 60, de 40 0,1 mm de ancho y largo,
y de espesor mínimo de 10 mm, las cuales son planas con un error menor de
0,02 mm.
El conjunto se colocó entre los platos de 10x10 cm de la prensa que aparece en la
figura 2.5, cuya rótula está centrada sobre el eje de las secciones sometidas a
compresión. Los platos se guiaron sin fricción apreciable durante el ensayo para
poder mantener siempre la misma proyección horizontal. En el aditamento la placa
inferior fue introducida en la platina inferior. La placa superior con rótula recibe la
carga trasmitida por el plato superior de la prensa a través del conjunto de
deslizamiento el cual debe ser capaz de oscilar verticalmente, sin apreciable
fricción en el aditamento que guía.
Después de triturada la probeta el conjunto retorna automáticamente a la posición
inicial. La velocidad de carga estará comprendida entre 10 y 20 kgf·s/cm2 (0,10 a
0,20 kN·s/cm2) pero se reducirá en caso necesario para que el ensayo no dure
más de 10 segundos.
La resistencia a la compresión R se calculó mediante la ecuación (4):
P
P
R
S l b
(4)
Dónde
P: carga aplicada a la probeta.
S: superficie de la sección transversal de la probeta, cm2
R: se expresará en kgf/cm2 cuando P esté en kgf o en kN/cm2, cuando P esté en
kN.
Los ensayos de resistencia a la flexotracción y compresión se realizaron a las
edades de rotura de 3, 7, 28, 60 y 90 días.
Para cada material ensayado a las diferentes edades, se consideró que la
resistencia del mortero, tanto a la flexotracción como a la compresión, viene
expresada por el valor medio de los resultados obtenidos.
53
�2.4.7 Determinación de resistencias mecánicas en hormigones
Se elaboraron tres series de probetas, la primera fue la del patrón, las otras dos
fueron para las muestras con adiciones del 10 y 20 % de tobas vítreas a las
edades de 3, 7, 28, 60 y 90 días, todos las series se elaboraron con 6 probetas por
días de ensayo para un total de 90 probetas.
Preparación de los materiales para la conformación de los hormigones
Se diseña un hormigón que requiere una resistencia característica a compresión
de 25 MPa, con fluidez de 75 -100 mm y compactación manual. Para preparar el
hormigón se utiliza una hormigonera de tiro forzado de 50 litros figura 2.6. La
cantidad de amasadas propuestas son seis, la primera amasada de cada serie se
utiliza para ajustar la cantidad de agua requerida para la mezcla de hormigón,
mediante el cono de Abrams.
Las restantes cinco se toman como repeticiones a las que se le verifica el
asentamiento, las probetas a utilizar son cilíndricas de 150 x 300 mm para realizar
ensayos de resistencia mecánica a compresión a las edades de 3, 7, 28, 60 y 90
días, aplicando una carga axial de compresión figura 2.7, hasta llegar a la rotura
en la prensa hidráulica de 125 tn. Este ensayo se realizó de acuerdo con NC ISO
6275: 2005 y NC 244: 2002.
Figura 2.6. Mezcladora para hormigones
Figura 2.7. Prensa hidráulica
Para la determinación de la resistencia de cada una de las probetas ensayada se
empleó la siguiente expresión recogida en la NC 244: (2005a).
fci
10 * F
A
(MPa)
F= Carga en rotura (kN)
54
�A = Área de la sección transversal de la probeta (cm2)
fci= Resistencia de la probeta (MPa)
Todas las probetas se compactan por vía manual utilizando una varilla
normalizada y se mantienen en cámara de curado por inmersión, hasta la edad del
ensayo, en la tabla 2.3 se muestran las dosificaciones de las adiciones mineral y
química utilizadas en la investigación.
Tabla 2.3. Dosificación de hormigones de 25.0 MPa, con Tobas vítreas al 10 y 20 %.
Serie Patrón
Materiales
U/M
Cemento Portland
P -350
Kg
Toba como MCS
Serie 10 %
Serie 20 %
1m3 0.045m3 1m3 0.045m3 1m3 0.045m3
415
18.7
373
16.8
332
14.94
Kg
-
-
42
1.89
83
3.73
Gravilla 19-5 mm
Kg
1007
45.3
1007
45.3
1007
45.3
Arena 0.15-5 mm
Kg
706
31.8
706
318
706
31.8
Litros 201
9.0
201
9.0
201
9.0
0.52
0.52
a/c+p = 0.62
a/c+p = 0.72
75-100
75-100
Agua
A/C
Asentamiento Abrams
75-100
2.4.8 Ensayo de resistencia a la compresión en bloques
En la investigación se realizaron pruebas con adición del material puzolánico al 10
% del material tobáceo en bloques hormigón de 40x20x15 cm con compactación
mecánica figura 2.8, las características granulométricas de las tobas con las que
se realizaron estas pruebas son las mismas con las que se trabajaron los morteros
y hormigones hidráulicos.
Estos ensayos se tomaron como punto de partida de la aplicación de las tobas
vítreas como material puzolánico, a continuación en la tabla 2.4 se muestran la
dosificación
que
se utilizaron en
su confección, los materiales
fueron
premezclados y compactados mecánicamente en la máquina de producción de
bloques que se presenta en la figura 2.8.
Para llegar a estas dosificaciones se procedió a sustituir pesando 50 kg del
cemento P-350 el 10 % de tobas vítreas, representando 5 kg del cemento pesado,
55
�la granulometría de las tobas vítreas es la misma utilizada en morteros y
hormigones hidráulicos. Se usó un cubo metálico con 10 litros de capacidad
representando un volumen de 0.01 m3. Se realizaron dos series de bloques que
fueron mezclados en la parte superior de la máquina de bloques, donde se
encuentra el cajón con eje rotatorio en su interior, permitiendo una mejor
homogenización de los materiales, obteniéndose un total de 12 bloques.
Tabla 2.4. Dosificación para la conformación de los bloques de 40x20x15 cm
Cemento Arena
6.5 kg 0.015m3
Polvo de piedra
0.005m3
Granito
0.015m3
Figura 2.8. Máquina compactadora de bloques
2.5 Etapa de gabinete
En la cuarta etapa de la investigación se procesaron los datos obtenidos en los
análisis realizados durante la ejecución del trabajo, lo que permitió una
representación visual de los parámetros de resistencias mecánicas, rendimiento del
cemento e índice de puzolanidad en figuras y tablas, se desarrolló una interpretación
conjunta de estos resultados lo que resultó de gran ayuda para conocer si se cumplieron
los objetivo trazados.
56
�CAPÍTULO 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Se presentan los resultados experimentales que confirman la hipótesis científica
sobre las potencialidades de los materiales tobáceos del yacimiento Jiguaní como
material puzolánico; mediante el análisis granulométrico de los áridos, el material
tobáceo y los ensayos mecánicos a las probetas de morteros y hormigones
hidráulicos, para ser empleados como material puzolánico.
3.1 Resultados experimentales y su análisis
3.1.1 Caracterización granulométrica
El procedimiento utilizado para la determinación de la composición granulométrica
de los áridos y del material tobáceo empleado en la elaboración de los morteros se
realizó según las metodologías descritas en el acápite 2.4.1.
Características generales y normativas del cemento P-350.
Tabla 3.1. Resultados comparativos, obtenidos en los ensayos físicos – mecánicos.
Resultados
obtenidos
Especificaciones NC 95: 2001
Índice
Físicos
Mecánicos
Requisitos
UM
P-350
Cemento P-350 a granel
Retenido en el tamiz
4900
%
(máximo) 10
3.7
Tiempo fraguado inicial
minuto
(minuto) 45
70
Tiempo fraguado final
hora
(máximo) 10
3h 15 min
Resistencia a la
flexotracción (mínima)
3 días
7 días
28 días
MPa
3.0
4.0
6.0
5.30
8.28
9.44
Resistencia a la
compresión (mínima)
3 días
7 días
28 días
MPa
17.0
25.0
35.0
22.8
26.8
38.0
En la tabla 3.1 se puede apreciar los resultados del análisis comparativo de los
ensayos físicos – mecánicos realizados al cemento P-350 con la NC 95: (2001)
58
�donde este cumple con las especificaciones para ser utilizado en nuestra
investigación para la obtención de hormigones hidráulicos de 25 MPa.
Caracterización granulométrica de los áridos
El conocimiento de la granulometría de los áridos, ya sean finos o gruesos es una
cuestión primordial para el diseño y la elaboración de las mezclas de hormigón, ya
que nos permite determinar la distribución del tamaño que poseen los áridos,
aspecto importante en las propiedades de los hormigones que lo contienen.
En las tablas 3.2 y 3.3 se muestran los resultados comparativos de los ensayos
realizados a los áridos finos fracción 5 – 0.15 mm proveniente del molino Ramón
Viamonte (El Cacao) con las especificaciones establecidas en la NC 251: (2005b).
Tabla 3.2. Análisis granulométrico, fracción 5-0,15 mm (Árido Fino) vs NC 251: (2005b).
Especificaciones de la
Resultados
obtenidos
NC 251:2005
Rangos de calidad
Tamiz % pasado Rango mínimo Rango máximo
4.76
95
90
100
2.38
60
70
100
1.19
34
45
80
0.59
20
25
60
0.297
8
10
30
0.149
3
2
10
Tabla 3.3. Resultados comparativos, fracción 5-0,15 mm (Árido Fino) vs. NC 251: (2005b).
Ensayos
Peso específico corriente
Resultados
obtenidos
2.65g/cm
Especificaciones
de la NC 251: 2005
Superior 2.5 g/cm
Absorción
1%
No supera 3 %
Más fino que el tamiz 200
1.80 %
Hasta un 5%
Partícula arcilla
0
No superará 1%
3
Peso unitario suelto
1.560 Kg/m
Peso de
3
volumen
Peso unitario compactado 1.760 Kg/m
Módulo de finura
3.72
Será entre 2.2 y 3.58
La desviación que se aprecia en el Módulo de Finura promedio es de un 0.14 %
con relación al límite superior del rango especificado en la NC 251: (2005b), lo
59
�cual es aceptable teniendo en cuenta la Nota incorporada en la mencionada
Norma, que cita: ―Para el suministro continuo de áridos finos de una fuente dada,
el Módulo de Finura promedio admitirá una desviación (mayor o menor) en el
orden de un 0,20 (20%)‖.
Figura 3.1. Curva granulométrica del árido fino
Según los resultados obtenidos, los mayores porcentajes de material retenido
forman las tres clases significativas cuyos diámetros se encuentran ubicados en
las fracciones - 2.38 + 1.19; - 1,19 + 0,59 y – 0,59 + 0,297 mm respectivamente.
En la tablas 3.4 y 3.5 se muestran los resultados comparativos obtenidos en la
fracción 5 – 19 mm (Árido Grueso) vs la NC 251: (2005b).
Tabla 3.4. Análisis Granulométrico, fracción 5-19 mm (Árido Grueso) vs NC 251: (2005b).
Resultados obtenidos
Tamiz
19.1
9.52
4.76
2.38
% pasado
99
22
3
2
Especificaciones de la
NC 251: 2005
Rangos de calidad
Rango mínimo Rango máximo
90
100
20
55
0
10
0
5
60
�Tabla 3.5. Comparación del árido Molino Ramón Viamonte, Fracción 5-19 mm (Árido
Grueso) vs. NC 251: (2005b)
Ensayos
Peso específico corriente
Resultados
obtenidos
2.65 g/cm
Especificaciones
de la
NC 251:2005
Superior 2.5 g/cm
Absorción
1%
No supera 3 %
Más fino que el tamiz 200
0.64 %
Hasta un 1 %
Partícula arcilla
0
No superará 1 %
3
Peso unitario suelto
1.464 Kg/m
Peso de
volumen
Peso unitario compactado
1.579
Partículas Planas y Alargadas
2.38
No superará 10 %
% de vacíos
40.4
-
Figura 3.2. Curva granulométrica fracción 5 – 19 mm (Árido Grueso)
Como se observa en el gráfico anteriormente expuesto la fracción 5 – 19 mm
cumple con los requisitos especificados por la NC 251: (2005b).
Las características de los áridos responden en gran medida a la trituración de la
roca, es por ello que se recomienda que en el caso de aplicar una clase de áridos
tanto finos como gruesos que no tengan precisamente una naturaleza caliza y
61
�estos a su vez no dieran resultados satisfactorios, no desecharlo como material
para los áridos sino solicitar una revisión al proceso de trituración de estos así
como las mallas de clasificación de las distintas fracciones, las cintas
trasportadoras del material y el lavado de los mismos.
Caracterización granulométrica de las tobas vítreas
Para la obtención de las clases granulométricas deseadas a utilizar en la
investigación se utilizó el cribado de las mismas por el tamiz No. 20 de 0.8 mm.
Esta fracción granulométrica ha sido estudiada por Pérez; Carballo y Ruiz (2013)
en la confección de hormigones hidráulicos, lo cual fue analizado por el colectivo
del Departamento de Producción; teniendo en cuenta la factibilidad de su
elaboración o procesamiento en las condiciones actuales de trituración y molienda
que posee la entidad, y la potencialidad de ser aplicada a escala industrial en la
producción de bloques hormigón y prefabricados con hormigones armados.
El análisis granulométrico de las tobas vítreas obtenidas en las condiciones
actuales de procesamiento arrojo los siguientes resultados.
Figura 3.3. Características de tamaño de las tobas vítreas
Se evidencia que el tamaño medio de las partículas está en el rango de 0,074 a
0,149 mm y que es mayoritario el contenido de partículas mayores a 0.074 mm
62
�según expresa la figura 3.3.
Las condiciones actuales de trituración y molienda que existen en la entidad
permiten obtener una granulometría comparable con un filler que posibilita el uso
de este material según las pruebas realizadas en esta investigación.
Tabla 3.6. Análisis granulométrico de las tobas vítreas
PESO INICIAL
TAMICES
mm
ASTM
500 g
Peso (g) % Retenido
No. 50
44
8.8
0.149 No. 100
188
37.6
0.074 No. 200
211
42.2
Fondo
57
11.4
Ʃ
500
100
0.295
+
3.1.2 Resistencias mecánicas en morteros
Se ofrecen los resultados de los ensayos mecánicos a la flexotracción y a la
compresión por muestras con tobas y muestras patrones, a las edades de 3, 7, 28,
60 y 90 días (ver anexo 1).
Los resultados de las resistencias mecánicas son de gran importancia para las
posibles aplicaciones y control de la calidad de cementos, morteros y hormigones,
principalmente la resistencia a la compresión, la cual puede ser utilizada como
criterio principal para seleccionar el tipo de mortero de colocación (ver anexo 2),
ya que es relativamente fácil de medir y comúnmente se relaciona con otras
propiedades, como la adherencia y absorción del mortero. En el trabajo se emplea
precisamente, para verificar cómo se comportan las resistencias en el tiempo, y
para determinar el índice de puzolanidad de los materiales con adición de tobas.
Resistencia a la flexotracción
La comparación de los diferentes resultados obtenidos según la adición del 10 y el
20 % del material tobáceo es representado en la figura 3.4, lo que permite
confirmar un incremento de la resistencia a la flexotracción en el tiempo
transcurrido entre los 3 y 90 días, período en el cual los valores medios calculados
de las edades han pasado de los 3.03, 4.08, 5.29, 5.93 y 6.42 MPa para el patrón;
63
�de 2.94, 3.07, 4.29, 5.29 y 5.94 MPa para el caso del 10 % y de 1.69, 1.91, 3.58,
3.86 y 4.23 MPa para la sustitución del 20 % de tobas vítreas respectivamente, lo
que indica que el aumento de las resistencias mecánicas a la flexotracción es
directamente proporcional al incremento de la magnitud tiempo.
Los morteros de referencia, muestran un aumento de resistencia, las cuales varían
de 1.05 a 1.21 MPa, pero el incremento es menor en comparación con los
morteros con adición de tobas al 10%.
Se puede observar que tanto para las tobas con adición de 10 % como para las de
20 % de adición existe un crecimiento ascendente, desde el punto de vista
cualitativo. Se refleja una tendencia al acercamiento de la resistencia a la
flexotracción de la mezcla patrón cuando se sustituye el 10 % del cemento el
material tobáceo, aunque estas no lograsen alcanzar valores superiores a los
patrones a partir de los 28 días. Se observa que los morteros con adición del 10 %
de tobas ofrecen mejor resistencia a la flexotracción que los elaborados con 20 %.
Figura 3.4. Resistencia a la flexotracción de los morteros
64
�Resistencia a la compresión
La observación de la figura 3.5 permite distinguir un desfase ascendente
experimentado por todas las muestras en comparación con la muestra patrón. De
forma similar a los resultados de la resistencia a la flexotracción, se puede
observar que la resistencia a la compresión de los morteros con adición de tobas,
muestran un incremento de 3 a 90 días, y los morteros con 10 % de tobas poseen
mayor resistencia a la compresión que los de la sustitución al 20 % del material
tobáceo durante todos los ensayos realizados.
Las muestras de morteros al 10 % de adición de tobas con una relación de
cemento/arena de 1: 4 no logran igualar la resistencia del cemento de referencia a
los 60 días; aunque Almenares (2011) hace referencia en su investigación que al
sustituir el 15 % del cemento con una relación de cemento/arena de 1: 3 sí logra
igualar la resistencia a la compresión del mortero de referencia a los 60 días. Esto
puedo estar referido a que una de las propiedades de las puzolanas es la de
aportar resistencias mecánicas muy bajas a edades tempranas, sin embargo,
adquieren altas resistencias a edades superiores, generalmente a partir de los 28
días de fraguado; aunque este fenómeno se explica si se tiene en cuenta que las
puzolanas tienen una fuerte tendencia a reaccionar con el hidróxido de calcio y
otras sales cálcicas en presencia de agua a temperatura ambiente, y que el
fraguado del mortero de referencia, se considera prácticamente completo a los 28
días, lo cual da lugar a la reacción puzolánica y, por consiguiente, la resistencia
mecánica crece a partir de este tiempo (Rabilero, 1988).
A la edad de 90 días, las muestras de morteros con adición de 10 % de puzolana,
muestran resistencias a la compresión cercanas a la del mortero de referencia. No
así para el 20 % de adición de tobas, que aunque exhiben un comportamiento
similar, las resistencias no alcanzan las resistencias desarrolladas por los
morteros con adición del 10 % de tobas vítreas.
Esto pudiera estar dado por las características granulométricas de las tobas
vítreas utilizadas en esta investigación, resultado que está en correspondencia con
las investigaciones realizadas por Day y Shi (1994); Costafreda; Calvo y Parra
(2011a); Rosell; et. al. (2011) y Muxlanga (2009); entre otros, los cuales obtuvieron
65
�valores de resistencias más acentuados a menor tamaño de partícula del material,
lo que permite una mayor posibilidad de reacción del óxido de silicio, con el
hidróxido de calcio que se libera durante las reacciones de hidratación del
cemento Pórtland, con la formación de silicatos de calcio estables con
propiedades cementantes.
3.1.3 Resistencia mecánica en hormigones.
Se puede observar en la figura 3.6 que los valores de resistencias mecánicas en
función del tiempo con adiciones del 10 y 20 % de tobas vítreas van teniendo un
aumento discreto en los primeros días; siendo esta una característica propia de los
materiales puzolánicos, al retardar el fraguado del cemento y con esto la ganancia
de mayores resistencias a edades posteriores.
Figura 3.5. Resistencia a la compresión de los morteros
Los valores de resistencias a la compresión de los hormigones con la adición del
10 % de tobas vítreas alcanzan la resistencia diseñada en la investigación de 25
MPa a los 28 días (ver anexo 3); no siendo el caso con la adición del 20 % del
material tobáceo, lo cual puede estar dado muy significativamente por la
granulometría seleccionada en la investigación, la cual fue tomada en cuenta para
la producción en una industria local con características tecnológicas propias donde
66
�sería muy costo a la vez que imposible alcanzar tal nivel de finura del material
donde según la norma NC 528: (2007d), la cantidad máxima retenida de todo el
material a evaluar seria de un 34 %, aunque se debe hacer especial mención
sobre la presencia en el yacimiento de las arcillas del tipo montmorillonita con un
contenido medio del 35.06 % las cuales podrían estar afectando dicha resistencia
a medida que se realiza el aumento de las tobas vítreas. Estos valores de
resistencias a la compresión se deben tomar en cuenta a la hora de la toma de
decisión en cuanto a su aplicación de las estructuras que la requieran, en el caso
de una vivienda las resistencias características son de 20 MPa para los elemento
que van a recibir la mayor carga dígase, las columnas, los cimientos, la placa.
Figura 3.6 Resistencia a la compresión con adición de tobas
La composición promedio de las muestras del material tobáceo se corresponde
con la exigida para su utilización como puzolana según la norma NC 528: (2007d),
donde la suma de SiO2, Al2O3 y Fe2O3 supera el 70 %. Se muestra un carácter
ácido, con contenido de SiO2 mayor que el 60 %.
La composición promedio de las muestras de tobas analizadas se corresponde
con la exigida para su utilización como puzolana, y corrobora además, los
resultados obtenidos por investigadores como Tapia (2003); Pérez (2006) y
(Frazao, 2007), los cuales determinaron su composición para otros estudios.
67
�3.1.4 Determinación de la resistencia a la compresión en bloques
Los resultados obtenidos en los valores de resitencia a compresion de los bloques
de 40x20x15 cm nos permite determinar que las tobas vítreas del yacimiento
Jiguaní, puede ser utilizado en la sustitución de cemento Portland P-350 al menos
en un 10 %, al ser la dosificicación que mejores resultados experimento en
morteros y en hormigones. En orden ascedente se observa en la figura 3.7 el
crecimiento de las resistencias a la compresón de los bloques con adicion del 10
% de tobas vitreas, alcanzando a los 28 dias una resistencia de 5.04 MPa que es
la resistencia caracteristica de estos bloques.
Figura 3.7. Resistecistencia a la compresion con adicion de las tobas al 10 %
3.2 Análisis de las perspectivas de utilización del material estudiado como
aditivo puzolánico
3.2.1 Evaluación del índice de actividad puzolánica
En la tabla 3.7 se representa el valor del índice de actividad resistente por
muestras en morteros al sustituir el 35 % del volumen absoluto del cemento a los
28 días de ensayado según lo establece la referida norma cubana NC TS 527:
(2007); se establece una comparación en relación al 75 % del valor del índice de
actividad puzolánica establecido en la norma cubana NC TS 528: 2007 a la
compresión del mortero patrón.
68
�Se debe destacar que la reacción puzolánica prevalece en el tiempo, mucho
después de los períodos de fraguado vigentes en las normas cubanas de (28 días)
para realizar dichos ensayos, es decir, mientras se produzca hidróxido de calcio la
acción inhibidora de la puzolana persiste, por lo que se puede considerar un
proceso de larga duración. Según Campolat; et. al. (2003), en el aspecto práctico,
este proceso es beneficioso, ya que con la neutralización del hidróxido de calcio
Ca(OH)2 se obtendrán morteros y hormigones cada vez más resistentes, lo cual
representa un aporte de estabilidad para las estructuras que se proyecten con el
empleo de estas adiciones.
Tabla 3.7. Índice de actividad puzolánica
Muestras
1
2
3
4
5
6 Media
Patrón (MPa) 41.6 41.3 40.9 40.3 39.9 39.5 40.58
Prueba (MPa) 26.8 26.9 26.07 28.68 27.3 26.8 26.43
Índice de
Actividad
Puzolánica
NC TS
528: 2007
%
%
67
75
Como se puede apreciar, el valor del índice de actividad puzolánica obtenido, con
adición del 35 % del material tobáceo en sustitución del volumen absoluto del
cemento en peso a los 28 días del ensayo, no llega a superar el valor de 75 % que
establece la norma NC TS 528: (2007d).
La actividad puzolánica puede verse afectada por la composición química,
granulométrica, mineralógica y por el contenido de agua en la mezcla, entre otros
factores, sin embargo, las propiedades puzolánicas varían considerablemente
según el origen del material debido a la variabilidad de las características
mineralógicas de los materiales activos y otras fases constituyentes. Por lo tanto,
para determinar la actividad puzolánica, no es suficiente la cuantificación de la
presencia de dióxido de silicio, alúmina y óxido de hierro.
La disminución del diámetro de las partículas, favorece el proceso de
aglomeración que se desarrolla en la mezcla con el cemento según se ha
planteado por Rabilero (1988); Erdogdu (1996); Gener y Alonso (2002); entre
otros. Por otro lado se explica la influencia que tiene dicho porcentaje de adición
69
�de material puzolánico utilizado para este ensayo, lo cual se comporta de manera
similar a lo reportado por Massazza y Costa (1979); Mehta (1981) y Rabilero
(1988), los cuales variaron las proporciones de cemento Pórtland con puzolana
natural. La resistencia aumenta en el tiempo, sin embargo disminuye con el
porcentaje de adición de puzolana.
Otro factor que pudiera influir en la baja actividad resistente en la adición del 35 %,
es la composición mineralógica del mineral, con un contenido medio arcilloso de
35.06 % y por otros constituyentes asociados a este.
En su tesis doctoral Alujas (2010) obtiene un material puzolánico a partir de la
activación térmica de la fracción arcillosa multicomponente de un yacimiento
arcilloso cubano; teniendo identificadas las principales fases arcillosas, caolinita
(~40%), montmorillonita (~30%) e Illita (~10%), lo cual avalan la utilización de la
fracción arcillosa del yacimiento como fuente para la obtención de materiales
puzolánicos. En el caso del yacimiento estudiado se presenta un contenido de
35.06 % de arcilla montmorillonita. Por ello para cado caso, los materiales
tobáceos, donde el material es más rico en contenido vítreo, y menor porcentaje
de arcilla, es más activo.
La composición química, al parecer no tiene incidencia significativa en la diferencia
de la actividad puzolánica del material tobáceo analizado. Entiéndase que lo que si
pudiera determinar esta diferencia es la forma en que se encuentran los
compuestos químicos.
El análisis de estos resultados conduce a plantear que la diferencia en la actividad
puzolánica de los morteros ensayados respecto al 75 % normado en la NC TS
528: 2007, en función del aumento del contenido en peso del material tobáceo con
relación al cemento, podría estar dada por el contenido de agua de la mezcla y la
composición mineralógica. Es evidente que los procesos que se verifican aquí
parecen ser muy complejos, por lo que se debe profundizar en el conocimiento de
su naturaleza.
70
�3.2.2 Valoración socioeconómica y ambiental
El presente trabajo constituye un paso muy importante para la implementación de
este material puzolánico, es por ello que una correcta valoración socioeconómica y
ambiental contribuya a orientar su desarrollo de acuerdo con las condiciones
establecidas para su uso. Todo esto, unido al déficit de materiales de construcción
para acometer los diferentes programas de construcción de viviendas y obras
sociales, llevó a la realización de esta investigación.
Se ha podido constatar de manera particular que en la provincia de Granma en
especial en el municipio de Jiguaní existen las posibilidades de explotar recursos
minerales para la construcción, donde la valoración técnica ha resultado positiva.
En muchos casos, bajo una valoración de su consumo local, esto puede resultar
de un impacto importante para estas comunidades.
Las puzolanas como aditivos son de capital importancia dentro de la industria del
cemento, ya que intervienen en la calidad del producto final, aumentan la
eficiencia del proceso de fabricación, y reducen los costos de producción y las
emisiones al medio ambiente.
El uso de puzolanas permite el diseño de mezclas de concretos más
impermeables, cuyo período de deterioro por el lixiviado de la cal libre se reduce.
Además aportan resistencia al concreto contra el ataque del agua de mar,
sulfatada, ácida o que contengan dióxido de carbono en solución.
Con los resultados obtenidos del trabajo y con el objetivo de tener una idea acerca
de los aportes económicos de estos por concepto de sustitución de cemento por
tobas; se tiene en cuenta lo siguiente:
La industria cubana del cemento presenta altos consumos de energía, tanto
eléctricas como de portadores energéticos (combustibles), el consumo anual de
las seis fábricas con las que cuenta el país, están en alrededor de 240 000 MW·h
y 250 000 t de combustible. De acuerdo a las operaciones y procesos involucrados
en la obtención de cemento se establece el balance de consumo energético que
se muestra en la tabla 3.8.
En la actualidad el consumo de combustible y energía eléctrica se ha
incrementado debido a las transformaciones de expansión que se ha llevado a
71
�cabo en estas empresas cementeras. Se han incrementado los costos del petróleo
y la importación de insumos y materiales auxiliares, unido a la lejanía y escasez de
recursos minerales que se emplean como materia prima para la producción de
cemento.
La implantación de una pequeña industria para la producción de materiales
puzolánicos de los yacimientos analizados en este trabajo, por sólo requerir la
activación física, sería necesario únicamente, las operaciones de preparación
mecánica inicial, cuyo esquema de tratamiento, en un principio, constaría de las
siguientes etapas: extracción de la materia prima, trituración, molienda y
clasificación, y de concebirse la mezcla del cemento con la puzolana, una etapa
de homogeneización o mezclado.
Lo anterior permite comprender el ahorro considerable de energía al practicar la
producción de puzolanas a nivel local y una razonable disminución del impacto
negativo al hombre y al medio ambiente; con la disminución del número de
operaciones en comparación con el proceso productivo del cemento Pórtland,
junto a la reducción de las emisiones de gases nocivos (CO 2, SO2 y otros), de
polvos finos calcinados, que se producen durante el proceso de clinkerización, que
para la producción de puzolana a partir de los materiales tobáceos analizados no
es necesario, así como la reducción de la exposición del hombre a las altas
temperaturas.
Tabla 3.8. Balance de consumo de energía eléctrica de las empresas cubanas de
cemento. Fuente: (ENERGÉTICA, 2000)
Operaciones y procesos
Extracción, preparación de la materia prima y
transporte a la fábrica
Consumo, %
3
Prehomogeneización y molienda de crudo
18
Homogeneización y clinkerización
29
Molienda de clinker
24
Servicios generales y auxiliares
23
Iluminación
3
72
�Tabla 3.9. Precios de tobas vítreas menores de 0,8 mm
Material
U/M Precio CUP Precio CUC Precio Total
Material tobáceo a granel (Ø -- 0,8 mm) T
230.34
24.27
275.49
Tabla 3.10. Beneficios generados por la sustitución de tobas por cemento
CM
T
CA AAC
T
T
143 1716 172
Costo del cemento
CATS AEAST
Mensual Anual Ahorrado
CUP
CUP
CUP
17711
212537
21253
CUP
CUP
47384 26131
Si se tiene en cuenta que la Empresa Provincial de Construcción y Mantenimiento
Constructivo del Poder Popular de Granma consume 1716 toneladas de cemento
anualmente e invertir en la compra de cemento 212 537 CUP, en la siguiente tabla
con los beneficios generados.
Leyenda:
CM: Consumo Mensual de cemento.
CA: Consumo Anual de cemento.
AAC: Ahorro del 10 % Anual de Cemento.
CATS: Costo Anual de Tobas en Sustitución.
AEAST: Ahorro Económico Anual por Suministro de Tobas.
De forma general los resultados son alentadores, de ahí la necesidad de continuar
el estudio de este material y fundamentar la viabilidad económica de una
tecnología de explotación y procesamiento adecuado. El empleo de las tobas
vítreas estudiadas en la presente investigación contribuye al desarrollo de nuevos
materiales de construcción y con ello, ahorrar un volumen importante de recursos
minerales.
La posibilidad de efectuar una producción descentralizada, en zonas alejadas de
los grandes centros industriales como el caso del municipio Jiguaní, contribuiría al
desarrollo de nuevas producciones de la Industria Local, al obtener bajos costos
de producción en comparación con la producción de cemento Pórtland y propiciar
el comercio local del producto.
73
�Además fundamenta la creación de nuevas fuentes de empleo, con oportunidades
para la ocupación de fuerza de trabajo de poca calificación. El incremento
sustancial de la construcción de nuevas viviendas y otras obras sociales, con
indicadores económicos de racionalidad.
Otro aspecto que pudiera hacerse referencia, es la racionalidad de explotar
integralmente estos yacimientos, con la posibilidad de realizar en el mismo ciclo
productivo variadas producciones con diversos fines de aplicación, dentro de las
cuales se pueden mencionar la producción de áridos ligeros, bloques naturales,
polvo limpiador y como abrasivo para el pulido de las prótesis dentales. La
Empresa Provincial de Construcción y Mantenimiento Constructivo del Poder
Popular en Granma durante todo el 2014 ha venido incursionando en varias de
estas producciones con los riesgos que estos conllevan pero sacando de ellas las
mejores experiencias para ser a partir de este año 2015 en lo adelante la
producción local de materiales de la construcción fortaleza de nuestra producción.
74
�CONCLUSIONES
Se evaluaron las propiedades puzolánicas de las tobas vítreas del yacimiento
Jiguaní, a través de ensayos físico-mecánicos. En este sentido se especifica lo
siguiente.
El índice de actividad puzolánico obtenido del material tobáceo del
yacimiento Jiguaní en morteros fue de 67 %.
El yacimiento de tobas vítreas en Jiguaní es parte del Grupo El Cobre y
específicamente la Fm. El Caney y tiene como una composición química
media superior al 70 % de SiO2, Al2O4, Fe2O3 y mineralógica (vidrio
volcánico, montmorillonita, feldespatos, calcita cuarzo y raramente zeolita).
Al sustituir el 10 y 20 % en peso del cemento con material tobáceo, se
obtuvieron morteros cuyas resistencias son suficientes para su utilización
en aplicaciones de albañilería.
Al sustituir el 10 % de cemento con material tobáceo, se obtuvieron
hormigones hidráulicos de 25 MPa cuyas resistencias pueden ser
aprovechadas en la industria de prefabricado de la provincia Granma,
mientras que con el 20 % de sustitución se obtuvieron resistencias de 20
MPa, las que pueden ser empleadas por las empresas constructoras del
municipio Jiguaní.
Al sustituir el 10 % de cemento con material tobáceo, se obtuvieron
resistencias a la compresión en bloques de 40x20x15 cm, que permiten su
aplicación en la producción local de materiales de la construcción.
75
�RECOMENDACIONES
De acuerdo a los resultados obtenidos y su valoración se recomienda:
Determinar las características y parámetros de la molienda para proponer
una tecnología de explotación de estos materiales.
Estudiar la cinética de la reacción química, lo que al ser vinculado a los
ensayos
mecánicos,
permitirá
establecer
las
dosificaciones
correspondientes a cada aplicación específica.
Investigar acerca de la posibilidad de utilizar las tobas vítreas como
aglomerante cal – puzolana.
Evaluar las tobas vítreas del yacimiento Jiguaní como material puzolánico,
activadas térmicamente.
76
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80
�ANEXOS
Anexo 1. Resistencia a la flexotracción y compresión de los morteros con tobas
vítreas.
Flexión
Días
3
7
28
Compresión
60
90
3
7
28
60
90
Patrón 3.03 4.08 5.29 5.93
6.42 11.44 14.56 18.07 20.59 22.63
10 %
2.94 3.07 4.29 5.29 5.94
9.44
12.19 16.39 19.16 21.70
20 %
1.69 1.91 3.58 3.86 4.23
6.67
9.19
13.26 15.30 17.56
Anexo 2. Recomendaciones para morteros de colocación. Fuente: NC 175: 2002
Anexo 3. Resistencia a la compresión de los hormigones con tobas vítreas
Día
3
7
28
60
90
Rel.
Cemento
Toba
A/C
Kg/cm3
Kg
415
415
415
415
415
0.52
0.52
0.52
0.52
0.52
-
Serie Patrón
fc1
12.85
17.50
28.20
33.20
34.80
fc2
13.25
17.80
27.80
34.50
35.10
fc3
12.90
18.20
28.70
34.80
35.60
fc4
12.80
17.90
28.10
33.90
34.90
fc5
13.10
18.20
27.90
35.10
35.80
fc6
12.50
18.90
29.70
35.40
34.20
fci
12.90
18.08
28.40
34.48
35.07
�Anexo 3. Resistencia a la compresión de los hormigones con tobas vítreas
(Continuación)
Día
Cemento Rel. Toba
Kg/cm3
A/C Kg
C+T
Serie con 10 % Tobas vítreas
fc1
fc2
fc3
fc4
fc5
fc6
fci
3
373
0.62
42
415 12.40 12.45 12.80 11.00 12.55 13.20 12.40
7
373
0.62
42
415 17.53 17.20 16.57 17.80 18.20 17.50 17.47
28
373
0.62
42
415 26.50 26.60 27.10 26.30 26.91 27.50 26.82
60
373
0.62
42
415 32.40 33.10 31.30 33.80 33.60 31.80 32.67
90
373
0.62
42
415 32.00 33.30 33.90 32.40 34.60 33.60 33.30
Día
Cemento Rel. Toba
Kg/cm3
A/C
Kg
C+T
Serie con 20 % Tobas vítreas
fc1
fc2
fc3
fc4
fc5
fc6
fci
3
332
0.72
83
415 10.90 12.10 11.80 11.40 12.60 11.90 11.78
7
332
0.72
83
415 14.90 15.90 16.30 15.00 16.00 15.20 15.55
28
332
0.72
83
415 22.70 22.40 21.90 22.20 22.50 21.10 22.13
60
332
0.72
83
415 25.40 26.00 24.90 23.30 24.80 25.70 25.02
90
332
0.72
83
415 26.90 28.60 27.20 26.40 27.50 28.40 27.50
Anexo 4. Resistencia a la compresión de los bloques
Bloque Patrón
Día
7días
28días
Cant.
Cant.
cemento
Toba
Kg
Kg
12.96
-
Resultados
fc1
fc2
fc3
fc4
fc5
fc6
fci
4.70 4.43 4.73 4.48 4.71 4.69 4.62
5.42 5.34 5.48 5.28 5.42 5.31 5.38
Bloque con 10 % Tobas
Día
7días
28días
Cant.
Cant.
cemento
Toba
Kg/cm3
Kg
11.66
1.296
Resultados
fc1
fc2
fc3
fc4
fc5
fc6
fci
4.25 4.20 4.06 4.32 4.22 4.12 4.20
5.23 5.12 4.97 4.94 5.19 4.80 5.04
�
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Evaluación de las tobas vítreas del yacimiento Jiguaní
como material pulzolánico
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Editorial Digital Universitaria de Moa
Type
The nature or genre of the resource
Tesis maestría
Date
A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource
2015
-
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3517739f4834861a9cefec430a45bddf
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TESIS
Procedimiento para la caracterización de los
indicadores del proceso de inyección de agua del
yacimiento IB/BS 101 del campo Boscán
de la cuencadel Lago Maracaibo
Deisy Margarita Castellanos
�Página legal
Título de la obra: Procedimiento para la caracterización de los indicadores del proceso
de inyección de agua del Yacimiento IB/BS 101 del Campo Boscán de la cuenca del
Lago Maracaibo, 77pp.
Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2015 -- ISBN:
1. Autor: Deisy Margarita Castellanos
2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico ¨ Dr. Antonio Núñez
Jiménez¨
Edición: Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Corrección: Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Digitalización. Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Institución de los autores: ISMM ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨
Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2015
La Editorial Digital Universitaria de Moa publica bajo licencia Creative Commons de
tipo Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y
distribución por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus
autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas.
La licencia completa puede consultarse en:
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/legalcode
Editorial Digital Universitaria
Instituto Superior Minero Metalúrgico
Ave Calixto García Íñiguez # 75, Rpto Caribe Moa 83329, Holguín Cuba
e-mail: edum@ismm.edu.cu
Sitio Web: http://www.ismm.edu.cu/edum
�Instituto Superior Minero Metalúrgico
“Dr. Antonio Núñez Jiménez”
Facultad de Geología y Minería
Departamento de Geología
Titulo: PROCEDIMIENTO PARA LA CARACTERIZACIÓN DE LOS
INDICADORES DEL PROCESO DE INYECCIÓN DE AGUA
DEL
YACIMIENTO IB/BS 101 DEL CAMPO BOSCÁN DE LA CUENCA DEL
LAGO MARACAIBO.
Maestría en Geología, Mención Geología Ambiental (Prospección y
Exploración de Yacimientos de Petróleo y Gas). 8va Edición
Autor: Deisy Margarita Castellanos
Tutor: Dr. C Rafael Guardado Lacaba
Cabimas, julio de 2015
�vii
ÍNDICE GENERAL
RESUMEN…………………………………………………………………........
INTRODUCCIÓN………………………………………………………………..
V
1
CAPÍTULO I.
I. FUNDAMENTOS TEORÍCOS DE LOS INDICADORES DEL
PROCEDIMIENTO DE INYECCIÓN DE AGUA.………………………...
1.1. Antecedentes……………………………………….………………………
1.2. Conclusión………………………….………………………………………
9
9
16
CAPITULO II
II. FUDAMENTOS TEÓRICOS………………………………………………..
2.1. Introducción……………………………………………………………….
2.2 Geología Regional………………………………………………………
2.3. Geología Local del área de estudio ……………………………………
2.3.1. Geología Estratigráfica….…………….………………..………………
2.4. Geología Estructural…...………………………………………………….
2.5. Contacto Agua - Petróleo ……..………………………………………….
2.6. Conclusiones….……………………………………………………………
18
18
18
21
21
24
25
26
CAPÍTULO III.
III. PROCEDIMIENTO PARA DESARROLLAR LA INYECCIÓN DE
AGUA EN LOS YACIMIENTOS PETROLÍFEROS………………………….
3.1. Introducción…………………..…………………………………………….
3.2. Procedimiento para la caracterización de los indicadores del proceso
de inyección de agua del yacimiento IB/BS 101 del Campo Boscán de la
Cuenca del Lago de Maracaibo………………………………………...........
3.3. Caracterización de los indicadores del proceso de inyección de agua
3.3.1. Geometría del Yacimiento………..…………………………………
3.3.2. Litología………..………………………..……………………………...
3.3.3. Profundidad del Yacimiento…………………………………………..
3.3.4. Porosidad………………………………………………………………...
3.3.5. Permeabilidad……………………...………………………..…………
3.3.6. Geomecánica de los yacimientos petrolíferos: Propiedades de la
roca………………………………....……………………………………………
3.3.7. Magnitud y Distribución de la saturación de los fluidos……………..
3.3.8. Propiedades de los Fluidos y permeabilidad relativa……………….
3.4. Selección del Tipo de Inyección…………………………………………
28
28
28
30
30
31
32
34
34
36
36
36
37
�viii
3.4.1. Inyección Periférica o Central…………………………………………
3.4.2. Inyección por Arreglos………………………………………………….
3.5. Reservas de Hidrocarburos...…………………………………………….
3.5.1. Clasificación de la reserva de hidrocarburos………………………..
3.6. Eficiencia del recobro del petróleo por agua...…………………………
3.6.1. Eficiencia de barrido areal ……………………………………….……
3.6.2. Eficiencia de barrido vertical …...………………………………………
3.6.3. Eficiencia de desplazamiento………………………………………….
3.7. Aspecto Económico……….……………………………………………….
3.7.1. Cálculo del flujo de agua………………………………………………..
3.7.2. Valor actual neto...………………………………………………………
3.7.3. Período de recuperación de la inversión………………………………
3.7.4. Relación costo/beneficio………………………………………………...
3.8. Impacto ambiental...………………………………………………….……
3.9. Acápite. Resultados de la aplicación del procedimiento de inyección
de agua en el yacimiento IB/BS101 del Campo Boscán…………….…….
3.9.1. Método de Staags……………………………………………………..
3.9.2. Análisis de proyectos de inyección de agua en yacimientos subsaturados………………………………………………………………………
3.9.3. Comportamiento de reducción primaria……………………………..
3.9.4. Comportamiento de Producción Secundario……………………….
3.9.5. Resultados de la aplicación del procedimiento de inyección de
agua en el yacimiento IBS/BS101 del Campo Boscán…………………....
3.10. Conclusión………………………………………………………………...
Conclusiones……………………………………………………………………
Recomendaciones…………………………………………………………….
Referencias Bibliográficas…………………………………………………….
Glosario de Términos Básicos…………………………………………………
37
38
40
40
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43
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60
66
�1
INTRODUCCIÓN
En el mundo, el petróleo, es una de las principales fuentes de ingresos para
la economía de un país, el cual genera alrededor del 80% del producto
interno bruto (PIB), por concepto de exportación, por ende, la Organización
de Países Exportadores de Petróleo (OPEP,2000); refiere que el petróleo es
el energético más importante en la historia de la humanidad; un recurso
natural no renovable que aporta el mayor porcentaje de la energía que se
genera en el mundo. Cada año se consume alrededor de 30 millones de
barriles siendo los mayores consumidores de esta energía, las naciones mas
desarrolladas.
La extracción, producción o explotación del petróleo se hace de acuerdo con
las características propias de la zona de estudio; por tanto, un campo
petrolífero puede incluir más de un yacimiento, es decir, más de una única
acumulación continua y delimitada de petróleo; de hecho, pueden haber
varios depósitos estructurados uno encima de otro o aislados por capas
intermedias de areniscas y rocas impermeables. El tamaño de esos
depósitos puede variar desde unas pocas decenas de hectáreas hasta
decenas de kilómetros cuadrados, y su espesor desde unos pocos metros
hasta varios cientos o incluso más.
El proceso de recuperación primaria, se basa en la salida espontanea del
crudo, una vez que se ha perforado un conductor entre el estrato de petróleo
y la superficie. No obstante con el empleo de este procedimiento no se
puede conseguir la extracción total del crudo, ya que a media que se extrae,
disminuye la presión, hasta llegar a un punto en que el petróleo no tiene
presión suficiente para acceder hasta la superficie.
�2
Esto se produce en un periodo relativamente corto, por lo que la afluencia de
petróleo a la superficie se puede interrumpir cuando no se ha extraído más
que la cuarta parte del contenido del yacimiento. Por esta razón, se han
desarrollado procedimientos secundarios de extracción, también llamados
sistemas complementarios de recuperación de petróleo. Existen dos tipos
básicos de sistemas de recuperación complementarios: la inyección de agua
y de vapor.
El proceso por inyección de agua, consiste en introducir agua líquida a
presión por el pozo, de forma que se inyecta sobre el estrato de petróleo.
Esto aumenta la presión a la que está sometido el petróleo, con lo que se
consigue que pueda volver a subir hacia la superficie, como además el agua
tiene una densidad mayor que la mayoría de los petróleos, el mismo se
coloca por encima del agua, lo que facilita su extracción. La recuperación
terciaria o mejorada, es el conjunto de métodos que emplean fuentes
externas de energía o materiales para recuperar el petróleo que no puede
ser producido por medios convencionales (recuperación primaria y
secundaria).
Las fuerzas primarias que actúan en los yacimientos de petróleo como
mecanismo de recuperación, generalmente se han complementado,
mediante la inyección de agua y gas como procesos secundarios de recobro
con el fin de aumentar la energía. Paris (2001), plantea que en el caso de la
recuperación primaria final, los porcentajes varían entre un 12% y un 15% del
petróleo original en sitio (POES), mientras que en el caso de la recuperación
secundaria están en el orden entre un 5% a un 20% del POES, siendo del
4% al 11% del POES para la terciaria. En consecuencia con esto, la
inyección de agua y de gas continúan siendo los métodos convencionales
más utilizados para obtener un recobro extra de los yacimientos.
�3
La Organización de Países Exportadores de Petróleo (OPEP, 2000),
reconocen a Venezuela, como uno de los principales productores de crudo
del planeta, al contar con yacimientos abundantes en gran parte del territorio
nacional, teniendo la séptima reserva mundial, con una producción 2 398 000
barriles anuales. De este modo, la principal zona productora venezolana ha
sido, a lo largo del siglo XX, la Cuenca del lago de Maracaibo, constituida
tanto por depósitos terrestres como por yacimientos submarinos; según
petróleos de Venezuela (PDVSA, 2005),la zona tiene más de 13 000 pozos
en explotación y produce más del 40% del petróleo del país.
Uno de los yacimientos de la Cuenca del Lago de Maracaibo, Campo
Boscán, está situado a 40 Km al suroeste de la ciudad de Maracaibo en el
estado de Zulia y abarca un área aproximada de 660 Km2, se ubica entre las
coordenadas UTM este 156 000 – 184 000 y norte 1 136 000 – 1 172 000. El
campo produce crudo asfáltico de 10,5 °API de la formación Misoa de edad
Eoceno, localmente denominadas Arenas de Boscán. El yacimiento presenta
un buzamiento sur-suroeste de aproximadamente 2° con variaciones en
profundidad entre los 4000-9500 pies.
Debido a que el yacimiento ha sido sometido a diferentes regímenes de
producción, y a lo viscoso del crudo, diferentes zonas del mismo presentan
hoy en día distintos niveles de presión, por otra parte, las presiones hacia la
región sur del yacimiento se mantienen altas, influenciadas por la presencia
de un acuífero activo y buena parte de la recuperación de petróleo ocurre
con altos porcentajes de corte de agua.
Al ser el yacimiento IB/BS 101 de Campo Boscán un yacimiento que
presenta grandes retos y oportunidades de explotación; ya que, el mismo
cuanta con un POES de 35,3 MMMBP, pero que sus condiciones son
bastante peculiares (crudo pesado de 10,5 ᵒAPI y profundidades alrededor
de los 9000 pies) que produce por gas en solución y al ver que existían
�4
zonas muy agotadas incluso con una presión por debajo del punto de
burbuja. El nivel de presión de un yacimiento está estrechamente relacionado
con el mecanismo de producción presente en el yacimiento. Por ello, se debe
tener un buen control de las mediciones de presión que permitan definir a
tiempo el comportamiento de esta, lo cual ayudaría a definir los métodos
dominantes de la producción.
A partir de lo anterior, se hace necesario caracterizar los indicadores del
procedimiento de inyección de agua del yacimiento IB/BS 101 del Campo
Boscán, en el cual, los fluidos son inyectados para forzar al crudo que se
encuentra en ciertas capas del yacimiento a seguir líneas de flujo particulares
para luego fluir a la superficie y, de esta manera, aumentar la producción;
siendo la inyección de agua el proceso común y constituye una forma
económica de desplazar el petróleo y proveer el soporte de presión,
considerándose imprescindible para la eficiencia de ello, tomar en cuenta
geometría, litología, profundidad, porosidad, permeabilidad, geomecánica de
los yacimientos, magnitud, distribución de la saturación de los fluidos
propiedades de los fluidos, selección del tipo de inyección, reservas de
hidrocarburos, eficiencia de recobro de petróleo, análisis técnico económico
e impacto ambiental.
Problema científico
Necesidad de proponer el procedimiento para la caracterización de los
indicadores del proceso de inyección de agua del yacimiento IB/BS 101 del
Campo Boscán de la Cuenca del Lago Maracaibo.
El objeto de estudio
Los indicadores del proceso de recuperación secundaria del petróleo con
inyección de agua.
Objetivo de la investigación
�5
Proponer el procedimiento para la caracterización de los indicadores del
proceso de inyección de agua del yacimiento IB/BS 101 del Campo Boscán
de la Cuenca del Lago Maracaibo.
Objetivos específicos
Desarrollar
los
fundamentos
teóricos
de
los
indicadores
del
procedimiento de inyección de agua.
Analizar los aspectos geológicos del yacimiento IB / BS101 del Campo
Boscán de la Cuenca del Lago de Maracaibo.
Diseñar el procedimiento para desarrollar la inyección de agua en los
yacimientos petrolíferos.
Campo de acción
El yacimiento IB / BS 101 del Campo Boscán de la Cuenca del Lago de
Maracaibo.
Hipótesis
Si se logra analizar los aspectos geológicos del yacimiento Campo Boscán
de la cuenca del Lago de Maracaibo y desarrollar los fundamentos teóricos
sobre la recuperación secundaria es posible caracterizar los indicadores del
proceso de inyección de agua para incrementar el recobro del petróleo.
Aportes teóricos
Contribuyen a un mejor conocimiento para la aplicación de este
procedimiento entre los cuales se mencionan;
la geometría, litología,
profundidad, porosidad, permeabilidad, geomecánica de los yacimientos,
magnitud, distribución de la saturación de los fluidos propiedades de los
fluidos, selección del tipo de inyección, reservas de hidrocarburos, eficiencia
de recobro de petróleo, análisis técnico económico e impacto ambiental para
�6
su aplicación en los yacimientos
petrolífero sometidos a recuperación
secundaria.
Aporte práctico
El diseño del procedimiento para la caracterización de los indicadores del
proceso de inyección de agua en la explotación de yacimientos petrolíferos.
Tareas
Para el cumplimiento de los objetivos será necesario realizar las siguientes
actividades:
Revisión bibliográfica sobre los factores petrofísicos como referencia
de los procesos de inyección de agua.
Recopilación de datos geológicos, el comportamiento de presión,
producción e inyección.
Desarrollar la caracterización de los indicadores del proceso de
inyección de agua.
Determinar
la
eficiencia
volumétrica
del
tipo
de
inyección
seleccionada.
Ejecutar la estimación de los costos generados del proceso de
inyección de agua.
Valorizar el impacto ambiental generado por la inyección de agua.
Ejecutar el procesamiento de la información recolectada en la tarea
uno y dos, tomando en cuenta la metodología ejecutada.
Analizar, interpretar y dar a conocer los resultados obtenidos.
�7
Diagrama de flujo 1.Utilizado para el diseño de caracterización de
los indicadores de inyección de agua. Castellanos, D. (2015)
Estructura y contenido de la tesis
El trabajo se estructuró en tres capítulos, en correspondencia con los
objetivos planteados:
Capítulo I.
El capítulo I fue titulado fundamentos teóricos de los indicadores del
procedimiento de inyección de agua, el cual constituyo la base de los
estudios previos que represento los aportes de otros estudios sobre el tema
de recuperación secundaria, en virtud de dar validez histórica y cognitiva al
tema de la investigación.
�8
Capítulo II.
El capítulo II fue denominado fundamentos teóricos, dando especificaciones
de la geología regional en virtud de dar características de la Cuenca del Lago
de Maracaibo; así como también, la geología local del área de estudio como
lo fue el yacimiento IB/BS101 del Campo Boscán, representando la geología
estratigráfica, estructural y contacto agua – petróleo.
Capítulo III.
El capítulo III que recibió por título procedimiento para desarrollar la
inyección de agua en los yacimientos petrolíferos, se desarrollo los
procedimientos para la caracterización de los indicadores del proceso de
inyección de agua del yacimiento IB/BS101 del Campo Boscán de la Cuenca
del Lago de Maracaibo, la caracterización de los indicadores del proceso de
inyección de agua representado por la geometría del yacimiento, litología,
profundidad, porosidad, permeabilidad, geomecánica de los yacimientos
petrolíferos: propiedades de la roca, magnitud y distribución de la saturación
de los fluidos y propiedades de los fluidos.
Además formó parte del capítulo III, la selección del tipo de inyección
conformado por inyección periférica o central, inyección por arreglos, recobro
de hidrocarburos, eficiencia de recobro de petróleo, aspecto económico e
impacto ambiental como también el acápite denominado resultados de la
aplicación del procedimiento de inyección de agua del yacimiento IB/BS101
del Campo Boscán de la Cuenca del Lago de Maracaibo, para dar origen
finamente las conclusiones y recomendaciones.
�9
CAPÍTULO I: FUNDAMENTOS TEÓRICOS DE LOS INDICADORES DEL
PROCEDIMIENTO DE INYECCIÓN DE AGUA.
1.1.- Antecedentes
En el presente estudio, el cual se dirige a proponer los procedimientos para
la caracterización de los indicadores del proceso de inyección de agua del
yacimiento IB / BS 101 del Campo Boscán de la Cuenca del Lago Maracaibo;
se hace importante tomar en cuenta otros estudios que anteceden el tema
sobre la recuperación secundaria: inyección de agua, sean científicos
históricos como trabajos de grado para ser analizados, así como tomar en
cuenta los aportes de los mismos a esta investigación, los cuales son
presentados a continuación.
Según Forrest F. Craig Jr. (1971). La inyección de agua es el método
dominante entre los de inyección de fluidos e indudablemente este método
se debe el elevado nivel actual de los ritmos de producción y de reservas en
Estado Unidos y Canadá. Su popularidad se explica por : La disponibilidad
general de agua, la relativa facilidad con la que se inyecta, debido a la carga
hidrostática que se logra en el pozo de inyección, la facilidad con que el agua
se extiende a través de una formación petrolífera y la eficiencia del agua
para el desplazamiento del hidrocarburo. Así también, John F. Carll (1880),
llego a la conclusión de que el agua, al abrirse camino en el pozo desde
arenas poco profundas, se movería a través de la arena petrolífera y seria
benéfica para incrementar la recuperación del petróleo.
El primer patrón de flujo, denominado una invasión circular, consistió en
inyectar agua en un solo pozo, a medida que aumentaba la zona invadida y
que los pozos productores que la rodeaban eran invadidos con agua, estos
se iban convirtiendo en inyectores para crear un frente circular más amplio.
�10
Como modificación de esta técnica, la Forest
Oíl Corp, convirtió
simultáneamente una serie de pozos a la inyección de agua, formando un
empuje lineal. La primera inyección con patrón de 5 pozos fue intentada en la
parte sur del Campo Bradford en 1924. En 1931 se inició una inyección de
agua en la arena Bartlesville de poca profundidad del condado Nowata, Okia
y unos años más tardes, muchos de los yacimientos de la arena Bartlesville
estaban bajo este método. En Texas se inició la inyección de agua en el
yacimiento Fry del Condado Brown en 1936. En el curso de 10 años estaba
en operación en la mayoría de las aéreas productoras de petróleo. Sin
embargo fue hasta principios de la década de los años 1950 se reconocieron
las posibilidades de la aplicación de la inyección de agua.
Tomando en cuenta lo expuesto por los autores Forres F. Craig Jr (1982) dan
un aporte científico en referencia a las características hidrostáticas como
indicador a tomarse en cuenta en el proceso de inyección de agua, sin
embargo, las teorías presentadas por los mismos carecen de una
estructuración práctica de manejo procedimental de tales indicadores, lo
cual, no evidencia en profundidad los resultados de producción de petróleo
sin determinar los parámetros de porosidad, permeabilidad de los
yacimientos.
En Venezuela la recuperación secundaria se inicio en 1966, en el Campo
Oficina en el Estado Anzoátegui, (Paris de Ferrer M, 2001); después de
haber inyectado gas; pero la mayoría de estos proyectos fueron suspendidos
por problemas dé canalizaciones. En el occidente las experiencias se
remontan al año 1959 cuando se inyectaban las aguas efluentes de los
yacimientos del lago de Maracaibo con fines de mantenimiento de presión y
de disponibilidad (PDVSA, 2000). En 1979 comenzó la inyección de agua
mediante arreglos en la cuenca de Maracaibo, extendiéndose al Oriente del
país tal como se refleja en la figura 1.1, donde se observa que en Venezuela
�11
existen 66 proyectos de inyección de agua por flanco, con un recobro final
que varía entre 35 y 40 %; 13 proyectos de inyección de agua por arreglos
de pozo, con un factor promedio 29 %; y 10 proyectos combinados de agua y
gas, con un porcentaje final promedio de 41 %.
Figura 1.1.Proceso de recobro por inyección de agua y gas
en Venezuela. Fuente: PDVSA (2000).
Según Paris de Ferrer M. (2001), el 85 % de la producción mundial de crudo
se obtiene actualmente por métodos de recuperación primaria y secundaria,
etapas resultantes de la subdivisión tradicional: primaria, secundaria y
terciaria, históricamente, estas etapas describen la producción de un
yacimiento
como
consecuencia
cronológica.
La
etapa
primaria,
de
producción inicial, resulta del desplazamiento por la energía natural existente
en el yacimiento. La secundaria, que actualmente es casi sinónima de
inyección de agua, se implementa usualmente una vez determinado el límite
económico de la etapa primaria de producción.
Reconociendo que Paris de Ferrer M. (2001), hace un aporte significativo
que avala los diferentes métodos de recuperación, para el recobro, aunque
no da fundamentos específicos de los indicadores que generan la exactitud
�12
de ejecución de los procedimientos para la caracterización del proceso de
inyección de agua, considerándose que ello, resulta una práctica común
inyectar agua con la intención de aumentar la producción y mantener la
presión del medio.
Annia P y Carlos E. (2004). En su investigación INYECCION DISPERSA DE
AGUA EN YACIMIENTOS DEL MIEMBRO C-2-X DEL CAMPO CENTRO
LAGO. Plantean: El Miembro C-2-X es una formación rocosa de edad
Eoceno conformada por trampas geológicas de mucha complejidad
estructural y estratigráfica, ubicado en el Campo Centro Lago de la Cuenca
del Lago de Maracaibo y a una profundidad promedio de 11200 pies.
Inicialmente, contenía 567.2 MMBNP de petróleo subsaturado de 24 ᵒAPI a
una presión de 5125 Ipca, considerando al miembro C-2-X como un solo
yacimiento e inyectar el agua de manera dispersa para mejorar la eficiencia
volumétrica de barrido; ubicando los pozos inyectores de manera que se
adapten a las heterogeneidades de las arenas, logrando una efectiva
comunicación entre inyectores y productores.
Desde el punto de vista económico, la estrategia de explotación propuesta
estima un valor presente neto de 32.727 MMBs, una tasa interna de retorno
modificada de 22.6% y una eficiencia de la inversión de 1.91%,
considerándose un retorno económico en base a la productividad
considerables, pero sin hacer estudios de minimización del impacto
ambiental, tomando en cuenta los indicadores de ejecución de los
procedimientos para la caracterización del proceso de inyección de agua,
para así, no solo dar observación a el impacto productivo sino humano.
Otro trabajo de investigación, fue el presentado por Gutiérrez, Oscar J.
(2004), el cual llevo como titulo EVALUACIÓN DE ESQUEMAS DE
INYECCIÓN DE AGUA EN YACIMIENTOS MADUROS A TRAVÉS DE
�13
UN MODELO DE SIMULACIÓN, el mismo tuvo como finalidad dar a
conocer los resultados obtenidos de la simulación numérica 3D, para
diferentes esquemas de inyección de agua en un área de un yacimiento
maduro de edad Mioceno, a fin de poder establecer un plan de desarrollo
estratégico que maximice el recobro de reservas de manera rentable.
El área seleccionada para este trabajo es parte de uno de los principales
yacimiento que se encuentra en al Lago Maracaibo, el cual tiene un área total
de 300 km2 aproximadamente, un petróleo original en sitio de 6,900 MMBNP.
El siguiente trabajo compara la inyección de agua con pozos verticales
versus horizontales y multilaterales a través de un modelo de simulación,
donde el escenario más favorable para el desarrollo óptimo y rentable de las
reservas se alcanza haciendo uso de la tecnología de pozos multilaterales, la
cual favorece los indicadores económicos, dado el programa de actividad
operacional que está involucrado en cada caso estudiado.
Es reconocido que el estudio de Gutiérrez, Oscar J. (2004), presenta la
referencia de que la recuperación secundaria, también puede ser aplicado
en pozos verticales versus horizontales y multilaterales, siendo un aporte
significativo, sin embargo, no puede desapartarse de igual modo de la
necesidad del estudio de los
indicadores
del el procedimiento para la
caracterización del proceso de inyección de agua, para evidenciarse la
mayor productividad en virtud de los datos de favorables para el recobro del
yacimiento.
En el trabajo presentado por Araujo B, José G, (2009); se titulo
OPTIMIZACIÓN DE LA INYECCIÓN DE AGUA EN EL YACIMIENTO C-2
DEL ÁREA NOROESTE VLE-305; expreso que el yacimiento se encuentra
ubicado en Bloque V Lamar y el mismo presenta un POES de 1527,4
MMBNP. En este yacimiento predomina una alta complejidad tanto
�14
estructural como estratigráfica, así como también diferentes niveles de
presión, por lo cual ha sido dividido en tres regiones: región noroeste (área
objeto de este estudio), este y suroeste. Según estudios realizados, el mismo
muestra un avance irregular del frente de inyección, lo cual origina una
deficiencia en el barrido de hidrocarburos en el yacimiento. Debido al
problema planteado, se propuso realizar una revisión y optimización del
proyecto de inyección de agua en la U.E. Lago cinco, el tipo de arreglo de
pozo logrando establecer un plan que permitirá reducir la producción de agua
y mantener los niveles de presión, con el objeto de reducir la sobre inyección
de agua y poder realizar un desplazamiento de petróleo en zonas que no
habían sido drenadas eficientemente. Adicionalmente, esto permitirá reducir
costos e incrementar la producción de petróleo.
El trabajo de grado presentado por Araujo B, José G, (2009); refiere la
importancia de tomar en cuenta la heterogeneidad del yacimiento, lo cual
genera la interpretación del comportamiento del desplazamiento durante
procesos de recuperación secundaria y mejorada es la organización y
utilización de toda la información proveniente de análisis de núcleos, sin
embargo, el estudio descrito no detalla un procedimiento de indicadores de
inyección de agua.
En el trabajo de investigación presentado por Guerrero M., Reinaldo
A.(2013), se titulo, EFECTO DE LA INYECCIÓN DE AGUA SOBRE LA
PRODUCCIÓN EN LOS YACIMIENTOS C-4 / C-5 LAG3047, BLOQUE X
DEL LAGO DE MARACAIBO; se expone que los yacimientos se encuentran
sometidos a un proyecto de recuperación secundaria desde hace
aproximadamente seis años, implantado con la finalidad de contrarrestar la
declinación e incrementar el recobro de las reservas existentes, ya que se
trata de yacimientos volumétricos con un mecanismo de producción de
empuje por gas en solución, además; el fuerte drenaje al que han sido
�15
sometidos ha contribuido a la pérdida rápida de la energía; existen otros
factores desfavorables como el aumento progresivo del corte de agua en los
pozos productores, la heterogeneidad de las arenas y la presencia de varios
tipos de arcilla.
En cuanto a la inyección de agua es importante recalcar que se han
presentado problemas operacionales que han afectado la eficiencia del
proyecto. Hasta el momento la inyección no ha dado los resultados
esperados, en este sentido; surge la necesidad de realizar un análisis sobre
el comportamiento de producción/inyección/presión para evaluar el proceso y
su efecto sobre la producción de los yacimientos, para ello se integró la
información geológica y petrofísica disponible, se recopiló y analizó la
información sobre registros de presión, volúmenes de inyección, análisis
físico - químicos y trabajos realizados en los pozos, luego se analizó el
comportamiento histórico de producción/inyección/presión, se calculó la
razón de movilidad y la eficiencia volumétrica de reemplazo (EVR).
En el estudio de yacimientos se realizó un análisis sobre los mecanismos de
producción presentes, declinación y las propiedades inherentes a la roca
entre ellas la movilidad de los fluidos. Finalmente se generaron una serie de
conclusiones y recomendaciones que permitirán tomar decisiones para
mejorar el recobro de las reservas, sin embargo, no se denota la
especificidad de los procedimientos de cada indicador pertinente para el
desarrollo de la recuperación secundaria con alcance de pertinencia en el
cien por ciento de producción y de prevención en el impacto ambiental.
En cuanto al estudio de Morales B. Omar E. (2014) titulada, ESTIMACIÓN
DEL FACTOR DE RECOBRO DE PETROLEÓ MEDIANTE LA INYECCIÓN
DE AGUA EN EL YACIMIENTO IB / BS 101 DEL CAMPO BOSCÁN, propone
que al ser el yacimiento IB/BS 101 de Campo Boscán un yacimiento que
�16
presenta grandes retos y oportunidades de explotación; ya que, el mismo
cuanta con un POES de 35,3 MMMBP, pero que sus condiciones son
bastante peculiares (crudo pesado de 10,5 ᵒAPI y profundidades alrededor
de los 9000 pies) que produce por gas en solución y al ver que existían
zonas muy agotadas incluso con una presión por debajo del punto de
burbuja, se toma la decisión de arrancar proyectos de inyección de agua de
tal forma de restaurar presiones en el campo y además de lograr una
recuperación mejorada de petróleo.
Este trabajo de especial de grado planteo el estudio de esta recuperación
secundaria de petróleo, desde un punto de vista de recuperación de reservas
evaluando dos escenarios de producción, el primero donde se supone la no
inyección de agua y el segundo que representa la realidad donde se está
inyectando agua; se comparan ambos escenarios y de esta forma se puede
medir el impacto que tiene la inyección de agua obteniendo como resultado
final que gracias a esta se han logrado recuperar 45,2 MMBP lo que
representa un aumento local del 1,1 % en el factor de recobro.
Por lo que se llega a la conclusión, que la inyección de agua en campo
Boscán es un método de recuperación mejorada de petróleo que ha dado
resultados positivos en las zonas donde ha sido aplicado por lo que la
recomendación es expandir los proyectos de inyección de agua a otras
zonas del campo y de esta forma aportar energía al yacimiento y lograr
recuperar mayor numero de reservas, haciéndose ver que este es un estudio
de caso representativo del yacimiento de Campo Boscán como el de la
presente investigación.
1.2.- Conclusión: Los estudios tomados en cuenta, permiten reconocer que
los arreglos de un pozo son considerados de acuerdo a las características de
los yacimientos, en función de obtener un mejor recobro de producción, así
�17
como también, estos procedimientos son aplicados en pozos de diferentes
profundidad y diferentes tipos de perforación, sin embargo, además de tomar
en cuenta la geología de ello, no da orientación sobre el procedimiento de
caracterización por indicador del proceso de inyección de agua.
�18
CAPÍTULO II: FUNDAMENTOS TEORICOS
2.1 Introducción
El presente capitulo tiene como propósito realizar una revisión teórica sobre
los yacimientos sometidos a inyección de agua con la finalidad llevan a cabo
estudios geológico, tectónico, geomecánico e hidrogeológico que permiten
un mejor conocimiento del medio geológico y de las condiciones necesarias
para establecer los procesos de recuperación secundaria
terciarios como medio de optimización
o procesos
la extracción de crudos de los
yacimientos, la cual juega un papel importante en la economía mundial. Por
esta razón, al identificarse la presencia de un yacimiento o una acumulación
de hidrocarburo cuya explotación es económicamente rentable, se genera un
plan de explotación con el objetivo aumentar la recuperación de petróleo de
los yacimientos, por encima de la que se tendría por la recuperación primaria.
Es importante
implementar métodos secundarios de producción o
recuperación con el fin de mantener el pozo produciendo a una tasa fija y
aumentando el factor de recobro del yacimiento.
2.2 Geología regional
Según González (1980). La Cuenca de Maracaibo, ocupa la parte noroccidental de Venezuela y se extiende en dirección suroeste hacia Colombia,
cubriendo un área total superior a los 50.000 kilómetros cuadrados. La
cuenca es de tipo intermontano y geográficamente coincide con la hoya
hidrográfica del Lago de Maracaibo. Genéticamente esta cuenca pertenece
al sistema de cuencas pericratónicas de la América del Sur, y quedó aislada
de la Cuenca Barinas-Apure al sureste y de la Cuenca del Cesar y
Magdalena al oeste, debido al levantamiento de Los Andes y de la Sierra de
Perijá en el Terciario. El límite norte está señalado por el sistema
�19
transcurrente dextral de la Falla de Oca, que actuó como límite original entre
la Placa Sudamericana al sur y la Placa del Caribe al norte. La cuenca
recibió sedimentación en ambientes marinos someros y plataformales
durante el Cretáceo. Los ambientes del Paleoceno fueron parálicos, y el ciclo
termina con nuevos pulsos tectónicos. Después de un periodo de erosión
regional, se empezó a desarrollar una cuenca subsidente hacia el noreste,
alcanzando espesores eocenos mayores de 4.200 metros. (Ver figura 2.1).
Posteriormente, debido a los severos movimientos tectónicos del Eoceno
medio, la cuenca fue invertida y la parte norte de la misma sufrió una gran
erosión, estimada entre 2 400 y 3 600 metros de sedimentos removidos.
Según Petróleos de Venezuela-Centro de Formación y Adiestramiento
(CEPET, 1991), Existen dentro de la cuenca unos 40 campos petrolíferos
con cerca de 700 yacimientos activos. Diez de los campos han sido
clasificados como gigantes, habiendo alcanzado una producción acumulada
de manera individual superior a los 80 millones de metros cúbicos.
�20
Figura 2.1. Columna estratigráfica generalizada de la Cuenca de Maracaibo.
Fuente: Villalobos Carideli (2015)
�21
2.3. Geología local del área de estudio
PDVSA (1997). El campo Boscán está situado 40 km al suroeste de la ciudad
de Maracaibo. Fue descubierto por la Richmond Exploration Company en
1945, con el pozo 7-F-1 (9598', 700 B/D). Se han perforado cerca de 600
pozos que han determinado un área probada de 660 km². Como se muestra
en la figura 2.2 se ubica entre las coordenadas UTM este 156 000 – 184 000
y norte 1 136 000 - 1 172 000. El campo produce crudo asfáltico de 10,5 °API
de la formación Misoa de edad Eoceno, localmente denominadas Arenas de
Boscán.
El
yacimiento
presenta
un
buzamiento
sur-suroeste
de
aproximadamente 2° con variaciones en profundidad entre los 4000-9500
pies
Figura 2. 2 Ubicación del campo Boscán. Fuente: Morales, O. (2014)
2.3.1 Geología estratigráfica
La sección estratigráfica principal del campo Boscán consiste de sedimentos
de edad Oligoceno y Eoceno depositados en un ambiente fluvio deltaico y los
sedimentos de edad Oligoceno comúnmente no están impregnados de
hidrocarburos y son predominantes lutiticos. Las areniscas del Eoceno son
parte de la formación Misoa y forman la sección productiva del yacimiento,
como se muestra en la figura 2.3.
�22
Figura 2.3. Modelo depositacional de Boscán sistema
deltaico próximal Mareal. Fuente: Morales, O. (2014).
Las arenas de la formación Misoa de edad Eoceno, fueron depositadas en un
gran complejo fluvio deltaico influenciado por mareas cubriendo gran parte
de la cuenca de Maracaibo y siendo la unidad de yacimiento principal la cual
consiste primeramente de canales y barras amalgamados. La dirección de
transporte, basada en estudio regionales de núcleo es SE – NO, la relación
arena neta – arena bruta esta entre 70 y 80 por ciento. En el campo Boscán,
el yacimiento ha sido dividido en Boscán Superior y Boscán inferior. Estas
dos unidades están separadas por la lutitas de Boscán, la cual consiste de
un intervalo lutitico denso, más desarrollado hacia el norte del campo y
adelgazándose hacia el sur, como se muestra en la figura 2.4
Figura 2.4. Intervalos yacimientos del campo Boscán.
Superior e Inferior. Fuente: Morales, O. (2014).
�23
Debido a su naturaleza erosiva y de presiones Paleo – Topográficas rellenas
con sedimentos fluviales Oligoceno, el tope de la discordancia Eoceno /
Oligoceno es usualmente difícil de identificar en algunos registros de pozos.
Depositaciones de arena – arena son comúnmente vistas en las
correlaciones a través del campo. El tope se reconoce como el tope de la
discordancia Eoceno – Oligoceno. Las arenas productivas del yacimiento
Boscán superior al oeste del campo han sido truncados por la discordancia
angular del Eoceno / Oligoceno, por lo que dicho miembro se acuña de esa
dirección, disminuyendo de espesor. Los datos sísmicos muestran que
Boscán superior e inferior se encuentra en diferentes niveles estratigráficos
hacia el norte y hacia el sur del campo por lo que las arenas productivas son
estratigráficamente más profundas en la parte sur del campo, aumentando
también el espesor de la roca yacimiento hacia el sur como se muestra en la
sección transversal SE –NO. (Ver figura 2.5).
Figura 2.5. Columna estratigráfica de Boscán.
Fuente: Almaza, R. (1998)
�24
Aunque la relación arena neta – arena bruta es alta y el yacimiento esta
efectivamente conectado en las arenas en un cien por ciento, las
correlaciones de cuerpos de arenas y lutitas entre pozos individuales a una
distancia de 577 metros, que es la distancia aceptada para el Eoceno en
campo Boscán virtualmente no existe. Aún en un espaciamiento de 333
metros las correlaciones son tenues. Las unidades de flujo en cada pozo
pueden ser claramente identificables, pero frecuentemente no se observa
que se extiendan a los pozos circundantes.
2.4. Geología estructural
El anticlinal de Boscán, que constituye la estructura más importante del área.
Tiene un rumbo Norte-Sur, declive hacia el sur y el cierre se efectúa poco
antes de llegar al campo García. Su flanco occidental constituye el
homoclinal de Boscán, de rumbo noreste y extensión regional, que buza de 8
a 10 grados hacia el suroeste. La acumulación del campo Boscán se
encuentra en una trampa estructural-estratigráfica del homoclinal de Boscán
como muestra la figura 2.6.
Figura 2.6. Mapa Estructural Campo Boscán
Tope Icotea Basal. Fuente Almaza, R. (1998)
�25
El homoclinal está cortado al este por la falla de Boscán, que se extiende
norte-sur por 40 km desde el sur del campo La Concepción hasta el campo
García, y constituye un sello estructural que limita el yacimiento; es una falla
normal, tiene buzamiento pronunciado hacia el este, y desplazamiento de
más de 1.000 pie en el norte y centro del campo. Existen fallas menores, que
no constituyen barreras de acumulación. (Ver figura 2.7).
}
Figura 2.7. Campo Boscán, sección estructural.
Fuente: Almaza, R, (1998).
Hacia el norte y noroeste las arenas de Misoa desaparecen por truncamiento
gradual de las areniscas de Boscán superior y gradación a lutitas del
miembro Boscán inferior, dando lugar a trampas estratigráficas. Al sur y
suroeste se encuentra un contacto agua-petróleo estimado en base a un
acuífero determinado en el Campo los Clavos.
2.5 Contacto agua – petróleo
En el flanco SE del campo solo seis pozos encontraron un contacto dentro de
la sección perforada: el pozo BN-135 (Marzo 1971), BN-134, BN-237, BN246, BN-198 y BN-253. Los pozos perforados tempranamente entre los años
1950 y 1970 en la parte norte del campo no ofrecen datos confiables debido
a su profundidad somera y la penetración parcial del yacimiento. Los pozos
�26
perforados entre 1970 y 1980 en la parte sur del campo con penetración total
del yacimiento fueron claves en la interpretación. La figura 2.8, indica que el
contacto original agua – petróleo (CAPO) en la parte SO del campo se
encuentra en el rango de los -9.345 y -9.420 pies mientras que hacia el SE el
rango oscila entre -9.400 y -9.585 pies, siendo el valor más probable -9.525
pies.
Figura 2.8. Pozo BN-0135 mostrando el contacto agua
petróleo original a -9345 pies. Fuente: Morales, O. (2014)
2.6.- Conclusión.
Analizar los aspectos geológicos del yacimiento se
especificó las
manifestaciones de las rocas o un constituyente de la misma, para de esa
forma expresar el ambiente de depositación o de formación, la composición
�27
litológica y además una asociación geográfica. El conocimiento en detalle de
las rocas sedimentarias tiene una gran importancia para la industria petrolera
por diferentes razones, la principal de ellas es que este grupo de rocas se
originan y se entrampan los hidrocarburos.
�28
CAPITULO III PROCEDIMIENTO PARA DESARROLLAR LA INYECCION
DE AGUA EN LOS YACIMIENTOS PETROLIFEROS.
3.1 Introducción
Según el grado o nivel de profundidad con el cual se abordo el problema, se
analizó e interpreto el impacto que tiene la recuperación mejorada de
petróleo mediante la inyección de agua en el yacimiento IB/BS 101 del
Campo Boscán; para establecer la eficiencia del mismo mediante diversos
métodos.
Para el logro del objetivo planteado se confeccionó un mapa de la ingeniería
conceptual de los procedimientos a desarrollar en el proceso de inyección de
agua en los pozos de los yacimientos de petróleo, se consultó bibliografía en
el tratamiento y manejo de aguas de producción, especificaciones de los
parámetros de calidad para el agua salada establecidos por los lineamientos
señalados en el decreto 883 artículo N° 17 de la normativa ambiental para
tales fines.
3.2 Procedimiento para la caracterización de los indicadores del
proceso de inyección de agua
del yacimiento IB/BS del 101 Campo
Boscán de la Cuenca del Lago de Maracaibo.
A continuación se presenta un diagrama de flujo que permite dar a conocer el
procedimiento para la caracterización de los indicadores del proceso de
inyección de agua
del yacimiento IB/BS 101 del Campo Boscán de la
Cuenca del Lago de Maracaibo; el cual esta representada por la geometría,
litología, profundidad, porosidad, permeabilidad, geomecánica de los
yacimientos, magnitud, distribución de la saturación de los fluidos
propiedades de los fluidos, selección del tipo de inyección, reservas de
�29
hidrocarburos, eficiencia de recobro de petróleo, análisis técnico económico
e impacto ambiental.
Diagrama de flujo 2. Procedimiento para la caracterización de los indicadores del proceso
de inyección de agua del yacimiento campo Boscán de la Cuenca del Lago de Maracaibo.
Fuente: Castellanos, D. (2015)
�30
3.3 Caracterización de los indicadores del proceso de inyección de agua
La caracterización de los indicadores del proceso de inyección de agua se
considera esencial para dar veracidad a la aplicación del conjunto de
métodos que emplean fuentes externas de energía o materiales para
recuperar el petróleo, los cuales dan presentación de la proyección veraz de
la configuración geológica del yacimiento, en el caso del presente estudio se
detallada cada indicador que esta especificada por la
geometría, litología,
profundidad, porosidad, permeabilidad, geomecánica de los yacimientos,
magnitud, distribución de la saturación de los fluidos propiedades de los
fluidos, selección del tipo de inyección, reservas de hidrocarburos, eficiencia
de recobro de petróleo, análisis técnico económico e impacto ambiental.
3.3.1. Geometría del yacimiento
Según Paris de Ferrer M. (2001), uno de los primeros pasos al recabar la
información de un yacimiento para el estudio de inyección de agua, es
determinar su geometría, la estructura y estratigrafía de un yacimiento
controlan la localización de los pozos productores y por consiguiente los
métodos por los cuales éste será producido a través de inyección de agua o
gas. La estructura geológica es el principal factor que rige la segregación
gravitacional, así en presencia de altas permeabilidades, la recuperación por
segregación gravitacional, particularmente en yacimientos de petróleo, puede
reducir la saturación de petróleo a un valor el cual no resulta
económicamente la aplicación de la inyección de agua.
Si existe una estructura apropiada y la saturación de petróleo justifica un
proceso de inyección de agua, la adaptación de una invasión periférica
puede producir mejores eficiencia de barrido arial que una inyección en un
�31
patrón línea directa. La existencia de zonas con altos relieves sugiere la
posibilidad de un programa de inyección de gas. La forma de campo y la
presencia o no de una capa de gas también influenciara en esta decisión.
Por otro lado, la mayoría de las operaciones de las mayorías de las
operaciones de inyección de agua han sido llevadas a cabo en campos que
exhiben un moderado relieve estructural, donde la acumulación del petróleo
se encuentra en trampas estratigráficas. Como estos yacimiento por regla
general, han sido
producidos con empuje de gas en solución y no han
recibido beneficio de un empuje natural de agua o de otro tipo de energía de
desplazamiento, usualmente poseen altas saturaciones de petróleo después
de una producción primaria, haciéndose atractivos para operaciones de
recuperación secundaria. Así, la localización de los pozos de inyección y
producción deben adaptarse a las propiedades y condiciones que se
conocen la arena.
A menudo es importante realizar un análisis de la geometría del yacimiento y
de su composición pasado, para definir la presencia y la fuerza de un empuje
de agua y así decir sobre las necesidades de inyección suplementaria, pues
estas pueden ser innecesarias si existe un fuerte empuje natural de agua. Tal
decisión depende también de la existencia de problemas como fallas o
presencias de lutitas, o de otro tipo de barrena de permeabilidad. Por otra
parte, un yacimiento altamente fallido hace poco atractivo cualquier
programa de inyección.
3.3.2 Litología
Según Paris de Ferrer M. (2001), la litología tiene una profunda influencia en
la eficiencia de la inyección de agua o de gas en un yacimiento en particular.
De hecho, la porosidad, la temperatura y el contenido de arcilla son factores
litológicos que afectan la invasión. En algunos sistemas complejos, una
pequeña porción de porosidad total, como por ejemplo las porosidades
�32
creadas por fracturas, tendrán suficientes permeabilidad para hacer efectivas
las operaciones de inyección de agua. En este caso, solamente se ejercerá
una pequeña influencia sobre la porosidad de la matriz, la cual puede ser
cristalina, granular u vugular. La evaluación de estos efectos requieren
estudios de laboratorios,
detallado del yacimiento y pruebas pilotos
experimentales.
A pesar de que se conoce que la presencia de minerales arcillosos en
algunas arenas petrolíferas pueden taponar los poros por hinchamientos o
floculación al inyectar agua o existen datos disponibles sobre la extensión de
este problema, pues eso depende de la naturaleza de dicho mineral; no
obstante se pude obtener una aproximación de estos efectos mediantes
estudios de laboratorios. Se sabe por ejemplo que en el grupo de la
montmorillonita es el que mas puede causar
una reducción de la
permeabilidad por hinchamiento y que la caolinita es la que menos causa
problemas. La extensión que puede tener esta reducción de permeabilidad
también puede depende de la salinidad de agua inyectada; de hecho,
usualmente se sustituye el agua fresca por salmuera para propósitos de
invasión.
Parámetros como la composición mineralógica de las arena y el material
cementante se deben tomar en cuenta ya que dependiendo del fluido que se
inyecte se pueden ocasionar diferencias en la saturación de petróleo
residual, esto se debe a que el fluido puede reaccionar con la arena o arcilla
y modificar la porosidad, ya sea aumentándola o disminuyéndola.
3.3.3 Profundidad del yacimiento
La profundidad del yacimiento es otro factor que debe considerarse en una
inyección con agua ya que:
Si es demasiado grande para permitir reperforar económicamente y si
�33
los pozos viejos deben ser utilizados como inyectores y productores,
no se pueden esperar altos recobros.
En los yacimientos profundos, las saturaciones de petróleo residual
después de las operaciones primarias son más bajas que en
yacimientos someros, debido a que estuvo disponibles un gran
volumen de gas en solución para expulsar el petróleo ya que el factor
de encogimiento fue grande, y por lo tanto, quedando menos
petróleo.
Grandes profundidades permiten utilizar mayores presiones y un
espaciamiento más amplio, si el yacimiento posee un grado
suficiente de uniformidad lateral.
Se debe actuar con mucha precaución en yacimientos poco profundo donde
máxima
presión que puede aplicarse en operaciones de inyección esta
limitada por la profundidad de yacimiento. Durante la inyección de agua, se
ha determinado que existe una presión crítica, usualmente aproximada a la
presión estática de la columna de roca superpuesta sobre la arena
productora y cerca de 1lpc/pie de profundidad de la arena que al excederse,
ocasiona que la penetración del agua
expanda aberturas a lo largo de
fracturas o de cualquier otro plano de fallas, así como juntas o posiblemente
nos de estratificación. Esto nos da lugar a la canalización del agua inyectada
o al sobrepeso de largas porciones de la matriz del yacimiento.
Consecuentemente, en operaciones que impliquen un gradiente de presión
0,75 lpc/pie de profundidad, generalmente permite suficiente margen de
seguridad para evitar el fracturamiento. Al fin de prever cualquier problema,
debe tenerse en cuenta la información referente a presión de fractura o de
rompimiento en una localización determinada, ya ella fijará un límite superior
para la presión de inyección.
�34
3.3.4 Porosidad
La recuperación total de petróleo de un yacimiento es una función directa de
la porosidad, ya que ella determina la cantidad de petróleo presente para
cualquier porcentaje de saturación de petróleo dado. Como el contenido de
este fluido en una roca de yacimiento varía desde 775,8 Bbls/acres-pie para
porosidades de 10 y 20% respectivamente según Paris Ferrer (2001), es
importante tener una buena confiabilidad en estos datos. Esta propiedad de
la roca es muy variable algunas veces oscila desde 10 hasta 35% en una
zona individual, otras como en la limolitas y dolomitas, pueden variar desde 2
hasta 11%debido a las fracturas y en rocas llenas de agujeros como panales
de abejas y porosidades cavernosas, pueden ir desde 15 a hasta 35%. Para
establecer el promedio de porosidad, es razonable tomar el promedio
aritmético de las medidas de las porosidades de un núcleo de arenas. Si
existe suficientes datos sobre este aspecto, se puede construir mapas de
distribución
de
porosidades
que
pueden
ser
pesados
areal
o
volumétricamente para dar una porosidad total verdaderas.
3.3.5.- Permeabilidad
La magnitud de la permeabilidad de un yacimiento controla, en un alto grado,
la tasa de inyección de agua que se puede mantener en un pozo de
inyección para determinar presión en la cara de la arena por lo tanto, en la
determinación de la factibilidad de inyección de agua en un yacimiento, es
necesario conocer: a) la máxima presión de inyección tomando en cuenta la
profundidad del yacimiento; b) la relación entre tasa y espaciamiento a partir
de datos de presión y permeabilidad. Esto permite determinar rápidamente a
partir de datos los pozos adicionales que deben perforarse para cumplir el
programa de invasión en un lapso razonable. La prospectividad del proyecto
puede calcularse comparando el recobro que se estima lograr con los gasto
que involucran el programa de inyección.
�35
El grado de variación de permeabilidad ha recibido mucha atención en los
últimos años, pues determina la cantidad de agua que es necesario utilizar;
entre menos heterogénea sea esa propiedad, mayor existo se obtendrá en
un programa de inyección de agua. Si se observan grandes variaciones de
permeabilidad en estratos individuales dentro del yacimiento, y si eso
estratos mantiene continuidad
sobre aéreas extensas, el agua inyectada
alcanzara la ruptura demasiado temprano en los estratos de alta
permeabilidad y se transportará grandes volúmenes de agua antes que los
estratos menos permeables hayan sido barrido eficienteme.
Esto influye en la economía del proyecto y sobre la factibilidad de la invasión
del yacimiento. No se debe dejar a un lado la continuidad de estos estratos
es tan importantes como la variación de permeabilidad. Si no existe una
correlación de perfiles de permeabilidades entres pozos individuales, existe
la posibilidad de que las zonas más permeables no sean continuas y que la
canalización de agua inyectada sea menos severa que la indicada por los
procedimientos aplicados. La figura 3.1 muestra el efecto de la distribución
de permeabilidad sobre la inyección de agua.
Figura 3.1. Efecto de la distribución de permeabilidad sobre
la inyección de agua. Fuente: París de Ferrer (2001)
�36
3.3.6.- Geomecánica de los yacimientos petrolíferos: propiedades de la
roca
Es muy importante tener en cuenta la continuidad de las propiedades de la
roca en relación con la permeabilidad y la continuidad vertical, al determinar
la factibilidad de aplicar la inyección de agua o de gas en un yacimiento.
Como el fluido en el yacimiento es esencialmente en dirección de los planos
de estratificación, a continuidad es de interés primordial. Si el cuerpo del
yacimiento esta dividido en estratos separados por lutitas o rocas densas, el
estudio de una sección transversa de un horizonte productor podría indicar si
los estratos individuales tienen tendencia a reducirse en distancias laterales
relativamente cortas, o si esta presente una arena uniforme.
3.3.7 Magnitud y distribución de la saturación de los fluidos
En efecto, cuando mayor sea la saturación de petróleo en el yacimiento al
comienzo de la invasión, mayor será la eficiencia de recobro y si este es
elevado, el petróleo sobrepasado por el agua será menor y el retorno de la
inversión por lo general, será mayor, igualmente, la saturación de petróleo
residual que queda después de la invasión, esta relacionada con la
adaptabilidad del proceso, y mientras mas se pueda reducir este valor, mayor
será el recobro final y mayores ganancias. Por esa razón la mayoría de los
nuevos métodos de desplazamiento de petróleo tiene como objetivo lograr
reducir la saturación de petróleo residual detrás del frente de invasión.
3.3.8 Propiedades de los fluidos y permeabilidades relativas
Los factores que afectan la razón de movilidad son esencialmente la
viscosidad del petróleo y las permeabilidades relativas de la roca, es por ello
que tiene grandes efectos en la convivencia de un proceso de inyección de
fluidos en un yacimiento. En un proceso de desplazamiento la razón de
movilidad está relacionada con la movilidad del fluido desplazante y la
movilidad del petróleo en la zona de petróleo.
�37
3.4.- Selección del tipo de inyección
Uno de los primeros pasos de un proyecto de inyección de agua es la
selección del modelo de inyección, el objetivo es seleccionar un modelo
apropiado que mejore la inyección del fluido contactando la mayor cantidad
de petróleo posible en el yacimiento. Cuando se realiza la selección del
modelo de inyección se debe considerar los siguientes factores: Proporcionar
una capacidad productiva deseada, proporcionar la suficiente tasa de
inyección de agua para un adecuado rendimiento en la productividad del
petróleo, maximizar el recobro de petróleo con un mínimo de producción de
agua, tomar ventajas de las anomalías conocidas en el yacimiento como:
permeabilidad regionales y direccionales, fracturas
entre otros, ser
compatible con el patrón de pozos existentes y requerir un mínimo de nuevos
pozos, ser compatibles con modelos de inyección ya existentes en el campo.
En general la selección de un modelo de inyección para un yacimiento
depende del número y la localización de pozos existentes, en algunos casos
los pozos productores pueden convertirse en pozos inyectores mientras que
en otros casos puede ser necesaria la perforación de nuevos pozos, por lo
cual, de acuerdo con la posición de los pozos inyectores y productores, la
inyección de agua se puede llevar a cabo de tres maneras diferentes.
3.4.1. Inyección periférica o central
Es aquella inyección en la cual los pozos inyectores están agrupados en la
parte central del yacimiento y los productores en la periferia del yacimiento
estos tipos de inyección ocurre en los siguientes casos:
Yacimiento Anticlinal
Con un acuífero en el cual se inyecta: en este caso los pozos forman un
anillo alrededor del yacimiento como muestra la figura 3.2.
�38
Figura 3.2. Inyección en yacimiento anticlinal con
acuífero. Fuente: PDVSA Occidente (2008)
Yacimiento Monoclinal
Con una capa de gas o acuífero donde se inyecta agua o gas: como se
observa en la figura 3.3, los pozos inyectores están agrupados en una o mas
líneas localizados hacia la base del yacimiento (flanco) en
el caso de
inyección de agua, o hacia el tope en el caso de inyección de gas.
Figura 3.3. Inyección en yacimiento monoclinal con
acuífero. Fuente: PDVSA Occidente (2008)
3.4.2.- Inyección por arreglos
Este tipo de inyección se emplea, particularmente en yacimientos con bajo
buzamiento y una gran extensión areal. Para obtener un barrido unifoerme
del yacimiento, los pozos inyectores se distribuyen entre productuctores. Esto
se lleva a cabo convirtiento los pozos productores existentes a inyectores o
�39
perforando pozos pozos inyectores interespaciado. Los arreglos de pozos se
clasifican en irregulares y geométricos:
Irregulares
Los pozos de producción e inyección estan colocados en forma
desordenadas y cada caso particular requiere de una línea de estudio.
Geométricos
Los pozos de produccion e inyección estan distribuidos arealmente formando
ciertas formas geométricas conocidas. En sí, este arreglo consiste en
inyectar agua en la capa de crudo, formando un cerco de pozos inyectores
alrededor de los pozos productores con el obejtivo de empujar lo volumenes
de crudos remanentes en el yacimiento hacia dichos pozos productores.
Cabe comentar sobre la figura 3.4 que los arreglos de dos y tres pozos que
aparecen identificados como 1 y 2 son patrones para posibles pruebas piloto
de inyección de agua, también el término “invertido” que identifica a los
arreglos f y h insertas en la misma figura nombrada, es utilizado para hacer
referencia a un tipo de arreglo en especial, señalando que tiene un solo pozo
inyector por patrón. Se da de una manera resumida las características de los
tipos de arreglos más comunes.
Figura 3.4 Arreglos de pozos para la inyección de agua. Inyección en
yacimiento anticlinal con acuífero. Fuente: Morales, O. (2014)
�40
3.5 Reservas de hidrocarburos
La dirección general de exploración, reserva y tierra del ministerio de energía
y petróleo es la responsable de la verificación como aprobación de todo lo
relacionado con las reservas de hidrocarburos, considerándose estas, los
volúmenes de petróleo crudo, condensado, gas natural y líquidos del gas
natural que se pueden recuperar comercialmente de acumulaciones
conocidas, desde una fecha determinada en adelante.
3.5.1 Clasificación de las reservas de hidrocarburos
Según la certidumbre de ocurrencia, las facilidades de producción o el
método de recuperación, las reservas se clasifican según los siguientes
criterios; en primer lugar el de certidumbre de ocurrencia en probadas,
probables y posibles; segundo criterio de facilidades de producción en
probadas desarrolladas como probadas no desarrolladas y por ultimo el
método de recuperación en primarias y suplementarias como se muestra en
la tabla 1.
TABLA 1. Clasificación de las reservas de hidrocarburos Fuente: Ministerio del Poder
Popular para la Energía y Petróleo. (2005)
De acuerdo con las necesidades del estudio, se hizo pertinente detallar la
fundamentación teórica y práctica referida a los métodos de recuperación
�41
como lo es el caso de las reservas primarias se define como las cantidades
de hidrocarburos que se pueden recuperar con la energía propia o natural del
yacimiento; así también las reservas suplementarias son las cantidades
adicionales de hidrocarburos que se pudieran recuperar, como resultado de
la incorporación de una energía suplementaria al yacimiento a través de
métodos de recuperación suplementaria, tales como inyección de agua, gas,
fluidos miscibles o cualquier otro fluido o energía que ayude a restituir la
presión del yacimiento y a desplazar los hidrocarburos para aumentar la
extracción del petróleo.
3.6 Eficiencias de recobro del petróleo por agua
La eficiencia de recobro se puede definir como la fracción de petróleo inicial
recuperado del yacimiento. Durante el barrido de un yacimiento, la eficiencia
al desplazamiento coincidiría con ER, si hipotéticamente el fluido inyectado
contactara todo el petróleo del yacimiento Asumiendo barrido volumétrico
completo, la cual asume la fórmula 3-1:
…………………………………………….. (3 -1)
Esta variable se puede analizar en términos de: eficiencia de barrido areal
(EA) , eficiencia de barrido vertical (Ev) y eficiencia de desplazamiento (ED)
para dar datos de la esencia de la recuperación secundaria por inyección de
agua, especificándose cada una de las nombradas en los párrafos
posteriores con las definiciones pertinentes.
3.6.1 Eficiencia de barrido areal (EA).
Es el área barrida por el agua inyectada dividida por el área del patrón. Esta
eficiencia es difícil de determinar sólo con los datos de campo. Se requiere
una combinación de estudios de campo, de laboratorio y matemáticos, para
�42
hacer una mejor estimación. Como muestra la figura 3.5; en general la
eficiencia areal depende de la relación de movilidad, configuración
geométrica del patrón de inyección, distribución de presión del yacimiento,
heterogeneidad del yacimiento, volumen acumulado de agua inyectada
dentro del área del patrón.
Figura 3.5 Eficiencia de barrido areal (EA).
Fuente: Fuente: PDVSA Oriente (2008)
3.6.2 Eficiencia de barrido vertical (Ev).
Hay muchos factores que afectan la eficiencia de barrido vertical, tales como
la variación vertical de permeabilidades horizontales, la diferencia de
gravedad, la saturación inicial de gas, la presión capilar, la relación de
movilidad, el flujo cruzado y las tasas de inyección. Los factores que afectan
Ev: heterogeneidades, relación de movilidades, volumen de fluido inyectado,
flujo cruzado entre capas como muestra la figura 3.6.
Figura 3.6. Eficiencia de barrido vertical (Ev).
Fuente: PDVSA Oriente (2008)
�43
3.6.3 Eficiencia de desplazamiento (Ed):
Se define como la fracción de aceite en sitio en la región de barrido,
desplazada por el agua de inyección, así pues, las variaciones de las
propiedades del yacimiento y de los procesos, pueden afectar la eficiencia de
desplazamiento, variables tales como fracturas, ángulo de buzamiento,
saturaciones iníciales, relación de viscosidad, diferencial de gravedad,
relación de permeabilidad relativa, presión capilar, mojabilidad y tasas de
inyección la cual es afectada por los siguientes factores: fuerzas de tensión
superficial e interfacial, mojabilidad, presión capilar, permeabilidad relativa.
(Ver figura 3.7)
Figura 3.7. Eficiencia de desplazamiento(Ed).
Fuente: PDVSA Oriente (2008)
3.7 Aspecto económico
Basándose en la inversión inicial que se debe hacer para poner en marcha el
proyecto , en el costo que representa producir 1 barril de fluido del
yacimiento, y en el ingreso que se obtiene de la venta del petróleo producido,
se puede realizar un análisis económico el cual abarca un análisis de flujo
de caja, valor presente Neto (VAN), tasa interna de retorno (TIR), período de
recuperación de la Inversión (PRI), y relación costo-beneficio (RCB), dando
reconocimiento que el límite económico del proyecto se supera con un corte
de agua de 90%.
�44
3.7.1 Cálculo de flujo del agua.
El flujo de caja es un análisis de la variación de la inversión y costos de
producción frente a los ingresos en un período de tiempo determinado, por
ejemplo meses, trimestres, semestres, años, entre otros. En los primeros
meses de un proyecto se obtienen valores negativos de flujo de caja debido
a que los egresos son mayores que los ingresos, luego toma el valor de cero
lo cual indica que la inversión se ha recuperado; a partir de este punto el flujo
de caja toma valores positivos lo cual indica que se están obteniendo
ganancias.
3.7.2 Valor actual neto (VAN)
Es un procedimiento que consiste en llevar cada uno de los valores de flujo
de caja a lo largo de la vida del proyecto hacia el año cero y sumarlos entre
si. Se puede expresar mediante la fórmula 3-2.
………………………………………………….. (3-2)
Para realizar este procedimiento se usa una tasa de actualización o tasa de
rendimiento esperada de la inversión r.
3.7.3 Período de recuperación de la inversión (PRI)
El período de recuperación de la inversión de un proyecto es simplemente el
tiempo necesario para recuperar la inversión mediante los flujos netos de
caja, por ende, una forma fácil de hallar este valor es mediante una gráfica
de VAN vs. Tiempo. Al tiempo en el cual en VAN tome un valor de 0 será el
PRI.
�45
3.7.4 Relación costo / beneficio (RCB)
La relación costo/beneficio (RCB), es otro método de evaluación de
proyectos que al igual que los anteriores
muestra de forma clara la
rentabilidad de un proyecto considerando los ingresos generados, los gastos
y la inversión, todos calculados en el período de la inversión, este método es
relativamente simple y se tiene los siguientes criterios de aceptación del
proyecto especificados en la fórmula 3-3:
…………………………(3-3)
Si RCB > 1 Proyecto es aceptable (los ingresos son mayores que los
egresos)
Si RCB = 1 Proyecto es indiferente (los ingresos son iguales a los egresos)
Si RCB < 1 Proyecto no es aceptable (los ingresos son menores que los
egresos)
3.8. Impacto Ambiental
En virtud de estudiar el impacto ambiental, se hace pertinente enfocar la
importancia del conocimiento de la normativa ambiental para fundamentar el
desempeño
profesional, los conocimientos de las obligaciones en los
diseños, dependen de la Constitución Nacional en la normativa ambiental
venezolana en los artículos 127, 128 y 129, establece las referencias sobre
los derechos ambientales al referir que se supera con visión sistemática o de
totalidad, la concepción de la denominación del término conservación clásica,
que sólo procuraba la protección de los recursos naturales.
Dentro de los estudios sobre el impacto ambiental generado por la
explotación de yacimientos petrolíferos, actualmente se sigue una tendencia
�46
mundial: políticas ambientales de amplio alcance (tratados internacionales),
que dan para las empresas dedicadas a estos indicadores de evaluación
como lo son descripción del proyecto, caracterización del ambiente físico,
biótico, socio-económico, análisis de sensibilidad, identificación de las
actividades generadoras del impacto, formulación de medidas preventivas,
mitigantes correctivas y compensatorias, plan de supervisión, programa de
seguimiento.
En las últimas cuatro décadas ha habido un creciente interés por las
cuestiones ambientales, en cuanto a la sostenibilidad y al mejor manejo de
los recursos para una correcta relación con el medio ambiente. Así pues se
puso en marcha la creación de mecanismos de control que llegarían a
declarar previo procedimiento, si la actividad propuesta impacta o no al
medio ambiente y, por otra parte, la persona, así también, Aguirre (2014),
hace referencia sobre el impacto en la atmosfera donde se extrae y se
comprime el gas o petróleo para su posterior distribución, el cual contiene
entre otros componentes, metano, dióxido de carbono e hidrocarburos
pesados, así también, las emisiones de gases de efecto invernadero ,
afectan la calidad del aire en diferentes aspectos.
Por otra parte, el impacto ambiental también se denota en la contaminación
de los suelos, el cual la infiltración de la mezcla de inyección de agua
produce derrames en el proceso, ya sea por los transportistas de los
residuos, o de las mismas estructuras que no quedan bien ajustadas; como
también la deliberación de los gases tóxicos que se expande en las distintas
capas de los suelos, lo cual puede producir consecuencias contaminantes.
�47
3.9 Acápite. Resultados de la aplicación del procedimiento de inyección
de agua en el yacimiento IB/BS101 del Campo Boscán.
Dando reconocimiento que el presente estudio es documental, lo presentado
posteriormente representa solo un ejemplo práctico de recuperación
secundaria, haciéndose énfasis en los indicadores necesarios de utilización
de acuerdo con las características descritas del yacimiento como modelo
teórico práctico del tipo de inyección ejecutado.
La tasa de inyección de fluidos en un yacimiento está controlada por la
permeabilidad, es por ello que en la determinación de la factibilidad de
inyección de agua (por ejemplo) en un yacimiento es necesario conocer: la
máxima presión de inyección tomando en cuenta la profundidad del
yacimiento y la relación entre tasas y espaciamiento a partir de datos de
presión.
Para este estudio, se usará un modelo regular con un patrón de siete pozos
invertidos. El espaciamiento mínimo para cada arreglo es de 577 m. lo que
representa un área aproximada de 214 acres por arreglo de inyección. Bajo
el arreglo actual como se muestra en la figura 3.8; la zona I (superior
izquierda) cuenta con 4 pozo inyector y 16 productores representa un POES
de 700 MMBP, el piloto de inyección (superior derecha) con 8 pozos
inyectores y 36 productores representa un POES de 1500 MMBP mientras 45
que en el área de expansión del piloto de inyección (inferior) representa un
POES de 1600 MMBP, se tienen 8 pozos inyectores y 34 pozos activos que
están directamente influenciados por la inyección de agua por ser
productores de primera línea; además, el Campo Boscán posee una
permeabilidad de es ~ 500 Md.
�48
Figura 3.8. Arreglo de pozos en el área de estudio.
Fuente: Morales, O. (2014)
3.9.1 Método de Staggs
Es posible desarrollar ciertas técnicas analíticas para monitorear proyectos
de inyección de agua basados en la ecuación de balance de materiales.
Mientras esas relaciones son derivadas para yacimientos sencillos
homogéneos con desplazamiento tipo pistón (Sor en la región barrida), ellas
pueden
ser
usadas
frecuentemente
en
sistemas
mas
complejos,
estratificados, para obtener un mejor conocimiento de la eficiencia del
proceso con inyección. La metodología fue primero publicada por Staggs y
esencialmente representa un grafico de eficiencia de recobro contra volumen
neto de agua inyectada al yacimiento, en papel cartesiano. El análisis de
yacimientos puede hacerse en proyectos de inyección de agua en progreso
en el cual la presión del yacimiento al comienzo de la inyección este arriba o
debajo de la presión de burbujeo.
3.9.2 Análisis de proyectos de inyección de agua en yacimientos
subsaturados:
La evaluación de un proyecto de inyección de agua, iniciado en cualquier
momento cuando la presión del yacimiento este aun sobre la presión de
burbujeo, implica que en el sistema existe liquido en una sola fase y no hay
presencia de una saturación de gas libré.
�49
3.9.3 Comportamiento de producción primaria:
La eficiencia de recuperación primaria definida como lo demuestra la fórmula
3-4:
…………………………………….. (3-4)
Donde,
ERP = Eficiencia de recuperación primaria, fracción
Noi = Petróleo original en sitio al descubrimiento, BN
No = Petróleo original en sitio al comienzo de la inyección de agua, BN
NP = Producción primaria de petróleo, BN
Además,
Noi = Vp.Soi / Boi
….………………………………………..……… (3-5)
No = Vp. So / Bo
….………………………………………………... (3-6)
Y,
So = Soi
…………………………………………………….. (3-7)
Por encima del punto de burbujeo y despreciando la expansión del fluido y la
compresibilidad de los poros.
Donde,
Vp = Volumen poroso sujeto a invasión por agua, BY
Boi = Factor volumétrico inicial del petróleo, BY/BN
Bo = Factor volumétrico del petróleo al comienzo del proyecto de inyección,
BY/BN Soi = Saturación del petróleo original.
Combinando las ecuaciones 3-4 a las 3-7 conduce a:
ERP =1- Bo/Bo
……………………………………..………………….. (3-8)
�50
Representa el factor de recuperación primaria.
3.9.4 Comportamiento de producción secundario:
Durante la fase secundaria del proyecto se asume que la presión del
yacimiento es mantenida sobre el punto de burbujeo y que el sistema de
fluidos del yacimiento es incompresible. En otras palabras, la inyección de un
barril de agua resultara en la producción de un barril del fluido del yacimiento.
El factor de recuperación secundario se expresa:
ERS = (No - Not) / Noi
…………………..…………………………….. (3.9)
Donde,
Not = Petróleo en sitio en cualquier momento durante la inyección, BN
Para un desplazamiento tipo pistón, la saturación de petróleo en la región
barrida, como se estableció, es Sor. Esto es representado por la fórmula 310,
Not = Vp * Evol * Sor / Bo + Vp (1 – Evol) Soi / Bo
……….………….. (3-10)
Donde,
Evol = Eficiencia volumétrica de barrido, fracción.
Para un sistema homogéneo.
………………………………………….. (3-11)
El denominador representa el volumen poroso desplazable.
En la ecuación 3-11,
�51
Donde,
Bw = Factor volumétrico de formación del agua, BY/BN
Swir = Saturación de agua irreducible, fracción
Wi = Barriles acumulados de agua inyectada, BN
Wp = Barriles acumulados de agua producida, BN.
La eficiencia de desplazamiento esta definida por,
…………………………………………………………….(3-12)
Combinando las ecuaciones 3-5, 3-6, 3-7, 3-8, 3-9, 3-10, 3-11 y 3-12 se
tiene:
ERS = Boi * Evol * ED / Bo
………………………………………….. (3-13)
La eficiencia de recuperación total (primaria más secundaria) es la suma de
las ecuaciones 3-8 y 3-13.
ER = ERP + ERS
………………………………………………………………….. (3-14)
ER = [1 - Boi / Bo] + [Boi / Bo * ED] * Evol……………………….……… (3-15)
Si Boi, Bo y ED pueden determinarse o estimarse separadamente, entonces
la ecuación define una relación lineal en papel cartesiano entre ER y Evol, en
donde la intersección con el eje vertical es la recuperación primaria. La figura
3.9 presenta un gráfico de Staggs relacionando ER y Evol.
�52
Figura 3.9 Gráfico de Staggs teórico. Fuente: Montiel E. y otros (2007)
Para utilizar la Figura 3.9 es necesario graficar la recuperación total ER,
contra Evol.
Donde,
ER = N / Noi
……………………………………………………………… (3-16)
y Evol está definida por la ecuación 3-11.
Al analizar un proyecto de inyección de agua existente, el comportamiento
actual puede graficarse y compararse con el comportamiento teórico descrito
por la ecuación 3-15.
Las desviaciones pueden ser analizadas para permitir mejorar las
operaciones de campo. Experiencias en muchos proyectos indican que la
inyección de agua puede ir hacia “otras zonas o yacimientos” o dentro de
zonas “ladronas”, causando ineficiencia en el proyecto. La figura 3.10 es un
ejemplo de un gráfico del comportamiento actual y teórico de Staggs.
�53
Figura 3.10 Gráfico del comportamiento actual y teórico de Staggs.
Fuente: Montiel E. y otros (2007)
Si se asume que Vp, Swir y Sor son correctos, y si Wp puede medirse, se
puede determinar un factor de eficiencia de inyección máximo para el
yacimiento (Einj). El procedimiento usual es determinar un valor de Einj, que
al multiplicarse por Wi causará que los últimos valores de los datos de campo
cotejen con la curva teórica.
3.9.5 Resultados de la aplicación del procedimiento de la inyección de
agua en el yacimiento IB/BS101 del Campo Boscán. Se asumirán datos
supuestos ya que no se reflejan suficiente información para dicho yacimiento.
En donde se tiene:
Boi = 1.35 BY/BN, Bo = 1.42 BY / BN, Bw = 1.0 BY/h, Soi = 65 %, Sor = 40
%, Swir = 35 %, A = 640 acres, h = 25 pies (promedio), = 15 % (promedio),
Noi = 8965 MB de petróleo
�54
Wi, MBls
Wp, MBls
Np, Mbls
ER=NP/Noi
0
0
439
0.049
1000
140
717
0.8
2000
280
1076
0.12
3000
480
1434
0.16
4000
780
1703
0.198
5000
1180
1883
0.21
Tabla 3.2. Datos generales del yacimiento. Fuente:
Fuente: Montiel E. y otros (2007)
De la ecuación 3.8, el recobro primario es:
ERP = 1-Boi/Bo
ERP = 1- 1.35/1.42 = 0.049 ó 49%
Vp = 7758 * A * h *
Vp = 7758 * 640 *25 * 0.15 = 18619 Mb
Sustituyendo en la ecuación 3-15 se obtiene la recuperación teórica la cuál
es:
ER= 0.049 + 1.35 / 1.42 * 0.3842 * Evol
ER= 0.049 + 0.3846 * Evol
Para ello se dan valores a Evol de la figura 3.10 para ello se dan valores a
Evol:
�55
(Ejemplo: 0.2, 0.4, 0.6……..1.0), se calcula ER con la expresión anterior, y se
gráfica el comportamiento teórico.
Vp (1 - Swir - Sor) = (18619) (1 –0.35 – 0.40) = 4655 Mbls
Wi,MBW
Wp,MBW
Evol
ER
0
0
0.000
0.049
1000
140
0.185
0.0808
2000
280
0.369
0.120
3000
480
0.541
0.160
4000
780
0.692
0.190
5000
1180
0.821
0.210
Tabla 3. 3 Cálculos de Evol y ER.
Fuente: Montiel E. y otros (2007)
Graficando ER contra Evol, indica una diferencia entre el comportamiento
teórico y el comportamiento actual. Se asume el último valor de recuperación
correspondiente a un factor de recuperación de 0.21 es correcto, el valor de
Evol seria de 0.45. (Entrar a la figura 3.10, con el valor de eficiencia de
recuperación 0.21 y leer el valor de la eficiencia volumétrica (Evol) de 0.45).
También se puede calcular el valor de Evol con la ecuación.
ER = 0.049 + 0.365641 * Evol, con el valor de ER de 0,21. Este valor es más
exacto.
Luego.
Einj = 0.655 o 65.5 %
Aplicando éste factor de eficiencia de inyección a todos los puntos de datos,
resulta lo siguiente:
�56
Wi, MBW
0,655 Wi, MbW
Wp; MBls
Evol
ER
0
0
0
0.000
0.049
1000
655
140
0.111
0.080
2000
1310
280
0.221
0.120
3000
1965
480
0.319
0.160
4000
2620
780
0.395
0.190
5000
3275
1180
0.450
0.210
Tabla 3.4 Tabla con valores ajustados de Wi Fuente: Fuente: Montiel E. y otros (2007)
El gráfico con los valores ajustados del comportamiento actual y teórico se
muestra en la figura 3.11. Puede observarse un buen ajuste. Se concluye
que solamente alrededor del 66 % del agua inyectada entra a la formación
productora; debe aclararse del ejemplo anterior que puede existir
incertidumbre en varias variables. Por ejemplo, errores en los volúmenes de
agua producida, volumen poroso, saturación de agua irreducible, o impropia
selección de las saturaciones residuales de petróleo, pueden causar
desviaciones entre el comportamiento actual del teórico. En consecuencia,
puede ser necesario determinar si otros parámetros distintos a la eficiencia
de inyección podrían causar una desviación significante del modelo teórico.
Figura 3.11. Gráfico de staggs teórico y corregido con eficiencia de
inyección de 65.5 Fuente: Montiel E. y otros (2007)
�57
La eficiencia de inyección es del 100 % pero el volumen poroso estimado es
muy pequeño, los datos de puntos actuales caerán hacia la derecha de la
línea; cuando los datos caen a la izquierda de la línea, esto pudiera indicar
que el volumen poroso estimado es muy grande.
3.10 Conclusión.
El análisis y evaluación del procedimiento para la caracterización de los
indicadores del proceso de inyección de agua
del yacimiento IB/BS101
Campo Boscán de la Cuenca del Lago de Maracaibo para el estudio de caso
se concluyó que solamente alrededor del 66% del agua inyectada entra a la
formación productora; y además si la eficiencia de inyección es del 100 %; el
volumen poroso estimado es muy pequeño, los datos de los puntos
presentado en particular en la figura 3.11, si estos se
caerán hacia la
derecha de la línea y si están a la izquierda de la línea, esto pudiera indicar
que el volumen poroso estimado es muy grande y esto indica un alto
volumen de inyección.
�58
Conclusiones
1. En cuanto a los antecedentes, se observo que ninguno de los estudios
previos presentados evidencia procedimientos para la caracterización de los
indicadores del proceso de inyección de agua del yacimiento.
2. Tomando en cuenta la revisión documental referida a los elementos
geológicos del yacimiento, es importante resaltar que los datos sísmicos
muestran que Boscán superior e inferior se encuentra en diferentes niveles
estratigráficos por lo que las arenas productivas más profundas están en la
parte sur del campo, debido al espesor de la misma ; esto
permite
determinar la factibilidad en la aplicación de la inyección de agua, teniendo
en cuenta la continuidad de las propiedades de las rocas en relación con la
permeabilidad y la continuidad lateral.
3. Se concluye haber diseñado el procedimiento de caracterización de los
indicadores de inyección de agua, en virtud de responder a la necesidad de
establecer un sistema de extracción de petróleo basado en los factores que
controlan la recuperación por inyección y así obtener un mayor recobro de
petróleo en el yacimiento; reconociendo que en el caso estudio alrededor del
66 % del agua inyectada entra a la formación productora.
�59
Recomendaciones
1. Profundizar la caracterización de los indicadores de inyección de agua, al
llevar a cabo este procedimiento para mejorar el recobro de producción
petrolífera.
2. Dar especificaciones de los factores geológicos de incidencia en la
explotación del pozo petrolífero, especialmente detallar el reconocimiento de
las rocas sedimentarias porque este grupo de rocas se originan y entrampan
los hidrocarburos.
3. Mantener en actualización los procesos de estimaciones de costos –
ganancias.
4. Se debe tomar en cuenta las normativas de impacto ambiental, en
cualquier aplicación de proyectos en yacimientos petrolíferos porque se ha
determinado daño atmosférico y de los suelos.
�60
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Dimensiones Humanas y Socioeconómicas.
�66
Glosario de Términos
Agua Connata: Cuando se depositan sedimentos bajo los mares, parte del
agua del mar es retenida en los intersticios. Al depositarse encima
sedimentos impermeables, parte de esta agua puede quedar aprisionada y
retenida en el sedimento, hasta que sea descubierta en forma accidental o
intencionada. El agua atrapada en los sedimentos en el momento de su
depósito se llama agua connata o intersticial.
Agua de formación: Cantidad de agua producida en forma libre y/o
emulsionada con los hidrocarburos producidos por los pozos.
Agua y sedimento: Cantidad de agua y sedimento en suspensión, presente
en los hidrocarburos líquidos, determinada como un porcentaje en volumen
(%AYS) del total de líquido contenido en los tanques, mediante el método de
centrifugación.
Área de explotación: Área donde se agrupan los yacimientos que presentan
características similares, en cuanto a propiedades de las rocas y de los
hidrocarburos producidos.
Arena petrolífera: Porción de arena, la cual contiene volúmenes de
hidrocarburos.
Arena: Porción estratigráfica permeable de cada yacimiento en el subsuelo
que puede ser o no petrolífera. Se utiliza para definir el tipo de formación.
Barril: Medida "estándar" de volumen, equivalente a 42 galones Americanos
y 0,158988 metros cúbicos.
BBPD: Abreviatura de Barriles Brutos de Petróleo por Día.
BNPD: Abreviatura de Barriles Netos de Petróleo por Día.
�67
Buzamiento: Ángulo entre una superficie y un plano horizontal. Su valor es
el de la inclinación de la línea de máxima pendiente de esta superficie.
Canalización: Irrupción de fluidos a través de zonas de alta permeabilidad
en una formación, en forma de canales.
Capa de Gas: es el gas natural atrapado en la parte superior de un
reservorio y permanece separado del crudo, agua salada u otro líquido en el
pozo.
Condiciones normales del gas: el volumen y otras propiedades físicas del
gas se comedido a 14.7 lpca y a 32° C de temperatura.
Conificación de Agua: Superficie en forma de cono que toma el contacto
agua-petróleo alrededor de un pozo productor de hidrocarburos, debido al
movimiento vertical hacia arriba del contacto, causado por una alta tasa de
producción o al empuje hidrostático de fondo y a una alta permeabilidad
vertical (Kv) de la formación cerca del pozo.
Conificación de gas: Ocurre en el pozo cuando el mismo produce desde
una zona libre de gas. El contacto gas- petróleo se ubica alrededor del pozo
al flujo radial de petróleo y a la caída de presión que resulta de ese proceso.
Para equilibrar la caída de presión causada por el flujo de petróleo hacia la
zona de gas, se necesita una columna de gas más alta cerca del pozo.
Datum: Profundidad a la cual son referidas las presiones tomadas en los
pozos, con el propósito de que las mismas sean comparativas.
Facies: Un facie sedimentario es una unidad litológica definida por un
conjunto de parámetros físicos, químicos y biológicos, que la caracterizan y
diferencian de las rocas adyacentes.
�68
Factor de Recobro: El factor de recobro (FR) es la relación que existe entre
el volumende Reservas originalmente recuperables y el volumen original en
sitio, POES, GOES. Generalmente se expresa como un porcentaje.
Factor de Reemplazo: También llamada Eficiencia Volumétrica de
Reemplazo (EVR). Es la relación entre los fluidos inyectados y los fluidos
producidos. Lógicamente sí esta relación es superior a 100% el yacimiento
se represuriza (aumenta la presión del yacimiento) mientras que una relación
menor a 100% indica que no se ha inyectado lo suficiente y, por ende, la
presión del yacimiento disminuirá.
Factor Volumétrico del Petróleo (Bo): Es un factor que representa el
volumen de petróleo saturado con gas, a la presión y temperatura del
yacimiento, por unidad volumétrica del petróleo a condiciones normales.
Fallamiento: Es una discontinuidad que se forma en las rocas por
fracturamiento, cuando concentraciones de fuerzas tectónicas exceden la
resistencia de las rocas. La zona de ruptura tiene una superficie más o
menos bien definida denominada plano de falla y su formación va
acompañada de un deslizamiento tangencial (paralelo) de las rocas a este
plano. Los estratos que antes coincidían se separan o desplazan uno
respecto al otro. En resumen, es un deslizamiento relativo entre bloques
rocosos adyacentes.
Flujo en Estado Estable: Condición de flujo en un sistema, donde la
presión, velocidad y densidad de las fases son constantes con el tiempo, en
cada sección transversal a la dirección de flujo.
Fracturamiento: Técnica de estimulación de pozos que se basa en crear un
canal altamente conductivo, que se extiende desde el pozo hasta una cierta
�69
profundidad horizontal en la formación, para mejora la permeabilidad en las
zonas aledañas al pozo, para así aumentar su productividad.
Gravedad API (API
gravity): Escala arbitraria de gravedad empleada
generalmente en la industria petrolera y la cual es aplicada a petróleos y
condesados líquidos
Heterogeneidad: se refiere a las variaciones areales y verticales en las
propiedades del yacimiento.
Homoclinal (homocline): es una estatigrafia de buzamiento constante.
Humectabilidad: Se conoce con el nombre de humectabilidad, a la
tendencia de un fluido a adherirse a una superficie sólida, en presencia de
otro fluido inmiscible, tratando de ocupar la mayor área de contacto posible
con dicho sólido. Esta tensión de adhesión ocurre cuando existe más de un
fluido saturando el yacimiento, y es función de la tensión interfacial. En la
siguiente figura pueden observarse dos líquidos, agua y petróleo, en contacto
con una superficie sólida, y se pueden apreciar tres casos de equilibrio de
fuerzas en la interfase agua – petróleo – sólido.
Libro de Reserva: Registro oficial que contiene los datos básicos de todos
los yacimientos de hidrocarburos explotados en el país, además de la
estadística total de las reservas probadas sometidas y aprobadas, según los
datos suministrados por las empresas operadoras de los yacimientos. Este
registro es realizado por el Ministerio del Poder Popular para la Energía y
Petróleo anualmente.
Memoria Descriptiva: Documento que describe y define proyectos y
programas técnicos aplicados a un área específica en cualquier nivel del
negocio petrolero y que, según su objetivo, permite alcanzar una mayor
rentabilidad y optimización en la capacidad de producción de petróleo. Este
�70
documento engloba un plan de desarrollo donde, generalmente, se reflejan
cálculos reales y proyecciones según el alcance del proyecto, y es
presentado por las empresas operadoras ante el Ministerio del Poder Popular
para la Energía y Petróleo para su aprobación.
Petróleo no saturado o subsaturado: Se dice que un petróleo no saturado
cuando a la presión y temperatura a la que se encuentra puede aceptar más
gas en solución (si existe gas disponible en el yacimiento) y si ocurre una
disminución de presión no se produce liberación del gas en solución.
Petróleo Original en Sitio (POES): Es el volumen total estimado de petróleo
contenido originalmente en un yacimiento a condiciones normales de presión
y temperatura (14,7 lpc y 60 °F).
Petróleo Saturado: Se dice que el petróleo está saturado cuando la presión
y temperatura a la cual se encuentra no permite más gas en solución, y si
ocurre una disminución de presión se produce una liberación de parte del
gas en solución.
Productividad: Capacidad que tiene el pozo de producir hidrocarburos,
recuperables y no recuperables, que posee un determinado yacimiento.
Unidades Sedimentarias: Es una asociación de facies que coexisten en
equilibrio de un determinado ambiente de sedimentación.
�
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Procedimiento para la caracterización de los indicadores del proceso de inyección de agua del yacimiento IB/BS 101 del campo Boscán de la cuencadel Lago Maracaibo
Creator
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Deisy Margarita Castellanos
Publisher
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Editorial Digital Universitaria de Moa
Type
The nature or genre of the resource
Tesis maestría
Date
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2015
-
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ba017307993e1db46fc63a0a091b1c65
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Tesis doctoral
SISTEMA DE INDICADORES MINEROS PARA LA EXPLOTACIÓN
SOSTENIBLE DE LOS RECURSOS MINERALES
Diosdanis Guerrero Almeida
�INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALÚRGICO
“DR. ANTONIO NÚÑEZ JIMÉNEZ”
FACULTAD DE GEOLOGÍA Y MINERÍA
DEPARTAMENTO DE MINERÍA
SISTEMA DE INDICADORES MINEROS PARA LA EXPLOTACIÓN SOSTENIBLE DE LOS
RECURSOS MINERALES
TESIS PRESENTADA EN OPCIÓN AL GRADO CIENTÍFICO DE DOCTOR EN CIENCIAS
TÉCNICAS
AUTOR: Ing. DIOSDANIS GUERRERO ALMEIDA
TUTORES: Dr. C. RAFAEL GUARDADO LACABA
Dr. C. ROBERTO CIPRIANO BLANCO TORRENS
Moa, 2003
�INTRODUCCIÓN
Los indicadores de sostenibilidad en la minería constituyen una herramienta fundamental para alcanzar el
desarrollo minero sostenible deseado. Se elaboran para medir el progreso alcanzado en este sector, con el
propósito de servir de base para brindar la información clara y precisa, promover la preocupación necesaria, y la
toma de decisiones; representan un valor de información acerca del estado, tendencia o cambio del ambiente y la
actividad minera.
Estos indicadores, relacionan la actividad geológico - minera, con lo económico-social y la ambiental,
brindando el estado sobre el deterioro, la contaminación del medio y la calidad de vida de la población generado
por la actividad minera.
En los últimos años estos instrumentos han adquirido relevancia, justamente porque brindan la imagen sintética
del conflicto entre la minería y el ambiente, facilitando la formación de opinión a la hora de tomar decisiones al
organizar, proyectar, extraer y rehabilitar los terrenos de extracción del mineral útil.
Por esta razón, el desarrollo de un sistema integral de indicadores de sostenibilidad (SIS), en el contexto minero
debe constituir un proceso de fundamento científico claro y a la vez con un contenido socio-político
expresamente reconocido.
El presente trabajo representa un paso adelante para lograr el desarrollo minero sostenible en Cuba. Constituye
el resultado de las investigaciones realizadas en la región oriental de Cuba, a partir del conocimiento de la
actividad minero-metalúrgica y de la experiencia tanto nacional como internacional adquirida en este sentido; lo
que fundamenta un SIS, como proceso dinámico y cambiante en el que deben participar todas las partes
interesadas: empresas mineras, comunidad, administraciones territoriales, instituciones y
organizaciones
científicas, ambientalistas y otros.
Como enfrentar algunos de estos retos, es el tema tratado en este trabajo, el cual está basado en experiencias
adquiridas por el autor durante las investigaciones realizadas en minas activas e inactivas ubicadas en la parte
oriental de Cuba. De igual manera, se visitaron diferentes entidades mineras de otras partes del mundo, con lo
cual se logró profundizar en el objeto de estudio.
Objeto de estudio
La explotación de los recursos minerales.
Problema
La necesidad de proyectar la explotación sostenible de los recursos minerales a través de un sistema de
indicadores.
Hipótesis
Si se emplea como herramienta un sistema de indicadores de sostenibilidad (SIS), y éste se define sobre la base
de las relaciones esenciales; capacidad de acogida - geopotencial, macizo – ambiente, se contribuirá al
desarrollo de proyectos mineros sostenibles.
Objetivo general
Diseñar un sistema de indicadores que permita proyectar la explotación sostenible de los recursos minerales.
Objetivos específicos
1. Realizar un diagnóstico del geopotencial de las minas Comandante Ernesto Che Guevara y Las Merceditas
como estudio de casos.
1
�2. Diseñar una metodología que permita la implementación del sistema de indicadores de sostenibilidad (SIS).
3. Aplicar el sistema de indicadores de sostenibilidad (SIS), como componente metodológico para la
proyección de la explotación sostenible de los recursos minerales.
La elección de los métodos de trabajo fue basada en la necesidad de seguir la secuencia lógica que imponen los
procesos de identificación, caracterización y valoración de los impactos ambientales ocasionados por la
explotación minera en cada escenario objeto de estudio, así como la estructuración de los lineamientos
metodológicos para el diseño y aplicación del sistema de indicadores de sostenibilidad (SIS).
Tomando en consideración lo antes expresado, con el objetivo de determinar el basamento teórico que sustenta
este trabajo, se realizó un análisis de los métodos científicos generales. Como resultado, se evidenció que la
teoría general de los sistemas, responde en mayor grado a los requerimientos de la investigación realizada.
Entre los métodos particulares que se han puesto en práctica están los métodos de pronósticos, de tipos
cualitativos; la valoración de criterios, Delphi, revisión de listas, Caoru Ishikagua, matricial, estudio de casos,
entrevistas, y encuestas.
Tal elección se sustenta en el hecho de que los fenómenos a investigar influyen sobre varios sistemas
relacionados entre sí, los cuales presentan características particulares que pueden ser identificadas a partir de
estos métodos, que se identifican por tener en cuenta múltiples factores, que influyen o se relacionan con la
variable que se necesita pronosticar. De ahí que, autores como [Herrera, (1985), Zayas, (1990), Gallagher y
Wátson, (1997)] y otros, los consideren muy útiles por su poder descriptivo y explicativo y por operar a partir de
los valores pasados de la variable que se pronostica.
En el desarrollo de la investigación se emplearon los estudios de la Consultora CESIGMA División América,
así como los trabajos relacionados con la caracterización minero ambiental existente en el territorio que fueron
suministrados por la dirección de las empresas mineras objeto de estudio y que caracterizan la situación minero
ambiental del territorio.
Esta bibliografía se puede catalogar de variada y abundante, justificada por el gran interés que desde el punto de
vista económico revisten los recursos minerales de la región. Resulta necesario aclarar que la bibliografía
especializada sobre indicadores es muy escasa.
Resulta evidente la necesidad de profundizar en los aspectos relacionados con la temática objeto de estudio, no
sólo por la importancia de los impactos ambientales que se producen, sino para adecuar sus actividades a las
nuevas tendencias en materia de desarrollo sostenible, de la Unión del Níquel, al Ministerio de la Industria
Básica (MINBAS) y el país.
Si bien estos desafíos estuvieron presentes en todo el proceso de realización del proyecto, se decidió trabajar en
torno a las prioridades del país y la región en el diseño de un sistema de indicadores que permita una mejor
gestión y proyectar la explotación sostenible de los recursos minerales. El proyecto desarrollado entiende que el
desarrollo sostenible no es un estado que se pueda llegar, sino mas bien un proceso, cuyas prioridades y formas
de abordaje varían de acuerdo con los contextos nacionales y locales.
Se reconoce que se trata de recursos no renovables y por tanto se pone énfasis en la continuidad del desarrollo
(especialmente local y regional) que genera la industria minera (entendiendo esto como la capacidad de
construir capital humano y social que perdure aún después del eventual agotamiento de los recursos).
2
�Se apunta a una visión a largo plazo, versus corto plazo, y al alcance regional y nacional, en contraposición a lo
estrictamente local, que se debe tener en cuenta al pensar en el desarrollo sostenible. Es necesario señalar que el
proyecto no tuvo entre sus metas decidir si la minería y el uso de los minerales son, o no, sostenibles. Tampoco
fue central la pregunta de sostenibilidad de la minería.
La investigación se centró en tratar de identificar cómo la minería puede aportar al desarrollo más sostenible y
equitativo de la región y el país basado en el manejo de indicadores mineros sostenibles.
Dar a conocer conceptos de desarrollo sostenible resulta difícil, pero no es imposible medir el grado de
sostenibilidad de la explotación minera; [Echevarría, (2001)]. ¿Cómo encontrar entonces, un procedimiento para
determinar ese grado de sostenibilidad y, por tanto, estar en condiciones de evaluar desde esa óptica las políticas
de desarrollo minero de los sistemas productivos?.
A partir de esta interrogante, el autor trabajó en el diseño de un sistema de indicadores de sostenibilidad, que
reflejan características o cualidades significativas y combinadas para obtener índices numéricos de tal forma que
proporcione una base útil en la toma de decisiones en relación con las políticas ambientales y de desarrollo
minero.
Estos indicadores pueden servir para determinar un accionar hacia la sostenibilidad de la empresa o una
evolución de ésta, hacia una situación de mayor o menor grado de sostenibilidad. Los alcances de la
investigación son:
1. La metodología para el diseño de un sistema de indicadores de sostenibilidad que permite la proyección del
desarrollo minero sostenible.
2. La valoración del geopotencial de territorio de uso minero.
3. El sistema de indicadores para la explotación minera sostenible de los recursos minerales.
Estos resultados le permiten a las unidades mineras del país y en particular las empresas Comandante Ernesto
Che Guevara, y CROMOMOA, del Ministerio de la Industria Básica (MINBAS), gestionar y proyectar sus
estrategias de trabajo para alcanzar el desarrollo minero sostenible.
Constituyen el punto de partida al conjunto de medidas que se deben emprender con vista a la recuperación de
los indicadores de calidad ambiental, contribuyendo así, a la disminución de la presión que actualmente existe
sobre los elementos del medio ambiente por parte del objeto de estudio, propiciando la continuidad de las
actividades productivas y la protección del entorno.
Como novedad científica de la investigación se mencionan los siguientes aspectos:
1. Constituye un nuevo documento de referencia teórica relación con el desarrollo sostenible de la minería
cubana.
2. El sistema, permite proyectar y tomar decisiones encaminadas a alcanzar el desarrollo minero sostenible,
siendo de gran utilidad para otras ramas y sectores de la economía.
3. La aplicación del sistema de indicadores de sostenibilidad (SIS), a partir del análisis y estudio de casos,
tomando como punto de partida la adaptación del concepto de desarrollo sostenible a las condiciones
concretas de los lugares estudiados.
Finalmente, se define el marco de análisis utilizado en el sistema propuesto, las áreas mineras seleccionadas y
sus temas respectivos, lo que se recoge mediante una exposición a través de tablas, figuras fotos y anexos.
3
�Se brinda un conjunto de indicadores de presión, estado o respuesta, indicando la disponibilidad de información
y la necesaria toma de decisiones.
El sistema de indicadores diseñado, ha sido aplicado como caso de estudio, en las minas Comandante Ernesto
Che Guevara y Las Merceditas y puede utilizarse en otros proyectos mineros que así lo consideren necesario.
En la tesis se resumen las principales bibliografías consultadas durante el desarrollo de la investigación.
Divulgación del tema
El autor ha publicado varios artículos y presentado trabajos relacionados con este tema en diferentes eventos
nacionales e internacionales. Estos trabajos son:
1. Impacto ambiental sobre el medio ambiente de la actividad minera subterránea. En III Taller Internacional
de la Protección del Medio Ambiente. [CD-ROM]. Moa, Cuba, 1999. 15 p.
2. Diseño de un método de explotación subterráneo sostenible para la mina El Cobre. En IX Conferencia
Científica del Centro de Investigación de las Lateritas, (CIL). [CD-ROM]. Moa, Cuba, 1999. 25 p.
3. Aprovechamiento de técnicas topográficas para el desarrollo sostenible. En IX Conferencia Científica del
Centro de Investigación de las Lateritas, (CIL). [CD-ROM]. Moa, Cuba. 1999.
4. Abandono y cierre de minas. En Jornada Iberoamericana sobre Cierre de Minas. Santa María de la Rabida,
2000. Disponible en: http://200.20.105.7/cyted-xiii/publicaciones.htm
5. Abandono y cierre de minas. En I Jornadas Iberoamericana sobre Cierre de Minas del CYTED. Panorama
Minero. Edición 253 [CD-ROM]. Buenos Aires, 2000a.
6. Abandono y cierre de minas. En Cierre de Minas: experiencias en Iberoamérica. Río de Janeiro:
CYTED/IMAAC/UNIDO., 2000b. p. 274-286.
7. Perfeccionamiento de la variante de explotación para el yacimiento Merceditas.. En IV Congreso
Internacional de Geología y Minería. [CD-ROM]. La Habana,2001.
8. Importancia del cierre de minas para alcanzar el desarrollo sostenible. En III Convención Internacional sobre
Medio Ambiente y Desarrollo. Desarrollo sostenible: Realidad o sueño a 10 años de la Cumbre de Río.
[CD-ROM]. La Habana, 2001.
9. Criterios generales para alcanzar el desarrollo sostenible en la actividad minera. En III Convención
Internacional sobre Medio Ambiente y Desarrollo. Desarrollo sostenible: Realidad o sueño a 10 años de
la Cumbre de Río. [CD-ROM]. La Habana, 2001.
10. Propuesta de variante de explotación para la mina Las Merceditas. En III Convención Internacional sobre
Medio Ambiente y Desarrollo. Desarrollo sostenible: Realidad o sueño a 10 años de la Cumbre de Río.
[CD-ROM]. La Habana, 2001.
11. Importancia del cierre de minas para alcanzar el desarrollo sostenible. En III Encuentro Nacional de
Derecho Minero. IV Encuentro Latinoamericano y del Caribe de Legislación Minera. [CD-ROM].
Buenos Aires, 2001.
12. Criterios Generales para alcanzar el desarrollo sostenible en la actividad minera. En III Encuentro Nacional
de Derecho Minero. IV Encuentro Latinoamericano y del Caribe de Legislación Minera. [CD-ROM].
Buenos Aires. 2001.
13. Perfeccionamiento de la variante de explotación para la mina Las Merceditas. En X Conferencia Científica
del Centro de Investigación de las Lateritas, (CIL). [CD-ROM] Moa, Cuba, 2001.
4
�14. Impacto del cierre de minas sobre las comunidades mineras. En I Conferencia Internacional sobre
Comunidades Mineras. [CD-ROM] . Moa, Cuba, 2002(a).
15. Impacto socio-económico y ambiental de la aplicación de variantes de explotación mineras sostenibles en
algunos yacimientos de la región oriental de Cuba. En I Conferencia Internacional sobre Comunidades
Mineras. [CD-ROM] Moa, Cuba, 2002(b).
16. Aprovechamiento de las minas abandonadas en beneficio de la comunidad. En I Conferencia Internacional
sobre Comunidades Mineras. [CD-ROM], Moa, Cuba, 2002(c).
17. Ventajas con la utilización del método de explotación de minería por chimeneas para la explotación de la
mina Las Merceditas. En III Conferencia Internacional de Aprovechamiento de Recursos Minerales,
CINAREM-2002. [CD-ROM] Moa, Cuba, 2002
18. Criterios generales de sostenibilidad para la minería. Disponible en
http://200.20.105.7/cyted-
xiii/publicaciones.htm. Junio del 2002
19. Criterios generales de sostenibilidad para la actividad minera. En Indicadores de sostenibilidad para la
industria extractiva mineral. Río de Janeiro: CNPq/CYTED, 2002, p. 93-115
20. General Criteria of the Sustainability for Mining Activity. En Indicators of Sustainability for the mineral
extraction industry. Río de Janeiro: CNPq/CYTED, 2002, p. 89-110
21. Para un desarrollo sostenible en la minería. Cimientos, Año3. (5): 43- 45, La Habana. 2002
22. Aplicación de un sistema de indicadores de sostenibilidad para el ordenamiento territorial en regiones
mineras para la industria minera. En I Reunión Iberoamericana de la Red-CYTED XIII-E,
”Ordenamiento del territorio y Recursos Minerales”. ISMM. Moa. Cuba. 24-26 de Nov. 2002.
Disponible en: http://200.20.105.7/cyted-xiiie/publicaciones.htm. Junio del 2002
23. Propuesta del sistema de indicadores de sostenibilidad para la industria extractiva minera. En V Congreso
Internacional de Geología y Minería. [CD-ROM] La Habana, 2003
24. La conservación del patrimonio geológico y minero como medio para alcanzar el desarrollo sostenible.
Minería y Geología. 20(1). 2003
25. Propuesta de variante de explotación sostenible para el yacimiento Merceditas. Minería y Geología. 14(1).
2004
Principales eventos en los que el autor ha expuesto los resultados de la investigación
Eventos internacionales
1. III Taller Internacional de la Protección del Medio Ambiente. Moa, Cuba, 1999.
2. I Jornada Iberoamericana sobre Cierre de Minas. Santa María de la Rábida, Huelva, España. 2000.
3. IV Congreso Internacional de Geología y Minería. La Habana, Cuba. 2001.
4. III Convención Internacional sobre Medio Ambiente y Desarrollo. Desarrollo sostenible: Realidad o sueño a
10 años de la Cumbre de Río. La Habana, Cuba. 2001
5. III Encuentro Nacional de Derecho Minero. IV Encuentro Latinoamericano y del Caribe de Legislación
Minera. Buenos Aires. Argentina. 2001.
6. I Reunión Iberoamericana de la RED-CYTED XIII-D. Moa, Holguín, Cuba. 2001.
7. I Conferencia Internacional sobre Comunidades Mineras. Moa, Febrero del 2002.
5
�8. III Conferencia Internacional de Aprovechamiento de Recursos Minerales, CINAREM-2002. Moa, Mayo
del 2002.
9. I Reunión Iberoamericana de constitución de la RED sobre Indicadores de Desarrollo sostenible para la
Industria Extractiva. Amazonia Oriental, Carajás, Brasil. Julio 2002.
10. I Reunión Iberoamericana de la Red-CYTED XIII-E, Ordenamiento del territorio y Recursos Minerales ,
ISMM. Moa. Cuba. Nov. 2002.
11. V Congreso Internacional de Geología y Minería. La Habana. Cuba. Marzo 2003.
Eventos nacionales
1. Jornadas Científicas Estudiantiles. Moa, Holguín, Cuba. 1999.
2. IX Conferencia Científica del Centro de Investigación de las Lateritas, (CIL). Moa, Holguín, Cuba. 1999.
3. XII Forum de Base y Municipal de las Brigadas Técnicas Juveniles. Moa, Holguín, Cuba. Febrero y Marzo
del 2000.
4.
X Conferencia Científica del Centro de Investigación de las Lateritas, (CIL). Moa, Cuba. 2001.
5. XV Forum de Base de Ciencia y Técnica del ISMM. Moa. Cuba. Julio -2003.
CAPITULO I. MARCO TEORICO CONCEPTUAL DE LA INVESTIGACION
I. 1 Estado actual de esta problemática en el mundo
Entre las primeras discusiones efectuadas en torno al tema se señalan las de 1972, año en el cual fue celebrada
en Estocolmo, Suecia, la Conferencia sobre Medio Ambiente Humano, donde por primera vez se discute el
concepto de desarrollo sostenible, [Barreto, (2001a y b)]. Cuatro año después, en 1976, fue desarrollada la
Conferencia de las Naciones Unidas sobre Asentamientos Humanos, la que contribuyó a llamar la atención
sobre el papel que desempeña la satisfacción de las necesidades básicas del desarrollo sostenible.
Es en 1985 donde se comienzan a desarrollar metodologías para la creación de indicadores ambientales. La
Comisión Económica para Europa, (CEPE) de las Naciones Unidas desarrolla en esa fecha, una propuesta de
sistema de indicadores medioambientales. También en ese período, los Países Bajos presentaron un sistema con
un enfoque político, [Vallejo, (2000)]. En esta etapa se realiza por parte del gobierno de Canadá una propuesta
de metodología para el diseño de indicadores denominada enfoque de estrés, con fines primordiales de
identificar las fuentes de problemas ambientales de envergadura global y nacional en dicho país, [Daly, (1990)].
Por primera vez, se establecieron una serie de indicadores representativos del estado del ambiente.
En 1987, la Comisión Mundial sobre Medio Ambiente y Desarrollo de las Naciones Unidas (Comisión de
Brundtland), revitalizó el concepto de desarrollo sostenible, al el Informe Brundtland, [Rodríguez da Costa,
(1999)].
El 22 de diciembre de 1989, la Asamblea General de la Organización de las Naciones Unidas, (ONU) aprobó la
Resolución 44/228, que convocó a una reunión mundial sobre temas del desarrollo y el medio ambiente,
[Munasinghe, (2000)].
Uno de los primeros trabajos desarrollados en esta temática, ha sido la identificación de indicadores
ambientales seleccionados para proporcionar el sustento empírico de los planes nacionales para la política
ambiental (NEPP) en proceso de preparación desde 1989, y de las correspondientes evaluaciones de logros en
los Reportes Nacionales sobre el Ambiente (NEO) en los Países Bajos, [Adriaansse (1993) y Bakkes, (1994)].
6
�En el año 1991, previo a la Cumbre de Río se publica el informe Cuidar el planeta Tierra; una estrategia para el
futuro de la vida, [UICN, PNUMA y WWF, (1991)], debatido y difundido un año después en ocasión de
desarrollarse la llamada Cumbre de la Tierra, en Brasil en 1992. En la Conferencia de Río, Cumbre de las
Naciones Unidas sobre el Medio Ambiente y cinco años después en 1997 en la de Nueva York, se retoma este
tema, centrándose la atención en los vínculos y dependencia del desarrollo económico y social de la protección
del medio ambiente y del uso racional de los recursos naturales. Durante la Cumbre Mundial de Río, el Consejo
Empresarial para el Desarrollo Sostenible ( BCSD), enfatizó que: "el comercio y la industria necesitan
herramientas para ayudar a medir el desempeño ambiental y desarrollar técnicas de gestión ambiental",
[CEPIS,(2001)].
En respuesta a tales necesidades, la orientación de la Organización Internacional de Normalización, ( ISO), fue
especialmente requerida en el campo ambiental la cual priorizó lo relacionado con la evaluación de los aspectos
que planteaban grandes desafíos ambientales, para lo cual se estableció un Grupo de Asesoría Estratégica sobre
temas ambientales ( SAGE), [IIED, (1998)].
En 1993 siguiendo las recomendaciones de la SAGE, se creó el Comité Técnico 207 sobre Gestión Ambiental
de la ISO para desarrollar normas en las áreas de gestión ambiental, auditoria ambiental, etiquetado ecológico,
evaluación del ciclo de vida, términos y definiciones, entre otras, con lo cual se da un importante paso evolutivo
para la identificación de indicadores de desarrollo sostenible, (IDS). [CEPYS,(2001)]. Otra de las instituciones
internacionales creada para cumplir este propósito lo constituye la Comisión de las Naciones Unidas para el
Desarrollo Sostenible (CNUDS), oficializada en esa etapa a nivel de la ONU, [UN-CSD, (1993)].
En 1993 fue propuesta y lanzada al debate internacional por la Organización para la Cooperación Económica y
el Desarrollo, (OECD), una nueva metodología para el diseño de IDS. Esta ha sido denominada enfoque de
Presión-Estado-Respuesta (PER); [OECD, (1991, 1994 y 1999)]. Esta metodología es la más conocida y
aceptada en el debate internacional y ha sufrido diferentes modificaciones e interpretaciones, [SCOPE, (1996)].
Simultáneamente varios países hicieron lo propio, destacándose los sistemas de indicadores nacionales de
Estados Unidos, Canadá, La Unión Europea y Australia. En Estados Unidos en particular también se han
generado sistemas de indicadores estatales. [Nieto, (2002)]. Desde 1994, el Departamento de Coordinación de
Políticas del Desarrollo Sostenible (DPCSD) de la ONU, ha sido responsabilizado con la coordinación técnica
de estas ambiciosas iniciativas.
En 1995 se presentó la iniciativa de IDS de la CNUDS siguiendo el marco PER, pero modificándolo por una
terminología llamada Fuerza de Impulso-Estado-Respuesta (F-E-R), donde se incluye además el postulado de
que no se parte de la existencia de una relación causa-efecto entre los distintos elementos agrupados bajo F, E y
R, respectivamente, [Spangenberg, (1996)]. Similar versión es el llamado Presión-Estado-Impacto/EfectoRespuesta (P-E-I/E-R), que ha sido desarrollado por Winograd (1995, 1997), para el proyecto de indicadores
del CIAT/PNUMA para América Latina. En este mismo año, fueron realizadas otras versiones por el Comité
Científico sobre Problemas Ambientales (SCOPE) y la Fundación de una Nueva Economía ( NEF) en
Inglaterra, caracterizadas por ser mucho más críticas, [SCOPE, (1995)].
En 1996, Spangenberg realiza nuevos aportes a estas metodologías, al introducir el concepto del espacio
ambiental y sus implicaciones para los IDS y las correspondientes políticas económico-ecológicas, difundidas
en los últimos años en los diseños de IDS sobre Europa Sostenible, [Friends of the Earth Netherlands, (1993);
7
�Friends of the Earth Europe , (1995)]. En agosto el DPCSD divulgó un voluminoso compendio, con hojas
metodológicas, de indicadores ambientales, preseleccionados en 1995, [UN-CSD (1996)].
Entre los documentos e instituciones que brindan valiosa información sobre la influencia de la minería y la
explotación de los recursos naturales a escala mundial, [Hammond, (1995)]; se destacan los reportes anuales o
bianuales sobre el medio ambiente en el contexto del desarrollo socio-económico del Instituto Worldwatch,
[Brown, (1996)], Instituto de Recursos Mundiales, [WRI, (1996, 1997)], así como el Banco Mundial
inicialmente con su serie Informes sobre el Desarrollo Mundial desde 1995, entre los que se destacan el informe:
Monitoreando el Progreso Ambiental, [WB, (1995)].
Al realizarse la Primera Jornada Iberoamericana sobre Cierre de Minas, en Huelva, España por el subprograma
Tecnología Mineral del Programa de Ciencia y Tecnología para el Desarrollo, (CYTED); se señaló la necesidad
de crear indicadores que permitan, mejorar la calidad de vida de las comunidades minera, [Fernández, (2000)].
Un paso importante en el diseño de sistemas de indicadores para la industria minera, lo constituye la
metodología propuesta por la Global Reporting Initiative (GRI), para la elaboración de reportes de
sostenibilidad sobre las actuaciones económicas, medioambientales y sociales de las empresas mineras, la cual
parte de las tres dimensiones del concepto de desarrollo sostenible y establece la necesidad de incorporar los
indicadores de sostenibilidad a otras actividades humanas.
Un grupo de investigadores de la Escuela de Ingeniería del Ambiente de la Universidad de Surrey en el Reino
Unido de la Gran Bretaña, lidereado por Azapagic, (2000), propuso un sistema de indicadores para la industria
minera; a partir del análisis del ciclo de vida de los minerales, integrado por tres componentes, (impacto
ambiental, eficiencia ambiental y acciones voluntarias).
Vargas, y Forero (2000), proponen un sistema de indicadores a partir del estudio y análisis de las condiciones
minero-geológicas concretas de yacimientos minerales de Colombia, con lo cual aplican una metodología que
integra las dimensiones del concepto de desarrollo sostenible.
La presentación del informe del 2001 titulado Indicadores de Desarrollo Sostenible, en la reunión del Forum
Económico Mundial, celebrada en Davos, (Suiza), permitió medir a nivel internacional el comportamiento de
las empresas utilizando indicadores ambientales, [González, (2002)].
En este mismo sentido, en el año 2001 se aprueba el VI Programa de Acción de la Unión Europea en materia
de Medio Ambiente, [CCE, (2001)]. Este documento incluye la gestión sostenible de los recursos no renovables
necesarios para la gestión ambiental.
El proyecto internacional Minería, Minerales y Desarrollo Sostenible, (MMSD), destaca la necesidad del
desarrollo minero sostenible a escala mundial, [Merni, (2001)].
Valencia, (2001), propone un sistemas de indicadores para la minería aurífera de Colombia basado en variables
técnicas y económicas, que permiten determinar el estado de esta industria.
En el 2002 se desarrolla la reunión de PRE-RED sobre indicadores de desarrollo sostenible para la industria
extractiva, en la Amazonia Oriental, en la localidad de Carajás, Brasil; promovida por CYTED-XIII. En esta
ocasión fue aprobada la Declaración de Carajás, que expresa el interés internacional prestado al tema de
desarrollo sostenible y su vínculo con la minería y la necesidad de implementar sistemas de indicadores que
respondan a los intereses específicos de cada lugar.
8
�Gordillo (2002), propone un sistema de indicadores de sostenibilidad basada en el estudio del proyecto
Tambogrande en Perú. Martín, González y Vale, proponen indicadores de sostenibilidad para la minería, donde
insertan nuevas variables, tomando en consideración la legislación ambiental y los indicadores de productividad
minera.
En marzo del 2002, con motivo de celebrarse en Barcelona, la Cumbre de la Unión Europea (UE), la Agencia
Europea del Medio Ambiente, (AEMA) realiza una propuesta de IDS a partir de la aplicación de la metodología
de tipo PER. Para ello, la AEMA aportó datos y evaluaciones de los IDS, para medir los progresos en las
dimensiones ambientales de la estrategia de desarrollo sostenible, [EEA, (2000)].
En el año 2002, se desarrolló la Cumbre Mundial sobre Desarrollo Sostenible en Johannesburgo, Sudáfrica en
la cual se establecen medidas específicas y concretas para solucionar los problemas que afectan a la humanidad,
[CAMMA, (2002)].
Si se realiza un análisis de la evolución que ha tenido el diseño metodológico de indicadores de sostenibilidad
en el mundo, y se toma como base el compendio elaborado por el Instituto Internacional para el Desarrollo
Sostenible, (IISD), el Banco Mundial y las organizaciones anteriormente citadas en este acápite, se aprecia que
hasta 1999, aparecen reconocidas en todo el mundo, 124 iniciativas diferentes de sistemas de indicadores
ambientales y de sustentabilidad. Si se le agregan 4 iniciativas más reportadas en los últimos 2 años, por la
Agencia de Protección Ambiental (EPA) de los Estados Unidos y por la OCDE, tenemos 129 en total, lo cual
brinda una idea general del desarrollo y evolución que esta temática ha tenido.
I. 2 Estado actual de esta problemática en Cuba
En Cuba, esta temática es nueva y tiene como antecedentes las investigaciones realizadas por Montesino et al.,
(1964) y Castro, G., et al., (1964). En estos trabajos los autores realizan un análisis de las causas que condujeron
al cierre de las minas de manganeso, El Cristo y Charco Redondo, respectivamente. Estos trabajos sirvieron de
base al autor para el diseño del sistema de indicadores de sostenibilidad propuesto.
Durán (1984), Smirniakov y Blanco, (1987) y Gonzalo, (1997), realizan un estudio para valorar la posible
utilización con otros fines de la economía de las minas subterráneas del yacimiento de cromo Moa-Baracoa.
Las investigaciones desarrolladas por Naranjo en 1987, aportan datos que posibilitan analizar el comportamiento
histórico de los efectos ocasionados por la actividad minero metalúrgica sobre el medio ambiente de la región de
Moa.
El estudio del Nuevo Atlas Nacional de Cuba (NANC), de 1989 resultó de notable interés dado los contenidos
y datos estadísticos que este documento recoge, los cuales sirvieron para caracterizar la región objeto de estudio.
La revisión de la legislación y normas nacionales e internacionales aplicables y vigentes, (Constitución de la
República de Cuba, Ley 76 de Minas, Ley 81 del Medio Ambiente, Ley de Inversión Extranjera, Estrategia
Ambiental Nacional, etc.), fue realizada con el objetivo de enmarcar la investigación en el contexto legal
vigente.
Las investigaciones desarrolladas por Rojas (1993), permitieron conocer las características y propiedades de
diferentes minerales presentes en esta región minera de Moa. Los trabajos desarrollados por Proenza (1997),
Rodríguez I. (1999), Hurtado, (1999); Cartaya, (2000); Mondejar, (2001) y Rodríguez P. (2002), sobre la
situación geológica y ambiental de la región y los yacimientos de cromo refractario, facilitaron la
caracterización general de los escenarios mineros estudiados. Las investigaciones de evaluación del impacto
9
�ambiental de la minería desarrolladas por Romero en 1999, reflejan los principales problemas ambientales de la
industria de materiales de la construcción en las provincias de Holguín y Santiago de Cuba.
Los trabajos desarrollados por Guardado en 1997, son de notable interés, ya que en ellos el autor expone un
método para evaluar e inventariar los componentes ambientales más importantes para los estudios de
ordenamiento territorial de las áreas urbanas y suburbanas de la ciudad de Moa. Más adelante, Vallejo y
Guardado realizan una propuesta de indicadores ambientales sectoriales para el territorio de Moa, con criterios
sostenibles. En esta misma dirección, Breffe, en el 2000, realiza un interesante trabajo al estudiar el impacto
socio-ambiental en la comunidad urbana de Moa.
Las investigaciones desarrolladas en el 2001 por Maden, Montero y Valdés, reflejan la necesidad de establecer
indicadores de sostenibilidad que permitan medir el comportamiento de la minería y el hombre sobre la
naturaleza.
I. 3 Metodología de la investigación
La investigación fue dividida en tres etapas, donde la elección de diferentes métodos de trabajo se basa en la
necesidad de seguir la secuencia lógica que imponen los procesos de identificación, caracterización y valoración
de los efectos que ha provocado la explotación minera sobre el ambiente, así como la elaboración de
lineamientos metodológicos que permiten proyectar un desarrollo minero sostenible en Cuba, a través del
sistema de indicadores de sostenibilidad, (SIS).
A partir de esta premisa, los métodos científicos particulares que fueron seleccionados y aplicados en cada
etapa, son los siguientes:
Revisión bibliográfica y procesamiento de la información: En esta etapa, se realizó el estudio y análisis
bibliográfico de los antecedentes de la problemática actual vinculada con el concepto de desarrollo
sostenible a escala global y sus tendencias actuales. Se determinó que lo métodos a aplicar en la
investigación son: la teoría general de los sistemas y los métodos de pronósticos de tipos cualitativos. Para
la selección de los grupos de expertos, se utilizó un muestreo aleatorio simple, por las características de la
investigación.
Diagnóstico del geopotencial en los escenarios mineros: En esta etapa se realizó la selección, identificación
y caracterización de las minas con la aplicación de una metodología diseñada para ello, dando como
resultado el diagnóstico territorial. Se tomaron como base los métodos de estudio de casos, entrevistas y las
encuestas, los cuales permitieron identificar los parámetros principales de cada escenario objeto de estudio.
Diseño del sistema de indicadores de sostenibilidad y su aplicación en los escenarios de uso minero del
territorio: Esta etapa constituyó el componente experimental de la investigación, la cual proporcionó la base
de datos para la valoración del sistema de indicadores de sostenibilidad (SIS). Se aplicaron los métodos de:
revisión de listas, Caoru Ishikagua, matriciales, entrevistas, y encuestas. Finalmente, la ponderación de los
distintos indicadores implicó establecer la importancia de cada uno de ellos, la cual se expresó en forma de
% del valor total, donde la aplicación del método Delphi y la valoración de criterios, jugaron un importante
papel.
I. 4 Base teórica de la investigación
Con el objetivo de determinar el basamento teórico que sustenta la investigación, se realizó un análisis de los
métodos científicos generales. Se evidenció que la particularidad de estos métodos reside en la integridad de su
10
�aparato conceptual. Es difícil, al nombrar cualquier concepto afirmar que pertenece exclusivamente a un
determinado método.
La integridad metodológica de uno u otro enfoque científico no está condicionada por un concepto, por
fundamental que sea, sino, por el sistema de ellos, por sus vínculos y relaciones con otros conceptos que forman
la estructura del método, [Ibarra, (2001)]. Cada enfoque científico general es un sistema particular de los
métodos correspondientes, y todos están internamente relacionados entre si e interrelacionados mutuamente con
los métodos científicos generales.
La base teórica de la presente investigación parte de la relación existente entre la explotación de los recursos
minerales y la sociedad, los cuales constituyen subsistemas de otros sistemas más amplios y diferentes, pero
relacionados institucionalmente entre sí, es decir, la Unión del Níquel para el caso de las minas Comandante
Ernesto Che Guevara y Las Merceditas; (que a su vez pertenece al Ministerio de la Industria Básica) y las
comunidades de Moa, Punta Gorda y La Melba; (las cuales forman parte del municipio de Moa).
El sistema de indicadores de sostenibilidad propuesto, se caracteriza por presentar elementos heterogéneos
(como el impacto ambiental, la tecnología, las relaciones comunitarias, etc.), que inciden en cada uno de los
sistemas anteriormente señalados y que es necesario tratar de forma integral e interdisciplinaria y abierta,
requiriendo la búsqueda de las vías que correlacionen elementos con estas características.
A pesar de que los métodos científicos generales no pueden ser absolutizados, ni tratados como la llave maestra
de todos los problemas científicos, la teoría general de los sistemas, responde en mayor grado a los
requerimientos de la investigación a realizar.
Según Fedoséev (1978), el concepto sistema, en determinada relación, está muy cercano al concepto conjunto
(cada sistema puede ser examinado como un conjunto) aunque, atendiendo a su naturaleza metodológica, son
conceptos sustancialmente diferentes. Al formar un conjunto, los elementos iniciales son aquellos cuya
selección da lugar a unos u otros conjuntos. Bertalanffy (1985), considera que esta teoría se debe basar en el
estudio de datos empíricos de los objetos y a partir de estos, buscar ciertas características generales y establecer
las leyes de los sistemas y su clasificación.
Ross Ashby (1985), parte del concepto del conjunto dado de todos los sistemas posibles, en el que incluye a
todos los sistemas, objetos y fenómenos de la índole más diversa. Otros investigadores como Laín (2002) y
algunos miembros del Centro de Investigaciones de Sistemas de Los Estados Unidos., han centrado su atención
en la posibilidad de vincular el estudios de los sistemas a los métodos matemáticos.
La teoría general de los sistemas, constituye más bien un programa, que independientemente de todas las
interpretaciones y variantes en que se manifiesta tiene como propósito común, integrar diversas áreas del
conocimiento mediante una metodología unificada de investigación, [Mesarovich, (1996)].
En el proyecto de investigación, el carácter sistémico se manifiesta en el análisis que va desde el SIS propuesto,
hasta el elemento o variable final, (indicador). Este punto de vista excluye la idea de que las propiedades de los
elementos condicionan las propiedades del sistema. Es por ello que el análisis del objeto de estudio de la
investigación, está relacionado con el sistema al cual pertenece.
Lo sistémico se opone a lo dividido en partes, a lo que no tiene relación, se opone al elemento; sin embargo, lo
presupone y no puede prescindir ni de las partes ni de los elementos. El SIS, se concibe como una unidad,
11
�conjunto, totalidad, ya sea de partes, elementos o subsistemas y las relaciones entre éstos se explican mediante
los conceptos de vínculos, interrelación e interacción.
Tomando la totalidad del sistema como punto de partida, el SIS representa un elemento integrador de variables
interconectadas, como una unidad con el medio, y como subsistema de sistemas de orden superior. De ahí que,
se defina como sistema pues:
• Se considera como una determinada totalidad, de la cual se desprende por principio la imposibilidad de
reducir sus propiedades a la suma de las propiedades de sus elementos componentes.
• Se tiene en cuenta su naturaleza jerárquica, considerando a cada uno de sus componentes como sistema, y al
propio sistema investigado como un componente de otro sistema más amplio, confeccionando para ello los
medios de análisis de cada uno de estos subsistemas.
• Se aplica el principio de multiplicidad de descripciones en la caracterización de los sistemas objetos de
estudio, para obtener un conocimiento adecuado sobre los mismos, capaz de abarcar sólo determinados
aspectos de la totalidad y de la jerarquía de los sistemas en cuestión.
De ahí que el diseño, valoración y validación del SIS, se realice considerándolo como elementos de un sistema
más amplio, y en tanto que la solución de dicha tarea sólo es posible, a condición de tratar éste, como sistema.
CAPITULO II. DIAGNOSTICO DEL GEOPOTENCIAL EN LOS ESCENARIOS DE USO MINERO
DEL TERRITORIO
II. 1 Escenario de la mina Comandante Ernesto Che Guevara
Medio geológico
El relieve está compuesto por montañas, laderas abruptas y el resto está ocupado por altiplanos. Es muy
frecuente encontrar dentro del territorio la formación de barrancos en las partes altas y medias de los ríos que lo
atraviesan en dirección sur a norte. El yacimiento de Punta Gorda, se enmarca en un relieve moderado, con
inclinación hacia el Norte, teniendo rangos de pendientes variables, con poca complejidad para su explotación.
Está representado por gabros, harzburguitas serpentinizadas.
El mineral yace en forma de capa y bolsones cuya potencia promedio es de 10-30 m, siendo la zona Sur la de
mayor potencia; la potencia promedio de estéril es de 6-10 m, siendo la relación de escombro mineral
aproximadamente de 0.45 m3/Tm.
La materia prima útil en el yacimiento está constituida por dos tipos de menas, que son: laterita niquelífera de
balance (LB) y serpentinas blandas niquelífera de balance (SB). Las menas lateríticas de balance aunque a
veces pueden aparecer con altos índices de sílice y magnesio son generalmente ricas en Fe. Ni y Co. Las rocas
estériles están constituidas por las de basamento de la corteza de intemperismo, que poseen bajos contenidos de
óxido de níquel (Ni 0,9%) aunque puede darse el caso de que algunas muestras tengan contenidos altos de este
componente, [Espinosa y Antonio, (2000)].
Tres horizontes acuíferos aparecen en la corteza de intemperismo, (los cercanos a la superficie, de los estratos
clásicos de la corteza de intemperismo de superficie y los de la serpentinita agrietada). Las fuentes principales
de abastecimiento de agua al yacimiento Punta Gorda, están dadas por el río Yagrumaje.
Medio ecológico
La vegetación de la región se caracteriza por la presencia de 7 formaciones vegetales naturales: el bosque
tropical ombrófilo, el bosque tropical ombrófilo de árboles latifolios y aciculifolios, el bosque tropical
12
�ombrófilo aluvial, el bosque tropical mesófilo de baja altitud, el bosque tropical de coníferas, el matorral
tropical xeromorfo espinoso, el matorral tropical xeromorfo, y el manglar. Estas formaciones vegetales ocupan
alrededor de un 90 % del territorio, un 10 % está ocupado por ecosistemaas de reemplazos.
En el territorio de Moa donde se ubica el yacimiento Punta Gorda, se reporta un total de 345 especies de las
cuales el 92 % están en los ecosistemas naturales antes mencionados, así como 213 son consideradas endémicas
que representan un 23 % del endemismo del territorio, [Maden, (2001)]. De estas especies endémicas 17 son
exclusivas de Moa, 5 están en peligro de extinción y 20 son catalogadas de vulnerables a desaparición. El
microclima lluvioso y la combinación de montañas y costas contribuyen al aumento de la diversidad de plantas
por lo que se pueden encontrar pinares, pluvisilvas charrascos y bosques de galerías.
Medio minero
El yacimiento se encuentra explorado y desarrollado en distintas redes de perforación, (400x400), (300x300) y
(100x100), para el estudio de sus reservas y características geológicas, [Espinosa y Antonio, (2000)]. Desde sus
inicios y hasta la actualidad, se explota a cielo abierto. El método de explotación más empleado es el de
transporte en un escalón, con arranque y carga directa mediante excavadora de arrastre al transporte automotor.
La dirección de los frentes de trabajo en el plano es en abanico. Según las exigencias del plan de producción, la
dirección del arranque en el perfil es horizontal extrayendo toda la altura de la capa de una vez. Los procesos
tecnológicos de la mina se caracterizan por los siguientes elementos: desbroce, destape, construcción de
caminos, trabajos de drenaje, extracción y transporte.
Medio socio-económico
El escenario se encuentra ubicado en una de las regiones minero-metalúrgicas más desarrolladas del país. El
municipio de Moa representa el centro urbano principal de la zona. Como mesoregión, presenta valores
intermedios de densidad vial (12-19,9 Km./Km.) su grado de urbanización está entre el 60 y el 80 %. La
población del municipio es superior a los 68 500 habitantes. El sistema de asentamiento tiene dos centros
urbanos, la cabecera municipal Moa y Punta Gorda, [Gutiérrez y Rivero, (1997)].
Próximo a este escenario aparecen además, dos plantas procesadoras de mineral de níquel y cobalto: la empresa
estatal socialista Comandante Ernesto Che Guevara y la empresa mixta cubano-canadiense Moa-Níquel S.A.
Comandante Pedro Soto Alba; una fábrica en construcción; Las Camariocas y otras entidades, pertenecientes a
la Unión del Níquel que sirven de apoyo a esta industria y a otras ramas de la economía.
II. 2 Escenario de la mina Las Merceditas
Medio geológico
En el yacimiento predominan fundamentalmente tres tipos de rocas: peridotitas (harzburgitas), dunitas y gabros
clasificadas como rocas duras y semiduras, agrietadas y suficientemente fuertes y estables, [Proenza, (1997)]. Su
resistencia a la compresión varía en los rangos de 605 a 739 MPa, y su coeficiente de fortaleza entre 6.05 y 7.39,
[Bartelemi, (2001) y [Mondejar, (2001)]. Las dunitas son las que por lo general le sirven de envoltura a los
cuerpos minerales, su color varía desde verde hasta pardo rojizo, los granos son finos, estructura masiva, con
grietas rellenas de kerolita y/o serpofita o carbonatos y por lo general con alto grado de serpentinización. Los
gabros son de color blanco, de granos finos, estructura masiva, agrietados y aparecen en forma de diques,
[Cartaya, (2000)].
13
�Desde el punto de vista ingeniero geológico tanto en el mineral como las rocas, la circulación del agua es por las
grietas, el coeficiente de filtración es bajo, [Reimundo, (1996)]. Las aguas subterráneas son clasificadas según
Kurlov como aguas hidrocarbonatadas-cloruradas-magnesianas y, por su PH son consideradas ligeramente
básicas, con mineralización de 0.1 g/L. Estas rocas son poco permeables y la afluencia de agua aumenta en las
zonas de mayor agrietamiento causado por grandes fallas, [Cartaya, (1996,1999 y 2000)].
El yacimiento está compuesto por tres depósitos minerales independientes. Los minerales metálicos
hipergénicos secundarios presentes en la mena son: digenita, dilatosita, granerita, hidróxidos de hierro y otros.
El mineral está representado por espinelas cromiferas, silicatos y granos de olivinos serpentinizados, la fortaleza
del mineral son de 7 a 8 y su peso volumétrico es de 3.8 t/m3 y el coeficiente de esponjamiento es de 1.4, [Noa,
(1996, 2003); Mondejar, (2001)]. Entre las menas y las harzburgitas, generalmente se desarrolla un cuerpo
dunítico de poca potencia. Las rocas que componen este yacimiento están completamente serpentinizadas, cuyos
contenidos de espinela cromíferas son de (80 – 95)%, (60 –85)% y del 50 % respectivamente. La mena está
compuesta fundamentalmente por: Cr2O3, SiO2, CaO, Al2O3, FeO, MgO, [Proenza, (1997)].
Medio ecológico
El área se encuentra ubicada dentro del parque nacional Alejandro de Humboldt, y al igual que el escenario
anteriormente descrito, la misma es de un alto interés de conservación florística del país. La vegetación de la
región es tropical y depende de la orografía de cada zona; [Ávila, (2000)]. En estas zonas encontramos las
pluvisilva de montañas a una altura de 300 – 600 m, Falero, (1996); Cuesta, (1997) y Reimundo, (1998)].
Medio minero
La apertura del yacimiento se realizó a través de tres socavones, que fueron contribuyendo inicialmente con las
labores de exploración geológica y luego con la explotación de los cuerpos minerales, tal como ha sucedido con
el Lente 1, [Noa, (1996)]. El yacimiento se explota desde el año 1981 por el modo subterráneo. Los métodos de
explotación que más se han utilizado son los que pertenecen a la zona de arranque abierta. De esta clase se
utilizan cámaras y pilares y arranque por subnivel pertenecientes al grupo 4 y 5 respectivamente, [Blanco et. al,
(1999)]. A partir del año 2000 se comenzó de manera experimental el método de explotación de minería por
chimenea. Entre las instalaciones que constituyen esta unidad minera se encuentran la micro presa, mina
subterránea, taller de mantenimiento de los equipos, mini hidroeléctrica, albergues, zaranda, termoeléctrica,
oficinas administrativas y el comedor obrero.
Medio socio-económico
El escenario socio económico desde sus inicios hasta los años setenta estuvo muy ligado a la comunidad de
Punta Gorda y el poblado rural de La Melba. Estas comunidades se han distinguido por tener una población
polarizada a la actividad minera. Al sur de la región y próximo al yacimiento se desarrolla principalmente la
ganadería y la explotación de recursos forestales, que son abundantes en la zona. Además se lleva a cabo el
cultivo de coco, café y cacao.
Con el triunfo de la revolución en 1959 y la presencia del Comandante Ernesto Che Guevara Punta Gorda se
convierte en un centro comunitario con determinado desarrollo social. El proceso de desarrollo minero en los
años sesenta y mediado de los setenta provoco un fuerte proceso migratorio a la región generando un mayor
crecimiento poblacional en este barrio del municipio de Moa. La tasa de crecimiento ha estado en el ritmo de
14
�3.3/1000 para los años de la década de los 50, 8,9/1000 en los 60 y 20.0/1000 en 1980-90 estos índices
disminuyeron con el periodo especial estabilizándose a 6/1000, [Maden, (2001)].
Ésta comunidad, posee una infraestructura que le permite mostrar elevados índices sociales y de salud. La
construcción de un policlínico, varios consultorios de médicos de familia, un centro comercial, escuelas
primarias y otras instalaciones sociales, luego del triunfo de la revolución, mejoraron notablemente la calidad
de vida de los pobladores de esta comunidad minera. La red vial se ha desarrollado a partir de la construcción de
las vías principales de la comunidad que la enlazan con los poblados de Moa y Baracoa.
II. 3 Diagnostico del geopotencial en los escenarios de uso minero del territorio
La actividad geodinámica presente en cada escenario, permite identificar los principales procesos y fenómenos
naturales manifestados en cada escenario estudiados. La existencia de diferentes tipos de yacimientos facilita
una mejor proyección hacia un desarrollo minero sostenible.
Cada escenario posee un potencial de recursos naturales, rico en diversos procesos ecológicos, representados
según la diversidad florística y faunística que cuenta con un valor natural; existe una infraestructura tecnológica,
que facilita el aprovechamiento de las potencialidades naturales, por parte de los miembros de las comunidades
urbanas y locales.
En la región se observa la existencia de una gran y pequeña minería, con infraestructura tecnológica y
económica, capaz de absorber los retos para alcanzar el desarrollo minero sostenible.
II. 4 Conclusiones
1. La metodología propuesta permitió identificar las principales características (medio geológico, ecológico,
minero y socio-económico), de los dos escenarios seleccionados, a partir del uso de técnicas y métodos para
la recogida de la información disponible, con lo cual se obtuvo el diagnóstico general de la minería en cada
uno de ellos.
2. Los resultados del diagnóstico, muestran la existencia de dos tipos de minería: a cielo abierto y subterránea,
donde existe un potencial de recursos naturales, rico en diversos procesos ecológicos, representados según
su diversidad florística y faunística que cuenta con un valor natural y una base mínima de infraestructura
ecológica que facilita el aprovechamiento de las potencialidades naturales, por parte de los miembros de las
comunidades urbanas y locales; y es capaz de absorber los retos para alcanzar el desarrollo minero
sostenible.
CAPITULO
III
DISEÑO
METODOLOGICO
DEL
SISTEMA
DE
INDICADORES
DE
SOSTENIBILIDAD, (SIS)
III. 1 Metodología para la formulación del sistema de indicadores de sostenibilidad (SIS)
La presentación de un número determinado de indicadores por áreas o temas de sostenibilidad minera, requiere
que estos se encuentren organizados en un marco lógico que ayude a su integridad y comunicación. Esta
organización analítica se desprende, por lo tanto, de la función del medio de información de los indicadores,
más que de sus prioridades intrínsecas, depende en definitiva de la utilidad que estos deben presentar, [Agudo
et. al, (1998)]. En la literatura se pueden encontrar diversos marcos de análisis para la organización de los
indicadores, [Villas Boas et. al, (2002a y b). Entre ellos se destacan: marco analítico: estructura promedio:
marco sectorial: marco causal y el enfoque especial.
15
�Para la realización del diseño del sistema de indicadores de sostenibilidad (SIS), se consideró necesario, estudiar
los procesos y fenómenos que inciden en la minería de los escenarios estudiados. Para la recogida y
procesamiento de la información, se procedió de manera similar al diagnóstico territorial y se aplicaron los
métodos de pronóstico, de tipos cualitativos.
Además de los nacionales, se consultaron a 100 expertos de 14 países en todo el mundo. Otra forma empleada
para consultar a los especialistas, fue a través de intercambio de información por vía electrónica.
De este modo, el diseño del sistema de indicadores de sostenibilidad (SIS), se inicia con la propuesta de una
metodología, que permite identificar los principales problemas que influyen en la sostenibilidad de cada
escenario minero. Esta metodología se basa en organizar a partir de los resultados obtenidos del diagnóstico
territorial, diferentes grupos investigativos los cuales van a colaborar en la identificación de las afectaciones y
problemas existentes en las minas, analizar el comportamiento de los indicadores tradicionalmente empleados
en la minería, la selección del sistema de indicadores de sostenibilidad (SIS), su valoración y procesamiento de
los resultados finales.
III. 2 Organización de grupos de investigación
Es el primer paso para elaborar un sistema de indicadores de sostenibilidad (SIS) de cada escenario minero; para
lo cual se tomará como muestra, el comportamiento de la minería en los últimos cinco años, (1998-2002). Para
la organización de los grupos investigativos, es necesario identificar los actores y organizaciones claves, para lo
cual se establecerán contactos con los profesionales del ramo, técnicos, trabajadores y directivos mineros, según
las características de cada escenario, los diferentes grupos de especialistas que trabajarán durante el diseño del
sistema de indicadores de sostenibilidad (SIS).
III. 3 Identificación de problemas y objetivos
La realización de la identificación de los problemas relevantes de los escenarios a valorar se llevará a cabo sobre
la base de los datos disponibles en cada unidad minera, y el método de Reducción de listas, teniendo en cuenta
el nivel de incidencia de cada afectación al proceso productivo. Con la identificación de los problemas, se
realiza la definición de los objetivos de trabajo, donde se tiene en cuenta la planeación estratégica de la unidad
minera en la etapa analizada. Labor que está dada según las características intrínsecas del sistema y constituye
una pieza esencial de carácter sociopolítica.
III. 4 Estructura analítica del sistema de indicadores de sostenibilidad (SIS) y selección de los temas
La definición del marco analítico es una labor de carácter más técnico, pero al igual que la selección de temas
está determinada por los objetivos sociales del sistema geominero y por el proceso de información y toma de
decisiones a que va dirigido. Se incorporarán aquellas temáticas y se enfocarán de forma tal que los objetivos,
valores y metas respondan a la misión, visión y política social de la unidad geominera de manera que queden
satisfactoriamente resueltos todos sus elementos.
III. 5 Investigación y desarrollo
Una vez fijado el núcleo de temas se inicia el proceso de investigación y recopilación de información en torno a
las relaciones causales conocidas en cada caso, mediante el uso de métodos de pronóstico, para la revisión de
datos la información bibliográfica y las discusiones de expertos. A partir de esta investigación se genera un
modelo causal simple del tipo, presión estado respuesta y sostenibilidad y se investiga la disponibilidad de
información relacionada con el modelo. En las primeras fases se tratan de captar en profundidad las relaciones
16
�causales y con ello los indicadores que mejor puedan determinar cuales son las condiciones reales del medio y
las tendencias de su estado.
En esta fase del trabajo se emplean criterios de selección de variable de una manera informal entre las que
predomina la validez científica de las variables descriptiva, su representatividad, su capacidad para responder a
los cambios, etc.; es decir, todos aquellos elementos que permitan cualificar al indicador como una variable
clave en la descripción de cualesquiera de las fases del modelo presión, estado, respuesta y sostenibilidad. De
esta manera, en esta etapa, se diseña el modelo de indicadores de Presión-Estado-Respuesta a partir de la
adaptación en cada escenario minero.
III. 6 Propuesta de indicadores de sostenibilidad
La propuesta de indicadores se realiza aplicando un conjunto de criterios de selección propio del sistema, sin
que se establezcan prioridades en esta fase. Adquieren gran importancia como criterio de selección, la
disponibilidad y adecuación de datos, así como la validez científica y la representatividad. La identificación de
los indicadores de sostenibilidad se realiza aplicando en cada escenario minero, el método Ishikagua descrito
por autores como Carnota, (1991).
Para ello se parte del las características principales del escenario objeto de estudio y de su geopotencial, (GP).
La obtención de este geopotencial se inicia con la definición de las unidades de integración territoriales básicas
(escenarios mineros), sobre las cuales se hará el análisis de los diversos potenciales (geológico, ambiental,
minero y socioeconómico). En estas unidades es posible investigar los diferentes elementos y procesos que
forman parte de la minería, con el objetivo de construir una visión integrada del mismo, [Sánchez, (2002)]. De
este modo y a partir de los potenciales se identifican las diferentes variables o procesos condicionantes que
integran el Sistema de Indicadores de Sostenibilidad (SIS).
El potencial geológico (PG), está relacionado con la capacidad que tiene el territorio de ofrecer recursos
minerales con calidad, cantidad y en condiciones de explotabilidad que favorezcan su aprovechamiento minero,
[Sánchez, (2002)]. Los componentes que constituyen este potencial son: la geomorfología, el recurso mineral y
los fenómenos naturales y riesgos geodinámicos. El potencial ambiental (PA), está relacionado con el valor
natural presente en el territorio y la incidencia de la actividad minera sobre el medio ambiente. Los componentes
que constituyen este potencial son: vegetación y fauna, atmósfera , agua, los suelos y el paisaje.
El potencial minero (PM), se identifica con la explotación de los recursos minerales. Tiene como objetivo
valorar la explotación minera y su incidencia en las comunidades y el medio natural. Para su determinación se
tienen en cuenta los procesos tecnológicos de exploración, desarrollo, explotación, carga y transporte,
tratamiento y beneficio de minerales. Está relacionado con la tecnología, y el cierre de las actividades mineras.
El potencial socio-económico (PSE), se identifica con la capacidad que tiene la entidad minera para relacionarse
con el sistema natural y las comunidades vecinas, y transformar sus recursos en bienes y servicios con el fin de
reproducir mejores condiciones de vida, pero sin forzar al medio natural y antropogénico por encima de su
disponibilidad real, [Molina, (2002)]. Los principales indicadores que se tienen en cuenta en cada potencial son
reflejados en la Figura 1 de los Anexos.
III. 7 Desarrollo y revisión final del sistema de indicadores de sostenibilidad (SIS)
17
�En esta fase los criterios más próximos a los usuarios adquieren relevancia aunque los aspectos conceptuales y
de validez científica siguen vigentes. Después de la revisión empresarial y pública, se inicia una nueva ronda
interna de revisión y consulta externa significativa con los grupos y expertos.
En esta fase los criterios relacionados con el uso final de los indicadores de sostenibilidad se vuelven
prioritarios. El resultado de esta etapa es el conjunto de indicadores propuesto como representativos de las
preocupaciones empresariales y sociales del estado del medio. Además de señalar la relevancia del proceso de
elaboración del sistema de indicadores de sostenibilidad (SIS), dentro del conjunto, merece la pena indicar la
importancia que adquieren el aspectos participativos en esta fase del proceso.
III. 8 Valoración del sistema de indicadores de sostenibilidad (SIS), para el proceso de toma de decisiones
El sistema de indicadores de sostenibilidad (SIS), ya definido entrará a formar parte del ciclo de toma de
decisiones de la empresa para establecer prioridades en la obtención de datos y trabajar con vista a alcanzar el
desarrollo minero sostenible. Los indicadores sirven para mostrar las lagunas de conocimiento existente; ayudar
a orientar los recursos disponibles en la dirección más adecuada y hacer evaluaciones de las capacidades y
potencialidades existentes en cada escenario minero. Por sus características propia, sólo tendrá éxito si pasa por
una profunda valoración geominera o sociopolítica institucional y será eficaz en la medida en que sus usuarios
finales, validen cada uno de los momentos en los que la decisión tiene un carácter eminentemente minero
sostenible. Para esto, se deben tener en cuenta los recursos presentes en cada escenario, para lo cual se propone
la utilización de una escala numérica siendo el uno el valor mínimo y cinco el valor máximo, de acuerdo con el
nivel de influencia de cada indicador, en el logro de la sostenibilidad minera. Los cinco niveles de clasificación
de cada indicador se reflejan en la Tabla 1.
Tabla 1. Escala de valoración del sistema de indicadores de sostenibilidad (SIS).
ESCALA VALOR, (P)
CRITERIO DE VALORACIÓN
Incidencia considerada idónea del indicador para alcanzar el
desarrollo minero sostenible
Incidencia considerada aceptable del indicador para alcanzar el
desarrollo minero sostenible
Muy alta
5
Alta
4
Media
3
Incidencia considerada limitada siempre y cuando la variable
satisfaga alguna condición especial o prerrequisito para alcanzar el
desarrollo minero sostenible
Baja
2
Incidencia considerada incompatible del indicador para alcanzar el
desarrollo minero sostenible
Muy baja
1
Exclusión o valores inaceptables bajo cualquier circunstancias del
indicador para alcanzar el desarrollo minero sostenible
Además de este valor (P), a cada indicador se le asigna un coeficiente de ponderación o peso (K), que permite
determinar su importancia con relación a los demás. En esta etapa, se estudian los principales objetivos de los
proceso tecnológico de cada unidad minera, a partir del trabajo en grupo y el análisis de la documentación
técnica. La valoración de cada indicador se obtiene haciendo uso de los métodos de pronósticos de tipos
cualitativos, donde se toman en cuanta múltiples factores que influyen o se relacionan con el indicador que se
quiere determinar. El valor en cada componente o vértice del Potencial n, es función de los componentes del
nivel inferior que en él convergen, obteniéndose mediante la Fórmula 1, utilizada por diversos autores:
18
�n
∑
K i × Pi ;
Pn =
i=1
(1)
Para determinar el Geopotencial del territorio, se utiliza la Fórmula 2.
GP = K G × PG + K A × PA + K M × PM + K SE × PSE ;
(2)
Los valores de cada indicador (P), se calculan aplicando el modelo de valoración de criterios con ponderación
simple, a partir de la construcción de una matriz en la cual se ubican por filas los criterios de valoración y por
columnas, la escala descrita anteriormente en la Tabla 1.
El coeficiente de ponderación de cada indicador (K), se calcula con la aplicación del método Delphi, [Balkeley,
(1968); Cendero D. T., (1978); Zayas, (1990); CEPAL, (1994); Velásquez, E. & Viana R., (1997, 1998); citados
por Guardado, (2002); Gallagher P. y S. Wátson, (1997)]. Para valorar el nivel de consenso, se determina el
coeficiente de concordancia (C), mediante la Fórmula 3.
C = 1-
Vn
Vt
× 100 ;
(3)
Según Zayas (1990), hay consenso cuando se cumple que C ≥ 75 %; parámetro que se cumplió en cada ejercicio
realizado. Para facilitar el proceso de análisis y elaboración de los resultados, la escala de valoración de este
coeficiente se tomó de 5 a 100 %, con intervalo de variación de 5.
III. 9 Validación del sistema de indicadores de sostenibilidad (SIS)
Para valorar lo realizado hasta el momento, se deben tener en cuenta los siguientes criterios: logros del proyecto;
principales obstáculos encontrados, efectividad del sistema para la identificación de problemas, perspectivas
futuras, presencia de capacidad organizativa necesaria para seguir actualizando los datos; nuevos retos y las
nuevas acciones y estrategias a llevar a cabo. En la etapa es importante retomar las anteriores y verificar qué se
ha hecho hasta el momento. Esto no es el fin del proceso, el desarrollo de indicadores de sostenibilidad para la
minería, es un proceso circular, lo que implica que deben repetirse las que así lo requieran.
Una revisión periódica de cada una de ellas, se hace necesario ya que la minería se encuentra en constante
cambio y evolución en tiempo y espacio. En el mejor de los casos, algunos de los problemas detectados son
resueltos en un breve periodo de tiempo y por tanto los indicadores relacionados con ellos tienden a disminuir su
nivel de incidencia en el proceso. Otros nuevos aparecen o se hacen visibles, sin embargo, la lista básica de los
indicadores no cambia muy a menudo. De esta manera, el proceso que conforma el sistema de indicadores de
sostenibilidad (SIS), permitirá establecer procedimientos para certificar públicamente la calidad que reúne,
dentro de la entidad geólogo y minería. La información suministrada, posibilita la toma de decisiones con
calidad, seguridad y rapidez.
III. 10 Conclusiones
1. El sistema de indicadores de sostenibilidad (SIS), pretende generar indicadores que se interrelacionen, de
forma directa, con los fenómenos económicos y ambientales del escenario minero que se trate, aportando
una perspectiva integral de los elementos a diferentes escalas.
2. La metodología elaborada para el diseño del sistema de indicadores de sostenibilidad (SIS), se caracteriza
por la integralidad de los indicadores y sus particulares esenciales, definidas adecuadamente y desarrolladas
con coherencia según los tipos de indicadores y aplicable a cualquier tipo de modo de explotación.
19
�CAPITULO IV. APLICACIÓN DEL SISTEMA DE INDICADORES DE SOSTENIBILIDAD (SIS), EN
LOS ESCENARIOS DE USO MINERO DEL TERRITORIO
IV.1 Escenario de la mina Comandante Ernesto Che Guevara
La aplicación del SIS, tomó en cuenta la cantidad promedio de trabajadores de la mina en esta etapa, de manera
tal que se identificaron los actores claves y organizaciones que participaron en el proceso. De una población
promedio de 330 trabajadores, se crearon 4 grupos investigativos: técnico y de dirección; medio ambiente;
económico y socio-comunitario, los que se relacionan con la totalidad de los procesos tecnológicos y las
relaciones comunitarias.
Con la creación de los grupos temáticos, se procedió a definir los principales problemas y objetivos a vencer
para alcanzar el diseño del SIS; etapa en la cual se utilizó el software para el control de despacho de producción,
diseñado por el Grupo de Servicios Informáticos de la Empresa Geólogo Minera de Oriente.
A tal efecto se confeccionó una tabla resumen con las causas de las principales afectaciones que incidieron en el
cumplimiento del horario de trabajo en la mina. A partir de los problemas planteados y tomando como
referencia la planeación estratégica de la mina durante los años 1998-2002, se elaboraron los objetivos de
trabajo para el diseño del sistema de indicadores de sostenibilidad, (SIS).
Una ves definido estos objetivos, se seleccionaron los principales temas de trabajo: geológico, ambiental,
minero y socio-económico, confeccionándose una base de datos que permitió identificar el comportamiento de
los principales indicadores utilizados en la mina, con lo cual se logró identificar los indicadores de presión,
estado y respuesta que constituyen la base principal para la formulación del sistema de indicadores de
sostenibilidad (SIS). En su valoración, se utilizó la escala numérica descrita en la Tabla 1 del Capítulo III.
Aplicando los métodos de pronósticos, se obtuvieron los siguientes resultados.
Potencial geológico, (PG)
La valoración del indicador de tipo de roca (Itr), tuvo en cuenta las características geológicas y geomecánicas de
las rocas que forman parte de los bloques en explotación según cada año y la clasificación de la estabilidad que
se establece por la literatura consultada. Las investigaciones arrojaron como resultado una estabilidad media,
(3). Su nivel de importancia en el componente Geomorfológico (GM), fue del 50 %.
Los criterios de valoración del factor del terreno (Ift), se determinaron a partir de la inclinación que pueden
vencer los equipos de transporte (Volvos, Euclid, Komatzu y otros); utilizados en la mina. Se valoró de medio,
(3) y el nivel de importancia en el componente Geomorfológico (GM), del 50 %
El indicador de explotabilidad, (Iex), se valoró según los parámetros establecidos en el capítulo anterior. Para
ello, se utilizó la Fórmula 4.
Iex = 0,35 × can + 0,35 × cal + 0,30 × gco ;
(4)
Durante el análisis de la cantidad de mineral (can), se obtuvo que en cada bloque existe mineral suficiente como
para satisfacer las demandas de producción de cada año, por lo que se valoró de muy alto, (5). Su nivel de
importancia en este indicador fue del 35 %. El análisis del indicador de la calidad del mineral (cal), se realizó a
partir del contenido de los minerales principales existente en el yacimiento Punta Gorda; lo cual mostró un
comportamiento según lo planificado, por lo que se valoró de alto (4) y su nivel de importancia en el indicador
de explotabilidad (Iex), fue del 35 %. El grado de conocimiento (gco), se valoró de muy alto (5) y su nivel de
importancia en el indicador de explotabilidad (Iex), fue del 30 %. De modo general, el comportamiento del
20
�indicador de explotabilidad (Iex), se valoró de alto, (4,8) y su nivel de importancia en el componente Recurso
mineral (RM), fue del 60 %.
El cálculo del indicador de aprovechamiento de las reservas, (Iar), se efectuó a partir de la relación que existe
entre el mineral minado y el mineral agotado. Los resultados mostraron que durante la explotación del
yacimiento, se incrementan las reservas, lo que llevó a valorar al indicador de alto, (4). Su nivel de importancia
en el componente Recurso mineral (RM), fue del 40 %.
El análisis del factor de ocurrencias de fenómenos naturales y riesgos geodinámicos (Ifr), tuvo en consideración,
los trabajos desarrollados por otros autores; así como, las entrevistas realizadas a especialistas y trabajadores de
este escenario. Este indicador se valoró de muy bajo (1). Su nivel de importancia en el componente Fenómenos
naturales y riesgos geodinámicos (FR), fue del 100 %.
Una vez determinados los indicadores geológicos de sostenibilidad, se valoró el comportamiento del Potencial
geológico (PG), a partir de sus componentes principales y la aplicación de las Fórmulas 5, 6, 7 y 8.
GM = 0,50 × Itr + 0,50 × Ift ;
(5)
RM
(6)
= 0 , 60 × Iex + 0 , 40 × Iar ;
FR = 1 × Ifr
;
(7)
PG = 0 ,30 × GM + 0 , 40 × RM + 0 ,30 × FR
;
(8)
Los resultados reflejan valores mínimos de 2,95 y máximos de 3,20 para un promedio de 3,08, (ver Tabla 1 de
los Anexos), lo que según la escala descrita en la Tabla 1 del Capítulo III, expresa un desarrollo medio.
Potencial ambiental, (PA)
El indicador de impacto atmosférico (Iat), se calculó tomando en cuenta los resultados de las investigaciones
realizadas en el territorio por la Consultora Ambiental CESIGMA. División América. Los resultados mostraron
que el impacto ambiental ocasionado por la explotación minera está por encima de las normas establecidas, por
lo que este indicador se valoró de muy negativo, (1). Su nivel de importancia en el Potencial ambiental (PA), fue
del 20 %.
El indicador de impacto hídrico (Iih), se valoró a partir de las afectaciones ocasionadas por las aguas
superficiales y subterráneas a la actividad minera. Para su determinación, se aplicó la Fórmula 9, donde se tuvo
en cuenta la influencia de la cantidad, (cag), de precipitaciones caídas en la etapa 1998-2002; las cuales según
estudios realizados por CESIGMA y otros autores, superaron los 1500 mm, afectando las operaciones mineras,
por lo que se valoró de muy bajo (1). Su nivel de importancia en el indicador de impacto hídrico (Iih), fue del 50
%. Así mismo, se analizó que todos los años se produjeron afectaciones por las aguas subterráneas (cas), a los 6
frentes de extracción, por lo cual este parámetro se valoró de muy bajo, (1) y su nivel de importancia en el
indicador de impacto hídrico (Iih), fue del 50 %.
Iih = 0 , 50 × cag + 0 , 50 × cas
;
(9)
De forma general el indicador de impacto hídrico (Iih), fue valorado de muy bajo, (1) y su nivel de importancia
en el Potencial ambiental (PA), fue del 10 %.
El análisis del indicador de impacto al suelo (Iis), partió de la cantidad de suelos afectados por la minería. Los
resultados mostraron que cada año se afectan como promedio más de 25 ha de suelos fértiles, por lo que se
valoró de muy bajo (1). Su nivel de importancia en el Potencial ambiental (PA), fue del 20 %.
21
�Durante la valoración del indicador de impacto ecológico (Iec), se tomó en cuenta la influencia de la
explotación minera sobre las riquezas del medio biótico y abiótico presente en la región donde se enmarca el
yacimiento. En la etapa analizada(1998-2002), se aprecia que como consecuencia de la explotación minera las
especies desaparecen prácticamente en su totalidad, por lo que el indicador de impacto ecológico (Iec), es muy
negativo (1), y su nivel de importancia en el Potencial ambiental (PA), fue del 15 %.
El indicador de calidad del paisaje (Icp), fue valorado por sus cuatro elementos: densidad de población cercana
al área activa de explotación (dpa), factor del área anual de explotación (aae), uso del suelo (uso) y la capacidad
de visibilidad hacia el área de explotación (cva), para lo cual se aplicó la Fórmula 10.
Icp = 0 ,30 × dpa + 0 ,30 × aae + 0 , 25 × uso + 0 ,15 × cva
;
(10)
Para analizar la densidad de población cercana al área activa de explotación (dpa), se tuvo en cuenta que en las
áreas
próximas a la zona de explotación minera y dentro de un radio de 1,5 a 3 Km., se encuentran
comunidades vecinas, por lo que se valoró de muy bajo (1). Su nivel de importancia fue del 30 %.
El factor del área anual de explotación (aae), se valoró de muy alto (5), dado el alto rendimiento de la mina (97
%), en cada área explotada en esa etapa. Su nivel de importancia según criterio de expertos fue del 30 %.
La valoración del uso del suelo (uso), tuvo en cuenta el posible uso que se le brindará al terreno y los planes de
ordenamiento territorial existentes en la zona. En esta mina el principal uso que recibirá el terreno será el
forestal, lo cual coincide con sus características naturales, por lo que el indicador se valoró de muy alto (5). Su
nivel de importancia fue del 25 %.
La capacidad de visibilidad hacia el área de explotación (cva), se valoró a partir de la calidad de las barreras
(naturales y/o artificiales) dispuestas para evitar la visibilidad hacia la mina y sus procesos tecnológicos. Este
parámetro se valoró de muy bajo (1). Su nivel de importancia fue del 15 %. De manera general, el indicador de
calidad del paisaje (Icp), fue valorado de medio, (3,20) y su nivel de importancia dentro del Potencial ambiental
(PA), fue del 20 %.
Una vez determinados los indicadores ambientales de sostenibilidad, se valoró el comportamiento del Potencial
ambiental (PA), a partir de sus componentes principales, y con la aplicación de la Fórmula 11. Los resultados
reflejaron valores promedios de 1,44, (ver Tabla 2 de los Anexos), los que según la escala descrita en la Tabla 1
del Capítulo III, manifiestan un desarrollo muy bajo.
PA = 0,20 × Iat + 0,25 × Iih + 0,20 × Iis + 0,15 × Iec + 0,20 × Icp ;
(11)
La producción minera (Ipm), se valoró a partir del grado de cumplimiento del plan anual exigido a la mina. Los
resultados de este análisis mostraron que el grado de cumplimiento de dicho plan ha sido superior al planificado
con excepción del último año 2002, por lo que se valoró de muy alto (4,8). Su nivel de importancia en el
componente Tecnología (TE), fue del 20 %.
El comportamiento del coeficiente general de destape (Igd), corrobora que este indicador oscila entre 0,43-0,45
m3/T. Su valoración promedio en la etapa fue alta, (3,8) y su nivel de importancia en el componente Tecnología
(TE), fue del 10 %. La utilización integral de los recursos minerales (Iur), se determinó a partir del tratamiento
que reciben los minerales. Su valoración fue baja (2) y su nivel de importancia en el componente Tecnología
(TE), fue del 5 %.
22
�El tiempo de adelanto de la preparación minera (Itp), permitió comprobar que este indicador constituye uno de
los elementos principales que ha gravitado sobre el grado de cumplimiento de los planes operativos anuales. Su
análisis demostró que nunca se ha cumplido con las normas establecidas para este tipo de minería a cielo
abierto, (1-1,5 años), por lo cual el indicador se valoró de bajo (2). Su nivel de importancia en el componente
Tecnología (TE), fue del 15 %.
La valoración del indicador de gestión minera (Ige), se realizó a partir del nivel de automatización de las
operaciones mineras (nau) y el nivel de diversificación de la producción minera (ndi). Para ello se utilizó la
Fórmula 12.
Ige = 0,80 × nau + 0, 20 × ndi ;
(12)
Del análisis del indicador de automatización de las operaciones mineras (nau), se obtuvo que este indicador es
alto (4), pues en los últimos años en más del 75 % de las operaciones de la mina se están empleando los
software Tierra y SABDO, los cuales
facilitan el control y planificación de los procesos. Su nivel de
importancia en el indicador de gestión minera, (Ige), fue del 50 %. La valoración del nivel de diversificación de
la producción minera (ndi), mostró como resultado promedio que, la cantidad de productos (menas lateríticas),
que la unidad minera le entrega a la fábrica es la misma establecida desde su construcción, por lo que este
indicador se valora de muy bajo (1) y su nivel de importancia indicador de gestión minera (Ige), fue del 50 %.
De manera general el indicador de gestión minera (Ige), se valoró de medio (3) y su nivel de importancia en el
componente Tecnología (TE), fue del 5 %.
El indicador de volumen de residuales (Ivr), permitió valorar el uso que reciben la cantidad de escombros, que
surgen como consecuencia de la explotación del yacimiento. Los resultados mostraron que en la mina, la
totalidad de los escombros producidos en esta etapa se utilizaron para la conformación de escombreras en el
minado antiguo; lo cual se valora de muy positivo(5), para el desarrollo minero sostenible. Su nivel de
importancia en el componente Tecnología (TE), fue del 10 %.
El indicador de pérdidas mineras (Ipe), permitió valorar el comportamiento de las pérdidas cuantitativas (pca) y
cualitativas (pcl), del mineral. Se identificó con la cantidad de mineral dejado de extraer por limitaciones
tecnológicas y por mala planificación o ejecución de la minería. El análisis de las pérdidas cuantitativas (pca), se
realizó a apartir de los normativos establecidos por la unidad minera en cada etapa. Los resultados mostraron
que en la etapa 1998-2002, se produjo una cantidad de pérdidas superior a lo planificado, por lo que este
indicador se valoró de muy bajo (1); y su nivel de importancia en el indicador de pérdidas mineras (Ipe), del 50
%; no así el comportamiento de la dilución (pérdidas cualitativas (pcl)), la cual estuvo muy por debajo de lo
planificado, valorándose de muy positivo (5) y su nivel de incidencia en el indicador de pérdidas mineras (Ipe),
fue del 50 %. Para la determinación del indicador de pérdidas mineras (Ipe), se utilizó la Fórmula 13.
Ipe = 0 ,50 × pcan + 0 ,50 × pcal
;
(13)
De manera general, el indicador se valoró de medio (3), y su nivel de incidencia en el componente Tecnología
(TE), fue del 15 %.
El indicador de seguridad minera (Ism), tomó en consideración los principales indicadores de accidentes e
incidentes que ocurrieron en cada año de la etapa analizada (1998-2002). Los resultados obtenidos mostraron
que la mina posee un elevado índice de seguridad, por lo que se valoró de muy alto (5). Su nivel de importancia
en el componente Tecnología (TE), fue del 20 %.
23
�La utilización de los espacios mineros (Iem), se valoró a partir del manejo que reciben la cantidad de
excavaciones mineras antiguas. Según los datos obtenidos, se comprobó que estas excavaciones se utilizaron
para la construcción de escombreras interiores, lo cual implica un valor alto de este indicador (5). Su nivel de
importancia en el componente de Cierre de las actividades mineras (CM), fue del 40 %.
La valoración del factor de rehabilitación del terreno, (Irt), se determinó a partir de la relación que existe entre la
cantidad de áreas rehabilitadas y las áreas anualmente afectadas por las minería. Para su análisis se tuvo en
cuenta el cumplimiento del plan anual de rehabilitación de la mina.
Se comprobó que a pesar de que en todos los años este plan se cumplió, no siempre se logró recuperar la misma
cantidad de hectáreas afectadas por la minería; por lo que se evaluó de medio (3). Su nivel de importancia en el
componente Cierre de las actividades mineras (CM), fue del 40 %.
El análisis del patrimonio geológico y minero (Ipg), arrojó como resultado que este indicador se encuentra muy
poco estudiado y no se tiene en cuenta durante la planificación minera, por lo alcanzó valores muy bajos (1) y su
nivel de importancia en el componente Cierre de las actividades mineras (CM), fue del 10 %.
El comportamiento del indicador de proyecto de cierre de las actividades mineras (Ipc), consideró la existencia
o no de un proyecto o documentación técnica que reflejen acciones en este sentido. Hasta la fecha, la mina no
cuenta con ningún documento de este tipo, por lo que se valoró de muy bajo (1), con un nivel de importancia en
el componente Cierre de las actividades mineras (CM), del 10 %.
Para la valoración del Potencial minero (PM), se tomaron los resultados de sus componentes principales y la
aplicación de las Fórmulas 14, 15 y 16.
TE = 0 , 20 × Ipm + 0 ,10 × Igd + 0 , 05 × Iur + 0 ,15 × Itp + 0 , 05 × Ige + 0 ,10 × Ivr +
0 ,15 × Ipe + 0 , 20 × Ism
; (14)
CM = 0,40 × Iem + 0,40 × Irt + 0,10 × Ipg + 0,10 × Ipc ;
(15)
PM = 0,80 × TE + 0,20 × CM ;
(16)
Los resultados reflejan valores que oscilan entre 3,41 y 3,84 y como promedio a 3,6 (ver Tabla 3 de los
Anexos), los que según la escala descrita en la Tabla 1 del Capítulo III, expresan un desarrollo medio de este
potencial.
Potencial socio-económico, (PSE)
Durante el análisis del comportamiento de la capacidad de empleo (Ice), se obtuvo que la mina cumplió con los
planes establecidos, por lo que este indicador se valoró de alto (4) y su nivel de importancia en el componente
Fuerza de trabajo (FT), fue del 40 %.
El indicador de profesionalidad de los trabajadores (Ipt), permitió valorar el nivel profesional alcanzado por la
fuerza laboral existente en la mina. Se determinó a partir del nivel profesional (npt) y de superación y
capacitación, de los trabajadores (cpt). El nivel profesional de los trabajadores (npt), se determinó por el grado
cultural alcanzado por la fuerza de trabajo minera y a partir de la aplicación de la Fórmula 17.
Ipt = 0,50 × npt + 0,50 × cpt
;
(17)
Los resultados demostraron que más del 87 % del total de trabajadores poseen determinada calificación técnica
y profesional por lo que dicho indicador se valoró de muy alto (5). Su nivel de importancia en el Indicador de
profesionalidad de los trabajadores (Ipt), fue valorado del 50 %.
24
�El nivel de superación y capacitación de los trabajadores (cpt), se valoró a partir del cumplimiento de los
programas de superación y capacitación desarrollados para los trabajadores de la mina. Este elemento arrojó
como resultado que se sobrecumplieron todas las acciones planificadas en la etapa, por lo que se valoró de muy
alto (5). Su nivel de importancia en el Indicador de profesionalidad de los trabajadores (Ipt), fue del 50 %. De
manera general, el indicador de profesionalidad de los trabajadores (Ipt), se valoró de elevado, (4) y su nivel de
importancia en el componente Fuerza de trabajo (FT), fue del 30 %.
Durante el análisis del comportamiento del nivel de satisfacción de la fuerza de trabajo (Isf), se comprobó que
en los dos últimos años se incrementaron las quejas de los trabajadores, producto al no pago de la estimulación y
algunos servicios no prestados; por lo que este indicador se valoró de medio (3). Su nivel de importancia en el
componente Fuerza de trabajo (FT), fue del 30 %.
La cantidad de obligaciones legales cumplidas (Icl), se valoró a partir del cumplimiento del pago del canon, la
ley de minas, la ley de medio ambiente, la ley forestal y la entrega en tiempo y con la calidad requerida de la
documentación necesaria. Este parámetro se valoró de muy alto (5), y su nivel de importancia en el componente
Relaciones comunitarias (RC), fue del 80 %.
El nivel participativo comunitario (Inp), se determinó a partir de la cantidad de actividades establecidas entre la
mina y las comunidades próximas a esta. De su análisis se pudo comprobar que aunque se realizaron algunas
actividades, no existió un Plan de acción preestablecido en la mina, por lo que el indicador se valora de bajo (2).
Su nivel de importancia en el componente Relaciones comunitarias (RC), fue del 10 %.
El indicador de valor social para la comunidad (Ivs), se valoró a partir de la cantidad de empleados en la mina
procedentes de las comunidades próximas. Se pudo determinar que la minería desde sus inicios, ha constituido
la fuente principal de empleo para los habitantes de esta zona, por lo que el valor de este indicador es muy
elevado (5). Su nivel de importancia en el componente Relaciones comunitarias (RC), fue del 10 %.
El análisis del comportamiento del indicador de costo unitario (Icu), se realizó por el grado de cumplimiento del
plan establecido por la entidad superior de la mina. Los resultados de la valoración de este indicador, mostraron
que dicho parámetro siempre se mantuvo por debajo de lo planificado, por lo que se valoró de muy alto (5). Su
nivel de importancia en el componente Mercado (ME), fue del 50 %.
La valoración del indicador de nivel de satisfacción de la demanda (Ins), tuvo en cuenta la cantidad de quejas
formuladas por el clientes como resultado de los productos finales ofrecidos por la mina. En este período (19982002), el principal cliente de la mina fue la planta metalúrgica de secadero ubicada dentro de la fábrica. Este
indicador se valoró de alto (4) y su nivel de importancia en el componente Mercado (ME), fue del 50 %.
Una vez determinados los indicadores socio-económicos de sostenibilidad, se valoró el comportamiento del
Potencial socio-económico (PSE), a partir de sus componentes principales y haciendo uso de las Fórmulas 18,
19, 20 y 21.
FT = 0 , 40 × Ice + 0 , 30 × Ipt + 0 , 30 × Isf ;
(18)
RC = 0 ,80 × Icl + 0 ,10 × Inp + 0 ,10 × Ivs ;
(19)
ME = 0,50 × Icu + 0,50 × Ins ;
(20)
PSE = 0,35 × FT + 0,30 × RC + 0,35 × ME ;
(21)
25
�Los resultados reflejan valores que oscilan entre 4,10 y 4,56 y como promedio 4,36, (ver Tabla 4 de los
Anexos), los que según la escala descrita en la Tabla 1 del Capítulo III, expresan un desarrollo alto de este
potencial.
Geopotencial, (GP)
La valoración del Geopotencial (GP), se realizó a partir de los resultados obtenidos en cada potencial,
(geológico, ambiental, minero y socio-económico), para lo cual se utilizó la Fórmula 22. Los resultados, se
reflejan en la Tabla 1 del Anexo.
GP = 0, 25 × PG + 0, 25 × PA + 0, 25 × PM + 0, 25 × PSE ;
(22)
Este cálculo dio como resultado, valores mínimos de 3,00 y máximos de 3,21 y un valor promedio es 3,12; (ver
Tabla 5 de los Anexos), lo cual según la escala propuesta en la Tabla 1 del Capítulo III, implica un desarrollo
Escala de valoración
medio de este Geopotencial en dicho escenario (ver Figura 1).
5,00
4,00
3,00
GEOPOTENCIAL
2,00
1,00
1998
1999
2000
2001
2002
Años
Figura 1. Valoración de Geopotencial en el escenario de la mina Comandante Ernesto Che Guevara.
IV. 2 Escenario de la mina Las Merceditas
Para la aplicación de SIS en este escenario minero, se crearon 4 grupos investigativos, (técnico y de dirección;
medio ambiente; económico y socio-comunitario), tomándose una población promedio de 80 trabajadores, con
los que se definieron los principales problemas y objetivos a vencer en la mina para alcanzar el diseño del SIS.
Se confeccionó una tabla resumen con las causas de las principales afectaciones que incidieron en el trabajo en
la mina. Más adelante y tomando como referencia la planeación estratégica de la mina durante los años 19982002, se elaboraron los objetivos de trabajo para el diseño del sistema de indicadores de sostenibilidad, (SIS).
Seguidamente se confeccionó una base de datos que permitió identificar el comportamiento de los principales
indicadores utilizados en la mina la cual permitió identificar los indicadores de presión, estado y respuesta, para
la formulación del sistema de indicadores de sostenibilidad (SIS) de esta mina. A través de la escala descrita en
el la Tabla 1 del Capítulo III, se establecieron los criterios de valoración del sistema de indicadores de
sostenibilidad (SIS). Luego de someter al debate y análisis de la propuesta final, para el escenario de la mina
Las Merceditas, se obtuvieron lo siguientes resultados:
Potencial Geológico, (PG)
Del análisis del comportamiento del tipo de roca (Itr), se pudo comprobar que los bloques explotados y la mina
en sentido general, están constituidos por rocas duras, medianamente estables y de fortaleza media; lo cual
26
�posibilitó la explotación subterránea del yacimiento. Tomando en cuenta estos resultados, este indicador alcanzó
una valoración media, (3). Su nivel de importancia en el componente Geomorfología (GM), fue del 50%.
La valoración del factor del terreno (Ift) se realizó a partir de la inclinación que pueden vencer los equipos de
transporte utilizados en la mina, (camiones de volteo KRAZ-236-3 y VOLVO). De acuerdo con los resultados
alcanzados durante el diagnóstico territorial, se identificaron las pendientes de la zona (superior al 20 %). Este
indicador alcanzó una valoración promedio muy baja, (1). Su nivel de importancia en el componente
Geomorfología (GM), fue del 50%.
Para valorar el indicador de explotabilidad (Iex), se tuvieron en cuenta los parámetros establecidos en el capítulo
anterior; para lo cual fue necesario la aplicación de la Fórmula 23.
Iex = 0,35 × can + 0,35 × cal + 0,30 × gco ;
(23)
Al analizar la cantidad de mineral se demostró que en el yacimiento existen suficiente mineral para cumplir los
planes establecidos, por lo que se valoró de muy alto, (5) y su nivel de importancia en el indicador de
explotabilidad fue del 35 %. El comportamiento de la calidad del mineral (cal), se valoró de alto, (4). Su nivel
de importancia en el indicador de explotabilidad (Iex), fue del 35 %. El análisis del grado de conocimiento (gc),
arrojó como resultado que a pesar de existir gran cantidad de trabajos aplicados y publicados así como estar
delimitadas y calculadas las reservas geológicas de cada bloque, solamente se conoce entre un 50-60 % del
yacimiento, por lo que se valoró de medio, (3). Su nivel de importancia en el indicador de explotabilidad (Iex),
fue del 30 %. De manera general, el indicador de explotabilidad (Iex), se valoró de alto (4,19) y su nivel de
importancia en el componente Recurso mineral (RM), fue del 80 %.
El indicador de aprovechamiento de las reservas (Iar), se valoró a partir de la cantidad de reservas incorporadas
al proceso durante la explotación minera. Las investigaciones mostraron que en esta etapa, se incorporaron entre
el 5-10 % del total del mineral extraído en las cámaras; por lo que su valoración promedio fue muy alta (5). Su
nivel de importancia en el componente Recurso mineral (RM), se valoró de un 20 %.
La valoración del factor de ocurrencias de fenómenos naturales y riesgos geodinámicos (Ifr), se realizó a partir
de la ocurrencia de los fenómenos de mayor frecuencia en esta mina. Se valoró de muy bajo (1) y su nivel de
importancia en el componente Fenómenos naturales y riesgos geodinámicos (FR), fue del 100 %.
Una vez determinados los indicadores geológicos de sostenibilidad, se valoró el comportamiento del Potencial
Geológico (PG), a partir de sus componentes principales y la aplicación de las Fórmulas 24, 25, 26 y 27.
GM = 0,50 × Itr + 0,50 × Ift ;
(24)
RM = 0,80 × Iex + 0,20 × Iar ;
(25)
FR = 1× Ifr ;
(26)
PG = 0,30 × GM + 0,40 × RM + 0,30 × FR ;
(27)
Los resultados reflejan valores que oscilan entre 2,78 y 2,90 y como promedio 2,82; (ver Tabla 6 de los
Anexos), los que según la escala descrita en la Tabla 1 del Capítulo III, expresan un desarrollo bajo de este
potencial.
Potencial ambiental, (PA)
Durante la valoración del indicador de impacto atmosférico (Iat) se tomaron en cuenta las medidas tomadas en
la mina para disminuir las afectaciones ocasionadas por la presencia de ruidos y gases contaminantes vertidos a
la atmósfera por los procesos y equipos mineros, especialmente durante los trabajos de tratamiento y beneficio,
27
�generación de energía y perforación y voladura. Los resultados de las investigaciones mostraron que en la mina
se tiene previsto y se cumple un plan de medidas para disminuir dichas afectaciones, por lo que se valoró de
muy alto, (5). Su nivel de importancia en el Potencial ambiental (PA), fue del 20 %.
El indicador de impacto hídrico (Iih), se valoró a partir de las afectaciones ocasionadas por las aguas
superficiales y subterráneas a la actividad minera. Para ello fue necesario el uso de la Fórmula 28.
Iih = 0,50 × cag + 0,50 × cas ;
(28)
Durante el análisis del comportamiento de la cantidad de agua superficial (cag), se tomaron en cuenta los datos
existentes sobre el nivel de precipitaciones alcanzado durante los cinco años en la zona y el uso que posee el
agua superficial en las operaciones mineras. Durante su valoración se comprobó que dichas aguas sirvieron de
suministro con determinadas interrupciones para la realización de las operaciones mineras; por lo que este
indicador se valoró de alto, (4). Su nivel de importancia en el Potencial ambiental (PA), fue del 50 %.
El estudio del comportamiento de la cantidad agua subterránea (cas), mostró que fueron elevadas, lo que
provocó inundaciones en las excavaciones mineras, trayendo como resultado la paralización temporal de las
actividades, por lo que se valoró de bajo (1). Su nivel de importancia en el Potencial ambiental (PA), fue del 50
%. De manera general, la valoración del indicador de impacto hídrico (Iih), fue de bajo, (2,5) y su nivel de
importancia en el Potencial ambiental (PA), fue del 30 %.
Al valorar el indicador de impacto al suelo (Iis), se tuvo en cuenta las hectáreas afectadas por la ubicación de
las instalaciones de superficie de la mina, así como por los deslizamientos de las laderas de las montañas. Los
resultados mostraron que alrededor de la mina no se ha recuperado ninguna de las laderas afectadas, por lo que
el indicador se valoró de muy bajo (1). Su nivel de importancia en el Potencial ambiental (PA), fue del 20 %.
El análisis del comportamiento del indicador de impacto ecológico (Iec), se realizó de modo similar al escenario
anterior. Los resultados mostraron que no existen pérdidas en las especies de la región; de ahí que el indicador
presentara valores muy altos (5). Su nivel de importancia en el Potencial ambiental (PA), fue del 15 %.
El indicador de calidad del paisaje (Icp), fue valorado por los mismos elementos identificados en la metodología
propuesta en capítulo anterior. Para ello fue necesaria la aplicación de la Fórmula 29.
Icp = 0, 20 × dpa + 0,30 × aae + 0, 25 × uso + 0, 25 × cva ;
(29)
Su análisis fue similar al realizado en el escenario anterior, con sus respectivas adaptaciones. Otras diferencias
radican en lo siguiente: Para valorar la densidad de población cercana al área activa de explotación (dpa), se
tomaron en cuenta que alrededor de la mina no existen poblaciones cercanas y que si existen trabajadores
albergados dentro del área de la concesión minera; por lo que este parámetro se valoró de muy alto, (5). Su nivel
de importancia fue del 20 %. La valoración del factor de área anual de explotación (aae), tomó en cuenta el
rendimiento de cada cámara, los cuales fueron superiores al 90 %; por lo que valoró de muy alto (5). Su nivel de
importancia fue del 30 %.
El análisis de la variable uso del suelo (uso), mostró como resultado un futuro uso forestal de las áreas
rehabilitadas; lo cual es compatible con las característica de la región. Esto posibilitó valorar el parámetro de
muy alto (5). Su nivel de importancia fue del 25 %. La valoración de la capacidad de visibilidad hacia el área de
explotación (cva), mostraron que debido a la topografía, pendientes y otras barreras naturales de la zona en la
cual está ubicada la mina, no es posible apreciar ninguno de los procesos tecnológicos mineros existentes desde
la vía pública principal, por lo que su valoración fue de muy positiva (5). Su nivel de importancia fue del 15 %.
28
�De manera general, el indicador de calidad del paisaje (Icp), se valoró de alto (4,50) y su nivel de importancia
en el Potencial ambiental (PA), fue del 15 %.
Una vez determinados los indicadores ambientales de sostenibilidad, se valoró el comportamiento del Potencial
ambiental (PA), a partir de sus componentes principales y la utilización de la Fórmula 30.
PA = 0,20 × Iat + 0,30 × Iih + 0,20 × Iis + 0,15 × Iec + 0,15 × Icp ;
(30)
Los resultados reflejan valores de 3,37; (ver Tabla 7 de los Anexos), que según la escala descrita en la Tabla 1
del Capítulo III, expresan un desarrollo medio de este potencial.
Potencial minero, (PM)
El análisis del comportamiento de la producción minera (Ipm), se realizó a partir del grado de cumplimiento del
plan anual exigido a la mina por la entidad superior. Los resultados demostraron que el grado de cumplimiento
de dicho plan fue bajo oscilando entre el 50-77 %; por lo que se valoró de bajo (3,2). Su nivel de importancia en
el componente Tecnología (TE), fue del 20 %.
La valoración de la utilización integral de los recursos minerales (Iur), mostró la presencia de otros minerales en
las menas de cromo extraídas; las cuales y dada la tecnología empleada en la mina, no es posible su
aprovechamiento ni tratamiento metalúrgico, por lo que este indicador se valoró de muy bajo, (1). Su nivel de
importancia en el componente Tecnología (TE), fue del 5 %.
Durante la valoración del indicador del adelanto de la preparación minera (Itp), se demostró que uno de los
principales problemas que influyó en los incumplimientos de los planes anuales de producción fue el atraso de
los trabajos de preparación y corte con relación a los de arranque; por lo que recibió valores muy bajos (1) y su
nivel de importancia en el componente Tecnología (TE), fue del 15 %.
El indicador de gestión minera (Ige), se valoró según los parámetros establecidos en la metodología propuesta
en el Capítulo III y la aplicación de la Fórmula 31.
Ige = 0 , 50 × nau + 0 , 50 × ndi ;
(31)
Los resultados de la valoración del nivel de automatización (nau), muestran como las operaciones mineras hacen
poco uso de los adelantos científicos y técnicos; por lo que experimentó valores muy bajos (1) y su nivel de
importancia en el indicador de gestión minera (Ige), fue del 50 %. El análisis del nivel de diversificación (ndi),
permitió comprobar que en la mina, no solamente se obtiene como producto final el rajón de cromo refractario;
sino que existen otros productos secundarios (concentrado 0-1, 4-12 y las colas), que se pueden comercializar y
no reciben uso; por lo que este indicador se valoró de muy bajo (1) y su nivel de importancia en el indicador de
gestión minera (Ige), fue del 50 %. De manera general, el indicador de gestión (Ige), se valoró de muy bajo (1) y
su nivel de importancia en el Potencial minero (PM), fue del 5 %.
El volumen de residuales (Ivr), se valoró a partir del uso y tratamientos que reciben la cantidad de escombros,
grasas y colas producidas por la minería. La investigación arrojó que más del 75 % de estos materiales
contaminantes no reciben utilización ni tratamiento, por lo que este indicador se valora de muy bajo (1). Su
nivel de importancia en el componente Tecnología (TE), fue del 10 %.
El indicador de pérdidas mineras (Ipe), permitió valorar el comportamiento de las pérdidas cuantitativas (pca) y
cualitativas (pcl) del mineral en esta etapa. Para ello, fue necesario el uso de la Fórmula 32.
Ipe = 0 ,50 × pcan + 0 ,50 × pcal ;
(32)
29
�Según consta en los Balances Anuales de las Reservas Geológicas, [ECROMOA, (2003)], en la mina se
produjeron considerables pérdidas cuantitativas de minerales, por lo que este parámetro se valoró de muy
negativo (1)y su nivel de importancia en el indicador de pérdidas mineras fue del 50 %. El análisis del
comportamiento de la dilución, provocó una valoración de muy baja (1,4) y su nivel de importancia en el
indicador de pérdidas mineras del 50 %. De manera general, el indicador de pérdidas mineras (Ipe), se valoró de
muy bajo (1,2) y su nivel de importancia en el componente Tecnología (TE), fue del 15 %.
La seguridad de los trabajos mineros (Ism), se valoró a partir de los principales indicadores de accidentes e
incidentes que ocurrieron en cada año de la etapa analizada (1998-2002). Las investigaciones arrojaron como
resultado que la mina excepto el año 1999; se comportó de manera segura para la realización de las operaciones
mineras, por lo que este indicador alcanza valores altos (4). Su nivel de importancia en el componente
Tecnología (TE), fue del 20 %.
La utilización de los espacios mineros (Iem), se valoró a partir del empleo que reciben las cámaras y
excavaciones antiguas de la mina. Este indicador se valoró de muy bajo (1) y su nivel de importancia en el
componente Cierre de las actividades mineras (CM), fue del 40 %.
El patrimonio geológico y minero (Ipg), valoró aquellos elementos patrimoniales y de valor histórico presentes
en la mina. Durante la investigación se determinó que este patrimonio está muy poco estudiado y no se tiene en
cuenta durante la planificación minera, por lo que los resultados de este indicador fueron muy bajos (1). Su nivel
de importancia el componente Cierre de las actividades mineras (CM), fue del 30 %.
El proyecto de cierre de las actividades mineras (Ipc), tuvo en cuenta que en la mina no existe un proyecto o
documentación técnica que reflejara acciones en este sentido, por lo que el indicador se valoró de muy bajo (1) y
su nivel de importancia el componente Cierre de las actividades mineras (CM), fue del 30 %.
Una vez determinados los indicadores mineros de sostenibilidad, se valoró el comportamiento del Potencial
minero (PM), a partir de sus componentes principales y utilizando las Fórmulas 33, 34 y 35.
TE = 0,20× Ipm+ 0,05× Iur + 0,15× Itp + 0,15× Ige+ 0,10× Ivr + 0,15× Ipe+ 0,20× Ism ;
(33)
CM = 0,40 × Iem + 0,30 × Ipg + 0,30 × Ipc ;
(34)
PM
(35)
= 0 , 90 × TE + 0 ,10 × CM
;
Los resultados reflejan valores que oscilan entre 2,09 y 2,26 para un promedio de 2,19; (ver Tabla 8 de los
Anexos), los que según la escala descrita en la Tabla 1 del Capítulo III, expresan un desarrollo insostenible.
Potencial socio-económico
El análisis del comportamiento de la capacidad de empleo (Ice), tuvo en cuenta la cantidad de empleados
planificados y el comportamiento de este plan en la etapa. Los resultados mostraron un cumplimiento promedio
del plan de un 91 %, por lo que este indicador se valoró de elevado, (4). Su nivel de importancia fue en el
componente Fuerza de trabajo (FT), fue del 20 %.
El análisis del comportamiento de la profesionalidad de los trabajadores (Ipt), se valoró a partir de los
parámetros establecidos en el capítulo anterior, par lo cual se aplicó la Fórmula 36.
Ipt
= 0 , 50 × npt
+ 0 , 50 × cpt
;
(36)
El nivel profesional de los trabajadores (npt), se valoró a partir del grado cultural de los trabajadores de la mina.
Los resultados de las investigaciones demostraron que más del 80 % de los trabajadores no poseen ningún tipo
de calificación técnica y profesional por lo que es muy bajo, (1). Su nivel de importancia se valoró de un 50 %.
30
�El nivel de superación y capacitación de los trabajadores (cpt), arrojó como resultado que solamente se cumplió
con el 60 % de las acciones planificadas en la etapa, por lo que se valoró de medio, (3). Su nivel de importancia
se valoró de un 50 %, tal como se refleja en la Tabla 19 del Anexo IV. 2. De manera general, el indicador
profesionalidad de los trabajadores (Ipt), se valoró de bajo (2) y su nivel de importancia en el componente
Fuerza de trabajo (FT), fue del 25 %.
Durante el análisis del nivel de satisfacción de la fuerza de trabajo (Isf), se comprobó que en los tres últimos
años se incrementaron las quejas, motivadas por el pago de la estimulación y por algunos servicios no prestados;
por lo que el indicador se valoró de medio, (3). Su nivel de importancia en el componente Fuerza de trabajo
(FT), fue del 25 %.
La cantidad de obligaciones legales cumplidas (Icl), se valoró a partir de las principales obligaciones a cumplir
establecidas a la mina. Este parámetro arrojó que la mina en la etapa analizada cumplió con este indicador, por
lo que alcanzó valores muy altos, (5) y su nivel de importancia en el componente Relaciones comunitarias (RC),
fue del 80 %.
Del análisis del nivel participativo comunitario (Inp), se pudo comprobar que al igual que en el escenario
anterior, a pesar de desarrollarse algunas actividades aisladas con las comunidades de La Melba, Punta Gorda y
Moa, no existió un plan de acción preestablecido en la mina con vista a organizar esta labor, por lo que el
indicador se valoró de bajo, (2). Su nivel de importancia en el componente Relaciones comunitarias (RC), fue
del 10 %.
Los análisis del indicador del valor social (Ivs), arrojaron como resultado que en la mina el 100 % de los
trabajadores proceden de estas tres comunidades; y que la minería desde sus inicios, ha constituido la fuente
principal de empleo para los habitantes de esta zona. Dicho indicador se valoró de muy elevado, (5). Su nivel de
importancia en el componente Relaciones comunitarias (RC), fue del 10 %.
El comportamiento del costo unitario (Icu), mostró que en la unidad minera los costos siempre se mantuvieron
por encima de los planificado, por lo que el este indicador se valoró de muy bajo, (1). Su nivel de importancia
fue en el componente Mercado (ME), fue del 60 %.
El nivel de satisfacción de la demanda (Ins), tuvo en cuenta los principales clientes de la unidad minera. Las
investigaciones arrojaron la existencia en estos años, de quejas relacionadas con la cantidad y calidad de
mineral, por lo que se valoró el indicador de bajo (2,8). Su nivel de importancia en el componente Mercado
(ME), fue del 40 %.
Una vez determinados los indicadores mineros de sostenibilidad, se valoró el comportamiento del Potencial
socio-económico (PSE), a partir de sus componentes principales y haciendo uso de las Fórmulas 37, 38, 39 y 40.
FT = 0,50 × Ice + 0, 25 × Ipt + 0, 25 × Isf ;
(37)
RC = 0,80 × Icl + 0,10 × Inp + 0,10 × Ivs ;
(38)
ME
(39)
= 0 , 60 × Icu + 0 , 40 × Ins
;
PSE = 0,35 × FT + 0,30 × RC + 0,35 × ME ;
(40)
Los resultados reflejan valores que oscilan entre 2,40 y 2,54 para un promedio de 2,45; (ver Tabla 9 de los
Anexos), los que según la escala descrita en la Tabla 1 del Capítulo III, expresan un desarrollo bajo de este
potencial.
Geopotencial, (GP)
31
�La valoración del Geopotencial (GP), se realizó a partir de los resultados obtenidos en cada potencial,
(geológico, ambiental, minero y socio-económico) y aplicando la Fórmula 41.
GP = 0,25 × PG + 0,25 × PA + 0,25 × PM + 0,25 × PSE ;
(41)
Este cálculo arrojó como resultado valores mínimos de 2,70 y máximos de 2,73 para un promedio de 2,72; (ver
Tabla 10 de los Anexos), lo cual según la escala propuesta en la Tabla 1 del Capítulo III, implica un desarrollo
Escala
minero sostenible bajo, (ver Figura 2).
5,00
4,00
3,00
GEOPOTENCIAL
2,00
1,00
1998
1999
2000
2001
2002
Años
Figura 2. Valoración de Geopotencial en escenario de la mina Las Merceditas.
IV. 4 Conclusiones
1. La determinación del geopotencial en el escenario de la mina Comandante Ernesto Che Guevara, mostró
valores medios hacia un desarrollo minero sostenible, cuyas causas principales son: el impacto negativo
ocasionado por la minería a los componentes ambientales, el incumplimiento en el último año de los planes
de producción; los atrasos de los trabajos de preparación, las pérdidas mineras, el abandono del patrimonio
geológico y minero, la ausencia de un proyecto de cierre.
2. La determinación del geopotencial en el escenario de la mina Las Merceditas, señala valores bajos hacia un
desarrollo minero sostenible. Las principales causas están determinadas por el impacto negativo ocasionado
por la actividad minera al ambiente, el incumplimiento en los planes de producción, los atrasos de los
trabajos de preparación, el volumen de escombros, la gestión minera, las pérdidas mineras, la tecnología
empleada en la mina, la no utilización de los espacios mineros, el abandono del patrimonio geológico y
minero, la ausencia de un proyecto de cierre de la mina, la baja profesionalidad de la fuerza de trabajo, el
bajo nivel participativo comunitario, los costos de explotación y el bajo nivel de satisfacción de la demanda.
Un análisis resumen de la aplicabilidad del método desarrollado se brinda en la Tabla 22 del Anexo IV. 2, donde
se reflejan las fortalezas y restricciones del proceso metodológico, de organización y desarrollo del SIS.
CONCLUSIONES
1. Los resultados de diagnóstico del geopotencial de las minas Comandante Ernesto Che Guevara y Las
Merceditas, indican la necesidad de incorporar de manera integral aspectos minero-ambientales y socioeconómicos, relevantes a la toma de decisiones en la gestión geominera. Deben por tanto, servir de base a
una información altamente agregada y científicamente fundamentada para vincular las relaciones de las
actividades de extracción mineral, con su impacto sobre el ambiente y su acercamiento al desarrollo minero
sostenible deseado.
2. La metodología elaborada para el diseño de sistema de indicadores de sostenibilidad (SIS), identificó un
conjunto de indicadores de acuerdo a los potenciales geológico, ambiental, minero, y socio-económico, que
32
�proporcionan una base útil para la toma de decisiones con relación al desarrollo minero sostenible de los
escenarios estudiados.
3. El sistema de indicadores de sostenibilidad (SIS), representa un núcleo de información integral,
constituyendo una organización analítica. El modelo da lugar a tres tipos claves de indicadores necesarios,
para abordar los temas del sector minero: de presión, de estado y de respuesta.
4. Para su perfeccionamiento, se aplicó un modelo científico, capaz de lograr la coherencia y consistencia del
mismo, a partir de la vinculación estrecha entre el proceso minero y socio-económico que le dio origen.
5. La investigación demostró la necesidad de un sistema de indicadores para proyectar la explotación
sostenible de los recursos minerales.
RECOMENDACIONES
1. Aplicar el sistema de indicadores de sostenibilidad (SIS) propuesto durante el proceso de información y
toma de decisiones de las empresas mineras con el objetivo de proyectar la explotación minera sostenible de
los recursos minerales.
33
�
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Sistema de indicadores mineros para la explotación sostenible de los recursos minerales
Creator
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Diosdanis Guerrero Almeida
Publisher
An entity responsible for making the resource available
Editorial Digital Universitaria de Moa
Date
A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource
2003
Type
The nature or genre of the resource
Tesis doctoral
-
https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/57eecc6c588d64688e67caf354f96e0b.pdf
2a4eceada2bae3dee2a07a550fac2617
PDF Text
Text
Tesis doctoral
MODELACIÓN MATEMÁTICA Y SIMULACIÓN
DEL TRANSPORTE NEUMÁTICO
DEL MINERAL LATERÍTICO
Enrique Torres Tamayo
�REPÚBLICA DE CUBA
MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR
INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALÚRGICO
“DR. ANTONIO NÚÑEZ JIMÉNEZ”
FACULTAD DE METALURGIA Y ELECTROMECÁNICA
DEPARTAMENTO DE MECÁNICA
MODELACIÓN MATEMÁTICA Y SIMULACIÓN DEL
TRANSPORTE NEUMÁTICO DEL MINERAL
LATERÍTICO
Resu men de la tesis pres enta da en opci ón al grad o cien tífi co de
Doct or en Cien cias Técn icas
AUTOR: MSc. Ing. Enrique Torres Tamayo
TUTO RES: Dr. C. RAFAEL PÉREZ BARRETO
Departamento de Ingeniería Eléctrica
Facultad de Metalurgia y Electromecánica
Instituto Superior Minero Metalúrgico
DR. C. RENÉ LESME JAÉN
Centro de Estudio de Eficiencia Energética
Facultad de Ingeniería Mecánica
Universidad de Oriente
DR. C. RAÚL IZQUIERDO PUPO
Departamento de Ingeniería Mecánica
Facultad de Metalurgia y Electromecánica
Instituto Superior Minero Metalúrgico
MO A – 20 03
�SÍNTESIS
En la empresa Comandante Ernesto Che Guevara, aunque el transporte neumático
presenta índices ecológicos superiores a otros transportadores mecánicos su
empleo se ha visto limitado por el excesivo gasto de energía que alcanza los 18,82
MJ/T. Las causas que originan esta dificultad son: la incorrecta selección de la
velocidad del gas transportador, la existencia de los alimentadores sinfín y la infinita
variedad de características físicas y aerodinámicas de los materiales a transportar,
que conducen a la inexactitud de los proyectos de las instalaciones neumáticas
derivadas de la ausencia de investigaciones científicas y trabajos experimentales en
esta ciencia.
A partir de los conocimientos existentes para el transporte neumático de sólidos en
las fases fluida y densa se deduce un modelo teórico descriptivo, cuyos parámetros
(diferencia de velocidad entre el gas y el sólido y velocidad de flotación) se obtienen
con datos experimentales de una
instalación a escala semi – industrial. Para
obtener los parámetros del modelo se utiliza el método de solución de ecuaciones
diferenciales Runge – Kutta cuarto orden como parte de un procedimiento iterativo
que conduce a la minimización del módulo del error promedio entre los valores
experimentales y los predichos por el modelo.
Con el empleo del modelo se simula la dependencia de las pérdidas de presión, el
flujo másico de sólido y la concentración de la mezcla en función del flujo másico de
gas de los sistemas de transporte neumático de la empresa Comandante Ernesto
Che Guevara. Se comparan los parámetros actuales con los simulados en diferentes
condiciones de trabajo.
Los resultados de la investigación predicen que el incremento de la concentración de
la mezcla desde 12,8 hasta 30 kg/kg, permite reducir el consumo específico de
energía en 13,45 MJ/T. Si se considera la productividad actual de sólido en la
empresa Comandante Ernesto Che Guevara,
el consumo total de energía se
reduce en 3012 kW-h. Estos resultados permiten valorar aproximadamente el
comportamiento de los sistemas de transporte en la empresa René Ramos Latour.
1
�INTRODUCCIÓN
La industria cubana del níquel juega un papel importante dentro de la economía
nacional, es por ello que el incremento de la eficiencia de los diferentes equipos e
instalaciones que la componen incide considerablemente en la reducción del
consumo de portadores energéticos. Actualmente se encuentra enfrascada en dos
grandes procesos: el de modernización de sus plantas, con el objetivo de disminuir
los costos en la producción de cada tonelada de níquel, y el perfeccionamiento
empresarial para hacerla más competitiva en el mercado internacional. Este último
como proceso integral no puede soslayar el impulso tecnológico a partir de una
aplicación consecuente de la ciencia y la técnica (Mesa Redonda, Enero 30 del
2001).
Existen dos fábricas en funcionamiento para la obtención de concentrado de níquel
más cobalto con tecnología carbonato amoniacal y una tercera industria en fase de
proyecto para obtener ferroníquel. Dentro de una fábrica metalúrgica concurren
complejos sistemas que muestran diferentes comportamientos con dinámicas muy
variadas, algunos de estos agregados ubicados en las plantas de preparación del
mineral y hornos de reducción son los sistemas de transporte neumático.
El transporte neumático por sus múltiples ventajas constituye uno de los medios más
avanzados de transporte de sólidos; el mismo se encuentra ampliamente aplicado
en el ámbito mundial. En Cuba su uso hasta el momento se reduce a la industria del
níquel y en menor medida al transporte de harina, cemento, entre otros; pero a partir
de los pronunciamientos del IV Congreso del Partido Comunista de Cuba, donde se
enfatiza en la necesidad de llevar a cabo una gran campaña de ahorro de energía y
combustible, se hace necesario, de acuerdo con el nivel que ha alcanzado la
industria del níquel y su posterior desarrollo: modernizar los medios de transporte
neumático del mineral laterítico que contribuye a incrementar la productividad del
trabajo, mejorar las condiciones higiénico – sanitarias de los trabajadores del níquel,
reducir los gastos anuales y aportar otros beneficios a la sociedad.
En las empresas del níquel con tecnología carbonato amoniacal, aunque el
transporte neumático presenta índices ecológicos superiores a otros transportadores
mecánicos su empleo se ha visto limitado por el excesivo gasto de energía que
alcanza los 18,82 MJ/T. Las causas que originan esta dificultad son: la incorrecta
selección de la velocidad del gas transportador, la existencia de los alimentadores
sinfín y la infinita variedad de características físicas y aerodinámicas de los
materiales a transportar, que conducen a la inexactitud de los proyectos de las
2
�instalaciones neumáticas derivadas de la ausencia de investigaciones científicas y
trabajos experimentales en esta ciencia.
La modelación del transporte de flujos bifásicos gas - sólido en el transporte
neumático del mineral laterítico y el cálculo de su pérdida de presión es una tarea
novedosa; debido a las diferentes características físicas y aerodinámicas de los
materiales que implican distintos tipos de flujos, cada uno requiere su propio modelo
con el objetivo de proporcionar un método de cálculo específico. El transporte en
fase fluida se recomienda en distancias superiores a un kilómetro; en longitudes
menores a las anteriores se debe emplear, siempre que sea posible, el transporte en
fase densa debido a su menor consumo energético. Todos los sistemas de
transporte neumático de las empresas del níquel poseen distancias menores a los
600 metros.
La situación actual del transporte neumático en las plantas de preparación del
mineral y hornos de reducción en la empresa Comandante Ernesto Che Guevara, se
caracteriza por las siguientes deficiencias:
•
La concentración a la que se produce el transporte neumático del mineral
laterítico es baja (alrededor de 12,8 kg/kg).
•
Las limitaciones de los métodos existentes para la proyección, selección y
cálculo de los parámetros racionales de transporte neumático del mineral
laterítico.
A partir de estas deficiencias se declara como situación problémica actual:
El elevado consumo energético en el transporte neumático del mineral
laterítico en las plantas de preparación del mineral y hornos de reducción de la
empresa Comandante Ernesto Che Guevara.
El problema científico a investigar lo constituye:
El insuficiente conocimiento acerca del efecto de la velocidad del aire y la
concentración de la mezcla sobre el consumo energético del transporte
neumático del mineral laterítico en fases fluida y densa.
Como objeto de la investigación se establece:
El proceso de transporte neumático del mineral laterítico.
En la temática estudiada se presenta un problema interesante no abordado en la
literatura hasta el momento que son los sistemas bifásicos sólido - gas en fases
fluida y densa para este tipo de material. Se han desarrollado en el país
investigaciones sobre el transporte neumático del bagazo en tuberías verticales,
horizontales y codos (Pacheco 1984; Lesme 1996) para concentraciones
3
�encontradas en la llamada fase fluida, con lo que no se completa el sistema de
conocimientos teóricos y empíricos para seleccionar los parámetros racionales del
transporte del mineral laterítico y proyectar futuras instalaciones.
El conocimiento del proceso, el desarrollo de modelos matemáticos que representen
los fenómenos físicos de los sistemas, la simulación en computadora de sus
características y, en fin, el proyecto para la implementación de nuevas tecnologías
es un tema de primordial importancia en el desarrollo actual del sector industrial.
Sobre la base del problema a resolver se establece la siguiente hipótesis:
El estudio de los fundamentos teóricos existentes, conjugado con métodos
empíricos, permitirá obtener un modelo empírico – teórico, útil para predecir
los valores satisfactorios de los parámetros de trabajo en los sistemas de
transporte neumático de lateritas en la empresa Comandante Ernesto Che
Guevara.
Esta hipótesis científica exige la necesidad de conocer las principales propiedades
físicas y aerodinámicas del material investigado: el mineral laterítico; así como a
partir del modelo empírico - teórico simular las características de transporte y
seleccionar los parámetros racionales para un transporte eficiente en fase fluida o
densa. Entonces se podrán proponer nuevas tecnologías que respondan en su
diseño a las necesidades que demanda el proceso, donde se establece un orden de
jerarquía desde el punto de vista energético.
A partir de la hipótesis planteada, se define como objetivo del trabajo:
Obtener un modelo empírico - teórico que describa el comportamiento del
transporte neumático del mineral laterítico en fases fluida y densa en tuberías
horizontales y verticales.
Para lograr el cumplimiento del objetivo propuesto, se plantean las siguientes tareas
del trabajo:
9 Determinar las limitaciones de las teorías y las expresiones empíricas
desarrolladas en el mundo para el cálculo de las pérdidas de presión de los
sistemas de transporte neumático en tuberías horizontales y verticales, en la
zona dispersa, al ser aplicadas al mineral laterítico.
9 Determinar las propiedades físicas y aerodinámicas que mayor influencia tienen
en el transporte neumático del mineral laterítico.
9 Deducir el modelo teórico que describe la dependencia de la caída de presión en
función de los parámetros de transporte y las propiedades físicas y
4
�aerodinámicas del material, a partir de los antecedentes teóricos y empíricos del
transporte neumático de sólidos,
9 Obtener de manera empírica los parámetros del modelo teórico (velocidad de
flotación y velocidad del sólido).
9 Simular las características de transporte neumático del mineral laterítico en
diferentes regímenes de operación.
9 Valorar económicamente la propuesta efectuada.
En correspondencia con la hipótesis y el objetivo propuesto, se plantea como
novedad científica:
El establecimiento de un modelo empírico - teórico para el transporte
neumático del mineral laterítico en fases fluida y densa que permite, mediante
la simulación, predecir los parámetros racionales de trabajo de los sistemas
industriales en la empresa Comandante Ernesto Che Guevara.
Los métodos de investigación empleados son los siguientes:
1. Método de investigación documental y bibliográfico para la sistematización del
conjunto de conocimientos y teorías relacionadas con el objeto de estudio.
2. Método de la modelación físico - matemática del transporte neumático en fases
fluida y densa, basado en los principios del movimiento de fluidos bifásicos gas sólido a través de ecuaciones diferenciales.
3. Método de resolución de ecuaciones diferenciales aplicando Runge – Kutta
cuarto orden mediante las técnicas computacionales existentes.
4. Método de investigación experimental para describir, caracterizar el objeto de
estudio y sus principales regularidades.
5. Método de simulación computacional de los modelos obtenidos.
En el desarrollo de la investigación se toman como base los estudios efectuados por:
Torres (1999), así como la información recopilada de trabajos de investigación y
tesis de grados realizadas en la Planta de Preparación del Mineral y Hornos de
reducción de la Empresa Comandante Ernesto Che Guevara y René Ramos Latour.
CAPITULO 1. MARCO TEÓRICO - METODOLÓGICO DE LA INVESTIGACIÓN
Trabajos Precedentes
Una investigación científica de acuerdo con lo planteado por Aróstegui (1978), en
cualquier área del conocimiento debe siempre estar sustentada por una
investigación teórica y empírica , de ahí que sea necesario utilizar los métodos que
caracterizan a cada una de ellas para desarrollar científicamente las mismas a partir
5
�de una clara caracterización del objeto, del planteamiento del problema, los
objetivos, la hipótesis y las tareas.
En el desarrollo de la investigación se consultaron diferentes trabajos y estudios, la
revisión bibliográfica estuvo dirigida en dos líneas fundamentales: una, la
información relacionada con el enfoque teórico - metodológico y otra, los trabajos
que sobre el tema del transporte neumático desde el punto de vista científico,
técnico y práctico se han efectuado en los últimos años.
Respecto al primer elemento, resulta muy útil la revisión de los trabajos de
Mesarovich (1996) que aborda la temática relacionada con la teoría general de los
sistemas y la metodología de las investigaciones sistémicas. Según Hurtado (1999);
Guzmán (2001) este autor conceptualiza con claridad los métodos sistémicos de
análisis del conocimiento científico, permitiéndole al investigador su empleo para
sustentar teóricamente la investigación. A pesar que algunos términos y definiciones
han evolucionado en el presente, su esencia se mantiene vigente.
Una vez definida la teoría de sistema, como base teórica de la investigación, fue
necesaria la búsqueda de métodos que permitieran la identificación y el análisis de
los diferentes aspectos (subsistemas) que tributan al proceso de transporte
neumático en tuberías horizontales, verticales y codos como sistema integrado. Se
basan en el principio físico que el aire bajo ciertas condiciones puede ser utilizado
para transportar materiales pesados que crea una caída de presión entre el inicio y
el final de la tubería (Neidigh, 2002).
Según Pacheco (1984), las teorías más divulgadas sobre el transporte neumático
por tuberías horizontales, verticales y codos que aparecen en la literatura,
establecen relaciones entre sus datos experimentales y cierto coeficiente que vincula
las pérdidas por fricción totales del proceso de flujo que incluye ambas fases (sólida
y gas) y las pérdidas por fricción debido al gas, que en esta investigación es el aire
limpio. Interesante en este campo resulta el artículo de Weber (1991) donde hace
un análisis de la influencia de la fricción del aire y la mezcla aire - sólido en el
transporte neumático, se determinan las pérdidas de presión a partir de un
coeficiente de mezcla que incluye todos los parámetros influyentes en el transporte
neumático. Otros trabajos dirigidos en la misma dirección son los desarrollados por
Arnold y Wipych (1991); Pan y Wipych (1992). En los artículos citados no se parte de
un razonamiento teórico del comportamiento físico de los sistemas, por lo que limita
su aplicación a las condiciones planteadas en los experimentos. Esto aumenta el
6
�error que se comete cuando se aplican los resultados en el transporte de otros
materiales.
En los últimos años se han incrementado las investigaciones relacionadas con el
transporte neumático de diversos materiales, la mayoría de los autores (Lampinen,
1991; Paul, 1999; Rodes, 2001; Farnish, 2002; Singer, 2002) distinguen dos fases
fundamentales: la fluida o diluta y la densa; en esta última se realizan diferentes
clasificaciones, las más completas son las efectuadas por Rodes (2001) que las
divide en dos partes fundamentales (figura 1):
9 Flujo en fase densa continua, donde el sólido ocupa la parte inferior de la
tubería horizontal. El transporte en esta, requiere de altas presiones del gas y
es limitado a distancias menores de un kilómetro.
9 Flujo en fase densa discontinua (se incluye el flujo en fase pistón), donde
existen cavidades de aire entre la carga de material transportado a través de
la tubería.
Figura 1. Distintas fases en el transporte neumático de materiales
Fuente: M. Rodes, 2001.
Se resalta en el trabajo el punto de tránsito entre las fases fluida y densa, el que
depende de las características del material transportado, la configuración y
parámetros del sistema; se describe la fase densa como la condición donde los
sólidos son transportados de forma que no están suspensos totalmente en el gas, un
aspecto de gran interés en el desarrollo de la presente investigación.
Existen diferentes estudios en la rama tecnológica que muestran la evolución de los
sistemas de transporte neumático desde su surgimiento a mediado del siglo XIX
(Fitzgerald, 1996). Los artículos hechos por Wypych y Arnold (1989); Arnold y
7
�Wipych (1991), plasman una descripción de los principales avances del transporte
neumático en Australia hasta el momento en que se hicieron las investigaciones y
los cambios tecnológicos introducidos en los sistemas de alimentación con vista a
lograr mayor cantidad de material transportado con el menor consumo de aire
posible. La automatización de estos sistemas permite la humanización del trabajo de
los operarios y la reducción de las dimensiones de los mismos. Sus indagaciones se
basan en la parte descriptiva y no profundizan en los detalles de diseño, ni ofrecen
métodos de cálculo que permitan entender las tecnologías examinadas.
Un estudio similar pero en otros países lo realizan Reed y Bradley (1991) en
Inglaterra; Alberti (1991) en Italia; este último destaca además en su investigación la
influencia de las propiedades del producto (densidad real y aparente, granulometría,
factor de forma, contenido de humedad, entre otras) en el diseño de los sistemas de
transporte neumático.
De los últimos trabajos revisados en el campo tecnológico es importante resaltar el
de Dynamic Air (2002), donde se expone una explicación detallada de las
aplicaciones y ventajas de los sistemas de transporte neumático en fase densa para
manipular materiales sólidos de diferentes características ya sean abrasivos, frágiles
o difíciles de manejar.
En el artículo se incluye el diseño exclusivo de los ajustadores de presión (Boosters)
para un completo control del material a través de la tubería de transporte, para ello
consideran cuatro conceptos fundamentales: fuerza bruta, fluidización, convencional
y línea llena. Otra investigación interesante es la de Darren (2000) donde se ofrece
una introducción a los componentes fundamentales de los sistemas de transporte
neumáticos en fases fluida y densa, se describen los beneficios y las limitaciones de
varios componentes según el concepto de diseño del sistema; aunque el artículo no
incorpora los detalles mínimos sobre cómo diseñar un sistema, ayuda a tomar
decisiones generales sobre las opciones de un diseño adecuado.
La modelación matemática es una herramienta indispensable en el diseño y
operación de las plantas de procesos, ofrece un método numérico en la solución de
grandes sistemas de ecuaciones derivadas de la modelación de toda una planta o
parte de la producción. Los últimos avances en el campo de la simulación, en
programas como el MATLAB, permiten obtener con gran exactitud estas soluciones
a una gran velocidad, se pueden seleccionar para ello varios métodos numéricos.
De igual forma para componer las ecuaciones de un objeto en la industria
metalúrgica, los que representan complejos sistemas dinámicos, es necesario
8
�despreciar una serie de factores secundarios y sí tener en cuenta los principales: de
entrada, salida y perturbaciones que influyen en la dinámica del mismo; a la vez, la
sencillez del modelo conformado debe contener las principales peculiaridades del
proceso investigado (Guzmán, 2001).
Es importante destacar lo hecho sobre modelación y simulación de los sistemas de
transporte neumático en Japón, donde a partir de 1970 se establece como una
disciplina en el campo de la ciencia, la ingeniería y la tecnología (Tsuji, 2000). Varios
científicos de ese país se incorporan en esta área especializándose algunos en
mediciones ópticas y otros en dinámica de los fluidos.
Es significativo subrayar el estudio experimental del comportamiento en fase fluida
de la velocidad de la partícula y el perfil de concentración con el empleo de técnicas
de imágenes fotográficas en tuberías horizontales (Hui y Tomita, 2000). Otro es el de
Huttl et al (2002) donde hacen un análisis de la trayectoria de las partículas por
medio de la simulación directa; estos métodos también son utilizados por
Yamamoto et al (1998); Tanaka y Yamamoto (1999); Miyoshi et al (1999), entre
otros. Un razonamiento diferente elaboran Raheman y Jindal (1993), determinan la
velocidad de deslizamiento que es la diferencia existente entre la velocidad del gas y
la velocidad del material en el transporte de fluidos bifásicos gas - sólido.
La modelación de la mezcla bifásica en fases fluida y densa es de interés no solo
para los sistemas de transporte neumático, sino también para otras aplicaciones
tales como: los procesos de fluidización y procesos hidráulicos. Massoudi et al
(1999) presentan las ecuaciones que rigen el comportamiento de un flujo de mezcla
de partículas en fase densa para flujos completamente desarrollados; el autor
examina la influencia de las colisiones ínter partículas, el coeficiente de fricción, la
viscosidad y el desarrollo de flujo isotérmico de las mezclas bifásicas.
Mason et al (1998)
desarrollan la simulación de los sistemas de transporte
neumático con el fin de incrementar la flexibilidad de los métodos de diseño. Esta
tarea es dividida en dos partes: la predicción del punto de operación del sistema y la
influencia de los componentes individuales de la tubería en el flujo. También se
debate el perfeccionamiento del algoritmo usado para predecir el punto de operación
del sistema que responde a las principales inquietudes relacionadas con la eficiencia
del transporte neumático.
Un modelo para el análisis de las pérdidas de presión en el sistema de transporte es
el desarrollado por Pan y Wypych (1997), donde estudian el comportamiento del
transporte en fase densa de materiales de forma irregular a partir de la modelación
9
�teórica
en
tuberías
horizontales
y
verticales, los validan con resultados
experimentales en instalaciones previamente construidas. Una investigación similar
para el transporte en fase fluida es la realizada por Lampinen (1991). En la misma
línea Hettiaratchi y Woodhead (1998) hacen una comparación entre la caída de
presión en tuberías horizontales y verticales donde establecen la correlación entre
ambas, minimizan la cantidad de experimentos a efectuar en el examen de los
diferentes sistemas. En todos los artículos citados los autores no muestran el
comportamiento del transporte de los materiales en las dos fases a la vez y no
efectúan una exposición del comportamiento del consumo energético que delimite la
zona de operación de un sistema en particular.
La modelación matemática del comportamiento de las mezclas bifásicas a través de
codos ha sido ampliamente abordada en la literatura. En Cuba es relevante la tesis
doctoral de Lesme (1996) donde expone una investigación teórico - experimental de
las pérdidas en codos para el transporte neumático del bagazo y su metodología de
cálculo. Para ello parte del movimiento de las partículas de bagazo a lo largo de la
zona curva del codo y la zona de dispersión. Obtiene los valores teóricos de las
pérdidas de presión de la corriente bifásica en ambas zonas, la variación de sus
principales parámetros hidrodinámicos, la longitud de la zona de dispersión, los
coeficientes teóricos de pérdidas y luego su validación en una instalación
experimental. Se destaca además en este campo Bradley (1990) donde implementa
ensayos para diferentes relaciones de radio de curvatura y geometría del codo.
Estas se limitan a determinados elementos de los sistemas de transporte neumático,
su alcance es específico para los materiales estudiados sin tener en cuenta la fase
densa donde se logran los menores consumos de energía.
Los aspectos económicos de los sistemas de transporte neumático se examinan en
la literatura, se destaca Hayes et al (1993), ellos dividen los costos en dos
categorías fundamentales: costo capital y costo operacional. El primero incluye los
costos de diseño, conexión e instalación del sistema y el segundo los costos por
conceptos energéticos, de mantenimiento, entre otros. Crawley y Bell (2002) en una
búsqueda análoga circunscriben ejemplos de cálculo para sistemas en fases fluida y
densa.
No existe suficiente información sobre el transporte neumático del mineral laterítico
en los materiales consultados. En el manual de operaciones de la planta de
preparación del mineral de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara (1985) se
encuentran algunos datos de los sistemas actuales, fundamentalmente del sistema
10
�de alimentación. Ellos emplean alimentadores de tornillo sinfín FULLER KINYON de
fabricación Alemana y compresores centralizados que presentan disímiles
problemas (Torres,1999).
La consulta bibliográfica hasta el momento no da respuesta a la problemática
escogida. En su mayoría aborda elementos aislados de los sistemas de transporte
neumático, no plantea el conjunto de conocimientos necesarios para proyectar,
seleccionar y evaluar los sistemas de transporte neumático del mineral laterítico
cubano. Esto impone la necesidad de ejecutar una investigación que contribuya a la
mayor eficiencia de los sistemas actuales de transporte neumático en las industrias
del níquel con tecnología carbonato amoniacal.
Propiedades físicas y aerodinámicas del mineral laterítico.
Un paso importante en la modelación matemática, evaluación, cálculo y diseño de
los sistemas de transporte neumático es determinar las propiedades físicas y
aerodinámicas en las condiciones en que se transporta el material.
Las propiedades determinadas son:
9 Contenido de humedad
9 Forma de las partículas
9 Composición granulométrica
9 Densidad de las partículas
9 Densidad aparente
9 Velocidad de flotación
Los valores del análisis granulométrico y contenido de humedad se muestran en
la tabla 1.
Tabla 1. Valores del análisis granulométrico y contenido de humedad de las
partículas.
•
Contenido de humedad: 4,5%
Composición granulométrica
Clase de tamaño
% en
Clase de tamaño
(mm)
peso
(mm)
+ 0,250
3,42
- 0,125 + 0,090
- 0,250 + 0,160
4,27
- 0,090 + 0,074
- 0,160 +0,125
2,68
- 0,074
% en
peso
6,28
5,44
77,91
La morfología de los granos del mineral laterítico se estudia con ayuda de un
microscopio binocular previa clasificación de las muestras como se observa en la
tabla 1. Se examinan 100 granos de cada una de las clases, fueron fotografiados. Se
11
�miden las dimensiones fundamentales: largo, ancho y espesor con el objetivo de
determinar el factor de forma de las partículas.
El factor de forma alcanza valores relativamente altos, en general superiores a 0,8,
por lo que pueden ser consideradas esferas. Si las partículas se unen durante el
transporte presentan formas diferentes a las planteadas, es decir, formas amorfas
que conducen a nuevas estructuras de flujos. Se puede observar que existe
tendencia al incremento del factor de forma con la reducción del diámetro de las
partículas; por lo que en los menores diámetros de las muestras no experimentados,
este valor debe incrementarse.
La densidad del mineral se determina con el empleo del método picnométrico por
poseer todas las condiciones en el laboratorio de Física de las Rocas de la Facultad
de Minas - Geología del Instituto Superior Minero Metalúrgico. Se hacen mediciones
con dos líquidos picnométricos: benceno y gas oil. El valor de la densidad real
después del procesamiento de los resultados es de 3 027 kg/m3.
La densidad aparente varía con la distribución por tamaño de las partículas y con
los cuerpos que la rodean. La porosidad del cuerpo sólido, la materia que llena sus
poros o espacios vacíos intermedios influyen en el valor de la densidad aparente, en
una simple partícula de un material no poroso la densidad real resulta igual a la
densidad aparente. Para el material polidisperso de las muestras analizadas la
densidad aparente tiene un valor de 1 108,4 kg/m3.
Una de las características aerodinámicas más importante de las partículas en las
teorías modernas sobre el transporte neumático es la velocidad de flotación. De
acuerdo con Pacheco (1984) en una partícula caracterizada por su diámetro (ds) y
su velocidad de flotación (Vf), existe una cierta velocidad del gas, por debajo de la
que el transporte neumático a presión atmosférica no es posible. El valor de la
velocidad de flotación, para los mayores diámetros de partículas presentes en las
muestras, es de 5,21 m/s.
CAPITULO 2. MODELACIÓN TEÓRICA EN EL TRANSPORTE NEUMÁTICO DEL
MINERAL LATERÍTICO POR TUBERÍAS HORIZONTALES Y VERTICALES .
Modelo teórico para el cálculo de las pérdidas de presión en el transporte
neumático del mineral laterítico por tuberías horizontales y verticales en la
zona dispersa.
Una vez determinado el alcance de la investigación, fundamentada la no existencia
de expresiones matemáticas que permitan predecir el comportamiento de las
12
�pérdidas de presión en el transporte neumático del mineral laterítico, se fundamenta
el modelo teórico con el empleo de las ecuaciones que describen el balance de
momento, masa y energía.
Fases fluida y densa
El desarrollo del modelo teórico para el transporte neumático del mineral laterítico en
fases fluida y densa en tuberías horizontales y verticales se elabora a partir del uso
simultaneo de las ecuaciones de balance de masa, de momento y de energía. Para
ello se considera un tubo inclinado hacia arriba con un ángulo δ desde la horizontal
como se muestra en la figura 2.
El elemento de mezcla mostrado en la Figura 2 contiene el flujo de aire y partículas
de mineral laterítico. Las densidades parciales de esos dos elementos son ρ g y ρ S ,
respectivamente y la porosidad es ε . Si la presión del aire es P, entonces la fuerza
por unidad de área de la mezcla total que afecta el flujo de aire es (ε ⋅ P ) y la fuerza
por unidad de área que afecta el flujo de mineral es (1 − ε ) ⋅ P .
Figura 2. Fuerzas de fricción que afectan el movimiento de la mezcla aire - mineral
durante el transporte neumático.
El balance de momentos en forma general puede expresarse de la siguiente
manera:
13
�Incremento
de momentos
=
La sumatoria de las
fuerzas específicas
Por lo tanto,
Incremento en
+ Incremento en momento =
momento del aire
del mineral
_
Fuerza
de presión
(1)
_ Fuerza de fricción _
_ Fuerza
gravitacional aire/pared
Fuerza de fricción
mineral/ pared
Fuerza de
_+ interacción
aire/mineral
La ecuación de balance de momento para las partículas de mineral laterítico en la
dirección del eje ”x” con el empleo de la ecuación (1) es:
ρ
S
dVS
d
= − [(1 − ε ) ⋅ P ] − ρ S ⋅ g ⋅ senδ − Fsp + Fgs
dt
dx
(2)
Donde:
ρ -densidad del mineral laterítico; kg/m3
S
Fsp contiene la fuerza de interacción entre las diferentes partículas y la fuerza de
fricción causada por la interacción de las partículas de mineral laterítico con las
paredes de la tubería. La fuerza de resistencia Fgs es de interacción entre el aire y
el mineral laterítico, el opuesto de la fuerza − Fgs es la que afecta el flujo de aire.
La ecuación de balance de momento para el flujo de aire en la dirección del eje ”x”
es:
ρg
dV g
=−
dt
d
(ε ⋅ P ) − ρ g ⋅ g ⋅ senδ − Fgp − Fgs
dx
(3)
Donde Fgp es la fuerza de fricción causada por las paredes y Fgs es la misma
fuerza de resistencia de la ecuación (2).
Las partículas de mineral vibran a lo largo del eje ”y”; perpendicular al eje ”x”,
cambia el perfil de la velocidad interna del aire, por lo que la fuerza de fricción no es
la misma que en un tubo vacío. Se Puede dividir la fuerza de fricción Fgp en dos
partes:
Fgp =
λG ρ g
D
⋅
2
2
⋅ V g + FV
(4)
Donde:
14
�FV - Fuerza específica debido a la vibración del mineral laterítico; N/m3
La primera parte es la fricción del aire con las paredes sin la presencia de las
partículas sólidas. La fuerza específica FV incrementa a partir del hecho que nunca
la velocidad ni la distribución de presión son uniformes a lo largo del eje “y” y este
crea un modelo complicado de flujo de fluido, que implica una fuerza de fricción
adicional en la dirección del eje “x”.
Debido a la velocidad no uniforme y la distribución de presión a lo largo del eje “y”
las partículas permanecen separadas y flotando en la corriente de gas. En un
transporte vertical la fuerza FV es obviamente cero, por lo que las partículas no
tienden a caer y colectarse en el fondo del tubo. La fuerza FV no puede ser incluida
en la fuerza de resistencia Fgs , debido a que esta contribuye a que las partículas se
desplacen hacia arriba en la dirección del eje X, mientras que FV no afecta a estas
pero si al propio gas.
Para modelar la fuerza FV de modo que esta implique el efecto de flotación y la
caída de las partículas hacia el fondo del tubo se aplica el método de potencia
vibracional, una adecuada revisión de este tópico ha sido representado por Mason et
al (1998).
La potencia por unidad de volumen (W/m3) que se necesita para mantener las
partículas flotando en la dirección del eje Y es:
P = ρ S ⋅ g ⋅ cos δ ⋅ V f ⋅ cos δ
(5)
La relación entre la potencia vibracional y la fuerza FV se expresa por:
P = FV ⋅ V g
(6)
Donde:
P – Potencia vibracional específica; W/m3
A partir de las ecuaciones (5) y (6) se obtiene:
FV = ρ S ⋅ g ⋅
Vf
Vg
⋅ cos 2 δ
La suma de las ecuaciones (2) y (3) proporciona:
dV g
dVS
dp λG ρ g
2
+ ρs
=−
−
⋅
⋅ V g − ρ g ⋅ g ⋅ senδ − ρ S ⋅ g ⋅ senδ − FV − Fsp
ρg
dt
dt
dx D 2
(7)
(8)
Para la fuerza FV se tiene la ecuación (7), pero se desconoce Fsp .
El coeficiente de fricción total en la superficie de la tubería está compuesto por una
fricción mecánica por el contacto entre las capas de partículas y la pared de la
15
�tubería, y una fricción viscosa ejercida por el contacto del fluido con las paredes del
tubo (Matousek, 2002).
Diversas investigaciones han demostrado que la rugosidad de la pared tiene un
efecto considerable en el proceso de colisiones de las partículas con la pared
(Sommerfeld, 2002), en procesos industriales donde se emplean tuberías de acero
en el transporte neumático, estas tienen rugosidad que se encuentra entre 20 y
50 µm. La distribución del ángulo rugoso puede ser representado por una función de
distribución normal, la desviación estándar de esta distribución es influenciada por la
estructura de la superficie rugosa y por el diámetro de las partículas.
En la modelación de la fuerza de fricción sólido – pared se tiene en cuenta el
movimiento de la mezcla bifásica no como un flujo homogéneo (esta vía de
modelación es adecuada para el movimiento de las partículas separadamente) sino
como una nueva clase de estructura.
Fsp =
λz ∗ 1
⋅ ⋅ ρ ⋅ VS
D 2 S
2
(9)
El coeficiente de fricción λz ∗ puede ser clasificado de dos formas: coeficiente de
fricción estática y dinámica. Este último provocado por el contacto de las partículas
sólidas con las paredes al deslizarse por la tubería. Se debe encontrar
experimentalmente en cada tipo de material y superficie rugosa, para ello se
determina el ángulo y velocidad de deslizamiento sobre la superficie.
Según los experimentos efectuados con mineral laterítico y superficies similares a
las utilizadas en las instalaciones industriales de las empresas del níquel, en el
centro de investigaciones de materiales de la firma inglesa Clyde Materials
Handling (2002) en una instalación experimental, el valor promedio de este
∗
coeficiente es λ Z = 0,325 , por lo que la ecuación (9) en el mineral laterítico obtiene
la forma siguiente:
Fsp =
0,1625
2
⋅ ρ S ⋅ VS
D
Sustituyendo las ecuaciones
(10)
(7) y (9) en el balance de fuerzas general de la
ecuación (8) se obtiene como resultado:
dVS
dp λG ρ g
2
=−
−
⋅
⋅ V g − ρ g ⋅ g ⋅ senδ − ρ S ⋅ g ⋅ senδ −
dt
dt
dx D 2
Vf
0,1625
2
− ρS ⋅ g ⋅
⋅ cos 2 δ −
⋅ ρ S ⋅ VS
Vg
D
ρg
dV g
+ ρS
(11)
Si se desarrolla el lado izquierdo de la ecuación (11), las derivadas totales también
16
�llamadas derivadas materiales, son:
dV g
dt
=
∂V g
∂t
+ Vg
∂V g
(12)
∂x
dVS ∂VS
∂VS
=
+ VS
dt
∂t
∂x
(13)
En un flujo estacionario la derivada parcial con respecto al tiempo desaparece, es
decir.
V g = V g ( X ) y VS = VS ( X ) , entonces:
dV g
dt
= Vg
dV g
(14)
dx
dVS
dVS
= VS
dt
dx
(15)
Por otro lado, en estado estacionario el balance de masa para el gas en un tubo con
un área de la sección transversal constante es simplemente:
ρ g ⋅ V g = const = m g "
(16)
Donde:
"
m g - Flujo másico de gas por unidad de área;
kg
s ⋅ m2
y el balance de masa para el flujo material es:
ρ ⋅ VS = const = µ ⋅ ρ g ⋅ V g = µ ⋅ m g "
S
(17)
Sustituyendo las ecuaciones (14 – 17) en la ecuación (11) se obtiene:
V g ⋅ (V g + VS ) dP λG ε ⋅ ρ G
ε ⋅ ρ G ⋅ Vg 2 1
2
=
⋅
⋅ Vg +
+ ⋅ ε ⋅ ρG ⋅ µ ⋅
− 1 +
P
P
D
2
2
dx
Vg
Vg V f
0,1625
2
+ ε ⋅ ρ G ⋅ g ⋅ senδ ⋅ 1 + µ ⋅ + µ ⋅ ε ⋅ ρ G ⋅ ⋅ g ⋅
⋅ cos 2 δ +
⋅ VS
VS
VS V g
D
(18)
En tuberías horizontales el senδ = 0 y cos δ = 1 , la ecuación (18) se reduce a la
siguiente expresión:
V g ⋅ (V g + VS ) dP λG ε ⋅ ρ G
ε ⋅ ρ G ⋅ Vg 2 1
2
=
⋅
⋅ Vg +
+ ⋅ ε ⋅ ρG ⋅ µ ⋅
− 1 +
P
P
D
2
2
dx
V g V f 0,1625
2
+ µ ⋅ ε ⋅ ρG ⋅
⋅g ⋅
+
⋅ VS
VS V g
D
(19)
En tuberías verticales senδ = 1 y cos δ = 0 y se obtiene la siguiente expresión:
17
�2
ε ⋅ ρ G ⋅ Vg 2 1
V g ⋅ (V g + VS ) dP λG ⋅ ε ⋅ ρ G ⋅ V g
+ ⋅ ε ⋅ ρG ⋅ µ ⋅
=
+
− 1 +
P
P
2
2⋅ D
dx
Vg
V g 0,1625
2
+ ε ⋅ ρ G ⋅ g ⋅ 1 + µ ⋅ + µ ⋅ ε ⋅ ρ G ⋅
⋅
⋅ VS
VS
VS
D
(20)
La expresión (18) constituye la ecuación final del modelo teórico para el cálculo de
las pérdidas de presión en el transporte neumático del mineral laterítico en tuberías
en fase densa. En ella se necesita identificar dos parámetros: la velocidad del sólido
y la velocidad de flotación de las partículas. La simplificación de esta expresión para
tramos horizontales y verticales se plantea en las ecuaciones (19) y (20). En ambas
λG se determina mediante la aplicación de las expresiones para el aire puro.
El modelo obtenido para el transporte en fase densa se utiliza con bastante exactitud
en la fluida; las diferencias fundamentales se encuentran en la forma de interacción
sólido – sólido, sólido – pared y en la consideración en fase fluida de la porosidad
cercana a la unidad (Neidigh, 2002; Rodes, 2001; Massoudi, 1999). Las ecuaciones
específicas para la fase son:
Tuberías horizontales
dp
1
= −
⋅
2
dx
V g ⋅ (V g + VS )
ρ G ⋅ Vg
1
1 −
− ⋅ ρG ⋅ µ ⋅
P
P
2
V
Vg
λ ρ
f
2
⋅ G ⋅ G ⋅ V g + µ ⋅ ρ G ⋅ g ⋅
+
V
VS
D 2
S
V g − VS
⋅
V
f
(21)
2
Tuberías verticales
1
dp
⋅
= −
2
dx
ρ G ⋅ Vg
V g (V g + VS )
1
1 −
− ⋅ ρG ⋅ µ ⋅
2
P
P
V
Vg
λ ρ
2
+ µ ⋅ ρ G ⋅ g ⋅ g
⋅ G ⋅ G ⋅ V g + ρ G ⋅ g ⋅ 1 + µ ⋅
V
VM
D 2
S
(22)
V g − VS
⋅
V
f
2
Pérdidas en codos
Para la construcción de las características de transporte neumático del mineral
laterítico es necesario, además de conocer las pérdidas en tramos rectos,
determinar las pérdidas en codos.
Las pérdidas en codos se determina por la siguiente expresión:
18
�∆PCT = ∆PC + ∆Pd
(23)
Donde:
∆PCT - Pérdidas totales en el codo (Pa); ∆PC - Pérdidas en la zona curva (Pa)
∆Pd - Pérdidas en la zona de dispersión (Pa).
Para el cálculo de ∆PC y ∆Pd en el estudio del transporte neumático del mineral
laterítico se utilizaron los resultados del trabajo de Lesme (1996) para granos y
polvos.
Procedimiento para la solución del modelo matemático
El modelo teórico en el transporte neumático del mineral laterítico está expresado
por cuatro ecuaciones diferenciales de primer orden (19, 20, 21 y 22) y varias
ecuaciones de enlace, tanto en fase densa como en fase fluida. Para la solución de
las mismas es necesario ajustar los parámetros característicos de cada material
investigado a partir de los resultados experimentales, estos parámetros son:
velocidad de flotación y velocidad del mineral laterítico
En el capítulo 1 con la determinación de las propiedades físicas y aerodinámicas del
mineral laterítico se establecen los valores de la velocidad de flotación en el estado
de referencia (presión atmosférica) para las diferentes clases de tamaño del
material, los que sirven de punto de partida para la observación de su
comportamiento a lo largo de un conducto con la variación de la presión y la
velocidad del gas.
Para determinar la velocidad del mineral laterítico con el modelo se utiliza el término
velocidad relativa que se define como la diferencia entre la velocidad del gas y la
velocidad del material (V g − VS ) , esta se obtiene mediante el ajuste del modelo a los
resultados experimentales.
El método empleado para resolver las ecuaciones diferenciales del modelo teórico y
determinar
la
velocidad
relativa
entre
el
gas
y
el
material
es
Runge – Kutta cuarto orden. Las ecuaciones del modelo se expresan en la forma
−
dp
= f (V gX ;VSX ;V fX ; ρ GX ) y la derivada es calculada en cada punto con el uso de
dx
los valores previos conocidos de V g ; VS ; V f ; P .
Con la caída de presión existe un incremento de la velocidad del gas y la variación
de otros parámetros tales como: densidad, velocidad de flotación y velocidad del
material. Para considerar la variación de los parámetros a identificar en el modelo
con la presión se emplean las siguientes ecuaciones:
19
�V fX = V fA ⋅
PA
PX
V gX − VSX = (V gA − VSA ) ⋅
(24)
PA
PX
(25)
Donde el subíndice (A) representa el estado de referencia a presión atmosférica y (x)
se refiere al valor de los parámetros en cualquier punto del sistema.
CAPITULO 3. RESULTADOS EXPERIMENTALES Y OBTENCIÓN DE LOS
PARÁMETROS DEL MODELO TEÓRICO EN EL TRANSPORTE NEUMÁTICO
DEL MINERAL LATERÍTICO.
Instalación experimental
La instalación experimental consta de los siguientes equipos y accesorios:
compresores, tanque almacenador, sistema regulador de flujo, cámara de
alimentación, tubería de transporte (incluye tramos horizontales, verticales y
accesorios), instrumentación y control de los parámetros.
Selección de las variables
De acuerdo con la literatura consultada (Guerra, 1987; Lampinen, 1991; Pacheco,
1984) y el modelo teórico desarrollado las pérdidas en tuberías horizontales y
verticales para el transporte del mineral laterítico dependen de los siguientes
factores: diámetro de las partículas transportadas, velocidad de la corriente, presión
en la línea de transporte, concentración de la mezcla, posición geométrica de la
línea de transporte.
Número de corridas experimentales
Para determinar el número de corridas experimentales se aplica un diseño
multifactorial, el que de acuerdo con los niveles prefijados de cada una de las
variables suma un número de 200; pero con el objetivo de comprobar la validez de
los mismos y disminuir los errores de observación, para todos los niveles se efectúan
3 réplicas, lo que concluye con un total de 600 corridas experimentales. Se realizan
además corridas con valores intermedios de las variables.
Algoritmo de identificación del modelo
La tarea de identificación del modelo físico - matemático consiste en la
determinación de los parámetros característicos del mineral laterítico [velocidad de
flotación (V F ) y velocidad relativa entre el gas y el sólido (V g − Vs ) ] en los que se
garantiza la adecuación del modelo que describe el proceso. De ahí que sea
necesario comparar los valores de las características YO del proceso tecnológico
20
� dp
dp
real , con las magnitudes YM a la salida del objeto
por las
dx
dx exp
teórico
ecuaciones (19 y 20). Es mejor aquel juego de parámetros en el que se minimiza la
medida m de las cercanías de las magnitudes YO y YM .
m[YO − YM ] → min
(26)
En la identificación del modelo es necesario variar los parámetros en dependencia
de la medida de diferencia de los componentes de las características YO y YM , de
ahí que se aplica el procedimiento iterativo a partir del estado de referencia y el
método de Runge – Kutta cuarto orden que toma en cuenta el comportamiento de la
derivada en cuatro puntos de cada intervalo. Este método como parte del proceso
iterativo se emplea para resolver el modelo teórico y encontrar los valores de los
parámetros característicos para el mineral laterítico
(velocidad de flotación y
velocidad relativa entre el gas y el sólido).
El algoritmo de identificación de acuerdo con los planteamientos anteriores toma la
forma siguiente:
Entrada de datos iniciales
Cálculo de Yo
Selección de los
coeficientes del modelo
Selección
de
nuevos
valores de los coeficientes
Cálculo de YM
Ec. 19; 20; 21
y 22
Comprobación
de condiciones
Ec. 26
No
Fin
El error relativo puntual se calcula por la siguiente expresión:
Ep =
X exp − X teo
X exp
⋅ 100
(27)
21
�El error relativo promedio se expresa por:
X exp − X teo 100
⋅
X exp
n
n
E=∑
i =1
(28)
En la tabla 2 se exponen los valores de velocidad de flotación y velocidad relativa en
cada uno de los diámetros de partículas con el fin de minimizar los errores relativos.
Tabla 2. Valores de velocidad relativa y velocidad de flotación para los diferentes
diámetros de partículas.
dx (mm) V gA
Tubería horizontal
E (%)
− VSA VfA (m/s)
V gA
Tubería vertical
E (%)
− VSA VfA (m/s)
(m/s)
(m/s)
0,250
4,27
5,21
7,84
2,32
5,21
7,10
0,1875
3,6
4,74
8,02
1,97
4,74
8,53
0,1075
3,39
3,83
9,31
1,51
3,83
10,07
Mezcla
5,18
5,21
9,54
2,74
5,21
7,04
El error relativo promedio, en todos los casos, se encuentra por debajo del 10,1% y
de acuerdo con los errores relativos puntuales, el 87% de ellos estuvo por debajo del
10%. Esto confirma la validez de los resultados obtenidos a partir de la modelación
teórica de los sistemas de transporte neumático, desarrollada en el capítulo 2.
CAPITULO IV. SIMULACIÓN EN El TRANSPORTE NEUMÁTICO DEL MINERAL
LATERÍTICO EN LA EMPRESA COMANDANTE ERNESTO CHE GUEVARA.
En el capítulo con los valores de los parámetros del modelo en el mineral laterítico
(velocidad de flotación y velocidad relativa entre el gas y el sólido de la tabla 2), las
ecuaciones 19; 20 y las expresiones de enlace, se simula el transporte neumático de
la empresa Comandante Ernesto Che Guevara. Se compara el comportamiento de
los parámetros actuales y los obtenidos a través de la simulación. Se construyen las
características de transporte y se establece la zona de trabajo racional a partir de
consideraciones esenciales sobre el consumo de energía.
En
la
empresa
Comandante
Ernesto
Che
Guevara
existen
tres
grupos
fundamentales de sistemas de transporte neumático que son:
1. Transporte neumático desde la salida de los secaderos hasta las tolvas de
producto final de los molinos (cuatro sistemas independientes).
2. Transporte neumático desde las tolvas de producto final de los molinos hasta
los silos (seis sistemas independientes).
3. Transporte neumático desde los silos hasta las tolvas de los hornos de
reducción (nueve sistemas independientes).
Los detalles en la configuración de las líneas usadas en el proyecto se exponen en
la tabla 3.
22
�Tabla 3. Características de los sistemas de transporte neumático de la Empresa
Comandante Ernesto Che Guevara.
Sistema
Longitud (m)
Diámetro
(mm) Horizontal Vertical
1
2
3
Simulación
# de codos
Cantidad de
material (T/h)
250
356
16
4
280
250
87
30
6
440
250
232
42
5
440
de las pérdidas de presión en función de la velocidad del gas para
tuberías horizontales y verticales.
Si se consideran los flujos necesarios a transportar en la empresa Comandante
Ernesto Che Guevara mostrados en la tabla 3, se simula el comportamiento para
diferentes diámetros de tuberías, configuraciones horizontales y verticales. Ello se
hace con el empleo de los modelos expresados por las ecuaciones 19 y 20, tabla 2
y las ecuaciones de enlace (ver figuras 2 y 3).
En las gráficas 2 y 3 se observa la existencia de valores de velocidad del gas en los
que las pérdidas de presión son mínimas, esta zona coincide con el tránsito entre la
fase densa y la fluida. A partir de estos valores las pérdidas de presión aumentan
con el incremento de la velocidad del gas y se produce una rápida reducción de la
concentración de la mezcla. En tuberías horizontales el valor promedio de la
velocidad de transporte a saltos es 6,12 m/s y en las verticales la velocidad de
choque es 5,21 m/s, por lo que se observa que en un sistema combinado es
necesario escoger la velocidad mínima a partir del límite establecido de la velocidad
de transporte a saltos en tuberías horizontales.
Diámetro 250 mm
Diámetro 200 mm
Diámetro 150 mm
1600
Caída de presión, Pa/m
1400
1200
1000
800
600
400
200
10,4
10,2
10,0
9,7
9,5
9,3
9,1
8,8
8,6
8,4
8,2
7,9
7,7
7,5
7,2
7,0
6,8
6,6
6,3
6,2
6,1
6,0
5,9
5,8
4,5
0
Velocidad del gas, m/s
Figura 2. Comportamiento de la caída de presión en función de la velocidad del
gas en tuberías horizontales y Ms=100 T/h.
23
�D=175 mm
D=200mm
D=250mm
Caída de presión, Pa/m
1200
1000
800
600
400
200
5
9
4
9
3
8
2
7
2
6
1
6
0
3,
3,
4,
4,
5,
5,
6,
6,
7,
7,
8,
8,
9,
0
Velocidad del gas, m/s
Figura 3. Comportamiento de la caída de presión en función de la velocidad del
gas en tuberías verticales y Ms=100 T/h.
Simulación de las características de transporte en tuberías horizontales y
verticales.
Las características de transporte neumático es necesario simularlas para observar la
interrelación entre los parámetros que intervienen en el transporte del mineral
laterítico y obtener la información necesaria sobre el comportamiento de las
variables, de ahí que se emplea el modelo matemático en tuberías horizontales y
verticales, así como las ecuaciones de las pérdidas en accesorios obtenidas en el
capítulo 2.
El punto de operación de un sistema de transporte neumático puede ser
especificado por tres parámetros fundamentales:
9 La variación del flujo másico de sólido a través de la tubería
9 La variación del flujo másico de gas usado para transportar los sólidos
9 La caída de presión necesaria para manejar el flujo.
El primer parámetro especifica el punto de rendimiento del sistema y los restantes el
punto de operación del alimentador de aire (usualmente el componente más caro del
sistema). Con el uso de los tres se define el rango de posibles condiciones de
operación logradas por un material a granel en un sistema particular, este
comportamiento es conocido como la característica de transporte de materiales.
En las características de transporte se expone el comportamiento del flujo másico de
sólido en función del flujo másico de gas y la caída de presión necesaria para
24
�transportar el material a diferentes concentraciones. Ellas se simulan para tuberías
horizontales, verticales y codos.
En tuberías horizontales este comportamiento se observa en la figura 4. En ella está
presente una zona de trabajo racional de los sistemas de transporte neumático
desplazada hacia la izquierda de la figura donde se alcanzan los mayores valores de
concentración y las menores pérdidas de presión.
Con el aumento de la concentración de la mezcla crece el flujo másico de sólido
transportado, pero ello va acompañado del incremento de la caída de presión en el
sistema, por lo que para la selección de los parámetros racionales además de
trabajar con las gráficas de las características de transporte es necesario considerar
el consumo específico de energía.
Flujo másico de
sólido, T/h
300
250
µ = 50 kg/kg
dp/dx para 40 kg/kg
dp/dx para 60 kg/kg
µ = 60 kg/kg
200
150
100
50
µ = 30 kg/kg
µ = 40 kg/kg
0
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
Caída de presión,
Pa/m
(dp/dx) para 30 kg/kg
dp/dx para 50 kg/kg
0,60 0,65 0,69 0,74 0,78 0,83 0,87 0,92 0,96 1,01 1,05 1,10 1,14
Flujo másico de gas, kg/s
Figura 4. Característica de transporte neumático del mineral laterítico en
tuberías horizontales y D = 250 mm.
De forma similar, la simulación de las características de transporte en tuberías
verticales y diferentes diámetros de la tubería se exponen en la figura 5.
Las características de transporte en tuberías horizontales y verticales se simulan
para un amplio rango de flujo másico de sólido, desde 65 hasta 230 T/h. Los
resultados de la figura 5 revelan que independientemente de la orientación de la
tubería con el incremento del flujo másico de gas, se incrementa el gradiente de
presión necesario para transportar el material. Esto sucede hasta la zona de tránsito
entre la fase densa y la fluida donde ocurre lo contrario. Las menores caídas de
presión se producen para un diámetro de 250mm.
25
�dp/dx para 30 kg/kg
dp/dx para 50 kg/kg
dp/dx para 40 kg/kg
dp/dx para 60 kg/kg
1800
200
µ = 60 kg/kg
µ = 50 kg/kg
1600
1400
1200
150
1000
800
100
µ = 40 kg/kg
50
µ = 30 kg/kg
0
600
400
Caída de presión, Pa/m
Flujo másico de sólido, T/h
250
200
0
0,60 0,64 0,68 0,72 0,76 0,80 0,84 0,88 0,92 0,96 1,00 1,04 1,08
Flujo másico de gas, kg/s
Figura 5. Característica de transporte neumático del mineral laterítico en
tuberías verticales y D = 250 mm.
Estos resultados no son suficientes al definir los parámetros de transporte
neumático, aunque permiten obtener criterios preliminares que se complementan
con el análisis de las pérdidas en accesorios, la valoración del consumo de energía
específica de los sistemas y el ajuste del modelo en una unidad productiva.
Simulación de las características de transporte de los sistemas generales.
Al examinar el comportamiento total del sistema a través de la interrelación de los
parámetros de cada uno de los elementos se construyen las características de
transporte que incluyen de forma integrada las pérdidas en tramos horizontales,
verticales y codos. En estos últimos se tiene en cuenta la zona dispersa y de
dispersión del material, se incluye además las pérdidas en la alimentación del
material . Los efectos del estudio se exponen en la figura 6 para un diámetro de
tuberías de 250 mm.
En las características de transporte se interrelacionan los parámetros fundamentales
de un sistema, ellos son: flujo másico de gas, flujo másico de sólido, caída de
presión y concentración de la mezcla.
En la figura 6 se observa el incremento de la caída de presión con la concentración
de la mezcla y el flujo másico de gas. En las zonas inferiores a 0,7 kg/s se producen
las menores pérdidas de presión, las que se encuentran por debajo de los 3.105 Pa.
Los valores de flujo másico de sólidos alcanzan las 120 T/h, lo que permite
transportar la cantidad de material necesaria en cada etapa del proceso.
26
�dp para 30 kg/kg
dp para 40 kg/kg
dp para 50 kg/kg
dp para 60 kg/kg
300
600000
µ = 60 kg/kg
µ = 50 kg/kg
250
500000
200
400000
150
300000
100
200000
µ = 30 kg/kg
100000
µ = 40 kg/kg
0
Flujo másico de
sólido, T/h
Caída de presión,
Pa
700000
50
0
0,60 0,65 0,69 0,74 0,78 0,83 0,87 0,92 0,96 1,01 1,05 1,10 1,14
Flujo másico de gas, kg/s
Figura 6. Característica de transporte neumático del mineral laterítico en
el sistema 1 y D=250 mm.
Se revela la tendencia a la reducción de la caída de presión en las zonas de flujo
másico de gas inferiores a los 0,7 kg/s donde el material comienza a trasladarse en
fase densa continua. Los valores de flujo másico en la zona de menores consumos
es posible escogerlos dentro de los requeridos por el proceso de reducción del
mineral (100 – 120 T/h por cada sistema).
Valoración económica
Los costos de los sistemas de transporte neumático pueden dividirse en costo
capital y de operación por tonelada de material transportado. Los de operación
determinan el consumo de energía específica que tiene las unidades de kJ/kg de
material transportado. La energía específica varía para un sistema de transporte
neumático con el cambio de las propiedades del material y comportamiento del aire
usado.
Costo capital
Los sistemas de transporte neumático constan de cuatro elementos fundamentales:
tubería, cámara de alimentación, alimentador de aire y separador. El costo de cada
uno de ellos cambia con el diámetro de la tubería y con este la presión y el flujo de
aire alimentado. El efecto del incremento en los costos con el diámetro de la tubería
es fácil de predecir. Otros como: el costo del alimentador de aire, la cámara de
alimentación y el separador para un rango de trabajo determinado, son más difíciles
de predecir.
27
�Costo de operación
El costo de operación de un sistema de transporte neumático se divide en tres
partes fundamentales: costo debido a la degradación del producto, costo de
mantenimiento, costo energético.
Degradación del producto
El material al ser transportado en una tubería puede sufrir daños debido a las
colisiones con otras partículas y con las paredes de la tubería, particularmente
cercano a los codos. La cantidad de daños al material depende de su naturaleza,
forma y velocidad de transporte; el costo de los daños depende del cambio en el
valor del producto y sus efectos en el proceso siguiente. El material fino producido
requiere de un proceso adicional para llevarlo hasta las especificaciones requeridas.
Es difícil en la etapa de diseño predecir cuantitativamente la extensión del cambio de
diámetro de las partículas y las pérdidas consecuentes en el valor del producto o el
incremento en el costo del proceso. Cuando la degradación es considerable se
aconseja el empleo de los sistemas con velocidades cercanas al transporte en fase
densa.
En la empresa Comandante Ernesto Che Guevara después de un proceso de
molienda se produce el transporte neumático en dos etapas hasta los hornos de
reducción. A estos últimos debe llegar el material con granulometría por debajo de
los 0,074mm. Durante el proceso de transporte, el material no sufre cambios
significativos que puedan afectar el proceso de reducción, además en las propuestas
hechas en este trabajo se plantea un incremento de la concentración de la mezcla y
reducción de la velocidad de transporte lo que favorece el proceso posterior.
Costo de mantenimiento
Los sistemas de transporte neumático son en su mayoría parte integrante de una
planta de proceso. Si el sistema no está disponible en el momento requerido porque
precisa mantenimiento, la planta completa puede pararse e incurrir en costos
elevados. Cuando esta opera a plena capacidad el costo se aproxima al valor de la
producción durante el período de tiempo de la parada, más el propio de la
reparación. Si la operación está por debajo de la plena capacidad, el costo se
aproxima al tiempo de trabajo necesario para alcanzar la producción requerida.
El costo por mantenimiento de los sistemas de transporte neumático se concentra
fundamentalmente en los elementos móviles. En la empresa Comandante Ernesto
che Guevara se utilizan alimentadores sinfín que incrementan los costos de
28
�mantenimiento debido a las frecuentes roturas que comparados con las cámaras de
alimentación de los sistemas en fase densa son menos eficientes.
Costo energético
Se simulan las características de transporte (figuras 4 – 6) para estimar las zonas de
trabajo racionales, el consumo energético de los sistemas de transporte neumático
de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara y establecer una comparación
con el consumo actual, en ellas se presenta el comportamiento de los parámetros
según los modelos obtenidos en toda la longitud.
Los consumos energéticos se concentran fundamentalmente en el suministro de aire
y en el alimentador sinfín. Si se consideran las pérdidas de presión en la cámara de
alimentación y en el separador, la demanda de potencia se estima a partir de la
siguiente expresión (Taylor, 1998):
P
N = 177 ⋅ M g ⋅ Ln 1
P2
Donde:
(29)
N – Demanda de potencia; kW.
M g - Flujo másico de aire; kg/s.
P1 ; P2 - Presión de entrada y salida; barabs
Si se divide esta ecuación por la cantidad de material transportado se obtiene la
demanda de energía específica expresada en kJ/kg de material transportado. Con
estos resultados y las características de transporte de los sistemas se estiman los
parámetros racionales de transporte neumático del mineral laterítico en la empresa
Comandante Ernesto Che Guevara. Se puede predecir el comportamiento de
cualquier modificación o ampliación de estos sistemas en otra empresa niquelífera
cubana con tecnología carbonato amoniacal (René Ramos Latour).
Comparación entre los parámetros actuales y los simulados de los sistemas de
transporte neumático en la empresa Comandante Ernesto Che Guevara.
En la tabla 4 se expresan los parámetros actuales de trabajo de los sistemas de
transporte neumático de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara, estos se
obtienen a través de mediciones directas en diferentes períodos de tiempo, en
investigaciones efectuadas por el autor. Se indica que al transportar las 1160 T/h
trabajan como promedio 16 sistemas independientes de transporte neumático con
una demanda de potencia de 5520 kW. El consumo de aire es de 72956 m3/h y se
efectúa el transporte a una concentración de 12,8 kg/kg.
29
�Tabla 4. Parámetros actuales de trabajo de los sistemas de transporte neumático
de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara.
Parámetros y dimensiones
Sistema 1 Sistema 2 Sistema 3
Velocidad de transporte
24,92 m/s
26,11 m/s
26,11 m/s
Concentración de la mezcla
12,8 kg/kg 12,8 kg/ kg 12,8 kg/kg
Diámetro interior de la tubería
250 mm
250 mm
250 mm
5
5
Presión a la entrada del sistema (abs) 3.3 x 10 Pa 3.5 x 10 Pa 3.5 x 105 Pa
Demanda total de potencia: 5 520 kW
Cantidad de material transportado
280 T/h
440 T/h
440 T/h
Consumo de aire
17 610 m3/h 27 673 m3/h 27 673 m3/h
Consumo específico de energía
18,82 MJ/T
Tabla 5. Parámetros simulados para una concentración de 30 kg /kg .
Parámetros y dimensiones
Sistema 1 Sistema 2 Sistema 3
Diámetro de la tubería; mm
250
250
250
Velocidad de transporte; m/s
14,3
14,3
14,3
Concentración de la mezcla; kg/kg
30
30
30
3
Consumo de aire; m /h
2 526
2 526
2 526
Presión a la entrada del sistema; barabs
4,65
2,89
4
Flujo másico de sólido; T/h
94
94
94
Demanda de potencia; kW
181
87
153
Consumo específico de energía; MJ/T
6,94
3,33
5,83
Parámetros para los requerimientos del proceso
Flujo másico de sólido; T/h
282
470
470
Cantidad de sistemas trabajando
3
5
5
3
Consumo de aire; m /h
7 578
12 630
12 630
Demanda de potencia; kW
543
435
765
Consumo específico de energía; MJ/T
6,94
3,33
5,83
Presión a la entrada del sistema; barabs
4,65
2,89
4
En la tabla 5 se exponen los parámetros simulados a partir del modelo para una
concentración de 30 kg /kg, en ella se observa la reducción de la velocidad del gas
hasta 14,3 m/s y el consumo de energía en 3 012 kW-h, de ahí que sea necesario el
cambio de tecnología mediante el uso de las cámaras de alimentación e incrementar
la concentración de la mezcla desde 12,8 kg/kg hasta 30 kg/kg. El consumo
específico de energía disminuye desde 18,82 MJ/T hasta 5,37 MJ/T en el sistema .
En la nueva propuesta simulada solo funcionan 13 sistemas que garantizan la
misma cantidad de material transportado.
La modernización total de los sistemas de transporte neumático de la empresa
Comandante Ernesto Che Guevara según las ofertas de las firmas productoras tiene
un valor aproximado de 11 millones de dólares; si se considera el costo total del
equipamiento y el que se incurre en el montaje, transporte y mano de obra. El costo
promedio de la energía es de 70 dólares el MW-h, el ahorro anual por concepto
energético es de 1 821 657,6 USD, por lo que el tiempo de recuperación de la
inversión por este concepto sería de 6,04 años el que disminuye cuando se suma la
30
�reducción de los costos de mantenimiento y medioambientales debido al descenso
de las emisiones de polvos a la atmósfera y la humanización de la labor de los
operarios.
CONCLUSIONES
9 Las partículas del mineral laterítico constituyen un sistema polidisperso con
predominio de tamaño inferiores a los 74 µm, densidad real de 3 027 kg/m3,
densidad aparente de 1 108 kg/m3, velocidad de flotación máxima de 5,21 m/s
y forma esférica con un índice de aplastamiento superior a 0.8.
9 El modelo empírico - teórico en el transporte neumático del mineral laterítico
está formado por cuatro ecuaciones diferenciales (19, 20, 21 y 22) que
describen el comportamiento del proceso, incluyéndose además varias
ecuaciones de enlace. Se identifica mediante la aplicación de un algoritmo
que permite la comparación de los resultados experimentales y los arrojados
por el modelo. El módulo del error relativo promedio es inferior al 10,1%.
9 Las curvas de transporte del mineral laterítico de la empresa Comandante
Ernesto Che Guevara exponen la tendencia a la reducción de la caída de
presión con el incremento de la velocidad del fluido en zonas inferiores a los
6,12 m/s en el transporte horizontal y 5,21 m/s en el vertical. El transporte en
fase densa continua se extiende hasta los 18 m/s, aproximadamente, en
ambos casos.
9 La simulación de los sistemas de transporte neumático de la empresa
Comandante Ernesto Che Guevara confirma la posibilidad de reducir el
consumo de energía. Con un incremento de la concentración de la mezcla
hasta 30 kg/kg y el cambio de tecnología en el sistemas de alimentación el
consumo de energía se reduce en 3012 kW – h y el de energía específica en
13,45 MJ/T. Si se considera el costo promedio de la energía de 70 dólares el
MW-h el ahorro por toneladas de material transportado sería de 0,18 USD.
RECOMENDACIONES
9 Aplicar el modelo físico - matemático de los sistemas de transporte neumático
del mineral laterítico en el proceso de modernización que se lleva a cabo en
las empresas del níquel Ernesto Che Guevara, René Ramos Latour y en la
fábrica de ferroníquel Las Camariocas actualmente en fase de proyecto.
9 Realizar las correcciones necesarias al modelo una vez que sea aplicado en
la entidad productiva para los parámetros de explotación en condiciones
industriales no contemplados en este trabajo.
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126. Weber, M. Correlation analysis in the design of pneumatic transport plant. Bulk
Solids Handling, 2(2): 231 – 234, 1982.
127. Wypych, P; P. Arnold. Plug – Phase Pneumatic Transportation of Bulk Solids and the
importance of Blow Tank Air injection. Powder handling processing. 1(3): 271 –
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128. Yamamoto, Y; T. Tanaka; Y. Tsuji. "Effect of Spatial Resolution of LES on Particle
Motion," Proc. of FEDSM'98, Washington DC, USA: 1 – 8, 1998.
129. Yamamoto, Y; T. Tanaka. "LES of Gas-Particle Turbulent Channel Flow (the Effect of
Inter-Particle Collision on Structure of Particle Distribution)," Proc. of 3'rd Int.
Conf. on Multiphase Flow (ICMF'98), Lyon, France: 8 -12,1998.
41
�130. Yi, J; P. Wypych. W. Minimum conveying velocity in dilute – phase pneumatic
conveying. Powder handling processing .10: 255 – 261, 1998.
131. Yonemura, S; T. Tanaka; Y. Tsuji. "Cluster Formation in Dispersed Gas-Solid Flow
(Effects of Physical Properties of Particles)", Proc. of The 2nd Int. Conf. on Multiphase Flows '95-Kyoto, Kyoto, Japan: 25 – 30, 1995.
42
�
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Tesis
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Modelación matemática y simulación del transporte neumático del mineral laterítico
Creator
An entity primarily responsible for making the resource
Enrique Torres Tamayo
Publisher
An entity responsible for making the resource available
Editorial Digital Universitaria de Moa
Date
A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource
2003
Type
The nature or genre of the resource
Tesis doctoral
-
https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/d916fcbdbbbb035cb68e46ebff1782ae.pdf
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TESIS
MODELACIÓN DEL PROCESO DE
ENFRIAMIENTO DEL MINERAL
LATERÍTICO EN CILINDROS
Ever Góngora Leyva
�Página legal
Título de la obra: Modelación del proceso de enfriamiento del mineral laterítico en
cilindros horizontales rotatorios, 97 pp.
Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2014 -- ISBN:
1. Autor: Ever Góngora Leyva
2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico ¨ Dr. Antonio Núñez
Jiménez¨
Edición: Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Corrección: Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Digitalización. Miguel Ángel Barrera Fernández
Institución de los autores: ISMM ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨
Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2014
La Editorial Digital Universitaria de Moa publica bajo licencia Creative Commons de
tipo Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y
distribución por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus
autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas.
La licencia completa puede consultarse en:
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/legalcode
Editorial Digital Universitaria
Instituto Superior Minero Metalúrgico
Ave Calixto García Iñeguez # 75, Rpto Caribe Moa 83329, Holguín Cuba
e-mail: edum@ismm.edu.cu
Sitio Web: http://www.ismm.edu.cu/edum
�INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALÚRGICO
“Dr. ANTONIO NÚÑEZ JIMÉNEZ”
FACULTAD DE METALURGIA Y ELECTROMECÁNICA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
MODELACIÓN DEL PROCESO DE
ENFRIAMIENTO DEL MINERAL LATERÍTICO EN
CILINDROS HORIZONTALES ROTATORIOS
TESIS PRESENTADA EN OPCIÓN AL GRADO CIENTÍFICO
DE DOCTOR EN CIENCIAS TÉCNICAS
EVER GÓNGORA LEYVA
Moa
2013
�INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALÚRGICO
“Dr. ANTONIO NÚÑEZ JIMÉNEZ”
FACULTAD DE METALURGIA Y ELECTROMECÁNICA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
MODELACIÓN DEL PROCESO DE
ENFRIAMIENTO DEL MINERAL LATERÍTICO EN
CILINDROS HORIZONTALES ROTATORIOS
TESIS PRESENTADA EN OPCIÓN AL GRADO CIENTÍFICO
DE DOCTOR EN CIENCIAS TÉCNICAS
Autor: Prof. Aux., Ing. Ever Góngora Leyva, M. Sc.
Tutores: Prof. Aux., Lic. Arístides Alejandro Legrá Lobaina, Dr. C.
Prof. Tit., Ing. Ángel Oscar Columbié Navarro, Dr. C.
Moa
2013
�SÍNTESIS
En el presente trabajo a través de la sistematización de los fundamentos básicos, las teorías,
las leyes y los principios generales que rigen la termodinámica, la transferencia de calor y la
mecánica de los fluidos, particularizados a condiciones específicas, se desarrolló la
modelación matemática con base fenomenológica del proceso de enfriamiento del mineral
laterítico reducido. El modelo matemático obtenido para los flujos de calor que inciden en el
enfriamiento, se implementó en una aplicación informática, a través de la cual se validó y
comprobó que el mismo describe satisfactoriamente el proceso de enfriamiento en las
condiciones actuales de explotación; por tal razón se considera la novedad científica de la
tesis doctoral. La simulación de la distribución de temperatura del mineral, de la pared y del
agua, demuestra que el mecanismo de transferencia de calor predominante durante el
enfriamiento es el que ocurre entre el mineral y la pared interior del cilindro. Se estableció el
régimen racional de operación del objeto de estudio que garantiza la menor temperatura del
mineral a la descarga del enfriador. Se exponen además los beneficios económicos y los
impactos ambientales asociados al proceso de enfriamiento del mineral reducido.
�ÍNDICE
Pág.
INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................1
CAPÍTULO
1.
MARCO
CONTEXTUAL
Y
TEÓRICO
DEL
PROCESO
DE
ENFRIAMIENTO DEL MINERAL LATERÍTICO REDUCIDO..............9
Introducción
1.1.
......................................................................................................................9
Caracterización del flujo tecnológico en la empresa ....................................................9
1.1.1.
Flujo tecnológico de la Unidad Básica de Producción Planta de Hornos ....11
1.1.2.
Especificidades del flujo tecnológico del enfriador del mineral laterítico
reducido ........................................................................................................12
1.2.
Modos básicos de intercambio de calor ......................................................................12
1.2.1.
Conducción ...................................................................................................13
1.2.2.
Convección ...................................................................................................14
1.2.3.
Radiación ..........................................................................................................
......................................................................................................................17
1.3.
Procesos donde intervienen sólidos granulados .........................................................18
1.3.1.
Procesos de mezclado de sólidos granulados ...............................................18
1.3.2.
Procesos de transferencia de calor en sólidos granulados ............................20
1.3.3.
Procesos de transferencia de calor entre un sólido granulado y otros medios
......................................................................................................................21
1.4.
Modelos de transferencia de calor y masa en cilindros horizontales rotatorios .........25
1.5.
Procesos de transferencia de calor en el enfriador......................................................26
1.5.1.
Transferencia de calor entre el mineral y la pared del cilindro ....................28
1.5.2.
Transferencia de calor entre el mineral, los gases y la pared del cilindro ....31
1.5.3.
Transferencia de calor en la pared del cilindro ............................................33
1.5.4.
Transferencia de calor de la pared del cilindro al agua ................................33
1.5.5.
Transferencia de calor y masa del agua al aire .............................................36
�1.6.
Análisis crítico de los estudios realizados al proceso de enfriamiento de mineral .....38
Conclusiones del capítulo .........................................................................................................41
CAPÍTULO 2. MODELACIÓN DEL PROCESO DE ENFRIAMIENTO DEL MINERAL
LATERÍTICO
REDUCIDO
EN
CILINDROS
HORIZONTALES
ROTATORIOS ..........................................................................................42
Introducción
2.1.
....................................................................................................................42
Modelación de la transferencia de calor en el enfriador .............................................43
2.1.1.
Balance de masa y energía del mineral ........................................................44
2.1.2.
Balance de masa y energía de la pared del cilindro......................................45
2.1.3.
Balance de masa y energía del agua .............................................................46
2.1.4.
Modelo de transferencia de calor en el enfriador .........................................46
2.1.5.
Modelo para calcular la temperatura del agua ..............................................48
2.2.
Cálculo del área de la sección transversal del sólido..................................................48
2.3.
Cálculo del volumen de la sección del cilindro sumergida en la piscina ...................52
2.4.
Caracterización de los coeficientes del modelo ..........................................................55
2.4.1.
Caracterización de los coeficientes de transferencia del mineral a la pared 55
2.4.2.
Caracterización de los coeficientes de transferencia de la pared al agua .....57
2.4.3.
Caracterización del término y del parámetro de transferencia del agua al aire
......................................................................................................................60
2.4.4.
Modelo generalizado de la transferencia de calor en el enfriador ................63
Conclusiones del capítulo .........................................................................................................64
CAPÍTULO 3. IMPLEMENTACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO PARA EL
PROCESO DE ENFRIAMIENTO DEL MINERAL LATERÍTICO
REDUCIDO ...............................................................................................65
Introducción
3.1.
....................................................................................................................65
Información experimental para el ajuste y validación del modelo .............................66
�3.1.1.
Selección de las variables que influyen en el proceso de enfriamiento .......66
3.1.1.1.
Flujo de mineral .........................................................................66
3.1.1.2.
Flujo de agua que entra a la piscina ...........................................66
3.1.1.3.
Temperatura del mineral a la entrada ........................................67
3.1.1.4.
Temperatura del mineral a la salida del enfriador .....................67
3.1.1.5.
Temperatura del agua a la entrada de la piscina ........................67
3.1.1.6.
Velocidad de rotación del cilindro.............................................68
3.1.2.
Análisis de las perturbaciones ......................................................................68
3.1.3.
Diseño del proceso de medición ...................................................................69
3.1.3.1.
Experimento activo ....................................................................69
3.1.3.2.
Experimento pasivo ...................................................................71
3.1.4.
Instalación experimental ...............................................................................71
3.1.5.
Análisis estadístico de las variables del proceso de enfriamiento ................72
3.2.
Modelo para estimar la temperatura del agua en x = 0 ..............................................73
3.3.
Modelo para ajustar las ecuaciones diferenciales. ......................................................74
3.4.
Implementación de los modelos matemáticos en una aplicación informática............75
3.5.
Validación del modelo matemático para el proceso de enfriamiento del mineral
laterítico reducido a escala industrial ...........................................................76
3.5.1.
Validación del modelo a través del experimento activo ...............................77
3.5.2.
Validación del modelo a través del experimento pasivo ..............................79
3.6.
Aplicación práctica del modelo matemático establecido............................................81
3.7.
Aplicación del procedimiento establecido al Enfriador 5 de la Unidad Básica de
Producción Planta Hornos de Reducción de la empresa “Comandante
Ernesto Che Guevara” ..................................................................................82
3.7.1.
Cálculo del coeficiente de llenado ................................................................82
�3.7.2.
Cálculo de los coeficientes de transferencia de calor por unidad de longitud
......................................................................................................................84
3.7.3.
Cálculo del coeficiente de transferencia de calor del mineral-Pared ...........85
3.7.4.
Cálculo del coeficiente de transferencia de calor pared-agua ......................86
3.8.
Simulación del proceso de enfriamiento ....................................................................87
3.9.
Valoración técnico-económica ...................................................................................90
3.10.
Análisis socioambiental del proceso de enfriamiento ..................................91
Conclusiones del capítulo .........................................................................................................93
CONCLUSIONES GENERALES .........................................................................................95
RECOMENDACIONES ........................................................................................................96
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................97
SÍMBOLOGÍA
...................................................................................................................... I
ANEXO 1.
ENFRIADOR DE MINERAL HORIZONTAL ROTATORIO. ............... VIII
ANEXO 2.
INSTALACIÓN EXPERIMENTAL........................................................... IX
ANEXO 3.
MODELO PARA TEMPERATURA DEL AGUA POR AJUSTE DE
MÍNIMO CUADRADO ............................................................................ XIII
ANEXO 4.
DESCRIPCIÓN DE LA APLICACIÓN INFORMÁTICA ....................... XV
ANEXO 5.
VALIDACIÓN MODELO PROPUESTO ............................................. XVIII
ANEXO 6.
ENFRIADOR TIPO BAKER ..................................................................... XX
ANEXO 7.
PRODUCCIÓN CIENTÍFICA DEL AUTOR SOBRE EL TEMA DE LA
TESIS ....................................................................................................... XXI
�INTRODUCCIÓN
La industria cubana del níquel desempeña un papel importante dentro de la economía nacional
y la eficiencia de su equipamiento incide considerablemente en el consumo de portadores
energéticos, ello corresponde con los lineamientos para la política industrial y energética que
consiste en mejorar la posición de la industria del níquel en los mercados, mediante el
incremento de la producción, elevación de la calidad de sus productos y reducción de los
costos, lineamiento 224 [1]. Desde el año 1987 la empresa “Comandante Ernesto Che
Guevara” contribuye exitosamente al desarrollo del país con la producción de concentrado de
níquel más cobalto mediante la tecnología de lixiviación carbonato – amoniacal (Caron),
utilizada desde el año 1942 en la empresa “Comandante René Ramos Latour” de Nicaro.
Esta tecnología se distingue por su sencillez y el uso de equipos universalmente conocidos
(hornos de soleras múltiples, espesadores y columnas de destilación), que favorecen una
producción con alto nivel de mecanización, automatización y un consumo de reactivos
relativamente pequeño, excepto el amoníaco [2].
En este esquema tecnológico, el mineral oxidado de níquel es reducido selectivamente. El
proceso comienza en la Unidad Básica Minera con la extracción del mineral en las minas a
cielo abierto en yacimientos lateríticos del territorio nororiental de Cuba y este se incorpora al
flujo tecnológico a través de la Unidad Básica de Producción Planta (UBPP) de Preparación
de Mineral; a partir de donde el material circula por diferentes unidades básicas de
producción, hasta llegar a la Planta de Calcinación y Sínter, donde culmina el proceso con la
obtención del óxido de níquel sinterizado, el óxido de níquel en polvo y el sulfuro de níquel y
cobalto, según se muestra en la figura 1, donde: THR - Transportador helicoidal rotatorio.
1
�Unidad
Básica
Minera
UBPP de
Calcinación y Sínter
UBPP de
Preparación de
Mineral
HR
750ºC
UBPP de
Precipitación de Sulfuro de
Níquel más Cobalto y de
Recuperación
UBPP de
Hornos de Reducción
THR
Enfriador
UBPP de
Lixiviación
y Lavado
260ºC
Tanque de
contacto
Figura 1. Esquema del proceso tecnológico de lixiviación carbonato – amoniacal.
En la Unidad Básica de Producción Planta Hornos de Reducción se ejecutan los procesos de
reducción y enfriamiento, este último consiste en disminuir la temperatura del mineral
laterítico, después que se ha reducido en el horno y antes de su tratamiento, hasta el valor
requerido con el propósito de preservar sus valores metálicos para el proceso que sigue; y se
realiza en un equipo de transporte de sólidos granulados denominado enfriador, formado por:
•
Cilindro horizontal rotatorio con tapas cónicas.
•
Piscina, donde el cilindro rota y flota, se abastece a flujo constante para garantizar una
temperatura del agua estable a un valor conveniente para el proceso de enfriamiento.
•
Accionamiento electromecánico que transmite el movimiento al cilindro.
En la empresa “Comandante René Ramos Latour” de Nicaro la temperatura promedio del
mineral laterítico reducido a la descarga del enfriador fue de 423,15 K para un flujo de
mineral de 13,1 t/h por horno. En la empresa “Comandante Ernesto Che Guevara” se diseñó
un equipo similar a los de Nicaro, pero 5 m más largo, para garantizar 393,15 K a la descarga.
Estos enfriadores procesarían la carga de dos hornos de reducción (17,2 t/h por horno),
equivalente a 30 t/h de mineral reducido. Como consecuencia la temperatura del mineral a la
descarga del enfriador se elevaría a niveles prohibitivos (564,15 K) [3].
2
�El manual de instrucciones para el servicio del tambor de enfriamiento de la empresa
“Comandante Ernesto Che Guevara” establece que la temperatura a la que debe entrar el
mineral al enfriador es de 923,15 K y debe salir a 473,15 K [4].
Entre las acciones realizadas por la empresa “Comandante Ernesto Che Guevara” para
perfeccionar los procesos tecnológicos y elevar la eficiencia en las plantas metalúrgicas, se
destaca la modificación de las cámaras de combustión de los hornos de reducción [5-7], que
permitió aumentar el flujo de mineral de 34 a 44 t/h por enfriador y provocó un incremento de
la temperatura del mineral reducido a la salida del enfriador, superior a 473,15 K [8].
En las condiciones actuales de operación se establece que la temperatura del mineral laterítico
reducido en la descarga del enfriador debe ser menor o igual que 533,15 K [2].
Según Samalea [9] una de las causas de las elevadas temperaturas se debe al aumento de la
capacidad de los hornos de reducción. Argumenta, que para impedir la ebullición de la
solución amoniacal el mineral debe salir de los enfriadores a una temperatura de 393,15 K .
De lo contrario existirá una mayor evaporación de amoníaco en los tanques de contacto y baja
eficiencia en la obtención de níquel y cobalto metálico [8], acarreando problemas extractivos
y la formación de incrustaciones de magnesio [3].
Sustentado en la experiencia adquirida desde la puesta en explotación de los enfriadores y los
estudios realizados, se considera que las principales causas que inciden en que la temperatura
del mineral laterítico reducido a la salida del enfriador sea mayor de 533,15 K son:
•
El incremento de la capacidad de los hornos de reducción de 17,2 a 22 t/h , que
contribuye que la carga de mineral en cada enfriador sea de 44 t/h en vez de 34 t/h .
•
Insuficiente conocimiento acerca de:
−
las variables con mayor efecto en la temperatura del mineral a la salida,
−
los rangos de operación que garanticen que la temperatura del mineral a la salida del
enfriador sea menor de 533,15 K ,
3
�−
la velocidad y el área que ocupa el mineral dentro del cilindro en función de la
cantidad y tipo de carros raspadores instalados,
−
la eficacia de los carros raspadores en el interior del cilindro y su incidencia en la
temperatura del mineral.
A partir de las cuestiones descritas puede afirmarse que en la Unidad Básica de Producción
Planta Hornos de Reducción de la empresa “Comandante Ernesto Che Guevara” se presenta
una situación problémica relacionada con el desconocimiento del rango racional de
operación del enfriador lo cual provoca la salida del mineral a temperaturas superiores a la
requerida por diseño. Cuando la temperatura de salida es mayor de 533,15 K se crea una
situación crítica, ya que se eleva el consumo de amoníaco en el proceso de lixiviación; hasta
el momento, la solución en estos casos ha sido heurística, enfocada al incremento del flujo de
agua de enfriamiento y del flujo de licor amoniacal que se añade a la canal de contacto que
debe garantizar una relación líquido sólido de 5,5 l de licor por 1 kg de mineral reducido.
Todas estas causas están intrínsecamente relacionadas con la insuficiencia de conocimiento
científicamente fundamentado acerca de la interrelación entre la variable de salida
(temperatura del mineral) y los parámetros de entrada, que constituyen elementos decisores
para lograr que la temperatura del mineral a la salida sea menor o igual que 533,15 K y otras
variables. Es por ello que se declara como problema científico: el insuficiente conocimiento
acerca de la relación que existe entre el comportamiento de la temperatura del mineral
laterítico reducido y los principales parámetros y variables que interactúan durante el proceso
de enfriamiento del mineral en los enfriadores de la Unidad Básica de Producción Planta
Hornos de Reducción de la empresa “Comandante Ernesto Che Guevara”.
Como objeto de estudio de la investigación se plantea: el enfriador de mineral número cinco
de la Unidad Básica de Producción Planta Hornos de Reducción de la empresa “Comandante
Ernesto Che Guevara”.
4
�Como campo de acción se declaran: los procesos de transferencia de calor en el enfriador de
mineral número cinco de la Unidad Básica de Producción Planta Hornos de Reducción de la
empresa “Comandante Ernesto Che Guevara”.
Se define como objetivo general de la investigación: establecer un modelo físico-matemático
que caracterice los procesos de transferencia de calor en el enfriador de mineral número cinco
de la Unidad Básica de Producción Planta Hornos de Reducción de la empresa “Comandante
Ernesto Che Guevara” y prediga los valores de las variables y parámetros de entrada que
garanticen que la temperatura del mineral a la descarga sea menor o igual que 533,15 K .
Sobre la base del problema a resolver y el objetivo planteado se establece la siguiente
hipótesis científica: si se caracterizan, teórica y empíricamente el enfriador y el mineral a
través de un modelo físico-matemático, sustentado en las leyes de la termodinámica, la
transferencia de calor y los principios de la mecánica de los fluidos, que describa el proceso
de enfriamiento del mineral laterítico reducido, entonces se podría obtener el régimen racional
de operación del enfriador número cinco de la Unidad Básica de Producción Planta Hornos de
Reducción de la empresa “Comandante Ernesto Che Guevara”.
Los resultados más relevantes esperados de la investigación son:
Novedad científica: el modelo matemático con base fenomenológica para el proceso de
enfriamiento del mineral laterítico reducido en la Unidad Básica de Producción Planta Hornos
de Reducción de la empresa “Comandante Ernesto Che Guevara”.
Aportes prácticos:
•
El procedimiento de cálculo que integra las ecuaciones diferenciales, de balance de
energía y de enlace que conforman el modelo matemático que describe el proceso de
enfriamiento del mineral laterítico reducido.
•
La aplicación informática “Enfriador del Horno de Reducción ECECG” que permite
implementar de forma sencilla, rápida y eficiente, el modelo establecido en el trabajo.
5
�•
El régimen racional de operación de los enfriadores de mineral laterítico reducido.
Para cumplimentar el objetivo general se plantean los siguientes objetivos específicos:
A. Sistematizar los conocimientos sobre:
•
Los procesos de transferencia de calor en el enfriador de mineral laterítico reducido.
•
Los modelos relacionados con los procesos de transferencia de calor en cilindros
horizontales rotatorios, donde intervienen sólidos granulados.
B. Establecer un modelo físico-matemático que caracterice los procesos de transferencia de
calor en los enfriadores de mineral laterítico reducido.
C. Argumentar la capacidad del modelo para predecir los valores de las variables y los
parámetros que caracterizan el proceso y su correspondencia con los datos
experimentales.
D. Predecir mediante el modelo los valores de las variables y parámetros de entrada que
garanticen que la temperatura del mineral a la descarga sea menor o igual que 533,15 K .
Para lograr el cumplimiento de los objetivos propuestos, se plantean las siguientes tareas:
A.1.
Obtener datos, información y conocimiento a partir de materiales impresos y digitales
de fuentes académicas y empresariales.
A.2.
Sistematizar y analizar críticamente los datos, información y conocimientos obtenidos.
B.1.
Obtener mediante mediciones, datos sobre indicadores relacionados con los procesos
de transferencia de calor que ocurren en el objeto de investigación.
B.2.
Determinar las ecuaciones de un modelo matemático que describa los elementos
esenciales del proceso que se estudia.
B.3.
Caracterizar parámetros y coeficientes del modelo a partir de los resultados de B.1.
C.1.
Desarrollar una aplicación informática para la simulación del proceso modelado.
C.2.
Constatar la validez práctica del modelo estudiado a través de la comparación de los
resultados de la simulación con los experimentales.
6
�D.1.
Obtener mediante el modelo los valores de las variables y parámetros de entrada que
garanticen una temperatura del mineral a la descarga menor o igual que 533,15 K .
Se emplearon los siguientes métodos de investigación:
1. Compilación de conocimiento: en la búsqueda de datos e información científica mediante
la revisión crítica de fuentes bibliográficas relacionadas con la modelación y los procesos
de transferencia de calor que tienen lugar en cilindros horizontales rotatorios.
2. Mediciones: en la obtención de los valores de las propiedades que caracterizan el proceso
de transferencia de calor en el enfriador como objeto de modelación matemática.
3. Análisis y síntesis: descomposición de las partes del enfriador (mineral, cilindro y agua) e
identificación de los coeficientes de transferencia de calor inherentes a cada una y su
integración en un modelo matemático que caracterice el proceso de enfriamiento.
4. Sistémico: en el procesamiento del conocimiento científico referido a la modelación y los
procesos de transferencia de calor que tienen lugar en cilindros horizontales rotatorios.
5. Analogía: en el establecimiento de semejanzas o procedimientos que permitan la
modelación de los procesos de transferencia de calor en el enfriador.
6. Modelación: en la obtención del modelo físico-matemático con base fenomenológica,
sustentado en los principios de la mecánica de los fluidos, la termodinámica y la
transferencia de calor.
La tesis presenta introducción, tres capítulos, 4 conclusiones, 3 recomendaciones, 262
bibliografías consultadas, 7 anexos, 4 tablas y 23 figuras, todo recogido en 97 páginas. En el
capítulo 1: Marco contextual y teórico del proceso de enfriamiento del mineral laterítico
reducido, se hace un análisis de los modelos y los procesos de transferencia de calor en
cilindros horizontales rotatorios y concluye con el análisis crítico de los estudios realizados.
En el capítulo 2: Modelación del proceso de enfriamiento del mineral laterítico reducido en
cilindros horizontales rotatorios, se establece el modelo estacionario generalizado de la
7
�transferencia de calor en el enfriador a través del balance de masa y energía al mineral, a la
pared del cilindro y al agua, se plantean las ecuaciones para determinar: el área de la sección
transversal del sólido; el volumen del cilindro sumergido en el agua y los coeficientes de
transferencia del mineral a la pared, de la pared al agua y del agua al aire. En el capítulo 3:
Implementación del modelo matemático para el proceso de enfriamiento del mineral laterítico
reducido, se seleccionan las variables del proceso de enfriamiento, se identifican las
perturbaciones, se describe el diseño de experimento, se hace el análisis estadístico de la
información experimental obtenida, se propone un modelo de mínimo cuadrado para estimar
la temperatura del agua en x = 0 y otro para ajustar las ecuaciones diferenciales, se
implementa el modelo en una aplicación informática, se ajusta, valida y simula el modelo
propuesto para el proceso a escala industrial y concluye con la valoración técnico - económica
y socioambiental del proceso de enfriamiento.
8
�CAPÍTULO 1. MARCO
CONTEXTUAL
Y
TEÓRICO
DEL
PROCESO
DE
ENFRIAMIENTO DEL MINERAL LATERÍTICO REDUCIDO
Introducción
En el presente capítulo se sistematizan los principales aspectos contextuales y teóricos
relacionados con el objeto y el campo de interés de la investigación, se argumenta la
existencia de la situación problémica y del problema científico. Además se dan elementos que
sustentan la selección del objetivo general de la investigación y el enfoque de la validación de
la hipótesis. Los objetivos que se cumplimentan son:
1.
Sistematizar y analizar críticamente los conocimientos actuales sobre:
a. El flujo tecnológico del objeto de estudio
b. Modos básicos de intercambio de calor
c. Procesos de transferencia de calor en sólidos granulados
d. Procesos de transferencia de calor en el objeto de estudio
2.
Sistematizar y analizar críticamente las investigaciones realizadas sobre el objeto de
estudio y en especial las que se refieren al campo de acción declarado.
1.1. Caracterización del flujo tecnológico en la empresa
La empresa “Comandante Ernesto Che Guevara” está ubicada en el yacimiento de mineral de
Punta Gorda, en la costa norte de la provincia de Holguín, Cuba, entre los ríos Moa y
Yagrumaje, a 4 km de la ciudad de Moa. El proceso de fabricación de níquel según el
esquema de lixiviación carbonato – amoniacal del mineral laterítico reducido, se caracteriza
por una extracción de 75 a 76 % de níquel y de 25 a 30 % de cobalto [2] a través de un flujo
tecnológico que incluye las unidades básicas y cuyas funciones se describen a continuación.
9
�Unidad Básica Minera: Suministra la mena a la fábrica mediante camiones volquetas que la
transportan directamente desde las excavaciones hasta el área de recepción de la fábrica. La
capa superior de la mena está compuesta de limonita y el cuerpo de laterita y serpentina
(blanda). Los componentes fundamentales del mineral son: Ni ≥ 1,24 % ; Co ≥ 0,09 % ;
Fe ≥ 36,5 % ; SiO2 (10,5 a 11,5 %); MgO (4 a 6 %); S (0,2 a 0,4%); C (2 a 2,8 %) [10].
Unidad Básica de Producción Planta de Preparación de Mineral: Recibe la mena, desde
el punto de recepción a través de transportadores de bandas, para ser introducida a los
secaderos cilíndricos rotatorios donde disminuye su humedad de 38 % hasta valores entre 4,0
y 5,5 % . Luego pasa a la sección de molienda, donde es desmenuzado en molinos de bolas
hasta una granulometría de 0,074 mm [11].
Unidad Básica de Producción Planta de Hornos de Reducción: Ocurre el proceso de
reducción del níquel contenido en el mineral. Está constituida por 24 hornos de soleras
múltiples que descargan el mineral a 12 enfriadores [2].
Unidad Básica de Producción Planta de Lixiviación y Lavado: El mineral reducido y
enfriado, se mezcla con licor amoniacal en la canal de prelixiviación que va al tanque de
contacto, desde donde se envía a los turboaereadores. Las reacciones en este proceso
requieren un control riguroso de la temperatura y la densidad de la pulpa que sale del tanque
de contacto, ya que estas variables afectan la cantidad de magnesio disuelto en la solución. A
mayor temperatura, mayor será la cantidad de hierro disuelto inicialmente. A menor
temperatura, mayor será la disolución de oxígeno introducido a los turboareadores. La
velocidad de disolución del oxígeno gobierna el proceso de las reacciones de lixiviación [12].
Luego la pulpa pasa a los sedimentadores donde el licor producto de la lixiviación, rico en
níquel y cobalto se obtiene por reboso, se separa de los sólidos y es bombeada una parte para
recuperación de amoníaco y la otra para la sección de enfriamiento, donde se reincorpora al
10
�proceso por los tanques de contacto. Los sólidos en forma de pulpa se extraen por la parte
inferior del sedimentador y se dirigen hacia dos sistemas paralelos de lavado [12].
Unidad Básica de Producción Planta de Precipitación de Sulfuro de Níquel más Cobalto
y de Recuperación de Amoníaco: Al licor enriquecido en níquel y cobalto se le inyecta
hidrosulfuro de amonio o sulfhidrato de sodio para precipitar el cobalto en forma de sulfuro;
producto que se comercializa. El licor descobaltizado enriquecido en níquel se envía a
recuperación de amoníaco, donde es tratado con vapor en las torres de destilación y se obtiene
el carbonato básico de níquel que se envía a calcinación y sínter. La pulpa de desecho de la
última etapa de lavado se envía a las torres de destilación de colas para recuperar el licor
amoniacal contenido en ella y luego es enviada a la presa de cola [13].
Unidad Básica de Producción Planta de Calcinación y Sínter: El carbonato básico de
níquel es filtrado y suministrado a los hornos de calcinación para la obtención del óxido de
níquel, que pasa al proceso de sinterización, donde se obtiene el sínter de níquel que es el
producto final de la empresa [14].
1.1.1. Flujo tecnológico de la Unidad Básica de Producción Planta de Hornos
El mineral almacenado en las tolvas de la sección de molienda pasa a los dosificadores de
pesaje automático que de acuerdo con el peso fijado alimentan a través del hogar cero a cada
horno de soleras múltiples (17 hogares). Donde es reducido a partir del establecimiento de un
perfil de temperatura y una concentración determinada de gases reductores, para ello se
cuenta con 10 cámaras de combustión (en los hogares 6, 8, 10, 12 y 15) con quemadores de
petróleo de alta presión. La rotación del eje central del horno, con 68 brazos articulados,
cuatro en cada hogar con dientes o paletas, traslada el mineral de un hogar a otro en forma de
zigzag (los pares por la periferia y los impares por el centro). Para evitar pérdidas de mineral
existe una batería de ciclones por horno y las partículas finas arrastradas por los gases se
recuperan en los electrofiltros, desde donde se transportan hacia las tolvas y luego a los silos.
11
�1.1.2. Especificidades del flujo tecnológico del enfriador del mineral laterítico reducido
En la descarga del horno se encuentra el transportador helicoidal rotatorio quien suministra el
mineral al enfriador, que tiene como funciones transportar, mezclar y enfriar. El mineral en el
interior del cilindro es transportado hacia la salida por carros raspadores pendulares (anexo 1,
figuras 1, 2 y 3) que alcanzan una determinada altura a causa del movimiento de rotación y
cuando caen por su propio peso, mezclan la masa caliente a través de la superposición de
capas, desplazan la capa caliente adyacente al cuerpo y transportan la fría, además raspan la
pared interior para evitar incrustaciones y facilitar el proceso de transferencia de calor. El
mineral a la salida debe alcanzar una temperatura igual o menor que 533,15 K .
El cuerpo del enfriador está parcialmente sumergido en una piscina de agua y se apoya en dos
chumaceras. Su accionamiento está compuesto por el grupo motor-reductor principal y el
auxiliar, acoplados a través de un embrague frontal. Durante el régimen de operación se
suministra agua para el enfriamiento a temperatura ambiente, a contracorriente con el mineral
y su nivel en la piscina se garantiza mediante el uso de anillas en el tubo vertedero. La
temperatura del agua a la salida oscila entre 333,6 y 367,04 K en dependencia de parámetros
como temperatura del mineral, flujo de mineral y flujo de agua [15].
El mineral laterítico reducido, formado por las fases cristalinas: magnetita (82,8 %), fayalita
(14,3 %), óxido de níquel (1,7 %) y óxido de silicio (1,3 %), tiene los siguientes parámetros:
densidad a granel de 980 kg/m3 , granulometría de 0,074 mm , conductividad térmica de 0,11
a 0,17 W/(m ⋅ K) a temperaturas entre 338,15 y 973,15 K respectivamente y calor específico
0,970 kJ/(kg ⋅ K) [16-18].
1.2. Modos básicos de intercambio de calor
La evaluación de los sistemas de intercambio de calor y conversión de la energía requieren de
cierta familiaridad con tres mecanismos diferentes, conducción, convección y radiación, así
como de sus interacciones.
12
�1.2.1. Conducción
La transmisión del calor por conducción, ocurre por contacto directo entre las partículas de un
cuerpo y las de otro cuerpo o entre partes de un mismo cuerpo siempre que se encuentren a
distintas temperaturas, donde se considera la materia como un medio continuo [19, 20].
Cuando en un cuerpo existe un gradiente de temperatura, ocurre transferencia de energía
desde la región a alta temperatura hacia la región de baja temperatura. Se dice que la energía
se ha transferido por conducción y que el flujo de calor por unidad de área es proporcional al
gradiente normal de temperatura. La ecuación (1.1) se conoce como Ley de Fourier de la
conducción de calor y se emplea cuando el flujo de calor es en una sola dirección [21, 22]. El
signo negativo indica que el flujo de calor es transferido en la dirección de la disminución de
la temperatura.
q =−λ ⋅ A ⋅ dT dx
(1.1)
Donde:
q - Calor transferido; W
λ - Conductividad térmica; W/(m ⋅ K)
A - Área de la sección transversal al flujo de calor; m 2
dT
- Gradiente de temperatura en la dirección del flujo de calor; K/m
dx
Al generalizar la ecuación (1.1) se define la ecuación (1.2) de difusión del calor a partir de la
Primera Ley de la Termodinámica para un volumen de control diferencial, dx , dy , dz [22].
∂ ∂T
λ ⋅
∂x ∂x
∂ ∂T
+ λ ⋅
∂y ∂y
∂ ∂T
+ λ ⋅
∂z ∂z
∂T
ρ Cp ⋅
+ q =⋅
∂τ
(1.2)
Donde:
q - Flujo de calor generado por unidad de volumen; W/m3
C p - Calor específico a presión constante; kJ/(kg ⋅ K)
13
�ρ - Densidad; kg/m3
∂T
- Variación de la temperatura en el tiempo; K/s
∂τ
∂ ∂T
3
λ ⋅
- Conducción del flujo de calor neto en el volumen de control; W/m
∂y ∂y
La ecuación (1.2) proporciona las herramientas básicas para el análisis de la conducción del
calor y de su solución se obtiene la distribución de la temperatura T( x , y , z ) en el tiempo.
1.2.2. Convección
El término convección se utiliza para describir la transferencia de energía entre una superficie
y un fluido. Aunque el mecanismo de difusión contribuye a esta transferencia, generalmente
la aportación dominante es la del movimiento global o total de las partículas del fluido [22].
Obviamente la convección aparece únicamente en fluidos, que es donde puede producirse este
movimiento de materia [19]. Un fluido de velocidad V y temperatura T∞ , fluye sobre una
superficie de forma arbitraria y de área AS . La superficie tiene una temperatura uniforme TS ;
si TS ≠ T∞ entonces ocurrirá la transferencia de calor por convección. En estas condiciones se
produce la convección, caracterizada por un flujo térmico transmitido, dado por la relación
empírica conocida como Ley de Enfriamiento de Newton y la densidad del flujo de calor
puede ser expresada por la ecuación (1.3) [20].
q" =α ∞ ⋅ (T∞ − TS )
(1.3)
Donde:
q" - Densidad del flujo de calor; W/m 2
TS - Temperatura de la superficie; K
T∞ - Temperatura del fluido; K
α ∞ - Coeficiente de transferencia de calor por convección; W/(m 2 ⋅ K)
14
�Capa límite hidrodinámica
Al aplicar la ley de conservación de la materia y la segunda ley del movimiento de Newton, a
un volumen de control diferencial en la capa límite hidrodinámica, se requiere que para el
flujo estable, la velocidad neta a la que la masa atraviesa al volumen de control (flujo de
entrada – flujo de salida) tiene que ser igual a cero. La masa entra y sale del volumen de
control exclusivamente a través del movimiento del fluido. El transporte debido a este
movimiento se denomina advección [22].
La ecuación de continuidad (1.4), es una expresión del requerimiento de conservación de la
masa global y debe satisfacerse en todo punto en la capa límite hidrodinámica. Se aplica a un
fluido de una sola especie, así como también para mezclas en las que pueden estar teniendo
lugar la difusión de especies y las reacciones químicas.
∂ ( ρ ⋅ u ) ∂ ( ρ ⋅υ )
+
=
0
∂x
∂y
(1.4)
El campo de velocidad en la capa límite se determina resolviendo la ecuación de continuidad
(1.4) y las ecuaciones de los momentos X y Y (1.5) y (1.6) que proporcionan una
representación completa de las condiciones en dos direcciones de la capa límite
hidrodinámica.
ρ ⋅u ⋅
ρ ⋅u ⋅
∂u
∂u
∂p ∂ ∂u 2 ∂u ∂υ ∂ ∂u ∂υ
+υ ⋅ =
− + µ 2 ⋅ − ⋅ +
+ µ ⋅ +
+ X (1.5)
∂x
∂y
∂x ∂x ∂x 3 ∂x ∂y ∂y ∂y ∂x
∂v
∂v
∂p ∂ ∂v 2 ∂u ∂v ∂ ∂u ∂v
+v⋅ =
− + µ ⋅ 2 ⋅ − ⋅ + + ⋅ µ ⋅ + + Y (1.6)
∂x
∂y
∂y ∂y ∂y 3 ∂x ∂y ∂x ∂y ∂x
Donde:
u , υ - Componentes de la velocidad promedio de flujo de masa en x , y ; m/s
X , Y - Componentes de la fuerza de cuerpo por unidad de volumen; N/m3
µ - Coeficiente dinámico de viscosidad; kg/(s ⋅ m)
15
�p - Presión; Pa
µ 2 ⋅
∂u 2 ∂u ∂υ
2
− ⋅ +
- Esfuerzo normal en la dirección x ; N/m
∂x 3 ∂x ∂y
µ ⋅ 2 ⋅
∂υ 2 ∂u ∂υ
2
− ⋅ +
- Esfuerzo normal en la dirección y ; N/m
∂y 3 ∂x ∂y
∂u ∂υ
2
+
- Esfuerzo cortante en la dirección x e y ; N/m
∂y ∂x
µ ⋅
Capa límite térmica
La ecuación (1.7) representa la ley de conservación de la energía aplicada a un volumen de
control en la capa límite térmica [22].
ρ ⋅u
∂u ∂υ
∂e
∂e ∂ ∂T ∂ ∂T
+ ρ ⋅υ=
− p ⋅ +
+ µΦ + q
λ ⋅
+ λ
∂x
∂y ∂x ∂x ∂y ∂y
∂
∂
x
y
(1.7)
Donde:
e - Energía térmica por unidad de masa; J/kg
(
Donde el término p ∂u
∂x
+ ∂υ
∂y
) representa una conversión reversible entre energía
cinética y térmica. La disipación viscosa µΦ queda definida por la ecuación (1.8).
∂u ∂υ
∂u 2 ∂υ 2 2 ∂u ∂υ 2
µΦ ≡ µ ⋅ + + 2 + − +
∂y ∂x
∂x ∂y 3 ∂x ∂y
(1.8)
El primer término del lado derecho de la ecuación (1.8) se origina de los esfuerzos cortantes
viscosos y los términos restantes surgen de los esfuerzos normales viscosos.
Capa límite de concentración
La ecuación (1.9) considera una mezcla binaria en la que hay un gradiente de concentración
de la sustancia [22].
u
∂ρ A
∂ρ
∂ρ A ∂
∂ρ A
∂
+ v A=
+ n A
DAB ⋅
+ DAB ⋅
∂x
∂y ∂x
∂x ∂y
∂y
(1.9)
16
�Donde:
ρ A - Densidad de la especie A; kg/m3
DAB - Coeficiente binario de difusión de masa; m 2 /s
n A - Aumento de masa de la especie A, debido a reacciones químicas; kg/(s ⋅ m3 )
1.2.3. Radiación
La radiación térmica es la propagación de ondas electromagnéticas, en determinadas
longitudes de ondas, emitidas por un cuerpo como resultado de su temperatura. La
transferencia de calor por radiación no requiere de presencia de la materia ya que el calor
puede ser transmitido a través del vacío absoluto a diferencia de la transferencia de calor por
conducción y convección [20-22].
El intercambio de radiación entre dos superficies grises, una encima de la otra, se expresa
según la ecuación (1.10).
1− ε2
1
1 − ε1
+
+
σ ⋅ (T − T2 ) ⋅
q1,2 =
ε1 ⋅ A1 A1 ⋅ F12 ε 2 ⋅ A2
4
1
−1
4
(1.10)
Donde:
q1,2 - Calor transferido por radiación desde la superficie emisora a la receptora; W
T1 ; T2 - Temperatura de la superficie emisora y receptora; K
A1 ; A2 - Área de la superficie emisora y receptora; m 2
σ - Constante de Stefan-Bolztman; 5,67 ⋅ 10−8 ⋅ W/(m 2 ⋅ K 4 )
ε1 ; ε 2 - Emisividad de la superficie emisora y receptora; adimensional
F12 - Factor de visión; adimensional
17
�1.3. Procesos donde intervienen sólidos granulados
Un sólido granulado es considerado un medio poroso, o sea, un material de estructura sólida
que contiene espacios o huecos interconectados [23]. En medios porosos naturales (arena;
granos y cereales), la distribución y forma de los poros es irregular, mientras que son
uniformes en los sintéticos (materiales aislantes y de construcción) [24].
El flujo granular es un flujo bifásico formado por partículas y un fluido intersticial, donde las
partículas fluyen de manera similar a un fluido o se resisten al corte como un sólido [25, 26].
Estos desempeñan un papel importante en las industrias de procesos (de alimentos, de
fármacos y metalúrgicos) donde se utilizan ampliamente los cilindros horizontales rotatorios
para la calcinación, calentamiento, secado y enfriamiento, de minerales y granos [27, 28].
1.3.1. Procesos de mezclado de sólidos granulados
El tratamiento de sólidos granulados y su movimiento en el interior de un cilindro horizontal
rotatorio se evalúa en dos componentes: en la dirección axial, causada por la inclinación del
cilindro; y en la dirección radial, provocada por la rotación [29-31], donde el material se
mueve en avalancha a baja velocidad, se mezcla y homogeniza su temperatura [32-37].
En el análisis del comportamiento del flujo de sólidos granulados en el plano transversal de
un cilindro horizontal rotatorio, se tienen en cuenta los fenómenos de cizallamiento, mezclado
y segregación de partículas, que ejercen notable influencia en la redistribución del calor y la
calidad del producto final [30, 38-41]. Se emplean modelos que describen el flujo de corte en
la capa activa [42] y establecen las dimensiones del centro segregado [43-46]. La Dinámica de
los Fluidos Computarizada permite la modelación de una cama granular que incluye
reacciones químicas e intercambio de calor entre la pared, el gas y la cama [44, 47-50].
El Método de Elemento Discreto permite la simulación bidimensional de los procesos
dinámicos de las partículas en la sección transversal del levantador de un secador [51-58]; el
calentamiento de las partículas en contacto con la pared del cilindro [59-61]; el mezclado
18
�transversal de partículas fluidas libres en un cilindro [51]. Sin embargo ninguno describe un
modelo completo para un horno rotatorio y coinciden que el acercamiento por este método es
válido hasta cierto punto, por lo que se recomienda hacer ajustes al modelo y usar los datos de
la literatura para calibrar el método [45, 52, 54].
Fernandes et al. [62] a través de un sistema de ecuaciones predice el arrastre de sólidos en los
levantadores de los cilindros horizontales rotatorios, que controlan las variables de secado, la
longitud de caída, el tiempo de retención y el movimiento de las partículas [63]. Otros autores
evalúan el efecto de variables como: carga de partículas y la velocidad de rotación [64], en el
tiempo de retención [65] y en la variación de la composición local del material granulado
[66]. Afirman además que el ángulo dinámico de reposo y la variación de la superficie normal
de la cama, solo dependen del coeficiente de llenado, de las propiedades reológicas del
material y son una función de la velocidad de rotación del cilindro, [44, 67].
Estudios sobre el movimiento, profundidad y forma de la cama en el plano transversal
[30, 42, 68], la velocidad axial y el tiempo de retención del sólido [30, 38]; el mezclado y la
segregación de partículas [18, 39, 40, 43], demuestran que los parámetros que más influyen en
la velocidad de transferencia de calor son: el movimiento transversal generado en la cama de
sólido que controla la frecuencia de renovación de la superficie y el espacio vacío cerca de la
superficie de intercambio que determina el grado de mezclado del material [42, 44-47].
Las investigaciones relacionadas con el comportamiento del mineral en el interior del cilindro
[69, 70] se limitaron a establecer el ángulo de llenado y la altura de la cama de mineral. El
autor de este trabajo y colaboradores, determinaron experimentalmente la relación entre las
variables mencionadas, el coeficiente de llenado, la masa de los carros raspadores y su ángulo
de desplazamiento, en función de la velocidad de rotación del cilindro y concluyeron que la
variable de mayor efecto es la masa de mineral, que se mueve en avalancha [71, 72].
19
�1.3.2. Procesos de transferencia de calor en sólidos granulados
Los mecanismos de transferencia de calor que predominan en una cama estática compactada
de un sólido granulado, independiente del tipo de flujo son: la conducción térmica a través del
fluido estancado, del sólido y del área de contacto entre dos partículas y la transferencia de
calor por radiación entre superficies de partículas y entre cercanos vacíos [73, 74]. Si se
incluye el flujo de un fluido entonces se consideran: la conducción térmica a través de la
película fluida cerca de la superficie de contacto entre dos partículas y la transferencia de
calor por convección sólido-fluido-sólido. Existen correlaciones y técnicas para referirse a la
conducción de calor en medios granulares [75-77].
La transferencia de calor en flujos granulados, depende de la conductividad térmica de la
cama, de la redistribución de las partículas calientes, del mezclado y la segregación del sólido
granulado [27]. En estos casos el movimiento del material puede originar la segregación
dentro de la cama, que tiende a neutralizar el ascenso en los gradientes de temperatura y la
advección [43] que en algunos casos domina la transferencia de calor total [78, 79].
A escala microscópica, el mezclado de sólidos y la transferencia de calor se logra por el
movimiento relativo entre las partículas [80]. Macroscópicamente, el mezclado es inducido
por el movimiento aleatorio de las partículas y la advección. Al aumentar la frecuencia de
corte, la viscosidad y la conductividad térmica efectiva de la cama aumentan [81] y para
tiempos cortos de contacto y fracciones pequeñas de partículas, se incrementa el mezclado
térmico y la transferencia de calor [81-83].
Entre los procesos de transferencia de calor y de masa en sólidos granulados no existe una
correlación lineal, debido a que obedecen a mecanismos de transporte diferentes [84, 85].
20
�1.3.3. Procesos de transferencia de calor entre un sólido granulado y otros medios
Mediciones de conductividad térmica efectiva en flujos granulares lentos, demuestran que la
resistencia a la transferencia de calor del sólido a la pared es determinante y debe ser
considerada [81, 86, 87]. El coeficiente transferencia de calor, es mayor para superficies
delgadas y menor para superficies embotadas, se incrementa con la capacidad calorífica de la
partícula, con la conductividad térmica del gas y disminuye con el aumento de la superficie de
intercambio [88-90].
La transferencia de calor por contacto entre la pared y la cama sólida es el modo dominante y
la superficie que la delimita depende del coeficiente de llenado y del ángulo de llenado
[31, 64]. Además puede describirse analíticamente a través de modelos macroscópicos,
aunque los coeficientes de transferencia de calor que lo caracterizan muestran diferencias
cuantitativas entre ellos [31, 40, 91-93].
La transferencia de calor en la cama sólida puede usarse como una aproximación del
coeficiente de transferencia de calor de la cama a la pared que depende del diámetro y la
velocidad de rotación del cilindro, del tamaño de la partícula, las propiedades termo físicas
del material y del movimiento de la cama (estática o agitada y tipo de agitación) [94], su valor
aumenta con la intensidad de mezclado, siendo el tiempo de contacto entre las partículas y la
pared inversamente proporcional a la velocidad de rotación [95].
El problema principal de la conducción de contacto, que ocurre entre una superficie caliente y
partículas en movimiento, es la transferencia de calor entre dos partículas lisas en contacto
elástico, donde se asume que el radio de curvatura de las partículas es mucho más grande que
el punto de contacto [96-98]. El coeficiente de transferencia de calor de contacto α ps ,λ está
compuesto de la conexión en serie de la resistencia de contacto entre la pared y las partículas
21
�α ps ,contacto y el coeficiente de penetración dentro de la cama sólida α s , penetración [39, 92, 99-101],
según se muestra en la ecuación (1.11).
α ps ,λ (1/ α ps ,contacto ) + (1/ α s , penetración )
=
−1
(1.11)
Donde:
α ps ,λ - Coeficiente de transferencia de calor de contacto; W/(m 2 ⋅ K)
α ps ,contacto - Coeficiente de transferencia de calor entre la pared y la primera capa de partículas;
W/(m 2 ⋅ K)
α s , penetración - Coeficiente de transferencia de calor por penetración en la cama sólida;
W/(m 2 ⋅ K)
Para un horno rotatorio a baja velocidad debe existir un mecanismo de penetración para la
transferencia de calor a las partículas [102]. A causa de la resistencia de contacto, existe un
elevado gradiente entre la temperatura de la pared y la primera capa de partículas cerca de la
pared, donde la temperatura en la cama sólida disminuye debido a la resistencia de
penetración de calor y a las propiedades termofísicas de una partícula que se reemplazan por
las propiedades efectivas de una cama a granel. Paletas distribuidas uniformemente en el
interior del horno evitan el efecto de canalizaciones y permiten un contacto gas sólido
favorable para cualquier relación de longitud y diámetro [103].
Para partículas en movimiento a corto e intermedio tiempo de contacto ( tc > 0,1 s ) se asume
que la temperatura de la pared es constante y el coeficiente de penetración se determina a
través de la ecuación (1.12) [100, 104], aunque para tiempos de contactos muy pequeños, no
se ajusta a los resultados experimentales.
α s , penetración= 2 ρ s ⋅ C ps ⋅ λs π ⋅ tc
(1.12)
22
�Donde:
ρ s - Densidad aparente del sólido granulado; kg/m3
C ps - Calor específico a presión constante del sólido; kJ/(kg ⋅ K)
λs - Conductividad térmica del sólido; W/(m ⋅ K)
tc - Tiempo de contacto; s
El tiempo de contacto tc se determina según la ecuación (1.13), que depende del ángulo de
llenado y la velocidad de rotación.
tc= γ ⋅ ( 2 ⋅ π ⋅ n )−1
(1.13)
Donde:
γ - Ángulo de llenado; rad
n - Velocidad de rotación del cilindro, rad/s
Para tiempos largos de contacto entre la cama sólida y la pared se asume que:
α s , penetración = α ps ,λ y para tiempos cortos de contacto, a altas velocidades de rotación del
cilindro, el coeficiente de transferencia de calor alcanza valores infinitamente grandes [31].
Sin embargo Ernst [105], demostró que para tiempos de contacto cortos, la velocidad de
rotación no tiene influencia en el coeficiente de transferencia de calor por contacto.
Por lo tanto Schlünder [106], supuso que existe una capa de gas de rotacional entre la primera
capa de partículas y la superficie de la pared, que afecta la transferencia de calor por contacto
y que depende del tamaño de las partículas. Para calcular la resistencia de contacto entre la
cama y la pared, se deben considerar la conducción y la radiación en la cavidad ocupada por
el gas, que se forma entre las partículas y la pared. Li, et al. [93] proporciona un listado de
varios modelos para la transferencia de calor de contacto en hornos rotatorios, basado en el
acercamiento de Sullivan et al. [107].
23
�Wachters et al. [108] señalan que para velocidades de rotación superior a 0,17 rad/s y tiempos
cortos de contacto, el coeficiente de transferencia de calor por contacto es menor y se calcula
según la ecuación (1.12). Asumen que la cama sólida tiene temperatura uniforme y que cerca
de la pared, existe una capa delgada de partículas que se mezclan entre ellas después de cada
circulación de la cama.
Herz, et al. [40] exponen que después de un tiempo experimental de 70 min, la temperatura de
la pared alcanza su máximo y tiende a ser constante, hasta que converge en el tiempo con la
temperatura promedio de la cama y el gradiente de temperatura de la cama sólida tiende a
cero
y
el
coeficiente
de
transferencia
de
calor
permanece
constante.
Ortiz et al. [109] en la modelación de un horno rotatorio no consideran la transferencia de
calor por conducción y convección entre la pared cubierta por el sólido y el propio sólido,
porque ambas fases, sólido y pared, alcanzan el equilibrio térmico.
Lehmberg, et al. [86] utilizaron la teoría de la película de gas ficticia para la correlación de los
valores medidos experimentalmente, aproximación que se ajusta a los resultados de Wachters,
et al. [108]. Una representación simplificada de la resistencia de contacto, entre la pared y la
primera capa de partículas de la cama fue presentada por Sullivan, et al. [107], ecuación
(1.14).
α ps ,contacto= λg ⋅ ( 0,17 ⋅ rp )
−1
(1.14)
Donde:
λg - Conductividad térmica del gas; W/(m ⋅ K)
rp - Radio de la partícula; m
Tscheng et al. [110] calcularon los coeficientes de transferencia de calor a través de la
ecuación (1.15) para una región límite de ( n ⋅ ri 2 ⋅ γ ⋅ ρ s ⋅ C ps ⋅ λs−1 ) < 104 , sustentado en la teoría
de la película de gas ficticia entre la pared y la primera capa de partícula.
=
α ps ,λ 11, 6 ( n ⋅ ri 2 ⋅ γ ⋅ ρ s ⋅ C ps ⋅ λs−1 ) ⋅ λs ⋅ ( ri ⋅ γ )
0,3
−1
(1.15)
24
�Donde:
ri - Radio interior del cilindro; m
La teoría abordada en el epígrafe 1.3, es significativa para el desarrollo de esta investigación,
ya que aporta elementos de interés relacionados con los procesos de transferencia de calor y
permite hacer consideraciones respecto al comportamiento del mineral laterítico reducido
como un sólido granulado.
1.4. Modelos de transferencia de calor y masa en cilindros horizontales rotatorios
Los modelos que representan los mecanismos de transferencia de calor en hornos, secadores y
enfriadores rotatorios, son complejos, ya que involucran la conducción, la convección y la
radiación, en un mismo instante de tiempo.
En la empresa “Comandante Ernesto Che Guevara” se han modelado los procesos de: secado
natural [111-118]; molienda [119]; transporte neumático de la mena laterítica [18, 120, 121];
enfriamiento y mezcla del licor con el mineral reducido en el tanque de contacto [122-124]; y
calcinación del Carbonato Básico de Níquel [125-128]. Este último sirvió de base en la
modelación del proceso de enfriamiento [129-131] propuesto en este trabajo. La mayoría de
estos modelos utilizan ecuaciones diferenciales, que resuelven por los métodos de separación
de variables, Runge Kutta y diferencias finitas.
Los modelos para un proceso en particular son únicos, por eso se desarrollan modelos
genéricos, como los que describen el comportamiento de un secador rotatorio [132] a
contracorriente a partir de ajustes empíricos y seudofísicos [133-135], constituyen una
herramienta computacional para simular el comportamiento del equipo [136], suponen que los
parámetros principales son independientes del tiempo, la temperatura y la posición [137], lo
consideran como un sistema de parámetros distribuidos [138] y aplican los conceptos de
función de operación en la modelación de estos procesos [138-141].
25
�En la obtención de modelos matemáticos se utilizan además, el método de elementos finitos
(ANSYS) para predecir la distribución de temperaturas en un horno rotatorio [182], el método
de la dinámica de fluidos computarizada para explorar la eficiencia energética de un horno
[137, 142], los análisis energéticos y exergéticos para evaluar las pérdidas termodinámicas
[143] y el consumo específico de energía en secadores [144].
La modelación permite: establecer la relación entre los gradientes axiales de temperatura de la
cama, del gas y de la pared de un horno [78, 145-147], a partir de correlaciones empíricas
para calcular los coeficientes de transferencia de calor local [148-150]; evaluar el efecto de
pantalla de cadenas en el intercambio de calor [151]; predecir el tiempo de retención y del
ángulo de reposo del material, en función de la geometría del levantador en secadores y
hornos rotatorios [134, 152, 153].
La bibliografía consultada no muestra un modelo que caracterice el proceso de enfriamiento
del mineral laterítico reducido en la empresa “Comandante Ernesto Che Guevara”. Solo el
autor de este trabajo y colaboradores proponen un modelo dinámico con base
fenomenológica, conformado por tres ecuaciones diferenciales y las ecuaciones de enlace para
estimar los coeficientes de transferencia de calor que lo identifican [129-131, 154].
1.5. Procesos de transferencia de calor en el enfriador
Los procesos de transferencia de calor en el enfriador del mineral se deducen del análisis del
flujo tecnológico descrito en el epígrafe 1.1. El proceso de enfriamiento tiene como objetivo
disminuir la temperatura del mineral hasta un valor igual o menor que 533,15 K. Para ello se
utiliza el enfriador rotatorio, que es un equipo de transferencia de calor cilíndrico, dispuesto
horizontalmente como una instalación de transporte (figuras 1, 2 y 3 del anexo 1).
26
�4
Conducción
Convección y
radiación
2
Convección
Emerge
Sumerge
Conducción
y radiación
1
3
Convección
Figura 1.1. Modos de transferencia de calor en el enfriador.
La figura 1.1 muestra un corte del sistema formado por el mineral laterítico reducido (1), el
cilindro horizontal rotatorio (2), la piscina de agua para el enfriamiento (3) y el aire
circundante (4). En el proceso de enfriamiento están presentes los tres modos de transmisión
del calor (conducción, convección y radiación), representados en la figura 1.1 y los mismos
influyen de la forma siguiente.
El mineral descargado en el enfriador a una temperatura entre 923,15 y 973,15 K transfiere
calor a la superficie interior del cilindro a través de dos zonas:
1.
La pared cubierta por el mineral, donde están presentes la conducción, la convección y
la radiación, con predominio de la transferencia de calor por conducción debido al
contacto sólido-sólido [6, 7].
2.
La pared no cubierta por el mineral, donde están presentes la convección y la radiación
de los gases productos de la combustión que acompañan al mineral por el interior del
cilindro y la radiación del mineral.
A través del espesor del cilindro (δ = 18 mm) se transfiere calor por conducción, con mayor
intensidad en la zona que el mineral está en contacto con la pared. Por efecto de la rotación el
cilindro emerge de la piscina y la superficie exterior arrastra una película de agua fina que la
cubre hasta que se sumerge nuevamente. Por este motivo la pared exterior entrega todo el
27
�calor que recibe por convección al agua que la cubre e incrementa su temperatura desde
303,15 hasta 353,15 K . El agua transfiere calor al medio ambiente por convección, radiación
y evaporación de la película de agua, esta última se supone que ocurre a temperatura
constante en el sentido radial del cilindro y solo se considera en el sentido longitudinal.
1.5.1. Transferencia de calor entre el mineral y la pared del cilindro
El proceso de transferencia de calor entre el mineral y la pared del cilindro se sustenta en la
teoría abordada en el epígrafe 1.3. Donde se plantea que predomina la conducción de
contacto, que depende del área de contacto entre partículas, entre las partículas y la superficie,
de las propiedades termo físicas del sólido granulado y del tiempo de contacto.
Según el modelo de penetración [155], la resistencia térmica total entre el sólido y la pared
cubierta consiste en tres partes:
1.
La resistencia térmica incompleta introducida por la transmisión de calor por advección
durante el mezclado del material producto de la rotación: aquí el movimiento del sólido
se divide en dos zonas: (a) la capa activa donde el sólido se mueve a lo largo de una
interfaz inclinada que favorece un mezclado radial intenso, donde la temperatura del
sólido se considera una constante y la resistencia térmica se hace nula para valores del
coeficiente de transferencia de calor por advección del sólido infinitamente grande; (b) y
la zona de la capa fija en el fondo donde el sólido apenas se mueve.
2.
Resistencia de conducción térmica no estacionaria a través de la capa límite del sólido: la
resistencia de penetración se obtiene a través de la solución del problema de la
conducción térmica en una dimensión inestable en que el calor se transfiere desde el
sólido a través de la capa límite térmica en la capa de la película de gas [155].
3.
La resistencia de contacto térmico debido a la capa delgada de gas entre el sólido y la
pared: considera la conducción térmica en la película de gas, entre una partícula y la
pared y la radiación entre las partículas y la pared [155].
28
�El coeficiente de transferencia de calor global entre el sólido y la pared cubierta por este α sw
puede estimarse a través de las ecuaciones (1.16) y (1.17) [156]. El primer término de la
derecha en la ecuación (1.16) es una manera simplificada de estimar la resistencia de contacto
[91, 155].
(
(
α sp = χ ⋅ 2 ⋅ rp ⋅ λg−1 + 2 2 ⋅ ρ s ⋅ C ps ⋅ λs ⋅ n ⋅ γ −1
)
)
−1 −1
=
χ 0, 0287(1 − ξ c ) −0,581
(1.16)
(1.17)
Donde:
χ - Espesor de la película de gas; adimensional.
ξ c - Concentración de partículas en la cama a granel; adimensional
Los valores de χ para materiales compactados y camas fluidas son 0,085 y 0,2 a 1,0
respectivamente y es un parámetro que se determina experimentalmente. Sin embargo, se
contradicen con los resultados experimentales obtenidos por Wang, et al. [156].
En el caso de un enfriador de cenizas la radiación de calor ocurre en un espacio cerrado y se
hacen las siguientes suposiciones para simplificar el modelo: (1) la pared rotatoria y la
superficie de ceniza son cuerpos grises; (2) los extremos del cilindro son superficies
térmicamente aisladas; (3) el gas en el cilindro es despreciable, porque representa una
cantidad pequeña en la transferencia de calor total; (4) el impacto del cambio de temperatura
axial en la radiación de calor es despreciable [156]. Sustentados en las suposiciones
anteriores, la radiación de calor en el enfriador rotatorio es análoga a la radiación entre la
superficie gris de la pared expuesta y la superficie gris de la ceniza expuesta. Así, el
coeficiente de transferencia de calor por radiación α r se estima según la ecuación (1.18).
αr
(T − T ) ⋅ 1 + A
σ⋅
=
(T − T ) ε A
4
c
4
p
c
p
c
cg
gp
1
⋅ − 1
ε p
−1
(1.18)
29
�Donde:
α r - Coeficiente de transferencia de calor por radiación; W/(m 2 ⋅ K)
Tc
- Temperatura de la ceniza;
TP
- Temperatura de la pared;
K
K
A cg - Área de la ceniza en contacto con el gas; m 2
A gp - Área de la pared en contacto con el gas; m 2
ε c - Emisividad de la ceniza; adimensional
ε p - Emisividad de la pared; adimensional
El análisis de los parámetros del modelo de transferencia de calor en un horno rotatorio indica
que la temperatura de la pared, del sólido granulado y del gas, son linealmente dependientes.
Se asume que el material se mezcla y se traslada como un fluido, por tanto la convección
entre la pared y el sólido es el modo dominante y significativo en el control de la temperatura
del material, que determina la calidad del producto [157].
Los enfriadores poseen un sistema de carros raspadores pendulares que favorecen la
movilidad y el trabajo con películas finas de mineral, la reposición de la capa estática por una
capa caliente que no ha estado en contacto con la pared, disminuyen el gradiente de
temperatura e inciden en el tiempo de retención [70]. Este último se determina en hornos,
secadores y calcinadores a partir de correlaciones empíricas [68, 158], debido a que factores
como: dimensiones del cilindro; forma y disposición de los carros raspadores; velocidad de
rotación; granulometría, viscosidad y adherencia del mineral, dificultan la obtención de una
relación analítica [149, 150], aunque cuando el coeficiente de llenado es menor del 20 % ; el
flujo de sólidos no ejerce influencia significativa en el tiempo de retención [159], que en el
enfriador de mineral se determina experimentalmente.
30
�La velocidad de transferencia de calor por conducción del mineral a la pared del cilindro está
determinada por las propiedades y las condiciones de la cama del mineral dentro del cilindro
[160, 161], que forma un ángulo de 22 a 26º con respecto a la horizontal y resbala en forma
de una masa estática [69, 162], el mineral no reducido, dificulta el desplazamiento hacia la
descarga y aumentan el coeficiente de llenado [163].
La bibliografía consultada en este epígrafe [91, 155, 156] hace valoraciones importantes para
la modelación del objeto de estudio. Se debe destacar que el mineral reducido se comporta
como un sólido granulado de temperatura homogénea, debido al movimiento de rotación del
cilindro y a la agitación de la cama con ayuda de los carros raspadores pendulares, con
predominio de la transferencia de calor por contacto entre el mineral y la pared del cilindro.
1.5.2. Transferencia de calor entre el mineral, los gases y la pared del cilindro
La transferencia de calor por convección se manifiesta a través de los gases que viajan a lo
largo del cilindro horizontal rotatorio y actúan recíprocamente con la cama y con la pared
[164], a temperatura superior a 700 K se considera que es alrededor del 10 % del total [165].
El coeficiente de transferencia de calor entre el gas libre en la superficie y la cama de sólido
es menos importante que entre el gas libre en la superficie y la pared [166-168]. Es
independiente de la velocidad de rotación, del tamaño de la partícula e inclinación del horno.
La convección es libre para un mínimo flujo de gases y ocurre en toda la longitud del cilindro
a temperaturas promedio de 454,15 y 706,15 K , para la pared y los gases respectivamente
[160]. La radiación en los gases es considerada para el vapor de agua y el dióxido de carbono,
por ser pequeña la emisividad de los gases diatómicos y suponer que ocurre solo en la mitad
más caliente del enfriador (a temperaturas superiores a 573,15 K) [169].
Experimentos realizados en función de la velocidad de rotación, del flujo de gas y el ángulo
de llenado, demuestran que con el aumento del diámetro del horno existe una disminución de
31
�la convección a la cama sólida, donde el diámetro equivalente De (interior del cilindro) es
una función del coeficiente de llenado ϕ [110], que se determina según la ecuación (1.19).
ϕ=
Vm
Vc
(1.19)
Donde:
ϕ - Coeficiente de llenado; adimensional
Vm - Volumen de mineral en el interior del enfriador, m3
Vc - Volumen interior del cilindro, m3
Experimentos realizados con diferentes materiales (cal, arena fina y gruesa), velocidad de
rotación (0,025 rad/s) , ángulo de llenado e inclinación del horno constante, confirman que la
capa límite en la pared del horno es totalmente turbulenta [170].
Como el diámetro del cilindro es grande algunos autores asumen que la transferencia de calor
por convección en su interior es análoga al esquema de flujo de gas sobre una pared plana. De
manera semejante, los coeficientes de transferencia de calor son calculados en tres regiones de
flujo: laminar, de transición y turbulenta [156, 171]. Correlaciones como la ecuación (1.20)
aplicadas a un flujo a través de un tubo permiten determinar la transmisión de calor del gas a
la pared de un horno rotatorio [166, 172, 173].
=
α gp 0, 0981 ⋅ ( m g )
0,67
(1.20)
Donde:
m g - Flujo de gases; kg/h
α gp - Coeficiente de transferencia de calor del gas a la pared del cilindro; W/(m 2 ⋅ K)
Existen correlaciones para estimar el coeficiente de transferencia de calor por convección
entre la partícula y el gas, pero no se ajustan a un enfriador [156, 174-177]. Al no existir un
flujo de gases en el interior del cilindro, se asume que el mineral y los gases que lo
32
�acompañan poseen igual temperatura, se desprecia la convección entre el gas libre en la
superficie y la cama de sólido, solo se considera la convección entre el gas libre en la
superficie y la pared.
1.5.3. Transferencia de calor en la pared del cilindro
La energía entregada a la superficie interior de la pared es absorbida y conducidad a través de
la pared [31, 109] a la superficie exterior del cilindro. Se asume que todo el calor
suministrado por el mineral a la pared es entregado al agua.
En estudios realizados a un horno rotatorio se desprecian el cambio cíclico y las variaciones
en la temperatura de la pared en la dirección angular, por el llamado efecto regenerativo y el
coeficiente de transferencia de calor por conducción en la pared se asume constante e
independiente de la temperatura [109].
La temperatura interna de la pared se estima a través de un complejo sistema de ecuaciones
que consideran la red del flujo de calor (gas – pared, pared interna – externa y pared externa –
medio circundante), donde se desprecia la transferencia de calor por radiación y solo se
considera la convección [178], se establece un balance térmico que incluye la conducción
térmica a la pared cubierta por la ceniza, la transmisión de calor por convección entre el aire
filtrado y la pared y la radiación de calor entre la ceniza caliente y la pared opuesta a la cama
de ceniza [156, 172].
1.5.4. Transferencia de calor de la pared del cilindro al agua
Durante la convección en un cilindro horizontal con un flujo de calor constante, sumergido en
un fluido viscoso e incompresible, el aumento del número de Prandtl contribuye a la
disminución de la temperatura en la pared [179]. El coeficiente de transferencia de calor local
aumenta con el incremento de la velocidad del flujo de aire al disminuir la película de agua
por evaporación [180]. La influencia de una pared caliente en el espesor de la capa límite,
33
�indica que la velocidad del fluido cercano a la pared es superior, ya que la expansión tiene
lugar a temperaturas más altas [181].
Estudios realizados a un enfriador de cenizas consideran que la transferencia de calor en la
intercapa del agua de enfriamiento es análogo a la convección forzada en una tubería, porque
el espesor de la intercapa es mucho más pequeño que la longitud del cilindro [156] y utilizan
las ecuaciones (1.21), (1.22) y (1.23) [182] para estimar los números de Nusselt y Reynolds.
Nu pa = (α pa ⋅ De ) λa
Nu pa = 0, 012 ⋅ ( Re
0,87
a
− 280 ) ⋅ Pr
0,4
a
23
Pr
⋅ 1 + De ⋅ a
L Prp
(1.21)
0,11
(1.22)
0, 05 < Pra Prp < 20
Rea = ρ a ⋅ De ⋅ ua ⋅ µa−1
(1.23)
Donde:
α pa - Coeficiente de transferencia de calor de la pared del cilindro al agua; W/(m 2 ⋅ K)
Rea - Número de Reynolds para el agua; adimensional
De - Diámetro exterior del cilindro; m
L - Longitud característica, m
Pra - Número de Prandtl a la temperatura del agua; adimensional
Prp - Número de Prandtl a la temperatura en la pared; adimensional
ρ a - Densidad del agua; kg/m3
ua - Velocidad del agua; m/s
µa - Coeficiente dinámico de viscosidad para el agua; kg/(s ⋅ m)
En un cilindro horizontal que transmite oscilaciones rotatorias en dimensiones infinitas la
convección forzada es causada por la oscilación del cilindro y la convección natural por la
34
�fuerza de flotación del flujo. La transferencia de calor es gobernada por los números de
Rayleigh y Reynolds y por la frecuencia dimensional de las oscilaciones [183-190].
En un cilindro rotatorio calentado con un flujo cruzado, se dividió la región de flujo subcrítico
en tres rangos en función de la relación entre la velocidad del aire y la velocidad
circunferencial de la superficie del cilindro: entre 0 y 0,5 es caracterizado por un aumento del
número de Nusselt; entre 0,5 y 2 los coeficientes de transmisión de calor son independientes
de la velocidad de rotación; mayor de 2, la velocidad de rotación del cilindro y no la
velocidad del flujo cruzado determinan el nivel de transmisión de calor [191]. La rotación
domina sobre el flujo cruzado y tiene un efecto significativo en la distribución de los
coeficientes de transferencia de calor local [181].
El número de Nusselt local refleja las características de transferencia de calor por convección
y las condiciones del flujo dependen del número de Rayleigh y la relación de flotación
[192, 193]. Estudios experimentales acerca de la formación de capas alrededor de un cilindro
[194] demuestran que la transferencia de calor por convección de doble difusividad, está entre
los modos de conducción y convección natural [195-197]. El perfil del número de Nusselt
promedio está entre los modos de conducción pura y convección natural y la variación se debe
a la evolución de las capas [198, 199]. Durante la convección libre desde un cilindro
sumergido en un fluido inmóvil, la disminución de los esfuerzos cortantes en el fluido facilita
la transferencia de calor y su aumento tiene un efecto contrario [200-202].
Para describir la transferencia de calor por convección natural en la capa límite laminar en un
cilindro horizontal se aplican las ecuaciones de energía y continuidad, se determinan las
propiedades del fluido en función de la temperatura y se resuelven los sistemas de ecuaciones
diferenciales parciales por el método de la diferencia finita [203-205].
En este epígrafe se establece la incidencia de la velocidad de rotación, la temperatura y los
números de Nusselt, Rayleigh, Reynolds, en la transferencia de calor por convección de la
35
�pared al agua, en condiciones diferentes a las del objeto de estudio: menos del 30 % del
volumen del enfriador está sumergido en la piscina y el 70 % cubierto por una película de
agua, ambas zonas a diferentes temperaturas, además existe ebullición en la zona que la pared
alcanza valores superiores a los 373,15 K .
1.5.5. Transferencia de calor y masa del agua al aire
La evaporación externa del vapor de agua en un cilindro horizontal calentado y los efectos de
la rotación en la transferencia de masa se evalúan a través del número de Sherwood Sh [206]
(ecuación (1.24)), como una función de los números de Reynolds rotacional Rer , de Grashof
GrL y de Schmidt Sc , ecuaciones (1.25), (1.26) y (1.27).
Sh =
0,32 ⋅ ( 8,5·Rer2 + GrL ) ⋅ Sc
(1.24)
Rer = π ⋅ De2 ⋅ n ⋅ ρ a ⋅ ( 60 ⋅ µa )
(1.25)
1/3
−1
GrL = g ⋅ β ⋅ (Ts − T∞ ) ⋅ L3 ⋅ν −2
−1
Sc= ν ⋅ DAB
(1.26)
(1.27)
Donde:
Sh - Número de Sherwood; adimensional
Rer - Número de Reynolds rotacional; adimensional
GrL - Número de Grashof; adimensional
Sc - Número de Schmidt; adimensional
g - Constante de la gravedad; m/s 2
β - Coeficiente de expansión térmica volumétrica; K −1
ν - Coeficiente cinemático de viscosidad; m/s 2
36
�La ecuación (1.28) muestra que Sh es directamente proporcional a Ra1/3 y proporciona una
buena predicción para Rer < 7,0 ⋅103 . El efecto de la transferencia de masa por convección
natural predomina más que la rotación del cilindro.
Sh = 0,32·Ra1/3
L
(1.28)
Ra
=
GrL ⋅ Pr
L
(1.29)
Donde:
RaL - Número de Rayleigh; adimensional
Para Rer entre 7, 0 ⋅103 y 1,1 ⋅104 , la rotación es gradualmente más importante y el número de
Sherwood Sh se incrementa ligeramente con el aumento de Rer . Durante este período, la
convección natural y la rotación tienen efectos en la transferencia de calor por convección, así
que ninguno de ellos es despreciable.
Para Rer entre 1,1 ⋅104 y 6, 0 ⋅104 el efecto de rotación es determinante y el de convección
extremadamente bajo. El número de Sherwood Sh sólo depende de Rer , ecuación (1.30).
=
Sh 0,55 ⋅ Rer2/3
(1.30)
El Reynold rotacional crítico Rer ,cri , ecuación (1.31), es mayor para la transferencia de calor
que para la transferencia de masa [207] y decide si se usa la ecuación (1.28) o (1.30).
0, 44 ⋅ Ra1/2
Re=
r , cri
(1.31)
Es de obligatoria consulta la bibliografía básica [20-22] que expone la teoría de la
transferencia de calor, para establecer las ecuaciones del modelo en el capítulo 2, que
caracterizan los procesos que son abordadas en los epígrafes 1.5.4 y 1.5.5.
37
�1.6. Análisis crítico de los estudios realizados al proceso de enfriamiento de mineral
Desde el inicio de la industria del níquel existen deficiencias en el proceso de enfriamiento del
mineral laterítico reducido. Aunque los enfriadores de la empresa “Comandante Ernesto Che
Guevara” cumplen con la relación longitud diámetro [158], se les debió aumentar el diámetro
en vez de la longitud, para garantizar mejor flotación, menor altura de la cama, mayor
capacidad de enfriamiento y transportación de mineral [8].
Las elevadas temperaturas del mineral reducido y los problemas existentes en el
funcionamiento de los enfriadores de mineral, condujeron a investigaciones en diferentes
períodos de explotación de la tecnología Caron.
En el período comprendido entre el 1956 y 1996, se estudiaron los siguientes temas:
•
Análisis del uso de enfriadores de cama fluida y los mecanismos de transferencia de calor
cuando se adiciona agua atomizada o vapor de agua en el interior del enfriador [160, 169,
208-213].
•
Determinación del ángulo de reposo y del movimiento del mineral laterítico reducido
caliente en el interior del cilindro horizontal rotatorio [69, 70].
•
Consideraciones sobre el mecanismo de los raspadores interiores de los enfriadores, su
incidencia en la transmisión de calor e introducción de mejoras en el proceso de
enfriamiento del mineral laterítico reducido [70, 161, 162, 214, 215].
•
Análisis de los problemas de fabricación y montaje de los enfriadores y del empleo de
inhibidores de incrustación en el agua de enfriamiento [216, 217].
Baker [218] patentó el equipo que más se asemeja al enfriador de mineral actual, pero solo
hace una descripción de los elementos que lo componen y su funcionamiento.
Estos trabajos abordan temas de interés para esta investigación, pero se debe señalar que en la
actualidad no se introduce vapor de agua o agua atomizada en el interior del enfriador
[208-212] y que los carros raspadores actuales son diferentes a los utilizados en ese período
38
�(anexo 1 figura 3). Se consideran importantes los trabajos que estudian los procesos de
transferencia
de
calor
durante
el
enfriamiento
del
mineral
laterítico
reducido
[6, 7, 70, 161, 162, 214, 215], aunque utilizan los métodos abordados en la bibliografía básica
[20-22, 158] y asumen los coeficientes de transferencia de calor de manera global. No
analizan el enfriador como un objeto de parámetros distribuidos, ni presentan un sistema de
ecuaciones, procedimientos de cálculo o modelo que lo caracterice.
Desde el 2004 hasta el 2013, el autor de este trabajo y colaboradores estudiaron el proceso de
enfriamiento del mineral reducido, donde se destacan los siguientes temas:
• Construcción de un cilindro horizontal rotatorio a escala de laboratorio y obtención del
ángulo de llenado, ángulo de inclinación del mineral laterítico y de los carros raspadores
pendulares para diferentes velocidades de rotación y coeficientes de llenado [71, 72].
• Construcción de un enfriador de mineral laterítico reducido a escala piloto [219-221], con
un sistema automático para la medición de las variables que lo caracterizan [222], para la
evaluación del proceso [223-228] y obtención de los parámetros de explotación [229, 230].
• Modelación, simulación e identificación del proceso de enfriamiento del mineral laterítico
reducido en cilindros horizontales rotatorios por el método de elementos finitos (ANSYS)
y con ayuda de Redes Neuronales Artificiales (MATLAB) [231-233].
• Evaluación del proceso de enfriamiento en cilindros horizontales rotatorios [15, 234-242].
• Evaluación técnico – económica e influencia de los elementos mecánicos del enfriador en
el proceso de transferencia de calor y de la temperatura del mineral laterítico reducido en el
índice de extractable en el tanque de contacto [243-245].
• Modelación matemática del proceso de enfriamiento de mineral laterítico reducido
[117, 129, 131, 154, 246, 247].
Estos trabajos analizan el proceso de enfriamiento del mineral laterítico reducido como un
objeto de modelación, ajustan y perfeccionan el modelo multivariable propuesto e identifican
39
�los coeficientes de transferencia de calor que lo caracterizan. En la búsqueda de soluciones
para validar el modelo se realizan experimentos que constituyen la base de esta investigación.
Los cilindros horizontales rotatorios han sido muy utilizados en las industrias de procesos,
aunque en menor escala para el enfriamiento de mineral [31]. Sin embargo, ellos aún se
diseñan empíricamente debido a la falta de un modelo apropiado de transferencia de calor
que lo caracterice, razón importante para su estudio [156].
Wang, et al. [156] aborda la modelación matemática de un enfriador de cenizas residuales en
calderas de vapor, basado en un sistema de ecuaciones diferenciales ordinarias, que
caracterizan el comportamiento de la temperatura de la ceniza a través del enfriador. El
modelo incluye el calor de la combustión del carbón residual por su importancia en el
proceso de transferencia de calor durante el enfriamiento de las cenizas y su validación
acredita la pertinencia explicativa y predictiva del mismo [248].
El enfriador de cenizas está formado por dos cilindros concéntricos que rotan sobre un
mismo eje, entre los que circula el agua de enfriamiento. En el interior posee aspas espirales
guías, que imponen movimiento a la ceniza mientras intercambia calor con el aire que circula
por el interior del cilindro y con la pared de este. Características estas que lo distinguen del
enfriador de mineral que está parcialmente sumergido en una piscina con agua y posee carros
raspadores pendulares que transportan el mineral mientras se enfría. Las propiedades
termofísicas de la ceniza y del mineral laterítico reducido son diferentes.
No obstante, existen criterios presentados por Wang, et al. [156] y Si, et al. [248] que son de
interés para el desarrollo de esta investigación, que se abordan y referencian en los siguientes
epígrafes y capítulos.
Estudios realizados al proceso de enfriamiento, demuestran que el mineral transfiere el 75 %
del calor por conducción y el 25 % por radiación a la pared, que le transfiere el 67 % a la
40
�piscina y el 33 % a la zona no sumergida por evaporación de la película de agua adherida a la
pared exterior del cilindro [7].
El calor que no se elimina en los enfriadores, se extrae en los tanques de contacto pero a costa
de un incremento del flujo de licor [161]. Para temperaturas del mineral a la descarga entre
443,15 y 473,15 K , se incorpora al circuito de lixiviación entre 1 744 y 2 908 kW de calor
adicional al que entraría si la temperatura fuera de 393,15 K .
De los estudios sobre el proceso de transferencia de calor en el enfriador de mineral, solo el
autor de este trabajo y colaboradores tuvieron en cuenta la resistencia por conducción del
mineral reducido a la pared del cilindro [15, 129-131, 154, 228], otros autores asumen como
temperatura del mineral, del agua y de la pared un valor promedio entre la entrada y la salida
e introducen errores en el cálculo de la cantidad de calor que se transfiere [249]. Por tener
30 m de longitud se debe considerar como un equipo de parámetros distribuidos.
Conclusiones del capítulo
•
Los resultados de las investigaciones que abordan la modelación del proceso de
enfriamiento del mineral laterítico reducido no dan solución a la problemática existente y
no se demuestra la validez del modelo dinámico propuesto.
•
Los modelos que describen el intercambio de calor en cilindros horizontales rotatorios
(secadores, hornos, calcinadores y enfriadores), no permiten establecer los parámetros de
operación del proceso de enfriamiento del mineral laterítico reducido, pero aportan
criterios y ecuaciones a tener en cuenta en la identificación de los coeficientes de
transferencia de calor por unidad de longitud que caracterizan el modelo propuesto en
esta investigación.
41
�CAPÍTULO 2. MODELACIÓN
MINERAL
LATERÍTICO
DEL
PROCESO
REDUCIDO
EN
DE
ENFRIAMIENTO
CILINDROS
DEL
HORIZONTALES
ROTATORIOS
Introducción
El desarrollo de expresiones matemáticas que representen los fenómenos físicos que
intervienen en un proceso y su aplicación a la implementación de las nuevas tecnologías es un
asunto de primordial importancia en el desarrollo del sector industrial, donde la modelación
matemática es un instrumento necesario en el diseño y operación de una planta o de un
proceso de producción. Adelantos en la simulación permiten obtener soluciones a través de
varios métodos numéricos con exactitud y rapidez. Para componer las ecuaciones de un objeto
en la industria, es necesario despreciar una serie de factores secundarios y sí tener en cuenta
los principales: de entrada, de salida y las perturbaciones que influyen en la dinámica del
mismo; además que la sencillez del modelo conformado debe contener las principales
peculiaridades del proceso investigado [122].
En este caso, si se conocen los elementos o factores que influyen en la transferencia de calor
se puede establecer un modelo que prediga la temperatura del mineral a la salida de los
enfriadores.
El objetivo de este capítulo es establecer el modelo físico-matemático teórico del proceso de
enfriamiento del mineral laterítico reducido en cilindros horizontales rotatorios de la Unidad
Básica de Producción Planta Hornos de Reducción de la empresa “Comandante Ernesto Che
Guevara” con la capacidad teórica de regular la operación tecnológica del equipo.
42
�2.1. Modelación de la transferencia de calor en el enfriador
Para establecer las ecuaciones diferenciales que describen el comportamiento del proceso de
enfriamiento del mineral laterítico reducido se deben precisar los procesos físicos que tienen
lugar en el mismo. El mineral reducido y los gases reductores que lo acompañan, aportan
calor a la pared interior del cilindro al entrar en contacto con ella, luego es transferido a la
pared exterior del cilindro; desde donde es absorbido por el agua contenida en la piscina.
A lo largo del enfriador se presentan fuertes gradientes de temperaturas, que exigen trabajar
con un modelo de parámetros distribuidos, para cuya conformación se divide el cilindro en un
número finito de elementos volumétricos dispuestos en serie y se aplicarán a cada elemento
ecuaciones de conservación de la energía y de la masa [129-131, 149, 154].
Cada elemento de volumen está limitado longitudinalmente por dos secciones, llamadas
sección de entrada (subíndice x ) y sección de salida (subíndice x + dx ) tal como se ilustra en
la figura 2.1. Conocidas las condiciones de alimentación del enfriador, el resto de los
elementos se resuelven en serie, ya que las variables correspondientes a la sección de entrada
x serán conocidas y por lo tanto a partir de las ecuaciones se obtendrán las de salida x + dx .
Figura 2.1. Elemento de volumen del cilindro.
43
�2.1.1.
Balance de masa y energía del mineral
La energía calorífica puede entrar o salir del sistema analizado por el mecanismo de
conducción de calor, de acuerdo con la ley de Fourier (ecuación (1.1)); también puede
transferirse debido al movimiento global del fluido, es decir, por transporte convectivo
(epígrafe 1.2.2) y la energía que se manifiesta mediante este proceso se le llama también calor
sensible. En casos especiales, además se puede considerar el transporte de calor por radiación
(epígrafe 1.2.3), descrito por la ley de Stefan-Boltzmann. Luego se selecciona un volumen de
control infinitesimalmente pequeño como se muestra en la figura 2.1.
A través de un balance de energía al volumen de control diferencial de la figura 2.1, se
obtiene la ecuación (2.1) que caracteriza la transferencia de calor del mineral a la pared. El
miembro izquierdo caracteriza la velocidad de variación de la temperatura en el tiempo T ( t )
del elemento de mineral dx ; el primer miembro de la derecha relaciona el calor que entra con
el flujo de mineral al elemento x y el calor que sale con el mineral x + dx ; el segundo
término es el calor entregado por el mineral y los gases a la pared del cilindro.
ρ m ⋅ c pm ⋅ Astm ⋅ ∆x ⋅
∂Tm ( x, t ) c pm ⋅ m m ⋅ (Tm ( x, t ) − Tm ( x + ∆x, t ) ) −
=
− K1 ⋅ (Tm ( x, t ) − TP ( x, t ) ) ⋅ ∆x
∂t
(2.1)
Dividiendo la ecuación (2.1) por ∆x y tomando el límite cuando ∆x → 0 se obtiene la
ecuación (2.2).
ρ m ⋅ c pm ⋅ Astm ⋅
∂Tm ( x, t )
∂T ( x, t )
=
−c pm ⋅ m m ⋅ m
− K1 ⋅ (Tm ( x, t ) − TP ( x, t ) )
∂t
∂x
(2.2)
Donde:
ρ m - Densidad aparente del mineral; kg/m3
C pm - Calor específico del mineral; kJ/(kg ⋅ K)
Astm - Área de la sección transversal del mineral; m 2
44
�Tm - Temperatura del mineral; K
m m - Flujo de mineral; kg/s
K1 - Coeficiente superficial variable de transferencia de calor del sólido a la pared por unidad
de longitud; W/(m ⋅ K)
2.1.2.
Balance de masa y energía de la pared del cilindro
Se considera el cilindro un medio homogéneo en el cual no hay movimiento de volumen
(advección), donde la distribución de temperatura ocurre en coordenadas cartesianas en el
sentido longitudinal del cilindro. Luego se selecciona un volumen de control
infinitesimalmente pequeño como se muestra en la figura 2.1 y a través de un balance térmico
se obtiene la ecuación diferencial de la conducción para la pared, expresión (2.3).
∂Tp ( x, t )
+
−λ p ⋅ Astc ⋅
∂x
∂Tp ( x, t )
= + K ⋅ T x, t − T x, t ⋅ ∆x −
c pp ⋅ ρ p ⋅ Astc ⋅ ∆x ⋅
(
)
(
)
(
)
1
m
p
∂t
− K 2 ⋅ (Tp ( x, t ) − Ta ( x, t ) ) ⋅ ∆x
(2.3)
Donde:
C pp - Calor específico del material del cilindro; kJ/(kg ⋅ K)
ρ p - Densidad del material del cilindro; kg/m3
Astc - Área de la sección transversal del cilindro; m 2
λ p - Conductividad térmica del material del cilindro; W/(m ⋅ K)
Ta - Temperatura del agua en la piscina; K
K 2 - Coeficiente variable de transferencia de calor a través de la pared del enfriador por
unidad de longitud al agua de la piscina; W/(m ⋅ K)
45
�2.1.3.
Balance de masa y energía del agua
La figura 2.1 muestra el área de la sección normal para el estudio del proceso de transferencia
de calor en la piscina por unidad de longitud.
Del balance térmico para el agua, se obtienen la ecuación (2.4).
c pa ⋅ m a ⋅ (Ta ( x, t ) − Ta ( x + ∆x, t ) ) +
∂Ta ( x, t )
ρ a ⋅ c pa ⋅ Asta ⋅ ∆x ⋅
= + K 2 ⋅ (Tp ( x, t ) − Ta ( x, t )) ⋅ ∆x −
∂t
− K 3 ⋅ (Ta ( x, t ) − Taire ( x, t )) ⋅ ∆x − qevp ( x, t ) ⋅ ∆x
(2.4)
Dividiendo la ecuación (2.4) por ∆x y tomando el límite cuando ∆x → 0 se obtiene la
ecuación (2.5).
dTa
+ K 2 ⋅ (Tp ( x, t ) − Ta ( x, t )) −
∂Ta ( x, t ) −c pa ⋅ m a ⋅
dx
=
ρ a ⋅ c pa ⋅ Asta ⋅
∂t
− K ⋅ (T ( x, t ) − T ( x, t )) − q ( x, t )
a
aire
evp
3
(2.5)
Donde:
C pa - Calor específico del agua; kJ/(kg ⋅ K)
Asta - Área de la sección transversal ocupada por el agua; m 2
m a - Flujo de agua; kg/s
Taire - Temperatura del aire; K
K 3 - Coeficiente superficial variable de transferencia de calor del agua al medio por unidad
de longitud; W/(m ⋅ K)
qevp ( x, t ) - Calor transferido por evaporación por unidad de longitud; W/m
2.1.4.
Modelo de transferencia de calor en el enfriador
Para simplificar el modelo se hacen los siguientes supuestos:
1.
No existe reacción química en el mineral, es decir que el mineral solo intercambia calor
durante su transporte a través del enfriador.
46
�2.
Los gradientes de temperatura en el seno del mineral son despreciables, por lo tanto, la
temperatura es uniforme en todo el volumen del sólido. Esta suposición se sustenta en el
bajo coeficiente de llenado, el pequeño tamaño de las partículas de mineral, la acción de
los carros raspadores y la velocidad de rotación con que trabaja el enfriador [250].
3.
El mineral laterítico reducido y los gases que lo acompañan se encuentran a la misma
temperatura. No existe un flujo de gases a considerar [156].
El modelo de transferencia de calor en el enfriador se puede enunciar entonces mediante el
sistema de ecuaciones simultáneas (2.2), (2.3) y (2.5), donde se cumplen ciertas condiciones
iniciales y de frontera representadas en (2.6):
=
Tm ( x, t1 ) f=
Tm ( x1 , t ) g m (t )
m ( x)
=
Ta ( x, t2 ) f=
Ta ( x2 , t ) g a (t )
a ( x)
(2.6)
Al considerar que el flujo del sólido granulado dentro de un cilindro rotatorio se desarrolla en
estado estacionario, se simplificaría notablemente el modelo [251, 252].
Dado que el mineral se mueve a una velocidad de 0,01 a 0,017 m/s , el tiempo de retención
del mineral en el interior del enfriador es de 30 a 50 minutos [6]. Luego de cierto período de
ocurrencia del proceso de enfriamiento, la temperatura en cualquier posición x a lo largo de
la longitud del cilindro es constante respecto al tiempo. En este sentido se considera que Tm ,
TP y Ta son funciones invariables en el tiempo y quedan las ecuaciones (2.2) y (2.5) de la
forma en que se muestran las ecuaciones (2.7) y (2.8).
dTm ( x )
=
− K1 ⋅ Tm ( x ) + K1 ⋅ TP ( x )
dx
(2.7)
dTa
=
−Ta ( x ) ⋅ ( K 2 + K 3 ) + K 2 ⋅ Tp ( x ) + K 3 ⋅ Taire ( x ) − qevp ( x )
dx
(2.8)
c pm ⋅ m m ⋅
c pa ⋅ m a ⋅
Con las condiciones iniciales representadas en (2.9) que permiten el uso de métodos
numéricos clásicos de solución:
47
�Tm ( 0 ) = T1
Ta ( 0 ) = T2
(2.9)
Conocido que el espesor de la pared del cilindro (0,018 m) , es mucho menor que el diámetro
(3 m) y la longitud (30 m) del enfriador y que el proceso ocurre en equilibrio termodinámico
después de un tiempo de operación, se considera que no existe acumulación neta de energía
dentro de la pared del cilindro [93]. Entonces se propone la ecuación (2.10) para estimar la
temperatura de la pared del cilindro [109, 156, 172].
K1 ⋅ (Tm ( x ) − Tp ( x ) ) =⋅
K 2 (Tp ( x ) − Ta ( x ) )
(2.10)
A través de las ecuaciones (2.7), (2.8) y (2.10) quedó establecido el modelo matemático
teórico genérico con base fenomenológica que describe el proceso de enfriamiento del
mineral laterítico reducido y se da cumplimiento parcial al objetivo de la investigación.
2.1.5.
Modelo para calcular la temperatura del agua
En la presente investigación se hace necesario desarrollar un modelo matemático que permita
estimar el valor de la temperatura del agua para x = 0 ( Ta (0) ) en función de los principales
parámetros que caracterizan el proceso cuyo correspondiente papel se explica en el
epígrafe 3.1, tales como los flujos y calores específicos del mineral y el agua, así como de la
temperatura de entrada del mineral en x = 0 y de entrada del agua en x = 30 . Es decir:
Ta (0) = f (Tm (0), Ta (30), C pm , C pa , m m , m a )
(2.11)
Si se conocen valores suficientes de Ta (0) para valores de las variables independientes Tm (0) ,
Ta (30) , C pm , C pa , m m y m a se puede obtener un modelo de la forma (2.11).
2.2. Cálculo del área de la sección transversal del sólido
Para estimar el coeficiente de transferencia de calor K1 del mineral a la pared es necesario
calcular la cuerda y los arcos de las superficies a través de las cuales se transfiere el calor del
mineral a la pared del cilindro, delimitadas por el ángulo de llenado γ y la altura de la cama
48
�de mineral hm , según se muestra en la figura 2.2 y se determinan por medio de las ecuaciones
(2.12), (2.13), (2.14) y (2.15).
S pcm= ri ⋅ γ
(2.12)
S pncm= ri ⋅ ( 2 ⋅ π − γ )
(2.13)
A=
S pcm ⋅ dx
pcm
(2.14)
A=
S pncm ⋅ dx
pncm
(2.15)
Donde:
S pcm - Arco de la pared cubierta por el mineral; m
S pncm - Arco de la pared no cubierta por el mineral; m
Apcm - Área de la pared cubierta por el mineral; m 2
Apncm - Área de la pared no cubierta por el mineral; m 2
La ecuación (2.16) permite determinar el área del sector de una circunferencia Asect. a partir
del área de la sección transversal que ocupa el mineral en el interior del cilindro Astm y el área
del triángulo circunscrito AT .
Asect
= AT + Astm
(2.16)
Donde:
Asect . - Área del sector; m2
AT - Área del triángulo; m2
49
�Figura 2.2. Representación del ángulo de llenado γ y el área que ocupa el mineral.
Las ecuaciones (2.17) y (2.18) muestran los pasos a seguir para determinar el área del sector
de la circunferencia. Si son asumidas las coordenadas polares ( R, φ ) donde R es el radio y φ
es el ángulo, entonces se puede calcular:
ri γ
ri
0 0
0
ri
Asect. =∫ ∫ R ⋅ dφ ⋅ dR =∫ R ⋅ [φ ]0 ⋅ dR =γ ⋅ ∫ R ⋅ dR
2
Asect. =
γ⋅R
2
γ
0
ri
0
r2
=
γ i
2
(2.17)
(2.18)
Las ecuaciones (2.19), (2.20), (2.21), (2.22), (2.23) y (2.24) muestran los pasos a seguir para
determinar el área del triángulo circunscrito en el sector de la circunferencia.
a
am
AT
hT ⋅ m
AT =
2⋅ =
2⋅
hT ⋅
2 =
2
2
2
(2.19)
am
γ
sen = 2
ri
2
(2.20)
am
γ
= ri ⋅ sen
2
2
(2.21)
h
γ
cos = T
2 ri
(2.22)
50
�γ
hT = ri ⋅ cos
2
AT =
(2.23)
2
2
2
γ = ri ⋅ sen
γ ⋅ r ⋅ cos γ = ri
⋅
r
sen
(γ )
i
⋅ sen 2 ⋅
i
2
2
2 2
2 2
Astm = γ
ri 2 ri 2
r2
− ⋅ sen ( γ ) = i ⋅ ( γ − sen ( γ ) )
2 2
2
(2.24)
(2.25)
Donde:
hT - Altura del triángulo; m
am - Cuerda del segmento ocupado por el mineral; m
Una forma satisfactoria para determinar el valor de γ cuando se conoce el valor de Astm es
resolver mediante el método de bisección [253] la ecuación (2.25) en γ , ecuación (2.26).
r2
f ( γ ) = i ⋅ ( γ − sen ( γ ) ) − Astm =0
2
(2.26)
Algoritmo:
Sean γ 0 = 0 y γ 1= 2 ⋅ π , Cota de error = 0,000001
Si f ( γ 0 ) = 0 entonces γ 0 = 0 es la solución, en caso contrario:
Si f ( γ 1 ) = 0 entonces γ 1= 2 ⋅ π es la solución, en caso contrario:
1:
Hallar γ m a través de la ecuación por la ecuación (2.27).
γm =
γ 0 + γ1
2
(2.27)
2:
Hallar f ( γ m ) , si este valor es nulo entonces γ m es la solución, en caso contrario:
3:
γ 1 = γ m
Si f ( γ 0 ) ⋅ f ( γ m ) < 0 entonces
en caso contrario
f ( γ 1 ) = f ( γ m )
γ 0 = γ m
f ( γ 0 ) = f ( γ m )
51
�4:
Si ( γ 0 − γ 1 ) < Cota del error entonces γ m =
γ 0 + γ1
2
es la solución, en caso contrario ir al
paso 1.
El tiempo de retención de un sólido en el interior de un cilindro horizontal se determina según
la ecuación (2.28) [248].
tr =
ρ m ⋅ ϕ ⋅ π ⋅ ri 2 ⋅ Lc
m m
(2.28)
Donde:
tr - Tiempo de retención; s
Lc - Longitud del cilindro; m
2.3. Cálculo del volumen de la sección del cilindro sumergida en la piscina
Para estimar el volumen de la sección del cilindro sumergida en el agua se parte del principio
de Arquímedes y para el caso de estudio se expresa según la ecuación (2.29):
Vsa =
menf
ρa
(2.29)
Donde:
menf - Masa del enfriador; kg
Vsa - Volumen del enfriador sumergido en el agua; m3
El área de la sección transversal del cilindro sumergida en el agua se determina a través de la
ecuación (2.30), que se sustituye en la ecuación (2.31) para obtener el valor del ángulo de
sumersión θ , figura 2.3.
=
Astcsa
Asta = Vsa Lc
(2.30)
( re2 2 ) ⋅ [θ − sen (θ )]
(2.31)
52
�Donde:
Astcsa - Área de la sección transversal del cilindro sumergida en el agua; m 2
θ - Ángulo de sumersión del cilindro en el agua; rad
re - Radio exterior del cilindro; m
Para estimar el valor de la altura de sumersión del cilindro hs es necesario calcular los valores
x1 < 0 y x2 > 0 que son los puntos de intersección entre la recta decreciente y= m ⋅ x y la
circunferencia x 2 + y 2 =
re2 , para lo cual se asume que m = tan ( (θ − π ) 2 ) . Luego se obtiene
que hs = m ⋅ x2 + re , ver figura 2.3.
Figura 2.3. Representación del ángulo θ y la altura de sumersión del cilindro en el agua hs .
Para establecer las condiciones de flotación del cilindro en el agua contenida en la piscina se
parte de las ecuaciones (2.32), (2.33) y (2.34).
V=
Vasc + Vsa
acc
(2.32)
Vacc = Lc ⋅ a p ⋅ hacc
(2.33)
Vasc = Lc ⋅ a p ⋅ hasc
(2.34)
53
�Donde:
Vacc - Volumen que ocupa el agua en la piscina con el cilindro; m3
Vasc - Volumen que ocupa el agua en la piscina sin el cilindro; m3
hacc - Altura del agua en la piscina con el cilindro sumergido; m
hasc - Altura del agua en la piscina sin el cilindro sumergido; m
a p - Ancho de la piscina; m
Sustituyendo las ecuaciones (2.33) y (2.34) en la ecuación (2.32), se despeja hcc y se obtiene
la ecuación (2.35) que permite determinar la altura del agua en la piscina con el cilindro
sumergido en ella.
hacc = ( Lc ⋅ a p ⋅ hasc + Vsa ) ( Lc ⋅ a p ) (2.35)
Nótese que si se denomina hap a la altura de los apoyos en el fondo de la piscina, cuando
hacc > hsa + hap el cilindro flota, ver figura 2.3.
El nivel necesario del agua en la piscina sin el cilindro hasc , para que este flote cuando se
llene con el mineral es: hasc > ( ( hs + hap ) ⋅ Lc ⋅ a p − Vsa ) ( Lc ⋅ a p )
Las ecuaciones (2.36), (2.37), (2.38), (2.39) y (2.40) permiten calcular las superficies a través
de las cuales se transfiere el calor de la pared del cilindro al agua, delimitadas por el ángulo de
sumersión θ , según se muestra en la figura 2.3.
S psa= re ⋅ θ
(2.36)
S pnsa= re ⋅ ( 2 ⋅ π − θ )
(2.37)
A=
S psa ⋅ dx
psa
(2.38)
A=
S pnsa ⋅ dx
pnsa
(2.39)
aa = 2 ⋅ re ⋅ sen (θ 2 )
(2.40)
54
�Donde:
S psa - Arco de la pared sumergida en el agua; m
S pnsa - Arco de la pared no sumergida en el agua; m
Apsa - Área de la pared sumergida en el agua; m 2
Apnsa - Área de la pared no sumergida en el agua; m 2
aa - Cuerda del segmento sumergido en el agua; m
2.4. Caracterización de los coeficientes del modelo
Para resolver el modelo matemático que describe el proceso de enfriamiento del mineral
laterítico reducido a través de las ecuaciones (2.7), (2.8) y (2.10) es necesario establecer las
ecuaciones de enlace que permiten determinar los coeficientes que caracterizan los procesos
de transferencia de calor del sólido a la pared K1 , de la pared al agua de la piscina K 2 , del
agua al aire K 3 y el calor transferido por evaporación del agua qevp ( x, t ) .
2.4.1.
Caracterización de los coeficientes de transferencia del mineral a la pared
El coeficiente superficial de transferencia de calor del sólido a la pared del cilindro por unidad
de longitud es variable respecto a x y se propone expresarlo mediante la ecuación (2.41) que
tiene en cuenta los coeficientes de transferencia de calor y el área, tanto de la pared cubierta
por el mineral, como la no cubierta por este.
K1 ( x=
) α pcm ( x) ⋅ S pcm + α pncm ( x) ⋅ S pncm
(2.41)
Donde:
α pcm ( x) - Coeficiente variable de transferencia de calor del mineral a la pared cubierta;
W/(m 2 ⋅ K)
α pdm ( x) - Coeficiente variable de transferencia de calor del mineral a la pared no cubierta;
W/(m 2 ⋅ K)
55
�El calor a la pared cubierta por el mineral se transmite por conducción y radiación y el
coeficiente de transferencia de calor puede definirse por la ecuación (2.42), donde los
términos de la derecha caracterizan la conducción [166] y la radiación [22] de calor entre la
cama de mineral y la pared del cilindro.
4
4
−
(
)
(
)
T
x
T
x
εm ⋅ε p
(
)
2 ⋅ λm (Tm ( x))
m
p
=
+ σ⋅
⋅
α pcm ( x)
1
1
−
(
)
(
)
T
x
T
x
λm (Tm ( x)) ⋅ γ
(m
)
p
3⋅
ε + ε −1
2 ⋅ ρ m ⋅ C pm ⋅ n
m
p
(2.42)
Donde:
λm (Tm ( x)) - Conductividad térmica variable del mineral; W/(m ⋅ K)
ε m - Emisividad del mineral; adimensional
El calor del sólido a la pared no cubierta, se transmite por convección y radiación, donde el
coeficiente de transferencia de calor se define por la ecuación (2.43) [22].
Tm 4 ( x) − Tp4 ( x) )
(
α pdm ( x) = α gp + σ ⋅ ε m ⋅ ε p ⋅
−
T
x
T
x
(
)
(
)
(
)
m
p
(2.43)
Donde:
α gp - Coeficiente de transferencia de calor del gas a la pared del cilindro; W/(m 2 ⋅ K)
En el epígrafe 1.5.2 a través de la ecuación (1.20) se calcula el coeficiente de transferencia de
calor del gas a la pared del cilindro α gp , que depende del flujo de gases por el interior del
cilindro. Se considera que durante el enfriamiento, el cilindro está caracterizado por el flujo
de calor uniforme a través de la superficie laminar y completamente desarrollado y se emplea
la ecuación (2.44) para determinar el coeficiente α gp . En este caso el número de Nusselt es
una constante, independiente del número de Reynolds, de Prandtl y la posición axial [22].
α gp =
4,36 ⋅ λg
De
(2.44)
56
�2.4.2.
Caracterización de los coeficientes de transferencia de la pared al agua
Para la determinación del coeficiente de transferencia de calor K 2 , se proponen las
ecuaciones (2.45) y (2.46) que tiene en cuenta los modos de transferencia de calor por
convección y ebullición. La ecuación (2.45) se utiliza cuando la temperatura de la pared del
cilindro es inferior a los 378 K y cuando es igual o superior a los 378 K se utiliza la ecuación
(2.46).
K 2 ( x=
) α psa ( x) ⋅ S psa + α pnsa ( x) ⋅ S pnsa
(2.45)
K 2 (=
x) α ebull ( x) ⋅ S psa + α ebull ( x) ⋅ S pnsa
(2.46)
Donde:
α psa ( x) - Coeficiente variable de transferencia de calor de la pared sumergida al agua;
W/(m 2 ⋅ K)
α pnsa ( x) - Coeficiente variable de transferencia de calor de la pared no sumergida a la película
de agua; W/(m 2 ⋅ K)
α ebull ( x) - Coeficiente variable de transferencia de calor por ebullición del agua; W/(m 2 ⋅ K)
A partir de la correlación empírica para el número de Nusselt [254], se obtienen los
coeficientes de transferencia de calor por convección, ecuaciones (2.47) y (2.48).
1
−1
α psa ( x) = λaa ⋅ C ⋅ ( Rera ) ⋅ Pra3 ⋅ S psa
m
1
−1
α pnsa ( x) = λap ⋅ C ⋅ ( Rerp ) ⋅ Prp3 ⋅ S pnsa
m
(2.47)
(2.48)
Donde:
Rera - Número de Reynolds rotacional a la temperatura del agua en la piscina; adimensional
Rerp - Número de Reynolds rotacional a la temperatura del agua sobre la pared; adimensional
57
�λaa - Conductividad térmica del agua a la temperatura de la piscina; W/(m ⋅ K)
λap - Conductividad térmica del agua a la temperatura de la pared no sumergida; W/(m ⋅ K)
Todas las propiedades se evalúan a la temperatura de la película.
Las constantes C y m correspondientes a las ecuaciones (2.47) y (2.48) se buscan en la
tabla 2.1 en correspondencia con los valores del número de Reynolds calculado a través de las
expresiones (2.49) y (2.50).
Tabla 2.1: Constantes C y m para flujos por el exterior de cilindros
ReD
C
m
0,4 - 4
0,989
0,33
4-40
0,911
0,385
40 - 4000
0,683
0,466
4000 - 40 000
0,193
0,618
40 000 – 400 000
0,027
0,805
Fuente: Incropera et al. (2007).
Como el enfriador rota a baja velocidad se considera que transmite movimiento al agua que
está en contacto con su superficie y arrastra consigo una película de agua que cubre la
superficie no sumergida del cilindro, además se asume que el agua en contacto con la
superficie tiene una velocidad igual a la de rotación del enfriador, lo cual está en
correspondencia con la convección en flujo de Couette [22, 191, 199], donde el fluido se
mueve en una sola dirección en flujo paralelo e involucra planos estacionarios y en
movimiento. Tales consideraciones permiten expresar el número de Reynolds en función de la
velocidad de rotación del enfriador a través de las ecuaciones (2.49) y (2.50).
ReDa = π ⋅ n ⋅ ρ aa ⋅ re2 ⋅ (15 ⋅ µaa )
−1
ReDp = π ⋅ n ⋅ ρ ap ⋅ re2 ⋅ (15 ⋅ µap )
−1
(2.49)
(2.50)
58
�Donde:
ρ aa - Densidad del agua a la temperatura en la piscina; kg/m3
ρ ap - Densidad del agua a la temperatura en la pared no sumergida; kg/m3
µaa - Coeficiente dinámico de viscosidad del agua a la temperatura en la piscina; kg/(s ⋅ m)
µap - Coeficiente dinámico de viscosidad del agua a la temperatura en la pared no sumergida;
kg/(s ⋅ m)
Para calcular el coeficiente de transferencia de calor por ebullición α ebull (ecuación (2.51)), se
considera que esta ocurre en la zona de ebullición nucleada, debido a la diferencia entre la
temperatura de la pared y la temperatura de saturación del agua a la presión de trabajo. Para
valores de la temperatura de la pared superiores a los 378,15 K y menores que 403,15 K
(5 ≤ ∆Te ≤ 30) [22].
1
α ebull
g ⋅ ( ρ a − ρva ) 2 C pa ⋅ (Tp − Tsat )
−1
= µa ⋅ h fg ⋅
⋅ (Tp − Tsat )
⋅
n
σs
Cs , f ⋅ h fg ⋅ Pra
3
(2.51)
Donde:
h fg - Calor latente de vaporización; J/kg
Tsat - Temperatura de saturación del agua a 101,325 kPa ; 273,15 K
ρva - Densidad del vapor de agua; kg/m3
σ s - Tensión superficial; N/m
Cs , f y n - Constantes adimensionales que están preestablecidas de acuerdo con la
combinación (superficie-fluido) existente, los posibles valores a tomar por estas se
seleccionan en la tabla 2.2.
59
�Tabla 2.2: Valores de Cs , f y n para varias combinaciones Superficie-Fluido.
Agua-Acero inoxidable
Cs , f
n
Grabado químicamente
0,0130
1,0
Pulido mecánicamente
0,0130
1,0
Molido y pulido
0,0060
1,0
Fuente: Incropera et al. (2007).
2.4.3.
Caracterización del término y del parámetro de transferencia del agua al aire
La transferencia de calor del agua al aire ocurre por convección y evaporación. Donde la
energía exigida para la evaporación proviene de la energía interior del líquido que entonces
trae consigo reducciones en la temperatura del mismo. El flujo de calor transmitido por
evaporación del agua al aire se determina a través de la ecuación (2.52).
′′ . p ⋅ Aap + qevp
′′ . pnsa ⋅ S pnsa
qevp. ( x ) = qevp
(2.52)
Las ecuaciones (2.53) y (2.54) permiten determinar las pérdidas de calor por evaporación
′′ . p y desde la película de agua qevp
′′ . pnsa. que cubre
desde la superficie del agua en la piscina qevp
la pared no sumergida en el agua hacia el aire [22].
′′=
qevp
n′′A.a ⋅ h fg .a
.a
(2.53)
′′=
qevp
n′′A. p ⋅ h fg . p
.p
(2.54)
Donde:
′′ .a - Flujo de calor por evaporación del agua en la piscina; W/m 2
qevp
′′ . p - Flujo de calor por evaporación del agua en la pared no sumergida; W/m 2
qevp
n′′A.a - Flujo de masa por evaporación del agua en la piscina; kg/(s ⋅ m 2 )
n′′A. p - Flujo de masa por evaporación del agua en la pared no sumergida; kg/(s ⋅ m 2 )
60
�h fg .a - Calor latente de vaporización del agua a la temperatura en la piscina; J/kg
h fg . p - Calor latente de vaporización del agua a la temperatura en la pared no sumergida; J/kg
Los flujos de masa de agua en la piscina n′′A. p y en la pared n′′A. pnsa se determinan según las
ecuaciones (2.55) y (2.56) [22].
=
n′′A.a hm ( ρ A, sat .a − ρ A,aire )
(2.55)
=
n′′A. p hm ( ρ A, sat . p − ρ A,aire )
(2.56)
Donde:
hm.a - Coeficiente de transferencia de masa por convección en la piscina; m/s
hm. p - Coeficiente de transferencia de masa por convección en la pared no sumergida; m/s
ρ A, sat .a - Densidad del vapor de agua saturado a la temperatura del agua; kg/m3
ρ A, sat . p - Densidad del vapor de agua saturado a la temperatura en la pared no sumergida;
kg/m3
ρ A,aire - Densidad del vapor de agua saturado a la temperatura del aire; kg/m3
El coeficiente de transferencia de masa se determina a través de la ecuación (2.57).
1
hm =Sh ⋅ DAB ⋅ L−aire
(2.57)
Donde:
Laire. - Longitud de la superficie de agua en contacto con el aire; m
El número de Sherwood es igual al gradiente de concentración adimensional de la superficie,
proporciona una medida de la transferencia de masa por convección de la superficie y se
determina a través de la ecuación (2.58), válida para 0, 6 < SC < 3000 [22].
4
1
Sh
= 0, 0296 ⋅ ReL5 ⋅ SC3
(2.58)
61
�Donde:
ReL - Número de Reynolds; adimensional
La longitud de la superficie de agua en contacto con el aire Laire (ecuación (2.59) ), se refiere
al ancho de la piscina a p menos la cuerda del segmento sumergido en el agua aa , más el arco
de la superficie del cilindro no sumergido en el agua S pnsa (figura 2.3), que también está
cubierto por una película de agua e intercambia calor con el cilindro y con el medio, es la
zona de mayor evaporación donde el agua alcanza su mayor temperatura.
Laire
= Lap + S pnsa
(2.59)
La longitud de la superficie del agua en la piscina Lap en contacto con el aire, se estima a
través de la ecuación (2.60).
Lap= a p − aa
(2.60)
Donde:
Lap - Longitud del ancho de la piscina en contacto con el aire; m
El número de Reynolds para el aire se determina a través de la ecuación (2.61).
−1
ReL = uaire ⋅ Laire ⋅ν aire
(2.61)
Donde:
uaire - Velocidad del aire; m/s
ν aire - Coeficiente cinemático de viscosidad del aire; m/s 2
Para determinar el número de Schmidt se emplea la ecuación (2.62).
−1
SC ν aire ⋅ DAB
=
(2.62)
El coeficiente de transferencia de calor por convección del agua al aire α aire , se obtiene según
la ecuación (2.63).
62
�1
α aire =λaire ⋅ ( 0, 43 ⋅ ReL0,58 ⋅ Pr 0.4 ) ⋅ L−aire
(2.63)
Entonces el coeficiente de transferencia de calor a través del agua por unidad de longitud al
medio se determina por la ecuación (2.64).
=
K 3 α aire ⋅ Laire
2.4.4.
(2.64)
Modelo generalizado de la transferencia de calor en el enfriador
A partir de un análisis crítico del modelo descrito en el epígrafe 2.1.4 y de las ecuaciones
propuestas para determinar los coeficiente K1 , K 2 , K 3 y el calor de evaporación qevp. , se
observa que en el sistema de ecuaciones (2.7), (2.8) y (2.10) no se integra de manera explícita
la relación que existe entre los parámetros esenciales del proceso C pa , C pm , m m , m a , Tm (0)
y Ta (30) mencionados en el epígrafe 2.1.5 y cuyos correspondientes cometidos se explican en
el epígrafe 3.1.
Las ecuaciones diferenciales (2.7) y (2.8) expresan respectivamente las relaciones numéricas
entre los términos de cada ecuación. Sin perder la esencia de estos modelos y con el objetivo
de ganar mayor ajuste explícito del modelo a los parámetros de operación del sistema, las
ecuaciones (2.7) y (2.8) pueden sustituirse respectivamente por las expresiones (2.65) y (2.66)
que junto con la ecuación (2.10) y las condiciones (2.9) describirán en lo que sigue el modelo
generalizado que en la presente investigación describa las relaciones entre Tm , TP y Ta .
c pm ⋅ m m ⋅ f m (ε ) ⋅
c pa ⋅ m a ⋅ f a (ε ) ⋅
dTm ( x )
= − K1 ⋅ Tm ( x ) + K1 ⋅ TP ( x )
dx
dTa
−Ta ( x ) ⋅ ( K 2 + K 3 ) + K 2 ⋅ Tp ( x ) + K 3 ⋅ Taire ( x ) − qevp ( x )
=
dx
(2.65)
(2.66)
Donde ε es un factor adimensional descrito por la expresión (2.67).
ε=
m m ⋅ C pm ⋅ Tm (0)
m a ⋅ C pa ⋅ Ta (30)
(2.67)
63
�Las funciones f m (ε ) y f a (ε ) pueden ser entendidas como parámetros del sistema de
ecuaciones o funciones de operación [138, 140, 141] y tal como se verá en el epígrafe 3.3 se
ajustan a partir de los valores experimentales disponibles.
Conclusiones del capítulo
•
El modelo dinámico del proceso de enfriamiento del mineral laterítco reducido quedó
conformado por las expresiones (2.1), (2.3) y (2.4) y las condiciones iniciales y de
frontera (2.6).
•
El modelo estacionario del proceso de enfriamiento del mineral laterítco reducido quedó
conformado por las expresiones (2.7), (2.8), (2.10) y las condiciones (2.9).
•
El modelo generalizado del proceso de enfriamiento que describe las relaciones entre Tm ,
TP y Ta , quedó conformado por las expresiones (2.65), (2.66) y (2.10), las condiciones
(2.9) y las funciones de operación f m (ε ) y f a (ε ) .
•
Se establecen las ecuaciones de enlace (2.41), (2.45), (2.46), (2.52) y (2.64) para estimar
los coeficientes variables de transferencia de calor por unidad de longitud K1 , K 2 , qevp y
K 3 , que caracterizan el modelo dinámico, estacionario y generalizado del proceso de
enfriamiento.
64
�CAPÍTULO 3. IMPLEMENTACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO PARA EL
PROCESO DE ENFRIAMIENTO DEL MINERAL LATERÍTICO REDUCIDO
Introducción
A partir de las teorías, las ecuaciones, los procedimientos y los modelos descritos en los
capítulos 1 y 2, que permiten la estimación de los coeficientes y las áreas de transferencia de
calor por unidad de longitud (mineral – pared; pared – agua y agua – aire), corresponde
comprobar que realmente las respuestas del modelo teórico propuesto en el capítulo 2 se
aproximan lo suficiente al comportamiento del proceso real de trabajo para igual régimen de
operación. Conocidas las ecuaciones involucradas en la evolución de las variables que
caracterizan el proceso de enfriamiento, se implementan las mismas en una aplicación
informática. Por lo que se proponen como objetivos del presente capítulo:
•
Validar el modelo matemático teórico a partir de la información experimental para un
caso de estudio representativo del proceso de enfriamiento del mineral.
•
Implementar una aplicación informática para la validación del modelo, la simulación del
proceso y el cálculo de los parámetros racionales de operación.
•
Realizar la simulación de la distribución de la temperatura del mineral, de la pared del
cilindro y del agua en la piscina con respeto a la longitud del cilindro para diferentes
regímenes de operación.
•
Obtener los parámetros de explotación para diferentes regímenes de operación.
•
Valorar los beneficios económicos y el impacto socioambiental, asociados a la
investigación.
65
�3.1. Información experimental para el ajuste y validación del modelo
Para la realización de los experimentos se utiliza la instalación industrial de la Unidad Básica
de Producción Planta de Hornos de Reducción de la empresa “Comandante Ernesto Che
Guevara” descrita en el epígrafe 1.1, que cuenta con 12 enfriadores de mineral situados
horizontalmente uno al lado del otro, en grupos de cuatro por lozas. Todos construidos en la
empresa Mecánica del Níquel “Comandante Gustavo Machin Hoed de Beche” con igual
tecnología de fabricación.
3.1.1.
Selección de las variables que influyen en el proceso de enfriamiento
Para la selección de las variables a manipular durante los experimentos se tuvieron en cuenta
las características del proceso tecnológico que se desarrolla en el objeto de investigación y el
control que se ejerce sobre él.
3.1.1.1. Flujo de mineral
Los hornos de reducción deben trabajar a una capacidad nominal de 21 t/h , por tanto cuando
los enfriadores operan con valores inferiores a las 37 t/h es a causa de mantenimientos o
averías. Por lo general la variación del flujo de mineral se debe a operaciones de arrancadas o
paradas del horno.
El flujo de mineral se identifica como una variable independiente que se puede manipular y
evaluar su efecto en la temperatura del mineral a la salida del enfriador.
3.1.1.2. Flujo de agua que entra a la piscina
Esta variable es manipulada con el objetivo de garantizar la flotación del cilindro y una
temperatura no menor de 70 ºC en el agua a la salida de la piscina [2].
El flujo de agua que entra a la piscina se identifica como una variable independiente que se
puede manipular y evaluar su efecto en la temperatura del mineral a la salida del enfriador.
66
�3.1.1.3. Temperatura del mineral a la entrada
Esta variable depende del perfil térmico de operación de los hornos que se mantiene en un
valor fijo y se determina en el hogar 15 (a la salida del horno de reducción), no obstante
experimenta ciertas variaciones debido a las perturbaciones propias del proceso industrial y
aunque es una variable independiente no será considerada como una variable a manipular.
Para la validación del modelo es necesario estimar la temperatura del mineral a la entrada del
enfriador, para lo cual se realiza un balance de masa y energía que tiene en cuenta el flujo y la
temperatura del mineral a la descarga de cada horno.
Para estimar el flujo de mineral laterítico reducido se afecta el flujo de mineral que entra al
horno por un coeficiente de corrección que considera las pérdidas durante la calcinación, la
reducción del mineral (reciclo: 3 % ; humedad: 4,5 % ; petróleo: 2,5 %; derrames: 1 %) y la
precisión de las balanzas, el cual toma un valor aproximado, igual a 0,88.
3.1.1.4. Temperatura del mineral a la salida del enfriador
Aunque la temperatura del mineral a la descarga del enfriador es la variable de salida, se debe
destacar que en ella inciden un grupo de parámetros que no se registran en el proceso
productivo, como son: la cantidad de agua que se evapora; la temperatura y humedad del
medio ambiente y la velocidad del aire. Todas esas variables mencionadas son recogidas en el
modelo fenomenológico propuesto [129, 131, 154].
La temperatura del mineral a la descarga del enfriador se identifica como variable
dependiente, debido a que caracteriza la eficiencia del proceso de enfriamiento.
3.1.1.5. Temperatura del agua a la entrada de la piscina
Esta variable depende de las condiciones climatológicas de la región, ya que el agua se
suministra a la piscina a temperatura ambiente, por lo que es considerada una variable
independiente y no será considerada a manipular.
67
�3.1.1.6. Velocidad de rotación del cilindro
Para esta variable se escoge un solo nivel (0,97 rad/s) a causa de la condición de trabajo
continuo de los enfriadores y la dirección de la Unidad Básica de Producción Planta Hornos
de Reducción no permite que se manipule, ya que un cambio en el régimen de operación
puede traer consecuencias negativas en cuanto a la calidad y eficacia del proceso de
enfriamiento.
3.1.2.
Análisis de las perturbaciones
A los efectos de la presente investigación se consideran perturbaciones las siguientes
variables: la presión de trabajo en el interior del enfriador, la temperatura ambiente y la
humedad relativa.
Para el monitoreo de las variables meteorológicas se empleó el equipo Davis EZ-Mount
Groweather propiedad de la empresa “Comandante Ernesto Che Guevara”, el cual cuenta con
un sistema de adquisición de datos, conformado por un conjunto básico de sensores que
garantizan la medición, el registro y el almacenamiento de las variables en una computadora
cada una hora. Las variables meteorológicas que se emplearon en esta investigación son: la
temperatura de bulbo seco, la humedad relativa, la dirección y velocidad del aire, las cuales
por tener un comportamiento aleatorio no pueden ser prefijadas para la experimentación, no
obstante, sus valores reales fueron considerados en el momento en que se realizó la
simulación del proceso con ayuda de la aplicación informática creada.
Según el estudio realizado por la División América de la empresa especializada en auditorías
ambientales CESIGMA S.A. [255] (CESIGMA S.A., 2004), en la región de Moa donde se
encuentra la empresa “Comandante Ernesto Che Guevara” presenta un clima tropical, con una
temperatura media anual de 300,15 K , que en verano fluctúa entre 303,15 y 305,15 K con
máximas que oscilan entre 307,15 y 309,15 K y en invierno varía entre 287,15 y 299,15 K
con mínimas alrededor de los 285,15 K . La humedad relativa media anual para las 7:30 horas
68
�es de 85 a 90 % y para las 13:00 horas está entre 70 y 75 % . El régimen eólico refleja la
ocurrencia mayoritaria de los vientos alisios reforzados por las brisas marinas y
contrarrestados por el terral. Los vientos soplan sobre la zona oriental procedentes del NE en
los meses de octubre-enero; del ENE, durante febrero-mayo; y del este, en junio-septiembre.
La velocidad promedio de la brisa es en general de 1,4 a 4,1 m/s .
A partir del análisis realizado se definen como variables de entrada:
•
Flujo másico de mineral a la entrada del enfriador
•
Flujo de agua de enfriamiento
Como variable de salida o dependiente:
•
Temperatura del mineral a la salida del enfriador
3.1.3. Diseño del proceso de medición
Aunque para realizar una investigación científica se pueden utilizar diversos tipos de diseños
de experimentos [256-260], existen dos procedimientos fundamentales de recolección del
material estadístico inicial, para la obtención y validación posterior del modelo matemático.
Para el desarrollo de esta investigación se propone la conjugación del experimento activo y
pasivo [261].
3.1.3.1. Experimento activo
En consideración de los recursos disponibles y la necesidad de demostrar la validez del
modelo teórico propuesto en el capítulo 2, se realizó el experimento activo, el cual consistió
en un diseño factorial completo, basado en las posibles combinaciones entre las variables de
estudio y los niveles escogidos. Se estudiaron dos factores: flujo de mineral con dos niveles y
flujo de agua con tres niveles, para cada experimento se hicieron cinco réplicas de forma
aleatoria, para un total de 30 pruebas (21 ⋅ 31 ⋅ 5 =
30) [262], según la matriz de experimentos
que se muestra en la tabla 3.1, además de las variables mencionadas se registraron los valores
de la temperatura de la pared en la superficie del cilindro y del agua de enfriamiento, a ambos
69
�lados y en toda la longitud del enfriador. Para la validación del modelo se encontraron los
valores promedios de la temperatura del agua y de la pared en ambos lados, luego se
determinó el promedio de las cinco réplicas a la temperatura del mineral, de la pared y del
agua, utilizados para la validación del modelo.
Tabla 3.1 Matriz de experimento
Número
Cinco muestras y el valor promedio
Tm 2
Tm 3
Tm 4
Tm 5
m m
m a
Tm1
(t/h)
(K)
(K)
(K)
(K)
(K)
Tm111
Tm 211
Tm 311
Tm 411
Tm 511
(K)
Tmp11
Tmp
1
m 1
(m3 /h)
m a1
2
m 1
m a 2
Tm112
Tm 212
Tm 312
Tm 412
Tm 512
Tmp12
3
m 1
m a 3
Tm113
Tm 213
Tm 313
Tm 413
Tm 513
Tmp13
4
m 2
m a1
Tm121
Tm 221
Tm 321
Tm 421
Tm 521
Tmp 21
5
m 2
m a 2
Tm122
Tm 222
Tm 322
Tm 422
Tm 522
Tmp 22
Tm123 Tm 223
Tm 323
m 2
m a 3
Tm 423
Total de observaciones experimentales realizadas = 30
Tm 523
Tmp 23
6
La metodología utilizada durante la realización de los experimentos es la siguiente:
1.
Se calibraron los instrumentos que se describen en el anexo 2, utilizados para medir los
valores de las variables que intervienen en el proceso.
2.
Se comprobó la conexión de los instrumentos empleados al sistema de adquisición de
datos de la empresa (CITECT) para el registro y monitoreo de las variables.
3. Se procedió a fijar un flujo de mineral constante, según el diseño de experimentos sin
dejar de tener en cuenta el perfil térmico del horno. Se esperó y observó durante 35 a 40
minutos (tiempo de retención del mineral en el horno [6]), se registró la hora y la fecha
del momento en que el sistema se estabilizaba para las nuevas condiciones.
4.
Se procedió a establecer el flujo de agua, se registró la hora y la fecha, se esperó
mientras se observaba en el sistema de adquisición de datos de la empresa (CITECT)
hasta que la temperatura del mineral a la descarga se mantuviera estable.
70
�5.
Se procedió a realizar mediciones de la temperatura de la pared exterior del cilindro en
ambos lados (este y oeste) de la instalación.
3.1.3.2. Experimento pasivo
Debido al régimen de producción ininterrumpido en que se encuentra el objeto de estudio es
necesario aplicar un experimento pasivo, donde se observa el diapasón de variación de las
variables controladas e identifican la interrelación entre las variables independientes y sus
efectos en la variable dependiente ya que surge el peligro de ruptura del régimen tecnológico
y de obtención de una producción defectuosa. De manera que el experimento pasivo es
necesario planificarlo y organizarlo correctamente.
3.1.4.
Instalación experimental
Para realizar los experimentos se seleccionó el enfriador de la Línea 5, Loza 2, del cual se
visualizan, grafican y controlan aquellos parámetros de interés para el proceso metalúrgico,
además cuenta con un sistema de control de nivel que mantiene el cilindro en posición
alineada con el transportador helicoidal rotatorio y así se evitan averías en esa línea. Además
es el único donde se registra y controla la variable flujo de agua.
En la figura 1 del anexo 2 se muestra una imagen de las principales variables registradas a
través del sistema de adquisición de datos (CITECT) en la Línea 5 (flujo de mineral,
temperatura en el hogar 15, temperatura del mineral a la salida, flujo de agua, temperatura del
agua en la piscina y corriente consumida por los motores eléctricos), que se grafican y
monitorean a través de las dos ventanas que se muestra en la figura 2 del anexo 2. Se debe
destacar que la ventana inferior fue creada para el desarrollo de esta investigación y a través
de ella se monitorea la temperatura del agua en la piscina en seis puntos adicionales, tres en el
lado este y tres en el lado oeste (figura 3 del anexo 2).
71
�El sistema de control se realiza a través de la medición de cada uno de estos parámetros por el
equipo correspondiente, luego se envía la señal a la computadora donde se registra la
información y se muestra la interrelación entre los parámetros antes mencionados.
3.1.5.
Análisis estadístico de las variables del proceso de enfriamiento
A través del sistema de adquisición de datos de la empresa (CITECT), se obtuvo el
comportamiento de seis meses para algunas variables que serán consideradas en la validación
del modelo propuesto en el capítulo 2. El análisis estadístico descriptivo de dichas variables
proporcionó información acerca de la tendencia central y dispersión de las variables que
caracterizan el proceso, tabla 3.2. A partir del diseño del proceso de medición expuesto en el
epígrafe 3.1.3 y con ayuda de la instalación experimental que se describe en el epígrafe 3.1.4
se realizarán los experimentos para la validación del modelo.
Tabla 3.2: Análisis estadístico descriptivo de una data de seis meses.
Media
Error típico
Mediana
Moda
Desviación estándar
Varianza de la muestra
Curtosis
Coeficiente de asimetría
Rango
Mínimo
Máximo
Cuenta
Nivel de confianza (95 %)
Flujo
mineral
agua
(t/h)
(m3/h)
33,21
18,12
0,02
0,05
33,80
16,09
33,60
8,37
3,37
11,00
11,39
120,95
18,74
16,50
-4,03
3,24
27,20
92,76
10,60
7,24
37,80
100,00
47616,00 47616,00
0,03
0,10
Temperatura (K)
entra
sale
agua
mineral
mineral
1036,15
353,80
483,84
0,15
0,03
0,22
1037,27
355,44
478,34
1044,12
357,64
471,83
32,72
6,22
47,82
1070,33
38,66
2286,96
110,95
2,18
2,99
-7,36
-1,11
1,06
845,53
48,47
353,60
392,23
318,63
362,71
1237,77
367,09
716,31
47616,00 47616,00 47616,00
0,29
0,06
0,43
72
�La tabla 3.2 muestra que el flujo de mineral máximo que entró a los hornos, en el período
analizado, correspondió a 37,8 t/h , conociendo que cada horno puede operar a una capacidad
máxima de 22 t/h , para una productividad por enfriador cercana a las 44 t/h , donde se
justifica que los hornos deben trabajar siempre a su capacidad nominal.
El valor medio de la temperatura del mineral a la descarga del enfriador es de 483,84 K y la
moda de 471,83 K , comportamiento que describe el régimen de operación real del proceso.
Al igual que para el flujo de mineral los valores mínimos corresponden a situaciones de
arrancadas, paradas y averías del proceso en los hornos o en los enfriadores, tabla 3.2.
3.2. Modelo para estimar la temperatura del agua en x = 0
Para la solución del modelo matemático es necesario conocer las condiciones iniciales y de
frontera, definidas en x = 0 , para el caso de estudio el proceso de transferencia de calor
ocurre a contraflujo y es por ello que se conoce la temperatura del agua a la salida del
enfriador ( =
x L=
30 m ). Con el objetivo de obtener la temperatura del agua en x = 0 para
c
cualquier régimen de operación de la instalación se realizó un ajuste de mínimo cuadrado a
partir de los datos experimentales obtenidos donde se incluye el factor adimensional ε
descrito por la expresión (2.67).
El modelo obtenido para la estimación de la temperatura del agua en x = 0 se muestra en la
ecuación (3.1) con un coeficiente de correlación de 0,99. En el anexo 3 se muestra el análisis
estadístico y las pruebas para los coeficientes del modelo.
Ta ( x =0)= ε ⋅ (15,997407 + 0, 011042286 ⋅ ε )
−1
(3.1)
Donde:
Ta ( x =0) - Temperatura del agua en x = 0; ºC
73
�3.3. Modelo para ajustar las ecuaciones diferenciales.
En el epígrafe 2.4 quedó establecido el modelo físico-matemático que describe el
comportamiento de las temperaturas del mineral, la pared y el agua en el objeto de estudio
mediante las ecuaciones (2.65), (2.66) y (2.10) así como las condiciones (2.9). En la ecuación
(2.65) aparece la función f m (ε ) y en la ecuación (2.66) la función f a (ε ) . La determinación
de estas funciones puede realizarse a partir de los datos experimentales obtenidos y mediante
el método de ajuste mínimo cuadrado.
El procedimiento empleado es el siguiente:
1. Se tienen 105 combinaciones de los valores de las variables independientes: m m , m a ,
Tm (0) y Ta (30) que constituyen vectores ( m m , m a , Tm (0) , Ta (30) ). Para cada uno de
estos vectores se midieron cinco réplicas de los valores de Tm (30) y TP (30) ; y se
calcularon los valores promedio de estas réplicas: Tm1 (30) y TP1 (30) . También se calculó
para cada vector el valor Ta1 (0) mediante la expresión (3.1). Los valores de C pa se
determinan a partir de las temperaturas Ta (30) y los valores C pm a partir de las
temperaturas Tm (0) .
2. El sistema de ecuaciones del modelo físico-matemático descrito en el epígrafe 2.4.4 se
resuelve para cada vector ( m m ,
m a , Tm (0) , Ta (30) ) tomando diferentes valores
numéricos positivos de f m y f a . Para cada vector se escogen los valores de f m y f a
donde los resultados del cálculo de Tm 2 (30) y TP 2 (30) y Ta 2 (0) sean más cercanos a sus
correspondientes valores Tm1 (30) , TP1 (30) y Ta1 (0) .
3. Para cada uno de los 105 vectores de valores ( C pa , C pm , m m , m a , Tm (0) , Ta (30) ) se
genera el valor ε mediante la expresión (2.67) y se obtienen los dos conjuntos de 105
pares de valores ( ε , f m ) y ( ε , f a ).
74
�4. Mediante el Método de los Mínimos Cuadrados, a partir del conjunto de pares ( ε , f m ) se
obtiene la función f m = f m (ε ) y a partir del conjunto de pares ( ε , f a ) se obtiene la
función f a = f a (ε ) .
De los datos experimentales se obtiene la función f m (ε ) descrita por la expresión (3.2), la
cual se sustituye en la ecuación diferencial (2.65) para la temperatura del mineral.
f m (ε )= ε ⋅ ( −425, 63786 + 1,371593 ⋅ ε − 0, 000016018 ⋅ ε 2 )
−1
(3.2)
Análogamente, a partir de los datos experimentales se obtiene la función f a (ε ) descrita por la
expresión (3.3) la cual se sustituye en la ecuación diferencial (2.66) para la temperatura del
agua.
−0, 0751245 + 0, 00101265 ⋅ ε
f a (ε ) =
(3.3)
3.4. Implementación de los modelos matemáticos en una aplicación informática
Con la finalidad de manejar de forma práctica y obtener en un tiempo razonable los resultados
de las ecuaciones planteadas, a partir de las propiedades de los materiales y las sustancias
(mineral, acero, agua, aire) involucradas en el proceso para un amplio rango de temperaturas,
integrados en un modelo de parámetros distribuidos que describe el comportamiento de la
temperatura del mineral laterítico reducido, de la pared del cilindro y del agua de
enfriamiento, resuelto como un sistema de ecuaciones a través del Método de Runge Kutta 4to
Orden [253], fue creada la aplicación informática “Enfriador del Horno de Reducción
ECECG” que permite la validación y la simulación de los principales parámetros que
caracterizan el objeto de estudio. La misma consta de cinco ventanas, ellas son: “Relación
Radio-Área-Ángulo”; “Relación Flujo-Volumen-Velocidades”; “Piscina y Superficie del
Tanque”; “Transferencia de Calor y Parámetros Racionales de Operación”. Las operaciones
que se pueden realizar en cada ventana se exponen en el anexo 4.
75
�Cabe destacar que para aplicar el Método de Runge – Kutta se determinó el paso de trabajo de
este método, de modo que el error quedara acotado por el valor 0,1 K . Asimismo durante la
programación se tuvo en cuenta el chequeo de la estabilidad del sistema de ecuaciones y del
método de solución, cosa que hasta la actualidad no ha sido detectada.
3.5. Validación del modelo matemático para el proceso de enfriamiento del mineral
laterítico reducido a escala industrial
Para validar el modelo propuesto se comparan los resultados experimentales obtenidos de la
temperatura del mineral laterítico reducido a la descarga del enfriador, con los teóricos
obtenidos a través del modelo propuesto en el epígrafe 2.4.4 para iguales condiciones de
trabajo. Luego se calculan los errores relativos puntuales y promedios entre los resultados
experimentales y los teóricos, se tiene como criterio de aceptación que el error relativo
promedio sea inferior al 10 % . Para el cálculo de los errores se emplean las ecuaciones (3.4)
y (3.5); propuestas por [262] y [260].
=
E
(Tmp.Exp. − Tmp.Teo. ) ⋅ Tmp−1.Exp. ⋅100
=
EP
Nd
∑E⋅N
i =1
−1
d
(3.4)
(3.5)
Donde:
E : Error relativo puntual entre los valores experimentales y los teóricos de temperatura; %
Tmp.Exp. : Valor promedio de la temperatura del mineral obtenido de forma experimental; K
Tmp.Teo. : Valor promedio de la temperatura del mineral obtenido de forma teórica; K
EP : Error relativo promedio entre los valores experimentales y los teóricos de temperatura; %
N d : Número de determinaciones; adimensional.
76
�3.5.1.
Validación del modelo a través del experimento activo
En la tabla 1 del anexo 5 se relacionan los valores de la temperatura del mineral laterítico
reducido, obtenidos a través del diseño de experimento activo descrito en el epígrafe 3.1.3.1 y
los teóricos calculados a través del modelo matemático para iguales condiciones de operación.
Los errores relativos puntuales debido a la diferencia entre la temperatura real de operación
del mineral laterítico reducido y la pronosticada por el modelo son inferiores al 5 % y el error
relativo promedio total es de 2,37 % . Estos resultados confirman la validez del modelo
propuesto para predecir el valor de la temperatura del mineral a la salida del enfriador, según
se muestra en la figura 3.1.
Predicción de temperatura
con el modelo (K)
Mineral
-5%
+5%
550
500
450
400
350
350
400
500
450
Temperatura actual de operación (K)
550
Figura 3.1. Comportamiento del error promedio para la temperatura del mineral laterítico
reducido; experimento activo.
A través del modelo propuesto se predice el valor de la temperatura de la pared del cilindro en
la descarga del enfriador ( x = 30) con un error promedio del 1,26 % (tabla 2 del anexo 5).
Mientras que los errores relativos puntuales debido a la diferencia entre la temperatura real de
la pared del enfriador y la pronosticada por el modelo son inferiores al 4 % , según se muestra
en la figura 3.2.
77
�Predicción de temperatura
con el modelo (K)
Pared
-4%
+4%
350
340
330
320
310
300
290
280
280
290
300
310
320
330
Temperatura actual de operación (K)
340
350
Figura 3.2. Comportamiento del error promedio para la temperatura de la pared; experimento
activo.
A través del modelo propuesto se predice el valor de la temperatura del agua en la piscina en
la zona de descarga del enfriador ( x = 30) con un error promedio del 1,68 % (tabla 2 del
anexo 5). Mientras que los errores relativos puntuales debido a la diferencia entre la
temperatura real del agua en la piscina y la pronosticada por el modelo son inferiores al
4 % , según se muestra en la figura 3.3.
Predicción de temperatura
con el modelo (K)
Agua
-4%
+4%
350
340
330
320
310
300
290
280
280
290
300
310
320
330
Temperatura actual de operación (K)
340
350
Figura 3.3. Comportamiento del error promedio para la temperatura del agua; experimento
activo.
78
�3.5.2.
Validación del modelo a través del experimento pasivo
Con el objetivo de dar más credibilidad al modelo propuesto se realizaron una serie de
mediciones adicionales para abarcar un mayor rango de operación del equipo (experimento
pasivo, epígrafe 3.1.3.2). Los resultados obtenidos se muestran en las tablas 3 del anexo 5,
donde se observa que el modelo predice la temperatura del mineral a la salida del enfriador
con un error relativo puntual inferior al 6 % y un error relativo promedio del 2,3 % . Por lo
que se confirma una vez más la capacidad predictiva del modelo (ver figura 3.4) y se da
cumplimiento al objetivo de la investigación.
Predicción de temperatura
con el modelo (K)
Mineral
-6%
+6%
550
500
450
400
350
350
400
450
500
Temperatura actual de operación (K)
550
Figura 3.4. Comportamiento del error promedio para la temperatura del mineral; experimento
pasivo.
A través del modelo propuesto se predice el valor de la temperatura de la pared del cilindro en
la descarga del enfriador ( x = 30) con un error promedio de 0,94 % (tabla 4 del anexo 5).
Mientras que los errores relativos puntuales debido a la diferencia entre la temperatura real de
la pared del enfriador y la pronosticada por el modelo son inferiores al 3 % , según se muestra
en la figura 3.5.
79
�Predicción de temperatura
con el modelo (K)
Pared
-3%
+3%
360
350
340
330
320
310
300
300
310
320
330
340
Temperatura (K)
350
360
Figura 3.5. Comportamiento del error promedio para la temperatura de la pared; experimento
pasivo.
A través del modelo propuesto se predice el valor de la temperatura del agua en la piscina en
la zona de descarga del enfriador ( x = 30) con un error promedio del 1,2 % (tabla 4 del anexo
5). Mientras que los errores relativos puntuales debido a la diferencia entre la temperatura real
del agua en la piscina y la pronosticada por el modelo son inferiores al 4 % , según se muestra
en la figura 3.6.
Predicción de temperatura
con el modelo (K)
Agua
-4%
+4%
350
340
330
320
310
300
300
310
320
330
340
Temperatura actual de operación (K)
350
Figura 3.6. Comportamiento del error promedio para la temperatura del agua, experimento
pasivo.
80
�La figura 3.7 demuestra la validez del modelo propuesto para predecir el comportamiento de
la distribución de la temperatura de la pared del cilindro y del agua en la piscina, para flujos
de mineral y de agua, de 20 t/h y 100 m3 /h respectivamente.
Pared real
Agua real
Pared modelo
Agua modelo
Temperatura (K)
400
360
320
280
0
3
5
8
10 13 15 18 20 23
Longitud del cilindro (m)
25
28
30
Figura 3.7. Distribución de la temperatura de la pared del cilindro y del agua en la piscina.
El error relativo promedio total a causa de la diferencia entre la temperatura real de la pared y
la pronosticada por el modelo es de 1,2 % . El error relativo puntual es inferior al 9 % y
alcanza su mayor valor en x = 0 de 8,9 % . Esta diferencia se atribuye al error que se
introduce durante la medición de la temperatura de la pared en x = 0 , ya que la misma está
cubierta por una fina película de agua que se evapora a presión atmosférica, lo que impide que
se alcancen temperaturas superiores a los 273 K .
Los errores relativos puntuales debido a la diferencia entre la temperatura real del agua en la
piscina y la pronosticada por el modelo son inferiores al 1,2 % y el error relativo promedio
total es de 0,7 % .
3.6. Aplicación práctica del modelo matemático establecido
La aplicación práctica del modelo matemático con base fenomenológica propuesto y validado
en el desarrollo de esta investigación, radica en la posibilidad de pronosticar el
81
�comportamiento de la temperatura del mineral laterítico reducido a la salida del enfriador
cilíndrico horizontal rotatorio, bajo diferentes regímenes de operación, con la finalidad de
garantizar una temperatura del mineral en los tanques de contactos que garantice el menor
consumo de agua, el índice de extractable y el desarrollo eficiente del proceso de lixiviación,
contribuyendo de esta manera al ahorro de portadores energéticos.
3.7. Aplicación del procedimiento establecido al Enfriador 5 de la Unidad Básica de
Producción Planta Hornos de Reducción de la empresa “Comandante Ernesto Che
Guevara”
En este epígrafe se calculan los principales parámetros que caracterizan el proceso de
enfriamiento del mineral laterítico reducido a escala industrial (ver sus características en la
tabla 1 del anexo 6). En los siguientes sub-epígrafes se exponen los resultados obtenidos con
su correspondiente análisis.
3.7.1. Cálculo del coeficiente de llenado
El coeficiente de llenado es la variable que define el área transferencia de calor entre el
mineral y la pared del cilindro, así como, la altura de la cama de mineral, relacionada con el
flujo y el tiempo de retención de mineral en el interior del cilindro (ecuación (1.19) y (2.28)).
A través de la aplicación informática “Enfriador del Horno de Reducción ECECG” y las
opciones
que
brindan
las
ventanas
“Relación
Radio-Área-Ángulo”
y
“Relación
Flujo-Volumen-Velocidades”, anexo 4, figura 1 y 2, se demostró que para un tiempo de
retención de 50 minutos y flujo de mineral entre 20 y 34 t/h el coeficiente de llenado toma
valores entre 8 y 15 % (coincide con los resultados obtenidos por Valle, et al. [6]), que es el
rango establecido para las condiciones estándar de operación (figura 3.8). Estos valores
obtenidos se tomarán como referencia para la simulación del proceso.
82
�Coeficiente de llenado (%)
tr = 30 min
tr = 40 min
tr = 50 min
tr = 60 min
24
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
20
23
25
28
31
33
36
39
41
44
Flujo de mineral (t/h)
Figura 3.8. Comportamiento del coeficiente de llenado para diferentes flujos de mineral y
tiempos de retención.
Además se demostró a través de la figura 3.9 que al estimar la temperatura del mineral
laterítico reducido a la salida del enfriador para tiempo de retención entre 30 y 50 minutos , se
incurre en un error de entre 0,73 y 0,80 % para flujos de agua de 10 y 100 m3 /h
Temperatura del mineral (K)
respectivamente.
tr = 30 min; 100 m^3/h
tr = 40 min; 100 m^3/h
tr = 50 min; 100 m^3/h
tr = 30 min; 10 m^3/h
tr = 40 min; 10 m^3/h
tr = 50 min; 10 m^3/h
600
550
500
450
400
350
20
23
25
28
31
33
36
39
41
44
Flujo de mineral (t/h)
Figura 3.9. Comportamiento de la temperatura del mineral vs flujo de mineral y tiempo de
retención.
83
�Un incremento del coeficiente de llenado trae aparejado un aumento del área de transferencia
de calor de contacto entre el mineral y la pared, lo cual es beneficioso para el proceso, pero
también incrementa la altura de la cama de mineral y dificulta de esta manera la transferencia
de calor a través de este (sólido granulado), debido principalmente a su bajo coeficiente de
conductividad térmica, entre 0,11 a 0,17 W/(m ⋅ K) para temperaturas entre 338,15 y
Altura del mineral (m)
dentro del cilindro
973,15 K respectivamente [16].
0,90
0,80
0,70
0,60
0,50
0,40
0,30
0,20
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
Coeficiente de llenado (%)
Figura 3.10. Comportamiento de la altura del mineral con respecto al coeficiente de llenado.
Por lo que se recomienda trabajar con un coeficiente de llenado del 15 % para garantizar que
la altura de la cama de mineral reducido sea menor de 0,65 m (figura 3.10), facilitar la
renovación de la capa de mineral fría en contacto con la pared por otra cercana más caliente y
garantizar un mejor mezclado.
3.7.2. Cálculo de los coeficientes de transferencia de calor por unidad de longitud
A partir de los resultados obtenidos en el epígrafe 3.7.1 y con ayuda del procedimiento
descrito en el epígrafe 2.4, se calculan los coeficientes de transferencia de calor por unidad de
longitud del mineral a la pared, de la pared al agua y del agua al aire, su distribución se
muestra en la figura 3.11, para una velocidad de rotación de 0,97 rad/s , con flujo de mineral
y de agua de 34 t/h y 35 m3/h , respectivamente. Se debe destacar que la transferencia de calor
de contacto entre la pared y la cama de mineral es el modo dominante y que la causa de que el
84
�coeficiente pared-agua alcance valores más altos se debe a que está afectado por un área de
transferencia de calor mucho mayor que la que existe entre el mineral y la pared interior del
cilindro.
Coeficiente de transferencia
de calor (W/(m·K)
Mineral-Pared (K1· 10^-3)
Pared-Agua (K2 ·10^-4)
Agua-Aire (K3 ·10^-1)
1,20
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
Longitud del enfriador (m)
Figura 3.11. Distribución de los coeficientes de transferencia de calor por unidad de longitud.
Como el aire se comporta como un depósito térmico su temperatura permanece constante al
igual que el coeficiente de transferencia de calor por unidad de longitud agua-aire K 3 que
depende de las propiedades termo-físicas del aire y de su velocidad (figura 3.11).
3.7.3. Cálculo del coeficiente de transferencia de calor del mineral-Pared
El coeficiente de transferencia de calor por unidad de longitud del mineral a la pared K1 se
calcula a través de la ecuación (2.41) según el procedimiento descrito en el epígrafe 2.4.1 y
depende de las propiedades termo físicas del mineral, del tiempo de retención y del flujo de
mineral.
La figura 3.12 muestra que a mayor flujo de mineral (Fm) y velocidad de rotación del cilindro
(n) K1 incrementa su valor. Como el tiempo de retención (50 min) se mantiene constante,
aumentan el coeficiente de llenado y la altura de la cama de mineral, factores que inciden
negativamente en el proceso de mezcla y de transferencia de calor a través del mineral debido
a su baja conductividad térmica. El flujo de agua se mantuvo constante (30 m3/h).
85
�Coeficiente de transferencia de
calor Mineral -Pared K1
(W/(m·K)
Fm = 20 t/h; n = 0,48 rad/s
Fm = 20 t/h; n = 1,59 rad/s
Fm = 44 t/h; n = 0,48 rad/s
Fm = 44 t/h; n = 1,59 rad/s
900
800
700
600
500
400
300
200
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
Longitud del cilindro (m)
Figura 3.12. Comportamiento del coeficiente de transferencia de calor Mineral-Pared
3.7.4. Cálculo del coeficiente de transferencia de calor pared-agua
El coeficiente de transferencia de calor por unidad de longitud pared-agua se ve afectado
principalmente por la velocidad de rotación del cilindro, que define el valor del número de
Reynolds y este al número de Nusselt.
Coeficiente de transferencia de
calor Pared-Agua K2
(kW/(m·K)
0,48 rad/s
0,97 rad/s
1,59 rad/s
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
Longitud del cilindro (m)
Figura 3.13. Comportamiento del coeficiente de transferencia de calor pared-agua
La figura 3.13 muestra que para velocidades de rotación mayor de 0,97 rad/s el incremento
de la transferencia de calor es insignificante y se requiere de un estudio científico para evaluar
si es factible operar a velocidades de rotación por encima de 1,59 rad/s . Para establecer el
86
�comportamiento de la figura 3.13 se consideraron contantes, el tiempo de retención (50 min),
el flujo de agua (30 m3/h) y de mineral (40 t/h).
3.8. Simulación del proceso de enfriamiento
Conocida la relación entre las variables que caracterizan el coeficiente de llenado y los
coeficientes de transferencia de calor por unidad de longitud mineral-pared, pared-agua y
agua-aire, se simuló el proceso de enfriamiento con la aplicación informática “Enfriador del
Hornos de Reducción ECECG” y las opciones que brinda la ventana “Transferencia de
Calor”, anexo 4 figura 4, se obtuvieron los resultados que se muestran en la figura 3.14.
Donde se aprecia que el mineral experimenta una disminución de temperatura en 500 K
aproximadamente, que resulta muy significativo con la pequeña variación (menos de
60 K) que experimentan la pared del cilindro y el agua de enfriamiento.
Figura 3.14. Simulación del proceso de enfriamiento del mineral laterítico reducido.
La figura 3.15 demuestra que el flujo de mineral es la variable de mayor efecto en la
temperatura del mineral y que para flujos de mineral de 44 t/h la temperatura del mineral a la
salida del enfriador siempre estará por encima de los 473,15 K .
87
�Temperatura del mineral (K)
20 t/h y 100 m^3/h
20 t/h y 10 m^3/h
44 t/h y 10 m^3/h
44 t/h y 100 m^3/h
1050
950
850
750
650
550
450
350
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
Longitud del enfriador (m)
Figura 3.15. Simulación del proceso de enfriamiento para diferentes flujos de mineral y de
agua.
La simulación del proceso de enfriamiento revela que para las dimensiones del enfriador y el
régimen de operación actual solo se pueden alcanzar temperaturas del mineral a la descarga
cercana a 423,15 K , como lo exige el esquema tecnológico Caron, para un flujo de mineral
reducido igual a 26 t/h (aproximadamente 30 t/h mineral oxidado que entra a los hornos).
Temperatura del mineral (K)
Otros factores que influyen en este comportamiento son los analizados en el epígrafe 3.4.
575
550
525
500
20 t/h
475
26 t/h
450
32 t/h
38 t/h
425
44 t/h
400
375
10
20
30
Flujo de agua
40
50
60
(m3/h)
Figura 3.16. Simulación del proceso de enfriamiento de mineral para diferentes flujos de
agua.
88
�A través de la simulación del proceso se demostró que para flujos de agua superiores a los
30 m3/h la temperatura del mineral a la descarga permanece constante, para diferentes flujos
de mineral (figura 3.16).
La simulación del proceso de enfriamiento demuestra que el incremento de la velocidad de
rotación desde 0,97 rad/s hasta 1,59 rad/s garantiza una disminución de la temperatura del
mineral a la descarga del enfriador en 21 K como promedio y su descenso hasta 0, 48 rad/s
provoca el aumento de la temperatura del mineral en 30 K como promedio, para un tiempo de
Temperatura del mineral (K)
retención constante de 50 minutos (figura 3.17).
20 t/h y 1,59 rad/s
32 t/h y 1,59 rad/s
44 t/h y 1,59 rad/s
20 t/h y 0,48 rad/s
32 t/h y 0,48 rad/s
44 t/h y 0,48 rad/s
600
550
500
450
400
350
10
20
30
40
50
60
Flujo de agua (m3/h)
Figura 3.17. Comportamiento de la temperatura del mineral a la salida del enfriador con
respecto al flujo de agua y diferentes flujos de mineral y velocidades de rotación.
Otro aspecto a señalar está relacionado con la geometría del enfriador ya que en vez de
incrementar su longitud con respecto a los enfriadores de la empresa “Comandante René
Ramos Latour” de Nicaro, debieron incrementar su diámetro para lograr mayor área de
transferencia de calor, mayor capacidad de flotación, mayor área de contacto del mineral con
la pared interior del cilindro y menor altura de la cama de mineral [8].
89
�Temperatura del mineral (K)
20 t/h; 4 m
32 t/h; 4 m
44 t/h; 4 m
20 t/h; 3,08 m
32 t/h; 3,08 m
44 t/h; 3,08 m
600
550
500
450
400
350
10
20
30
Flujo de agua
40
50
60
(m3/h)
Figura 3.18. Comportamiento de la temperatura del mineral a la salida del enfriador con
respecto al flujo de agua y diferentes flujos de mineral para un cilindro de 4 m de diámetro.
Quedó demostrado a través de la simulación del proceso de enfriamiento en un enfriador con
un diámetro de 4 m que se logra disminuir la temperatura del mineral hasta 423,15 K para un
flujo de mineral de 32 t/h (aproximadamente 36,5 t/h mineral oxidado que entra a los hornos),
figura 3.18.
3.9. Valoración técnico-económica
El proceso de enfriamiento del mineral laterítico reducido desde el punto de vista económico
ejerce notable influencia en los costos de producción de la empresa así como en la eficiencia
energética y metalúrgica.
Está establecido que el flujo de agua en la piscina de enfriamiento sea de 107 m3 /h [2]. Pero
a través de un análisis estadístico (tabla 3.2) se observó que esta variable fluctúa entre 7,24 y
100 m3/h . Durante 5,5 días de la etapa experimental se consumieron como promedio 62 m3/h
de agua (para un rango entre 40 y 100 m3/h). A partir de los resultados de la simulación del
proceso de enfriamiento (epígrafe 3.8) se demuestra que para flujos de agua mayores de
30 m3 /h , la temperatura del mineral a la descarga del enfriador tiende a ser constante, por lo
que se determinó que hubo un consumo innecesario de agua equivalente a 8 176 m3 que
90
�reporta una pérdida de 2 289,33 CUC a 0,28 CUC/m3 de agua. Si los 11 enfriadores restantes
tuvieran un comportamiento similar, las pérdidas económicas por exceso de consumo de agua
serían de 27 471,96 CUC .
Las pérdidas diarias por evaporación del amoníaco en los tanques de contacto en las
condiciones actuales son de 10,93 t/día [129, 239], considerando que el precio del amoníaco
es de 587 CUC/t estas ascienden a 6 415,91 CUC/día por tanto las pérdidas económicas para
un año de trabajo continuo son 2 341 807,15 CUC .
Debido a las altas temperaturas del mineral a la descarga del enfriador, el magnesio se hace
soluble en la pulpa; se incrusta en las paredes de los tanques de contacto y en las tuberías por
donde es transportado, las cuales se cambian cada dos o tres meses aproximadamente y
generan pérdidas de 12 570 CUC por cada tramo de tubería. Las pérdidas metalúrgicas
ocurren en los reactores producto del aumento de la densidad y de la temperatura de la pulpa a
la salida del tanque de contacto, estas disminuyen considerablemente la posibilidad de
extracción de níquel y cobalto en la empresa, constituyen las mayores pérdidas del sistema y
sus valores oscilan alrededor de los 2 054 347,82 CUC/año para el níquel y 3 130 416,00
CUC/año para el cobalto [122].
3.10. Análisis socioambiental del proceso de enfriamiento
El desarrollo de la industria minero metalúrgica en la región de Moa, es una muestra de lo
agresiva que puede ser la actividad humana sobre el medio ambiente. La explotación de los
recursos perteneciente a la empresa “Comandante Ernesto Che Guevara” ejerce una doble
acción sobre el medio y la sociedad, primero emplea y consume los recursos naturales de la
zona, produce residuos potencialmente negativos como la emisión de gases, ruidos, polvos,
vibraciones y vertidos. Segundo, permite el establecimiento de fuentes de empleo, desarrollo
inducido en la región.
91
�Al realizar un estudio del comportamiento ambiental del proceso de enfriamiento del mineral
reducido en la planta de hornos se determinaron los factores que de una forma u otra influyen
en el entorno, con énfasis fundamentalmente en los más predominantes: derrame de mineral,
escape de gases contaminantes, emisiones continuas de polvo y de ruido.
• Contaminación, salideros y elevados consumo de agua.
El agua es un recurso renovable, pero su uso indiscriminado puede poner en riesgo la
disponibilidad del mismo para las futuras generaciones, su contaminación puede impactar
negativamente en las riquezas de flora y fauna ubicadas en zonas que no se benefician con los
resultados directos de la actividad minera.
• Evaporación y consumo de grandes cantidades de amoníaco.
Es un recurso no renovable, que ejerce un impacto negativo sobre la fauna y los seres
humanos, provoca enfermedades del aparato respiratorio y en ocasiones hasta la muerte por
asfixia.
• Elevados consumos de energía eléctrica.
Es un recurso no renovable obtenido principalmente de combustibles fósiles y su combustión
genera gases (óxidos de carbono, de nitrógeno y de azufre) que provocan el efecto
invernadero, el calentamiento global y el cambio climático experimentado por el planeta.
• Emanaciones de polvo.
Es un recurso no renovable porque se obtiene del mineral que es extraído en las minas, que
para llevarlo a ese estado de reducción se han invertido toneladas de combustibles, por lo
tanto además de ser dañino para la salud, la flora y la fauna, es una pérdida considerable de
material y energía para el proceso metalúrgico.
Se observa que existen contradicciones en el proceso de obtención del níquel y que las
mismas están condicionadas por la falta de una estrategia medioambiental en la que el
trabajador de cada planta se vea reflejado y estimulado. Se debe trabajar en aras de que el
92
�obrero cree conciencia de que las malas operaciones que realice afectan al medioambiente, a
él y a su familia de manera directa e indirecta. El trabajador debe ser consciente de que el
agua, la energía y los reactivos que ahorra, repercuten en la economía del país y que se refleja
en su beneficio propio.
Con la creación del modelo matemático propuesto y con ello la posibilidad de la simulación
del proceso, se crean las condiciones para establecer lazos de control para el proceso, que
evitarían la presencia de los operarios en el área de los enfriadores de mineral y así se evita su
desgaste físico debido a la agresividad del medio en la Planta de Hornos.
Con la disminución de la temperatura del mineral a la descarga del enfriador se reducen las
emanaciones de gases perjudiciales en el entorno y hacia los barrios de la ciudad, al igual que
se determina la cantidad de agua racional para el proceso, mitigando su impacto sobre la flora
y la fauna de los territorios aledaños, donde el agua como fuente renovable y su tasa de
utilización debe ser equivalente a la recomposición natural del recurso.
La producción de un nuevo conocimiento que genere una tecnología para la explotación
eficiente de la instalación, permite a los obreros operar la instalación sin la necesidad de estar
expuestos a las altas temperaturas por tiempo excesivo. Garantizaría la manipulación de las
variables que influyen en la temperatura del mineral a la salida y que sea la menor posible,
con ello la cantidad de gases de amoníaco que se emanan al medioambiente serían mínimas,
por lo tanto disminuye su incidencia en la aparición de enfermedades respiratorias.
Conclusiones del capítulo
•
El modelo que permite estimar la temperatura del agua en x = 0 quedó conformado por la
expresión (3.1) el cual se obtuvo a través de un ajuste de mínimo cuadrado a partir de los
datos experimentales obtenidos, donde se incluye el factor adimensional ε .
•
Se estableció el procedimiento para la obtención de las funciones de operación
f m (ε ) y f a (ε ) descritas a través de las expresiones (3.2) y (3.3).
93
�•
La implementación del modelo matemático en la aplicación informática, desarrollada por
el autor de este trabajo, permitió determinar la temperatura teórica del mineral a la salida
del enfriador, la cual se comparó con los resultados experimentales del proceso de
enfriamiento a escala industrial y con ello se confirmó la capacidad predictiva del
modelo, donde los errores relativos puntuales son inferiores al 6 % y el error relativo
promedio es de 2,3 % .
•
Los resultados obtenidos demuestran que el consumo innecesario de agua (8 176 m3 en
5,5 días) en el enfriador cinco reportó una pérdida de 2 289,33 CUC . Además con la
disminución de la temperatura del mineral a la descarga del enfriador se reducen las
emanaciones de gases tóxicos y su impacto sobre la flora y la fauna.
94
�CONCLUSIONES GENERALES
1. El modelo físico-matemático generalizado con base fenomenológica propuesto
caracteriza el proceso de transferencia de calor en los enfriadores de la Unidad Básica de
Producción Planta Hornos de Reducción de la empresa “Comandante Ernesto Che
Guevara”, es capaz de predecir los valores de la temperatura del mineral a la salida del
enfriador con una precisión de un 97 % , con un error relativo promedio total de 2,3 % .
2. La aplicación informática “Enfriador del Horno de Reducción ECECG” permitió la
validación del modelo para cualquier condición de operación, el establecimiento de las
relaciones existentes entre las variables que caracterizan el objeto de estudio, la
simulación del proceso de enfriamiento y la determinación de los valores de los
parámetros que garantizan el régimen racional de operación del proceso.
3. Se demostró que al estimar la temperatura del mineral a la salida del enfriador con
velocidad de rotación constante (0,97 rad/s) , flujos de agua de 10 y 100 m3/h y tiempos
de retención entre 30 y 50 minutos, se incurre en un error entre 0,7 y 0,8 % . Para un
tiempo de retención de 50 minutos y flujos de mineral entre 20 y 34 t/h , se garantiza un
coeficiente de llenado menor del 15 % y una altura de la cama menor de 0,65 m .
4. Se demostró que el flujo de mineral es la variable de mayor efecto en la temperatura del
mineral a la descarga, que para valores entre 26 y 44 t/h , la temperatura oscilará entre
423,15 y 473,15 K respectivamente; para flujos de agua superiores a 30 m3/h , la
temperatura del mineral a la descarga tiende a ser constante; la velocidad de rotación
tiene un efecto positivo en el coeficiente de transferencia de calor e inversamente
proporcional a la temperatura del mineral en la descarga y para un flujo de mineral de
32 t/h , 50 minutos de tiempo de retención y un enfriador de cuatro metros de diámetro,
se logra disminuir la temperatura del mineral hasta 423,15 K .
95
�RECOMENDACIONES
1.
Emplear el modelo propuesto a partir de la aplicación informática “Enfriador del Horno
de Reducción ECECG” para establecer los parámetros racionales de operación que
garanticen que la temperatura del mineral a la salida del enfriador sea menor o igual que
533,15 K .
2.
Continuar con el perfeccionamiento de las instalaciones experimentales (a escala
industrial, piloto y de laboratorio), que permitan la realización de experimentos que
aporten nuevos conocimientos relacionados con este tema, en el menor tiempo posible,
con el mínimo de gastos y sin poner en riesgo la producción de la industria.
3.
Utilizar el modelo y la simulación del proceso como una base de conocimiento en la
automatización y control del proceso de enfriamiento en la Unidad Básica de Producción
Planta Hornos de Reducción de la empresa “Comandante Ernesto Che Guevara”.
96
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127
�SÍMBOLOGÍA
A - Área de la sección transversal al flujo de calor; m 2
A1 - Área de la superficie emisora; m 2
A2 - Área de la superficie receptora; m 2
A cg - Área de la ceniza en contacto con el gas; m 2
A gp - Área de la pared en contacto con el gas; m 2
Apcm - Área de la pared cubierta por el mineral; m 2
Apnsa - Área de la pared no sumergida en el agua; m 2
Apncm - Área de la pared no cubierta por el mineral; m 2
Apsa - Área de la pared sumergida en el agua; m 2
Asect . - Área del sector; m 2
Asta - Área de la sección transversal ocupada por el agua; m 2
Astc - Área de la sección transversal del cilindro; m 2
Astcsa - Área de la sección transversal del cilindro sumergida en el agua; m 2
Astm - Área de la sección transversal del mineral; m 2
AT - Área del triángulo; m 2
aa - Cuerda del segmento sumergido en el agua; m
am - Cuerda del segmento ocupado por el mineral; m
a p - Ancho de la piscina; m
C - Constante para flujo por el exterior de cilindros; adimensional
C p - Calor específico a presión constante; kJ/(kg ⋅ K)
C pa - Calor específico del agua; kJ/(kg ⋅ K)
C pm - Calor específico del mineral; kJ/(kg ⋅ K)
C pp - Calor específico del material del cilindro; kJ/(kg ⋅ K)
C ps - Calor específico a presión constante del sólido; kJ/(kg ⋅ K)
De - Diámetro exterior del cilindro; m
I
�DAB - Coeficiente binario de difusión de masa; m 2 /s
e - Energía térmica por unidad de masa; J/kg
F12 - Factor de visión; adimensional
GrL - Número de Grashof; adimensional
g - Constante de la gravedad; m/s 2
hacc - Altura del agua en la piscina con el cilindro sumergido; m
hasc - Altura del agua en la piscina sin el cilindro sumergido; m
h fg - Calor latente de vaporización; J/kg
h fg .a - Calor latente de vaporización del agua a la temperatura en la piscina; J/kg
h fg . p - Calor latente de vaporización del agua a la temperatura en la pared no sumergida; J/kg
hm - Altura de la cama de mineral; m
hm.a - Coeficiente de transferencia de masa por convección en la piscina; m/s
hm. p - Coeficiente de transferencia de masa por convección en la pared no sumergida; m/s
hT - Altura del triángulo; m
K1 - Coeficiente superficial variable de transferencia de calor del sólido a la pared por unidad
de longitud; W/(m ⋅ K)
K 2 - Coeficiente variable de transferencia de calor a través de la pared del enfriador por
unidad de longitud al agua de la piscina; W/(m ⋅ K)
K 3 - Coeficiente superficial variable de transferencia de calor del agua al medio por unidad
de longitud; W/(m ⋅ K)
L - Longitud característica; m
Laire. - Longitud de la superficie de agua en contacto con el aire; m
Lc - Longitud del cilindro; m
Lap - Longitud del ancho de la piscina en contacto con el aire; m
m - Constantes para flujo por el exterior de cilindros; adimensional
m a - Flujo de agua; kg/s
menf - Masa del enfriador; kg
II
�m g - Flujo de gases; kg/h
m m - Flujo de mineral; kg/s
n - Velocidad de rotación del cilindro, rad/s
n′′A.a - Flujo de masa por evaporación del agua en la piscina; kg/(s ⋅ m 2 )
n′′A. p - Flujo de masa por evaporación del agua en la pared no sumergida; kg/(s ⋅ m 2 )
n A - Aumento de masa de la especie A, debido a reacciones químicas; kg/(s ⋅ m3 )
p - Presión; Pa
Pra - Número de Prandtl a la temperatura del agua; adimensional
Prp - Número de Prandtl a la temperatura en la pared; adimensional
q - Calor transferido; W
q - Flujo de calor generado por unidad de volumen; W/m3
q" - Densidad del flujo de calor; W/m 2
q1,2 - Calor transferido por radiación desde la superficie emisora a la receptora; W
qevp ( x ) - Calor transferido por evaporación por unidad de longitud; W/m
′′ .a - Flujo de calor por evaporación del agua en la piscina; W/m 2
qevp
′′ . p - Flujo de calor por evaporación del agua en la pared no sumergida; W/m 2
qevp
RaL - Número de Rayleigh; adimensional
Rea - Número de Reynolds para el agua; adimensional
ReL - Número de Reynolds; adimensional
Rer - Número de Reynolds rotacional; adimensional
Rera - Número de Reynolds rotacional a la temperatura del agua en la piscina; adimensional
Rerp - Número de Reynolds rotacional a la temperatura del agua sobre la pared; adimensional
re - Radio exterior del cilindro; m
ri - Radio interior del cilindro; m
rp - Radio de la partícula; m
T1 - Temperatura de la superficie emisora; K
III
�T2 - Temperatura de la superficie receptora; K
Ta - Temperatura del agua en la piscina; K
Taire - Temperatura del aire; K
Tc - Temperatura de la ceniza; K
Tm - Temperatura del mineral; K
TP - Temperatura de la pared; K
TS - Temperatura de la superficie; K
Tsat - Temperatura de saturación de la ebullición del agua a 101,325 kPa ; 273,15 K
T∞ - Temperatura del fluido; K
Sc - Número de Schmidt; adimensional
Sh - Número de Sherwood; adimensional
S pcm - Arco de la pared cubierta por el mineral; m
S pncm - Arco de la pared no cubierta por el mineral; m
S pnsa - Arco de la pared no sumergida en el agua; m
S psa - Arco de la pared sumergida en el agua; m
tc - Tiempo de contacto; s
tr - Tiempo de retención; s
u - Componentes de la velocidad promedio de flujo de masa en x ; m/s
ua - Velocidad del agua; m/s
uaire - Velocidad del aire; m/s
Vasc - Volumen que ocupa el agua en la piscina sin el cilindro; m3
Vacc - Volumen que ocupa el agua en la piscina con el cilindro; m3
Vc - Volumen interior del cilindro, m3
Vm - Volumen de mineral en el interior del enfriador, m3
Vsa - Volumen del enfriador sumergido en el agua; m3
X - Componentes de la fuerza de cuerpo por unidad de volumen; N/m3
Y - Componentes de la fuerza de cuerpo por unidad de volumen; N/m3
IV
�LETRAS GRIEGAS
α r - Coeficiente de transferencia de calor por radiación; W/(m 2 ⋅ K)
α aire - Coeficiente de transferencia de calor por convección del agua al aire; W/(m 2 ⋅ K)
α ebull ( x) - Coeficiente variable de transferencia de calor por ebullición del agua; W/(m 2 ⋅ K)
α g - Coeficiente de transferencia de calor por convección del gas a la pared W/(m 2 ⋅ K)
α gp - Coeficiente de transferencia de calor del gas a la pared del cilindro; W/(m 2 ⋅ K)
α pa - Coeficiente de transferencia de calor de la pared del cilindro al agua; W/(m 2 ⋅ K)
α pcm ( x) - Coeficiente variable de transferencia de calor del mineral a la pared cubierta;
W/(m 2 ⋅ K)
α pdm ( x) - Coeficiente variable de transferencia de calor del mineral a la pared no cubierta;
W/(m 2 ⋅ K)
α pnsa ( x) - Coeficiente variable de transferencia de calor de la pared no sumergida a la película
de agua; W/(m 2 ⋅ K)
α ps ,λ - Coeficiente de transferencia de calor de contacto; W/(m 2 ⋅ K)
α psa ( x) - Coeficiente variable de transferencia de calor de la pared sumergida al agua;
W/(m 2 ⋅ K)
α ps ,contacto - Coeficiente de transferencia de calor entre la pared y la primera capa de partículas;
W/(m 2 ⋅ K)
α s , penetración - Coeficiente de transferencia de calor por penetración en la cama sólida;
W/(m 2 ⋅ K)
α ∞ - Coeficiente de transferencia de calor por convección; W/(m 2 ⋅ K)
β - Coeficiente de expansión térmica volumétrica; K −1
γ - Ángulo de llenado; rad
ε1 - Emisividad de la superficie emisora; adimensional
ε 2 - Emisividad de la superficie receptora; adimensional
ε c - Emisividad de la ceniza; adimensional
V
�ε m - Emisividad del mineral; adimensional
ε p - Emisividad de la pared; adimensional
θ - Ángulo de sumersión del cilindro en el agua; rad
λ - Conductividad térmica; W/(m ⋅ K)
λaa - Conductividad térmica del agua a la temperatura en la piscina; W/(m ⋅ K)
λap - Conductividad térmica del agua a la temperatura en la pared no sumergida; W/(m ⋅ K)
λg - Conductividad térmica del gas; W/(m ⋅ K)
λm (Tm ( x)) - Conductividad térmica variable del mineral; W/(m ⋅ K)
λ p - Conductividad térmica del material del cilindro; W/(m ⋅ K)
λs - Conductividad térmica del sólido; W/(m ⋅ K)
µa - Coeficiente dinámico de viscosidad para el agua; kg/(s ⋅ m)
µaa - Coeficiente dinámico de viscosidad del agua a la temperatura en la piscina; kg/(s ⋅ m)
µap - Coeficiente dinámico de viscosidad del agua a la temperatura en la pared; kg/(s ⋅ m)
µ - Coeficiente dinámico de viscosidad; kg/(s ⋅ m)
ξ c - Concentración de partículas en la cama a granel; adimensional
ν aire - Coeficiente cinemático de viscosidad del aire; m/s 2
ρ - Densidad; kg/m3
ρ A - Densidad de la especie A; kg/m3
ρ a - Densidad del agua; kg/m3
ρ aa - Densidad del agua a la temperatura en la piscina; kg/m3
ρ ap - Densidad del agua a la temperatura en la pared no sumergida; kg/m3
ρ A, sat .a - Densidad del vapor de agua saturado a la temperatura del agua; kg/m3
ρ A, sat . p - Densidad del vapor de agua saturado a la temperatura en la pared no sumergida;
kg/m3
ρ A,aire - Densidad del vapor de agua saturado a la temperatura del aire; kg/m3
ρ m - Densidad aparente del mineral; kg/m3
VI
�ρ p - Densidad del material del cilindro; kg/m3
ρ s - Densidad aparente del sólido granulado; kg/m3
ρva - Densidad del vapor de agua; kg/m3
σ - Constante de Stefan-Bolztman; 5,67 ⋅ 10−8 ⋅ W/(m 2 ⋅ K 4 )
σ s - Tensión superficial; N/m
υ - Componentes de la velocidad promedio de flujo de masa en y ; m/s
ϕ - Coeficiente de llenado; adimensional
χ - Espesor de la película de gas; adimensional.
dT
- Gradiente de temperatura en la dirección del flujo de calor; K/m
dx
∂T ∂τ - Variación de la temperatura en el tiempo; K/s
∂ ∂T
3
λ ⋅
- Conducción del flujo de calor neto en el volumen de control; W/m
∂y ∂y
µ 2 ⋅
∂u 2 ∂u ∂υ
2
− ⋅ +
- Esfuerzo normal en la dirección x ; N/m
∂x 3 ∂x ∂y
µ ⋅ 2 ⋅
∂υ 2 ∂u ∂υ
2
− ⋅ +
- Esfuerzo normal en la dirección y ; N/m
∂y 3 ∂x ∂y
∂u ∂υ
2
+
- Esfuerzo cortante en la dirección x e y ; N/m
y
x
∂
∂
µ ⋅
VII
�ANEXO 1.
ENFRIADOR DE MINERAL HORIZONTAL ROTATORIO.
Figura 1. Vista lateral del enfriador número 5
Figura 2. Vista superior del enfriador número 5
Carro
Raspador
Pendular
a)
Carro
Raspador
Pendular
b)
Figura 3. Vista interior del enfriador: a) número 5; b) a escala de laboratorio
VIII
�ANEXO 2.
INSTALACIÓN EXPERIMENTAL
Figura 1. Imagen de las variables registradas por el SCADA (CITECT).
Figura 2. Ventana del CITECT para el monitoreo de las variables del proceso de
enfriamiento.
IX
�Donde:
TAP_ENF5: Temperatura del agua en la piscina; ºC
TDM_ENF5: Temperatura del mineral a la descarga del enfriador; ºC
A_ENF5: Corriente del motor; A
T/h HR9: Flujo de mineral que entra al horno al horno de reducción 9; t/h
T/h HR10: Flujo de mineral que entra al horno de reducción 10; t/h
TH15-9: Temperatura en el hogar 15 del horno 9; ºC
TH15-10: Temperatura en el hogar 15 del horno 10; ºC
N PENF5: Nivel del enfriador; mm
T1 Est Enf5: Temperatura del agua en el punto 1 del lado este de la piscina; ºC
T1 Oes En5: Temperatura del agua en el punto 1 del lado oeste de la piscina; ºC
T2 Est Enf5: Temperatura del agua en el punto 2 del lado este de la piscina; ºC
T2 Oes En5: Temperatura del agua en el punto 2 del lado oeste de la piscina; ºC
T3 Est Enf5: Temperatura del agua en el punto 3 del lado este de la piscina; ºC
T3 Oes Enf5: Temperatura del agua en el punto 3 del lado oeste de la piscina; ºC
La figura 3 es una vista superior de la instalación donde se muestra la posición de los
instrumentos y los puntos donde se realizan las mediciones.
Tme
OESTE
Ta1O
Ta2O
Ts1O
Ts2O
Ts3O
Ts1E
Ts2E
Ts3E
Ta1E
Ta2E
Ta3O
Tms
Fm
Fas
ESTE
Ta3E
Fae
Figura 3. Vista superior de la posición de los instrumentos de medición en el enfriador.
X
�Para establecer el perfil de temperatura en diferentes puntos de la superficie de la pared
(figura 3), se utilizó una termocámara de mano, modelo FLUKE y un pirómetro digital de
mano modelo RAYMXPE, donde:
Ts1E, Ts2E, Ts3E:
Temperatura de la superficie del cilindro en tres puntos del lado Este; ºC
Ts1O, Ts2O, Ts3O:
Temperatura de la superficie del cilindro en tres puntos del lado Oeste; ºC
Ta1E, Ta2E, Ta3E:
Temperatura del agua de la piscina en tres puntos del lado Este; ºC
Ta1O, Ta2O, Ta3O:
Temperatura del agua de la piscina en tres puntos del lado Oeste; ºC
Tem, Tsm: Temperatura del mineral a la entrada y a la salida; ºC
Fm: Flujo de mineral; t/h
Fae, Fas: Flujo de agua a la entrada y a la salida de la piscina; m3 /h
A continuación se muestran los parámetros que se registran con sus correspondientes
instrumentos de medición y sus características técnicas.
PARÁMETRO: Flujo de mineral alimentado al enfriador.
EQUIPO: Báscula de pesaje continuo, tipo WESTERDAM.
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS:
Alimentación
220 V AC
Entrada
0 a 18 t/h
Salida
4 a 20 mA
PARÁMETRO: Temperatura del mineral a la entrada y salida del enfriador.
EQUIPO: Termopar tipo K con vaina y cabezal de conexión de roscado con convertidor de
señal programable mediante la PC alojado en el cabezal.
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS:
Temperatura de servicio hasta
1523,15 K
Cabezal de conexión: forma A, DIN 43729; de metal ligero fundido, con entrada de cable.
Convertidor de señal programable con rango ajustado.
PARÁMETRO: Temperatura del agua en la piscina.
EQUIPO: Termómetro de resistencia PT-100 con vaina y cabezal de conexión de roscado con
convertidor de señal programable mediante PC alojado en el cabezal.
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS:
Longitud de inmersión
250 mm
Convertidor de señal programable con rango ajustado.
273 a 393 K
PARÁMETRO: Flujo de agua que entra a la piscina.
XI
�EQUIPOS: Elemento primario de caudal tipo PITOT delta.
TUBE modelo 301 - AK - 10 - AD para agua.
Transmisor de presión diferencial para la medida de caudal, inteligente, modelo SITRANS P
serie HK.
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS:
Alcance de medida ajustable
2,5 a 25 kPa
Margen de medida ajustado
0 a 15 kPa
Precisión mejor que el 1 % incluido la histéresis y la repetibilidad.
Rangeabilidad
1 a 10
Indicador local incorporado, analógico
escala 0 a 100 %
Conexión eléctrica
conector HAN 7D
PARÁMETRO: Velocidad de rotación del enfriador
EQUIPO: Tacogenerador.
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS:
0 a 8,0 rev/min
0 a 10 V
PARÁMETRO: Temperatura de la superficie del cilindro.
EQUIPO: Pirómetro Digital, de mano. Modelo RAYMXPE de fabricación alemana.
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS:
Temperatura de servicio entre 243 y 1273 K
Emisividad de la superficie ajustable.
PARÁMETRO: Temperatura de la superficie del enfriador.
EQUIPO: Termocámara, de mano, Modelo FLUKE.
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS:
Temperatura de servicio entre 258,15 y 528,15 K
Conexión a PC.
Emisividad de la superficie ajustable.
Capacidad para 100 imágenes.
XII
�ANEXO 3.
MODELO PARA TEMPERATURA DEL AGUA POR AJUSTE DE
MÍNIMO CUADRADO
Ta ( x =0)= ε ⋅ (15,997407 + 0, 011042286 ⋅ ε )
−1
Donde:
Ta ( x =0) - Temperatura del agua en x = 0; ºC
Determinante de la matriz del sistema:
552072819722,351
Determinante normalizado del sistema:
6,36703790238522E-5-15
Error máximo al resolver el sistema:
3,19744231092045E-14
Variación explicada:
641098,950662012
Grados de libertad:
1
Variación residual:
6833,65182137836
Grados de libertad
103
Variación total:
647932,602483391
Grados de libertad
104
Error estándar de una estimación: 8,18514425554623
Error probable de una observación: 5,49401404579817
Coeficiente de correlación,
r =0,99471259369407
Para una prueba con nivel de confianza 0,95:
Intervalo de confianza de r:
[0,99221494,
0,99641038]
Para una prueba F de Fisher con nivel de confianza 0,95:
Valor de Fc para el ajuste: 9662,9436
Valor de Ft por la tabla:
3,0855
El ajuste es estadísticamente significativo ya que Fc>Ft,
Coeficientes de correlación parcial: 0,99471259
Prueba para los Coeficientes del Modelo
Valor teórico (t de Student), t= 1,6598112853
t2= 98,30027248
El coeficiente 2 es estadísticamente significativo ya que t<=abs(t2).
Número de Variables: 2
Número de Datos: 105
Variable
ε
Ta ( x =0) (ºC)
Valor
Mínimo Máximo
1383,29 24499,58
44,65
92,65
Rango
23116,29
48
Media
Aritmética
7449,61
67,94
Desviación
Estándar
7076,34
14,90
XIII
�Tabla 1. Resumen de datos del experimento pasivo.
Flujo
Mineral Agua
(t/h)
(m3/h)
34,8
17,5
34,8
17,5
34,8
9,5
34,8
9,5
34,8
25,5
34,8
25,5
29,6
25,5
29,6
25,5
33,8
50
33,8
50
33,6
70
33,6
70
34
100
34
100
32
100
32
100
34
50
34
50
34
70
34
70
34
9
34
9
34
25
34
25
32,6
9,5
32,6
9,5
20
75
20
75
20
50
20
50
20
100
20
100
34
100
34
100
34
70
34
70
34
50
34
50
32,6
25
32,6
25
34
75
34
75
Temperatura (ºC)
Mineral
Agua
Pared
Entra Sale Entrada Emerge Sumerge Emerge Sumerge
733,61 203,95
26,2
85,9
81,6
94
93
733,05 204,09
26,2
84,8
80,5
94
94
773,85 213,21
27,5
92
85,6
89
96
773,04 213,4
27,5
90,9
84,5
93
94
775,42 196,97
26,3
95,3
89,6
79
95
764,24 195,54
26,3
94,2
88,5
81
86
811,96 161,03
25,6
93,1
82,6
96
99
811,05 161,74
25,6
92
81,5
95
98
773,34 182,78
27,6
78
77,5
89
91
774,46 182,61
27,6
76,9
76,4
85
95
755,43 180,68
28,1
60,9
58,7
78
89
755,45 180,91
28,1
59,8
57,6
78
80
764,73 177,6
27,8
51,2
49
75
96
766,38 177,69
27,8
50,1
47,9
66
94
884,17 167,57
26,2
52,4
52,4
65
80
883,3 168,61
26,2
51,3
51,3
66
90
751,71 143,41
25,4
63,3
60,6
81
84
751,73 142,87
25,4
62,2
59,5
81
72
798,53 192,89
25,6
57,4
57,1
72
80
796,68 192,59
25,6
56,3
56
75
82
749,92 243,27
26,9
81,6
80,6
97
100
751,76 243,85
26,9
81,4
80,4
95
95
773,08 204,02
28,7
80,3
77,6
94
104
784,73 201,49
28,7
80,1
77,4
95
102
745,54 213,89
28,3
82
81,1
99
97
744,01 212,64
28,3
81,8
80,9
98
98
840,2 120,27
26,6
45,3
44,4
69
80
803,75 122,02
26,6
45,1
44,2
71
74
771,33 135,47
28,5
71,6
70,8
80
78
762,37 137,87
28,5
71,4
70,6
81
83
787,86 131,71
26,4
50
52,9
64
71
787,83 132,45
26,4
49,8
52,7
65
73
763,47 189,74
25,5
49,3
47
72
82
759,08 188,2
25,5
49,1
46,8
68
89
739,74 192,83
25,8
58,6
57,6
74
83
750,89 194,3
25,8
58,2
57,2
77
82
756,61 214,05
26,1
61,4
60,2
75
89
753,28 215,74
26,1
61,0
59,8
76
80
772,03 197,26
27,1
82,6
81,8
96
99
771,66 195,75
27,1
82,2
82,2
87
98
748,85 174,09
27,6
58,2
57,2
78
87
746,41 175,81
27,6
57,8
56,8
81
90
XIV
�ANEXO 4.
DESCRIPCIÓN DE LA APLICACIÓN INFORMÁTICA
Figura 1. Ventana creada para calcular la relación radio, área y ángulo de llenado.
Figura 2. Ventana creada para calcular la relación flujo de mineral y tiempo de retención.
XV
�Figura 3. Ventana creada para calcular la relación Flujo y volumen de agua y altura
sumergida.
Figura 4. Ventana creada para resolver el modelo y visualizar la distribución de la
temperatura del mineral, de la pared y del agua.
XVI
�Figura 5. Ventana creada para validar el modelo, simular el proceso y racionalizarlo.
XVII
�ANEXO 5.
VALIDACIÓN MODELO PROPUESTO
Tabla 1. Resultados experimentales y teóricos obtenidos para la temperatura del mineral.
Experimento Activo.
m m
m a
(t/h)
(m3 /h)
Temperaturas promedios de las cinco réplicas (K)
Tae
TmExp.
Tme
TmTeor .
20,00
50,00
302,00
1 054,00
409,00
395,00
20,00
75,00
300,00
1 056,00
392,00
397,00
20,00
100,00
300,00
1 061,00
404,00
402,00
34,00
50,00
299,00
1 030,00
487,00
465,00
34,00
75,00
301,00
1 022,00
447,00
464,00
34,00
100,00
299,00
1 039,00
463,00
466,00
Error relativo promedio entre los resultados experimentales y teóricos
Error
(%)
3,44
1,31
0,52
4,60
3,68
0,69
2,37
Tabla 2. Resultados experimentales y teóricos obtenidos para la temperatura de la pared y del
agua. Experimento Activo.
m m
m a
(t/h)
(m3 /h)
Temperaturas promedios de las cinco réplicas (K)
Tme
Tae
TpExp
TaExp
TpTeor .
TaTeor .
20,00 50,00 1 054,00 302,00 314,00 312,00 315,00 313,00
20,00 75,00 1 056,00 300,00 310,00 303,00 309,00 306,00
20,00 100,00 1 061,00 300,00 309,00 304,00 302,00 298,00
34,00 50,00 1 030,00 299,00 320,00 317,00 333,00 329,00
34,00 75,00 1 022,00 301,00 324,00 314,00 323,00 318,00
34,00 100,00 1 039,00 299,00 320,00 309,00 320,00 315,00
Error relativo promedio entre los resultados experimentales y teóricos
m a - Flujo de agua; m3 /h
Error (%)
Pared
0,53
0,34
2,48
3,86
0,35
0,02
1,26
Agua
0,30
0,83
1,91
3,63
1,32
2,11
1,68
m m - Flujo de mineral; t/h
Tae ; TaExp ; TaTeor .
- Temperatura del agua a la entrada; experimental y teórica; o C
Tme ; TmExp. ; TmTeor .
- Temperatura del mineral a la entrada; experimental y teórica; o C
TpExp ; TpTeor .
- Temperatura de la pared experimental y teórica; o C
XVIII
�Tabla 3. Resultados experimentales y teóricos (adicionales) obtenidos para la temperatura del
mineral. Experimento Pasivo.
m m
m a
(t/h)
3
Temperaturas promedios de las cinco réplicas (K)
Tae
(m /h)
TmExp.
Tme
TmTeor .
299
1008
477
482
34,80
17,50
301
1048
486
511
34,80
9,50
299
1068
469
479
34,80
25,50
299
1082
433
455
29,60
25,50
301
1046
454
464
33,80
50,00
301
1029
455
462
33,60
70,00
299
1155
440
463
32,00
100,00
299
1071
467
467
34,00
70,00
300
1022
515
507
34,00
9,00
302
1048
477
472
34,00
25,00
301
1023
485
492
32,60
9,50
299
1013
466
463
34,00
70,00
Error relativo promedio entre los resultados experimentales y teóricos
Error
(%)
1,14
5,25
2,21
5,04
2,35
1,62
5,25
0,09
1,64
1,00
1,40
0,63
2,30
Tabla 4. Resultados experimentales y teóricos (adicionales) obtenidos para la temperatura de
la pared y del agua. Experimento Pasivo.
m m
m a
(t/h)
3
(m /h)
Temperaturas promedios de las cinco réplicas (K)
Tme
Tae
TpExp
TaExp
TpTeor .
TaTeor .
Error (%)
Pared
34,80 17,50
1008
299
344
340
346
342
0,70
34,80
9,50
1048
301
348
347
349
344
0,31
34,80 25,50
1068
299
345
341
343
339
0,60
29,60 25,50
1082
299
338
338
341
338
0,81
33,80 50,00
1046
301
332
323
331
327
0,23
33,60 70,00
1029
301
321
315
324
319
0,77
32,00 100,00 1155
299
322
313
320
315
0,54
34,00 70,00
1071
299
320
312
328
324
2,69
34,00
9,00
1022
300
344
342
349
344
1,33
34,00 25,00
1048
302
341
337
340
337
0,27
32,60
9,50
1023
301
343
336
347
343
1,22
34,00 70,00
1013
299
321
315
327
322
1,83
Error relativo promedio entre los resultados experimentales y teóricos 0,94
Agua
0,61
0,83
0,57
0,16
1,25
1,32
0,85
3,63
0,54
0,26
1,98
2,41
1,20
XIX
�ANEXO 6.
ENFRIADOR TIPO BAKER
Tabla 1. Características técnicas del enfriador de mineral laterítico reducido tipo Baker.
Capacidad a procesar (mineral neto)
Densidad absoluta del sólido enfriado
Densidad a granel
> 0,15 mm
Granulometría de 0,15 mm a 0,074 mm
las partículas
0,074 mm a 0,044 mm
< 0,044 mm
Temperatura del mineral a la entrada
Temperatura del mineral a la salida
Presión operativa
Consumo de agua en la piscina del enfriador
Largo de la piscina
Ancho de la piscina
Profundidad de la piscina
Temperatura del agua a la entrada
Consumo de agua en las chumaceras
Diámetro exterior
Dimensiones principales:
Espesor de pared
Longitud del cilindro
Material de construcción
Diámetro interior del enfriador
Longitud del enfriador
Altura del tubo vertedero (mínima)
Altura del tubo vertedero con las anillas (máxima)
Diámetro del tubo vertedero
Altura de las anillas
Diámetro de las anillas
Desplazamiento vertical del cilindro en los apoyos
Peso del cuerpo del cilindro enfriador sin accionamiento
Peso de los carros
Potencia del motor principal de accionamiento
Potencia del motor auxiliar
Velocidad de rotación del motor principal
Velocidad de rotación del motor auxiliar
Velocidad rotacional del enfriador (con motor principal)
Velocidad rotacional del enfriador (con motor auxiliar)
Coeficientes de corrección para estimar el flujo de mineral reducido
Considera el extractable en la Planta de Secaderos y Hornos
Considera las pérdidas por calcinación y reducción del mineral
31 000 kg/h
3,3 a 3,5 t/m3
0,8 a 0,85 t/m3
14,3 %
17,4 %
13,6 %
54,7 %
1023,15 K
423,15 a 473,15 K
0,01 a 0,02 kPa
107 m3/h
32 m
3,5 m
2m
303,15 K
1 m3/h
3,080 m
18 mm
31 m
A11483.1
3,50 m
30,90 m
0,85 m
1,05 m
0,25 m
0,066 m
0,25 m
0,035 m
44 879 kg
3 870 kg
75 kW
11 kW
140,056 rad/s
140,056 rad/s
0,97 rad/s
0,064 rad/s
0,88
0,9978
XX
�ANEXO 7.
PRODUCCIÓN CIENTÍFICA DEL AUTOR SOBRE EL TEMA DE LA
TESIS
1 GÓNGORA-LEYVA, E., "Modelación físico-matemática del proceso de enfriamiento de
mineral en cilindros rotatorios de la planta hornos de reducción de la empresa
“Comandante Ernesto Che Guevara”". Tesis de Maestría. Instituto Superior Minero
Metalúrgico de Moa "Dr. Antonio Núñez Jiménez". Moa-Cuba, 2004.
2 GÓNGORA-LEYVA, E.; GUZMAN, D. R. D.; et al., "Modelo matemático multivariable
para un proceso de enfriamiento industrial de sólidos en cilindros rotatorios horizontales".
Energética, 2007, vol. 28, no. 2, p. 15-25.
3 GÓNGORA-LEYVA, E.; LAMORÚ, U. M.; et al., "Coeficientes de transferencia de
calor en enfriadores de mineral laterítico a escala piloto". Minería y Geología, 2009, vol.
25, no. 3, p. 1-18.
4 GÓNGORA-LEYVA, E.; PALACIO-RODRÍGUEZ, A.; et al., "Evaluación del proceso
de enfriamiento del mineral laterítico reducido en la empresa Comandante Ernesto Che
Guevara (Parte 1)". Minería y Geología, 2012, vol. 28, no. 3, p. 50-69.
5 GÓNGORA-LEYVA, E.; RUIZ-CHAVARRÍA, G.; et al., "The Cooling of a Granular
Material in a Rotating Horizontal Cylinder". Experimental and Computational Fluid
Mechanics, 2014, p. 197-205.
PARTICIPACIÓN EN EVENTOS
1
Modelación y simulación del proceso de enfriamiento de mineral en cilindros
horizontales rotatorios. 2da Conferencia Internacional Ciencia Tecnología por un
Desarrollo Sostenible, CYTDES, Julio 2007. ISBN: 978-59-16-0568-9.
2
Modelo matemático multivariable para un proceso de enfriamiento industrial de sólidos
en cilindros rotatorios horizontales. 5to Taller Internacional de Energía y Medio
Ambiente, Abril de 2008. ISBN: 978-959-257-186-0
XXI
�3
Evaluación del proceso de enfriamiento de mineral reducido en la empresa “Comandante
René Ramos Latour” de Nicaro. ENERMOA, Diciembre de 2010. ISBN: 978-959-161216-8
4
Influencia de la temperatura del mineral laterítico reducido en el índice de extractable en
el tanque de contacto en la empresa “Comandante Ernesto Che Guevara. ENERMOA,
Diciembre de 2010. ISBN: 978-959-16-1216-8
5
Obtención de los parámetros de funcionamiento del enfriador rotatorio a escala piloto del
ISMM. ENERMOA, Diciembre de 2010. ISBN: 978-959-16-1216-8
6
Evaluación del proceso de transferencia de calor en el enfriamiento del mineral laterítico
a escala piloto. ENERMOA, Diciembre de 2010. ISBN: 978-959-16-1216-8
7
Identificación del proceso de enfriamiento de mineral laterítico reducido con ayuda de
redes neuronales artificiales.
a. XXXIII Convención Panamericana de Ingenieros, UPADI. Abril de 2012.
ISBN: 978-959-274-094-1
b. 7mo. Taller Internacional de Energía y Medio Ambiente, Abril de 2012. ISBN:
978-959-257-323-9
8
Evaluación del proceso de enfriamiento del mineral laterítico reducido en la empresa
“Comandante Ernesto Che Guevara”.
a. XXXIII Convención Panamericana de Ingenieros, UPADI. Abril de 2012.
ISBN: 978-959-274-094-1
b. 7mo. Taller Internacional de Energía y Medio Ambiente, Abril de 2012. ISBN:
978-959-257-323-9
9
Modelación del proceso de enfriamiento de sólidos granulados en cilindros horizontales
rotatorios. XVIII Congreso de la División de Dinámica de Fluidos. Sociedad Mexicana
de Física. Noviembre de 2012. La Ensenada, Baja California. México
XXII
�TESIS DE INGENIERÍA DIRIGIDAS
1
ÁLVAREZ ÁLVAREZ, R., "Evaluación del proceso transferencia de calor del mineral
laterítico reducido en cilindros horizontales rotatorios en la empresa “Comandante
Ernesto Che Guevara”". Tesis de Ingeniería. Instituto Superior Minero Metalúrgico de
Moa "Dr. Antonio Núñez Jiménez". Moa-Cuba, 2008.
2
ARAUJO-ESCALONA, E., "Evaluación del proceso de transferencia de calor en el
enfriamiento del mineral laterítico a escala piloto". Tesis de Ingeniería. Instituto Superior
Minero Metalúrgico de Moa "Dr. Antonio Núñez Jiménez". Moa-Cuba, 2009.
3
ARENA-CUTIÑO, A., "Evaluación del proceso de enfriamiento del mineral laterítico
reducido en la empresa “Comandante René Ramos Latour”". Tesis de Ingeniería.
Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa "Dr. Antonio Núñez Jiménez". Moa-Cuba,
2009.
4
CALA, S. E., "Estudio del proceso de enfriamiento de mineral en cilindros rotatorios
horizontales como objetivo de modelación matemática.". Tesis de Ingeniería. Instituto
Superior Minero Metalúrgico de Moa "Dr. Antonio Núñez Jiménez". Moa-Cuba, 2005.
5
DE VALLE-RAMÍREZ, E., "Programación de modelo matemático para la evaluación del
proceso de transferencia de calor en cilindros horizontales rotatorios para el enfriamiento
de mineral laterítico reducido". Tesis de Ingeniería. Instituto Superior Minero
Metalúrgico de Moa "Dr. Antonio Núñez Jiménez". Moa-Cuba, 2008.
6
ESPINOSA-LOFORTE, E., "Evaluación del proceso de enfriamiento del mineral
laterítico reducido a escala piloto". Tesis de Ingeniería. Instituto Superior Minero
Metalúrgico de Moa "Dr. Antonio Núñez Jiménez". Moa-Cuba, 2012.
XXIII
�7
GARCÍA-MERIÑO, D. A., "Establecimiento de los parámetros de diseño y explotación
del enfriador experimental". Tesis de Ingeniería. Instituto Superior Minero Metalúrgico
de Moa "Dr. Antonio Núñez Jiménez". Moa-Cuba, 2009.
8
GÓMEZ-RODRÍGUEZ, I., "Determinación del ángulo de llenado del mineral laterítico
en cilindros horizontales rotatorios". Tesis de Ingeniería. Instituto Superior Minero
Metalúrgico de Moa "Dr. Antonio Núñez Jiménez". Moa-Cuba, 2012.
9
GUTIÉRREZ-GALBÁN, J., "Tecnología de fabricación de los dispositivos del enfriador
de mineral a escala piloto del ISMM". Tesis de Ingeniería. Instituto Superior Minero
Metalúrgico de Moa "Dr. Antonio Núñez Jiménez". Moa-Cuba, 2011.
10 JACOMINO-RODRÍGUEZ, D., "Construcción de un cilindro horizontal rotatorio a
escala de laboratorio". Tesis de Ingeniería. Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa
"Dr. Antonio Núñez Jiménez". Moa-Cuba, 2010.
11 LEYVA-DURÁN, Y., "Influencia de la temperatura del mineral laterítico reducido en el
índice de extractable en el tanque de contacto". Tesis de Ingeniería. Instituto Superior
Minero Metalúrgico de Moa "Dr. Antonio Núñez Jiménez". Moa-Cuba, 2010.
12 LONDREZ-MINERAL, J., "Modelación y simulación del proceso de enfriamiento del
mineral reducido en cilindros horizontales rotatorios por el método de elementos finitos
(ANSYS)". Tesis de Ingeniería. Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa "Dr.
Antonio Núñez Jiménez". Moa-Cuba, 2007.
13 ORTIZ-CASTRO, F. A., "Estimación de la temperatura del mineral reducido durante el
proceso de enfriamiento por el método de elementos finitos (ANSYS)". Tesis de
Ingeniería. Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa "Dr. Antonio Núñez Jiménez".
Moa-Cuba, 2010.
XXIV
�14 OSORIO-GÓNGORA, I., "Evaluación del proceso de enfriamiento del mineral laterítico
reducido en la empresa “Comandante Ernesto Che Guevara”". Tesis de Ingeniería.
Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa "Dr. Antonio Núñez Jiménez". Moa-Cuba,
2009.
15 PERDOMO-MINERAL, J. J.; MATOS-CASALS, D., "Evaluación de la influencia del
agua de enfriamiento en el proceso transferencia de calor del mineral laterítico reducido
en cilindros horizontales en la empresa “Comandante Ernesto Che Guevara”". Tesis de
Ingeniería. Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa "Dr. Antonio Núñez Jiménez".
Moa-Cuba, 2007.
16 PUJOL-LEYVA, J. O., "Evaluación del proceso de transferencia de calor en el
enfriamiento del mineral laterítico a escala piloto". Tesis de Ingeniería. Instituto Superior
Minero Metalúrgico de Moa "Dr. Antonio Núñez Jiménez". Moa-Cuba, 2007.
17 PUPO-RAMÍREZ, E., "Evaluación del proceso de enfriamiento del mineral laterítico
reducido en cilindros horizontales rotatorios". Tesis de Ingeniería. Instituto Superior
Minero Metalúrgico de Moa "Dr. Antonio Núñez Jiménez". Moa-Cuba, 2012.
18 PUPO-REVÉ, Y., "Evaluación del proceso de enfriamiento de mineral reducido en la
empresa Comandante René Ramos Latour” de Nicaro". Tesis de Ingeniería. Instituto
Superior Minero Metalúrgico de Moa "Dr. Antonio Núñez Jiménez". Moa-Cuba, 2010.
19 QUINTERO-GONZÁLEZ., E.; VERDECIA-REYES, A., "Construcción de un enfriador
cilíndrico rotatorio a escala de laboratorio". Tesis de Ingeniería. Instituto Superior Minero
Metalúrgico de Moa "Dr. Antonio Núñez Jiménez". Moa-Cuba, 2008.
20 RETIRADO-MEDIACEJA, Y., "Modelación Físico-Matemática del proceso de
enfriamiento del mineral en cilindros rotatorios de la planta Hornos de Reducción
perteneciente a la empresa “Comandante Ernesto Che Guevara”.". Tesis de Ingeniería.
XXV
�Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa "Dr. Antonio Núñez Jiménez". Moa-Cuba,
2004.
21 RODRÍGUEZ-GUZMÁN, G., "Construcción de un transportador de tornillo sin fin para
la alimentación del enfriador de mineral a escala piloto del ISMM". Tesis de Ingeniería.
Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa "Dr. Antonio Núñez Jiménez". Moa-Cuba,
2010.
22 RODRÍGUEZ-MORENO, J. A., "Proceso de enfriamiento del mineral laterítico reducido
en la empresa “Comandante
Ernesto Che Guevara”". Tesis de Ingeniería. Instituto
Superior Minero Metalúrgico de Moa "Dr. Antonio Núñez Jiménez". Moa-Cuba, 2011.
23 SANTANA-PERCEVAL, O., "Evaluación técnico – económica del proceso de
enfriamiento del mineral laterítico reducido en cilindros horizontales rotatorios en la
empresa “Comandante Ernesto Che Guevara”". Tesis de Ingeniería. Instituto Superior
Minero Metalúrgico de Moa "Dr. Antonio Núñez Jiménez". Moa-Cuba, 2009.
24 SOTTO-GUILARTE, Y., "Influencia de los elementos mecánicos del enfriador
horizontal en el proceso de transferencia de calor del mineral reducido en la empresa
“Comandante Ernesto Che Guevara”". Tesis de Ingeniería. Instituto Superior Minero
Metalúrgico de Moa "Dr. Antonio Núñez Jiménez". Moa-Cuba, 2007.
25 TABERA-RODRÍGUEZ., Y.; GARCÍA-GUERRERO, R., "Estudio del comportamiento
de los coeficientes de transferencia de calor en el proceso de enfriamiento del mineral
laterítico a escala piloto". Tesis de Ingeniería. Instituto Superior Minero Metalúrgico de
Moa "Dr. Antonio Núñez Jiménez". Moa-Cuba, 2006.
26 VARGAS -PÉREZ, A., "Evaluación del proceso de transferencia de calor del mineral
laterítico reducido en cilindros horizontales rotatorios en la empresa “Comandante René
XXVI
�Ramos Latour”". Tesis de Ingeniería. Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa "Dr.
Antonio Núñez Jiménez". Moa-Cuba, 2008.
27 VARGAS-RAMOS, P. L., "Sistema automático de medición para variables en un
enfriador de mineral a escala piloto". Tesis de Ingeniería. Instituto Superior Minero
Metalúrgico de Moa "Dr. Antonio Núñez Jiménez". Moa-Cuba, 2010.
28 ZALAZAR-OLIVA, C., "Obtención de los parámetros de funcionamiento del enfriador
rotatorio a escala piloto del Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa". Tesis de
Ingeniería. Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa "Dr. Antonio Núñez Jiménez".
Moa-Cuba, 2010.
TESIS DE MAESTRÍAS DIRIGIDAS
1
LAMORÚ-URGELLES, M., "Evaluación del proceso de transferencia de calor en el
enfriamiento del mineral laterítico para diferentes condiciones de trabajo". Tesis de
Maestría. Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa "Dr. Antonio Núñez Jiménez".
Moa-Cuba, 2008.
2
SPENCER-RODRÍGUEZ, Y., "Identificación del proceso de enfriamiento del mineral en
el proceso Caron, con ayuda de Redes Neuronales Artificiales". Tesis de Maestría.
Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa "Dr. Antonio Núñez Jiménez". Moa-Cuba,
2009.
3
MATOS-CASALS, D., "Evaluación del proceso de enfriamiento del mineral laterítico
reducido en cilindros hrizontales rotatorios". Tesis de Maestría. Instituto Superior Minero
Metalúrgico de Moa "Dr. Antonio Núñez Jiménez". Moa-Cuba, 2012.
XXVII
�La investigación, se realizó a través del financiamiento de los proyectos aprobados y
ejecutados por el Departamento de Mecánica del Instituto Superior Minero Metalúrgico de
Moa, en cooperación con otras entidades:
•
Aplicación de la metodología de diseño alemana en Moa. Cuba. Proyecto conjunto
Universidad Técnica de Clausthal - Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa.
Financiado por el DAAD, Alemania. 2002-2006,
•
Modelación y simulación del proceso de enfriamiento de mineral laterítico reducido.
Departamento de Física, Facultad de Ciencias, Universidad Nacional Autónoma de
México (UNAM). Beca de la Secretaría de Educación Pública de México 2012.
“Programa de Cooperación en Materia de Movilidad estudiantil de la Educación
Superior México-Cuba”
•
Proyecto universitario: Modelación matemática y simulación del proceso de
enfriamiento de mineral en cilindros horizontales rotatorios. PU1251. 2012-2013.
XXVIII
�
Dublin Core
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Tesis
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Modelación del proceso de enfriamiento del mineral
laterítico en cilindros
Creator
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Ever Góngora Leyva
Publisher
An entity responsible for making the resource available
Editorial Digital Universitaria de Moa
Type
The nature or genre of the resource
Tesis doctoral
Date
A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource
2013
-
https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/d3e4ab7a1813645932fdefa5ef0c35b4.pdf
a3b5cbd581e60ee678c80f8af18285ad
PDF Text
Text
Tesis doctoral
OBTENCIÓN DE CARGAALEANTE PARA COMBUSTIBLES
DE SOLDADURA UTILIZANDO RESIDUAL CATALÍTICO
Y CROMITA CUBANA
Félix Ariel Morales Rodríguez
�REPÚBLICA DE CUBA
MINI STERIO DE EDU CACI ÓN SUPERIOR
INST ITUTO SUPERIOR MINERO METALÚ RGICO
“DR. ANTONIO NÚÑEZ JIMÉNEZ”
FACU LTAD DE MET ALURGIA Y ELECTROME CÁNI CA
DEPEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MEC ÁNICA
TESI S PRESENTAD A EN OPCIÓN AL GRADO CIENTÍ FICO DE DOCTOR EN
CIEN CIAS TÉCNICAS
RESUMEN
TÍTU LO: OBTENCIÓN DE CARGA ALE ANTE PARA CONSUMIBLES DE SOLDADURA
UTIL IZANDO RESIDU AL CATALÍTICO Y CROMITA CUBANA
Au to r: M S c .
FÉLIX ARIEL MORALES RODRÍG UEZ
TUTORES: Dr.C
Dr.C
Dr.C
Dr.C
Lorenzo Perdomo González
Rafa el Quintana Puchol
Manu el Rodríguez Pére z
Euli cer Fernández Maresma
Moa, 2005
�2
SINTESIS
Se exponen los resultados de la obtención de una carga aleante para consumibles
de soldadura a partir de la conformación de una carga metalúrgica con el residual
catalítico base óxido de vanadio (V) y la cromita refractaria cubana en una relación
de 2,17. Se planifica un diseño de experimentos con restricciones del tipo Mc. Lean
Anderson, donde se introducen como variables independientes los contenidos de
caliza, fluorita y coque. Como región de trabajo para la escoria, se define la zona de
espinelas en el diagrama ternario del tipo SiO2 – Al2O3 – MgO en el rango de
temperaturas de 1 600 oC y 1 800 oC. Las cargas se someten
al proceso de
reducción carbotérmico en un horno de arco eléctrico con crisol de grafito. Para la
evaluación de las aleaciones como cargas aleantes, se tomaron las corridas B y D,
que son las que tienen menor y mayor contenido de cromo y vanadio
respectivamente y los resultados de las caracterizaciones de los depósitos de
soldadura arrojaron la presencia de fases de carburos en una matriz de martensita
con los valores de dureza de 667,6 y 695,3 HV; lo que las convierte en cargas
aleantes idóneas para la fabricación de electrodos tubulares revestidos
para
recargue mediante soldadura manual por arco eléctrico. En la prueba de desgaste
por abrasión pin-disco abrasivo, los menores valores de desgaste se obtuvieron en
el depósito de soldadura del electrodo con la carga aleante de D, que con relación a
los electrodos comerciales de los tipos N 700 y el 4004 N de la firma Eutectic
Castolin. El costo de fabricación de electrodos correspondientes a la carga aleante
D, es considerablemente menor, llegando a $ 3 243.78 CUC/tonelada. La
metodología empleada resuelve los posibles impactos ambientales de los desechos
del procesamiento de los residuales catalíticos de óxidos de vanadio (V) y
representa una solución importante ante los efectos negativos que pueden provoca
la acumulación de estos residuales contaminantes en distintas industrias del país.
�3
INTRODUCCIÓN
En la medida en que la economía nacional se reanima, los niveles de consumo de
materiales para soldar se incrementan y entre ellos juegan un papel fundamental
aquellos destinados a las industrias recuperadoras de piezas. Por sus altos niveles
de consumos, entre estas industrias se destacan: la industria del cemento, la
industria de materiales de la construcción, la industria minero-metalúrgica; en
procesos tales como extracción de minerales y su procesamiento y en la industria
agroazucarera.
En el caso específico de la industria minero-metalúrgica y de materiales de
la
construcción, existe un gran volumen de piezas sometidas a condiciones de
desgaste de alta abrasión que son recuperadas o fabricadas con recargue
superficial en las partes de trabajo, aplicando tecnologías de soldadura manual con
arco eléctrico. Estas operaciones según Rivera, 2004, en el año 2003 se llegaron a
consumir más de 40 toneladas en las diferentes ramas de la economía cubana con
un valor de unos $250 000.00 CUC. En estos casos los electrodos tubulares
revestidos con alto nivel de aleación pueden tener gran aplicación dada la
versatilidad que poseen, con relación a la obtención de depósitos de soldadura
adecuados, variando simplemente la composición de la carga del aleante del
mismo.
La demanda creciente de materiales para soldar destinados a la recuperación de
piezas, unidas a la imposibilidad de muchas empresas para adquirir los consumibles
adecuados en el mercado internacional, han acelerado los trabajos de investigación
y desarrollo encaminados a obtener productos nacionales que permitan sustituir
parcial o totalmente estas importaciones.
Una de las características más comunes para la restauración de piezas
desgastadas en la industria minero-metalúrgica y otras ramas de la economía donde
predominan los mecanismos de desgaste por abrasión, es que se requieren
depósitos de soldadura con altos valores de dureza que oscilan entre 40 y los 64
HRC. Entre estas piezas se encuentran los sinfines en el transporte de materiales
en las plantas de procesos, los sistemas de trituración y molienda de mineral, los
sistemas para la preparación de pulpa en la Empresa “Pedro Sotto Alba”, así como
�4
los equipos de laboreo y carga en las minas y las máquinas de preparación de
mezclas de moldeo en los talleres de fundición en la Empresa Mecánica del Níquel.
En estos depósitos de soldadura se requieren elementos de aleación tales como: el
carbono, el cromo, el molibdeno y el vanadio; todo lo cual encarece la producción de
estos tipos de electrodos.
En Cuba se disponen de fuentes no clásicas que permiten la obtención de metales
como el cromo y el vanadio a partir de reservas de cromitas refractarias estimadas
en más de 5 000 000 de toneladas métricas (Leyva, et. al, 1997; Proenza, 1997;
Perdomo, 1999; Arniella y Quintana, 2002); así como la existencia de fuentes
potenciales de vanadio no explotadas hasta ahora, como son los residuales
catalíticos que se producen en las plantas durante la obtención de ácido sulfúrico
(Morales, 2002 y 2004a). Por otra parte, en las empresas de fundición, donde
fundamentalmente se utiliza el coque como combustible en los hornos de cubilote,
existen reservas de residuales que por no poseer la granulometría requerida,
normalmente se desechan y pueden ser empleados en otros procesos industriales
(Cruz, 2001; Morales et. al., 2002).
En el país funcionan tres plantas para la obtención de ácido sulfúrico que emplean
la conversión catalítica del SO2 a SO3, para lo que se utilizan catalizadores base
óxido de vanadio (V). Según estimados (Morales et. al., 2002 y 2004a), anualmente
se generan unas 20 toneladas de residual catalítico, existiendo en almacenes
especiales unas 200 toneladas.
Según estudios preliminares (Morales 2002, 2004b y 2004a), una adecuada
estrategia de conformación de las cargas metalúrgicas utilizando el residual
catalítico de vanadio y la cromita refractaria cubana debe permitir la obtención de
aleaciones multicomponentes de cromo-vanadio factible de ser utilizada en la
conformación de cargas aleantes en electrodos tubulares, destinados al relleno
superficial de piezas que trabajan en condiciones de alta abrasión.
En el Centro de Investigación de Soldadura de la Universidad Central “Martha
Abreu” de Las Villas se han desarrollado procesos metalúrgicos carbotérmicos y
aluminotérmicos a nivel de laboratorio y miniplanta reflejados en los trabajos de
Perdomo, 1999; Marcelo, 1999, Cruz, 2001 y Rodríguez, 1992 a y b; los que han
�5
permitido el procesamiento de disímiles minerales metálicos y no metálicos cubanos
con el objetivo de obtener componentes de cargas aleantes para consumibles de
soldadura destinados, en lo fundamental, a la recuperación de piezas.
De igual manera, en el Instituto Superior Minero Metalúrgico Moa, se ha acumulado
una vasta experiencia en los procesos metalúrgicos de elaboración de minerales
fundamentalmente de níquel, así como en otros procesos afines o complementarios
necesarios para el procesamiento de minerales metálicos y no metálicos.
Lo analizado anteriormente permite trazar una estrategia para evaluar y proponer un
método eficaz de tratamiento carbotérmico de residuales catalíticos base óxido de
vanadio (V) conjuntamente con otros minerales cubanos, para obtener cargas
aleantes multicomponentes factibles de utilizar en la fabricación de consumibles de
soldadura.
Para el desarrollo del trabajo se establecen como los elementos fundamentales en
la investigación los siguientes:
Situación problémica
Necesidad del estudio, propuesta y validación de un proceso metalúrgico eficaz
para el tratamiento simultáneo de la cromita refractaria cubana y el residual
catalítico de V2O5 almacenados en el país que permita obtener una carga aleante
factible de emplear en la fabricación de electrodos para la recuperación de piezas
desgastadas.
Objetivo
Obtener una aleación de hierro-cromo-vanadio para la fabricación de electrodos
tubulares para recargue de superficies a partir de la reducción carbotérmica de
residual catalítico de óxido de vanadio (V) y cromita refractaria cubana.
Problema científico
El alto contenido de SiO2 y azufre en el residual catalítico de V2O5 limitan el empleo
de la tecnología convencional para la obtención de cargas aleantes para la
fabricación de electrodos de soldaduras.
�6
Objeto de investigación
Obtención de una carga aleante multicomponentes a partir de la reducción
carbotérmica simultánea de cromita refractaria cubana y residuales catalíticos de
óxido de vanadio (V).
Hipótesis
La reducción carbotérmica de residuales catalíticos base óxido de vanadio (V) y
cromita refractaria cubanas, posibilita recuperar los valores metálicos presentes en
los mismos y obtener una carga aleante multicomponentes factible de utilizar en la
fabricación de electrodos tubulares revestidos para el recargue de superficies.
Novedad científica
Se propone y valida, con criterios científicamente argumentados, la obtención con
altos niveles de recuperación de los valores metálicos de una aleación
multicomponentes para la formulación de electrodos de soldadura y una escoria del
tipo SiO2 – Al2O3 – MgO, utilizando la reducción carbotérmica del residual catalítica
de óxido de vanadio (V) y la cromita refractaria cubana
Aporte metodológico
Se establece y valida una metodología de procesamiento metalúrgico por reducción
carbotérmica simultánea de residuales catalíticos base óxido de vanadio (V) y
cromitas refractarias cubanas que permite obtener, como producto final, cargas
aleantes para consumibles de soldadura.
Aporte económico
Se propone un método de obtención de consumibles de soldadura cuyo costo de
fabricación, de $ 3 243.78 CUC/tonelada, es considerablemente
menor en
comparación con otros electrodos comerciales evaluados, lo que permite ahorrar al
país alrededor de $ 5 757 CUC/tonelada al año
Aporte social
El método propuesto permite minimizar los impactos ambientales negativos
derivados del residual catalítico base óxido de vanadio (V) y el residual del coque
acumulados en distintas industrias y talleres del país.
�7
Tareas a desarrollar
1. Establecimiento del estado del arte y sistematización de los conocimientos
relacionados con el tratamiento del residual catalítico base óxido de vanadio (V).
2. Caracterización del residual catalítico y determinación de las regularidades que
permitan determinar sus posibilidades para la confección de cargas metalúrgicas
para el proceso de reducción carbotérmica.
3. Diseño del Plan Experimental y procesamiento estadístico de los resultados.
4. Caracterización de los productos del proceso de reducción-fusión y evaluación
de las aleaciones seleccionadas.
5. Análisis y evaluación del impacto económico y ambiental.
CAPITULO I. MARCO TEÓRICO DE LA INVESTIGACIÓN
Los productos de mayor uso para la fabricación de aleaciones son las
ferroaleaciones, siendo las más utilizadas las de cromo y en menor cantidad las de
vanadio dado a su alto costo, empleándose solo en aleaciones con propósitos
especiales. La industria de los consumibles de soldaduras tiene en la
ferroaleaciones una de las fuentes fundamentales para la formulación de las cargas
aleantes a emplear en los mismos.
1.1 Fuente de vanadio. Principales características
En el año 2001, el consumo de vanadio en los Estados Unidos según Norton y
Croat, 2002, fue de 3600 toneladas, siendo las importaciones más importantes de
ferrovanadio las procedentes de Canadá (35%), Sudáfrica (21%), China (21%),
Austria (9%) y de otros países (4%) y de óxido de vanadio (V) las provenientes de
Sudáfrica (99%) y de otros países (1%), cotizándose en el mercado mundial según
Norton G., A., y Croat C., G., en el 2003, el a un precio de $1.40 USD/libra de óxido
de vanadio (V) y $140.00 USD/libra de vanadio contenido en el ferrovanadio.
1.1.1. Fuentes naturales de vanadio
En la litosfera superior el vanadio es oxífilo, se conocen hasta la fecha unos setenta
y cinco minerales que contienen vanadio en diferentes estados de valencias. Estos
minerales se pueden dividir (según Jensen, 1981 y Norton y Croat,
2003), en
arenas y sedimentos uranoferroso, en rocas de fosfatos, silicatos, sulfatos,
�8
vanadatos, se encuentra además en la bauxita, en carbones, en el petróleo, en el
alquitrán.
1.1.2. Residuales industriales que contienen vanadio
A escala internacional el manejo de los residuales catalíticos, en las empresas
productoras de ácido sulfúrico, se considera un problema ambiental importante,
debido a las regulaciones existentes. Los residuales catalíticos almacenados en a
utilizar en el trabajo se muestran en la tabla 1 de los anexos, los que tienen en sus
componentes fundamentales; óxido de vanadio, óxidos de silicio y dióxido de azufre,
estando ellos en el orden del 67.61%.
En Rusia según Martínez, en 1994, una fuente importante para la producción de
ferrovanadio son las escorias de la producción de acero en convertidores con
soplado con oxígeno. La industria del petróleo las fuentes más utilizadas son los
petróleo de Venezuela y Canadá que contienen entre 0,1 al 1,5 % de V2O5 como
impurezas. En América del Norte y del Sur, Europa, Asia y Australia poseen
depósitos de carbón donde el vanadio está presente en el orden del 1% en forma
de V2O5. En los procesos para la utilización de los residuos industriales con vanadio
se tiene como otra fuente, el reciclado de las chatarras de aceros de herramientas,
aceros especiales con contenido apreciable de vanadio.
1.2. Afectaciones al medio ambiente por los compuestos del vanadio
La contaminación ambiental por vanadio más importante en el mundo se considera
por el Consejo Internacional de Química de la Organización Mundial de la Salud en
el 2001, la constituye la combustión del petróleo y el carbón y otros procesos
industriales, alrededor del 90% de las aproximadamente 64 000 toneladas de
vanadio en forma de óxidos que se liberan a la atmósfera cada año a partir de
fuentes tanto naturales como antropogénicas proceden de la combustión de
combustibles fósiles. En los estudios de la influencia sobre las personas del
vanadio, se tiene que la información toxicocinética disponible es limitada, pero
parece indicar que se absorbe vanadio tras la inhalación y luego se excreta en la
orina, con una fase inicial de eliminación rápida, seguida de una fase más lenta, que
posiblemente se debe a la eliminación gradual del vanadio desde los tejidos del
organismo. Tras la administración oral, la absorción de vanadio tetravalente a partir
�9
del sistema gastrointestinal es escasa. Los efectos toxicológicos finales motivo de
preocupación para las personas son la genotoxicidad y la irritación de las vías
respiratorias. Puesto que no es posible determinar un nivel de exposición sin efectos
adversos, se recomienda reducir los niveles en la medida de lo posible. En los
estudios realizado por la Universidad Autónoma de Madrid en el 2002
(http://www.dsalud.com/noticias.htm), se considera como la máxima cantidad de
vapor (o polvo) de V2O5 admisible para las personas es de 0,05 mg/m3.
Sin embargo el vanadio metálico tiene funciones positivas sobre la salud humana
según aparece en www.dsalud.com en el 2005, siendo lo más representativo; ejerce
una acción preventiva del cáncer, actúa como agente antioxidante, previene los
ataques cardíacos, mejora el metabolismo del hierro, previene la caries dental,
inhibe la formación de colesterol en los vasos sanguíneos, mantiene los niveles de
grasa en sangre. Está presente en la mayoría de los tejidos corporales siendo
absorbido rápidamente para ser empleado por el organismo. El sobrante se excreta
por vía urinaria.
1.3. Métodos de tratamiento para las materias primas que contienen vanadio
1.3.1. Métodos por vía húmeda
Debido a la gran diversidad de las fuentes de materias primas, en la industria del
vanadio se emplean varias tecnologías para procesar los minerales o materias
primas que contienen V2O5 a partir de métodos por vía húmeda, las que de forma
general siguen las etapas siguientes; tostación, lixiviación neutralización; alcalina o
ácida, extracción por solvente, intercambio iónico y precipitación, estando entre
ellos: Pyrih, 1978; Hahn, 1987; Martínez, 1994; (Shieldalloys Metallurgical
Corporation. Ferroalloys & Alloying Additives Online Handbook. Htm, Mayo
2003).Estos procesos necesitan suministros especiales como son las sales alcalinas
tales como carbonato de sodio que cada año incrementa su precio y en Cuba es
limitada su producción y no se abastece al país con las producciones actuales. Por
lo que es necesario analizar otros métodos para el tratamiento de residuales
catalíticos base óxido de vanadio, que permita de forma directa la obtención de
cargas aleante para cargas aleantes de consumibles de soldadura y que las
materias primas a utilizar existan en el país con bajos precios.
�10
1.3.2. Métodos para la reducción del óxido de vanadio (V)
Otros tratamiento para los residuales catalíticos base óxido de vanadio, se tienen en
los procesos por reducción, siendo los más utilizados, los que se efectúan con los
reductores sólidos tales como; el silicio, el aluminio, el carbono éste último en sus
diferentes formas: grafito, antracita, hulla, según López, 1990 y Hajim, 1986, la
reducción de los óxidos de vanadio ha sido estudiada por muchos autores (Carlson,
1981; Emlin y Gacik, 1974; Riss, 1980). En la práctica mundial la producción del
ferrovanadio
comercial
se
realiza,
mediante
la
reducción
con
aluminio
fundamentalmente para producir un ferrovanadio con bajos contenidos de carbono.
Se considera que la reducción por carbono del óxido de vanadio (V) presente en los
residuales catalíticos, hasta ahora ha sido estudiada insuficientemente.
1.2.3. Método de reducción carbotérmica para el óxido de vanadio
La producción de ferrovanadio a partir de la reducción del óxido de vanadio
(técnicamente puro) con carbón según S. Martínez en su trabajo en 1994, se puede
realizar de forma controlada en horno de arco eléctrico o en horno de plasma. En la
obtención del ferrovanadio se introducen los materiales de la carga directamente en
la zona de altas temperaturas en condiciones altamente reductora, la carga
generalmente consiste en una mezcla de partículas finas del material que contiene
vanadio, la fuente de carbón, chatarra de hierro como fuente de hierro y los
fundentes, lográndose en este proceso metalúrgico la formación de una escoria, una
ferroaleación y la producción de gases durante el proceso. La reducción de los
óxidos de vanadio por el carbono según Emlin y Zacuk , 1974, se produce según
las reacciones siguientes:
1/5 V2O5 + C = 2/5 V + CO
(1)
1/5 V2O5 + 7/5 C = 2/5 VC + CO
(2)
Como se observa el proceso de reducción del óxido de vanadio (V) sin otro
elemento que lo acompañe va directamente a la formación del VC. Cuando no
existe fuente de hierro en el proceso de reducción, como en el caso que se procesé
directamente el residual, se formaría un compuesto de vanadio en unión con el
silicio que lo acompaña. Según Edneral, 1977 y corroborado por Quintana, et. at.,
�11
2004, con el tratamiento del residual catalítico con carbono: No se formó aleación
alguna, sino sólo un siliciuro de vanadio.
Según Riss, 1975, en la producción de ferrovanadio a partir del proceso de
reducción con carbono no ha tenido aplicación en la antigua Unión Soviética, se
reporta por este autor, que en la fábrica de Construcción de Maquinaria de
Zaparoschi se desarrollo de forma experimental, la fabricación de ferrovanadio con
alto contenido de carbono y manganeso, para utilizarlo directamente en la
fabricación de acero al manganeso tipo Hadfield. La ferroaleación obtenida tiene
una composición química; 76% de manganeso 2,8% de vanadio, 6% de carbono,
0,4% silicio, 0,15% de fósforo y el resto hierro, teniendo una extracción de vanadio
entre el 87 al 92 %.
1.4. Otros minerales acompañantes en la carga
Para la selección de otros materiales de carga se tiene en cuenta los contenidos de
azufre que acompaña el residual catalítico, así los elementos necesarios para la
formación de la aleación, siendo imprescindible el empleo de otros minerales
acompañante como son; la cromita refractaria cubana como fuente de hierro y del
carburo de cromo, utilizados tradicionalmente en la formulaciones de electrodos
para recargue duro. La caliza como elemento desulfurante, el coque como excelente
agente reductor y la fluorita por su influencia positiva en los procesos en las
escorias.
1.4.1. Espinela cromífera como fuente de cromo
En Cuba los yacimientos más importante de cromita (espinela cromífera) se
encuentran en el macizo Mayarí – Baracoa, que forma parte de la unidad tectónica
anticlinal oriental, según los estudios de Proenza, y Leyva, 1997, Muñoz, 2004. La
cromita refractaria cubana se caracteriza por su composición química como se
muestra en la tabla 1 de los anexos, teniendo una relación Cr2O3 / FeO de 2.26. La
composición química de la cromita refractaria está formada aproximadamente por el
50% de los óxidos de Al2O3, MgO y SiO2 con una relación de Al2O3:MgO:SiO2 igual
a 1:0,6:0,2.
�12
1.4.2. Método de reducción carbotérmica de la cromita
Durante la reducción del cromo en presencia de hierro en los trabajo de Castellano,
et. at., 1986 y Perdomo, 1999, se producen rendimientos metálicos significativos, en
este caso el hierro actúa como colector del cromo lo que favorece el aumento de la
velocidad de reducción del cromo y su recuperación. Durante el proceso de
reducción-fusión de la carga, se ha comprobado que con el aumento de la
temperatura la reacción se desplaza hacia la formación del silicio metálico que pasa
a la aleación. La formación de los carburos de cromo durante el proceso de
reducción-fusión de la cromita es inherente a este proceso. La formación de la fase
de carburos garantiza el desarrollo del proceso de reducción del óxido de cromo y
por lo tanto va a definir la eficiencia del proceso según se reporta en los trabajos de
Emlin y Zacuk, 1974 y de Castellano, 1986, las reacciones que rigen el proceso de
formación de los carburos de cromo durante la reducción son las siguientes;
23/5Cr(s) + C = 1/6 Cr23 C6(s)
(3)
7/3Cr(s) + C = 1/3 Cr7 C3(s)
(4)
3/2Cr(s) + C = 1/2 Cr2 C2(s)
(5)
Durante el proceso de reducción de la cromita según se reporta por Arangurent,
1963 y Riss, 1975, sucede que se forman carburos de hierro a partir del óxido de
hierro con una gran eficacia entre el 95 y 97 %, simultáneamente con la reducción
del óxido de cromo se llega a recuperar entre el 90 – 92 % de este metal,
formándose un carburo complejo de hierro y cromo.
En 1992 el Centro Nacional de Investigaciones Metalúrgicas de España y el Centro
de Investigaciones Siderúrgicas de Cuba desarrollaron investigaciones conjuntas en
horno de plasma para la obtención de ferrosilicocromo a partir de finos generados en
el beneficio de las cromitas refractarias de la zona Moa-Baracoa, en mezclas con
serpentina niquelífera, cuarcita y magnesita indistintamente, lográndose obtener un
producto no estandarizado de 45,92 - 51,25 % de cromo, 8,48 - 15,76 % de silicio y
4,20 - 5,65 % de carbono.
En los trabajos desarrollados sobre las cromitas refractarias cubanas Perdomo,
1999 y Quintana, 1999, 2002 y 2004, se estudia el proceso de reducción
carbotérmica de la cromita refractaria cubana, obteniéndose ferrocromo de alto
�13
carbono para la formulación de cargas aleante de un fundente aglomerado para ser
utilizado en la soldadura automática con arco sumergido, obteniendo contenido de
carbono de 5,2 a 6,0 %, llegando la recuperación del cromo hasta el 90 %, se
empleo la escoria obtenida como matriz para el fundente, con lo que se logra un
mayor aprovechamiento del cromo disminuyendo las perdidas del metal.
A partir de los resultados anteriores se puede asegurar que las cromitas refractarias
cubanas son adecuadas para la producción de ferrocromo de alto carbono siempre
que se utilice una composición de carga que permita valores aceptables en la
recuperación del cromo.
1.4.3. Caliza
La caliza es una roca cuyo componente mineral principal lo constituye la calcita con
el 90 - 92%. La caliza pura está formada por 56% de CaO y 44% de CO2. La caliza
es un portador de CaO siendo un óxido básico en la formación de la escoria, se
utiliza mundialmente como desulfurante y formador de escoria en los procesos de
obtención de aleaciones por su eficacia y su bajo costo. Como el residual catalítico
objeto de estudio, tiene en su composición una cantidad apreciable de azufre es
importante tener en cuenta esta característica de la caliza para la conformacion de
carga metalúrgica. La desulfuración con cal o la caliza según Kudrin, 1989, se puede
definir como sigue:
FeS + CaO = CaS + FeO
(6)
Cuanto mayor sea la actividad del CaO en la escoria y menores sean las actividades
del FeO y el azufre tanto menos azufre quedará en el metal, esto se logra al
aumentar la basicidad de la misma. Con el aumento de la basicidad de la escoria el
coeficiente de distribución del azufre ηs = (S) / [S] crece, por lo que el contenido del
azufre en el metal disminuye.
En el trabajo de Cruz, 2001, se empleó la expresión 1, desarrollada por
(Podgayeskii, 1988), que considera la conversión de la masa porcentual en
molecular directamente, llegando al criterio de ser más precisa, puesto que en ello
se define en mayor grado la participación de cada uno de los óxidos.
�14
B=
0.018CaO + 0.025MgO + 0.006CaF2 + 0.014( Na 2 O + K 2 O ) + 0.007(MnO + FeO )
(1)
0.017 SiO2 + 0.005( Al 2 O3 + TiO2 + ZrO2 )
Donde: Concentraciones de los componentes, se expresan en %
Tanto en los procesos metalúrgicos de fusión, como en los fundentes de soldadura
para arco sumergido y en los revestimientos para electrodos de soldadura, la caliza
se adiciona en calidad de fundente básico y formador de gases protectores del
depósito durante el desarrollo del cordón de soldadura.
1.4.4. Fluorita
La temperatura de fusión relativamente baja, provoca que al fundirse la fluorita
produzca un desplazamiento apreciable de las isotermas de las fases del sistema de
óxidos en los diagramas ternario del tipo MgO-SiO2-Al2O3 hacia temperaturas
menores según Kornaraki, 1977. La fluorita se considera un fundente por excelencia
para los procesos de fusión de minerales y aleaciones, aumenta la fluidez de la
escoria acelerando el proceso de fusión, se utiliza en los procesos metalúrgicos en
calidad de fundente neutro, no realiza actividad química en los baños fundidos.
Según Kudrin, 1989, ella realiza la función de regulador, pasando a la escoria como
un modificador de funciones. La fluorita se utiliza en los sistemas complejos de
óxidos, en la confección de los revestimientos para electrodos para la soldadura
manual por arco, lo cual favorece sus funciones metalúrgicas durante el proceso de
soldadura.
1.4.5. Coque
La mayor aplicación del coque se realiza en la industria metalúrgica en calidad de
reductor, combustible como se analizo por Zachfara, 1981, no obstante una parte del
carbono que contiene, pasa a la aleación de hierro formando carburo y se disuelve
en el hierro. Se considera un carbón coque de buena calidad siderúrgica cuando
tiene una composición química con: carbono 96,5%, hidrogeno 0,3%, nitrógeno
1,3%, oxígeno 1,3%, azufre 0,6% y entrega un calor específico de 27,5 MJ por kg.
�15
1.5.
Afectaciones al medio ambiente por gases durante el tratamiento del
residual
El efecto de SO2 sobre el ecosistema que abarca problemas en las vías
respiratorias y gastrointestinales, el efecto más visibles e inmediato se observa
sobre áreas urbanas y forestales con niveles de contaminación altos, como
consecuencia de las llamadas lluvias ácidas que pueden precitar a grandes
distancias del foco fijo de emisión de SO2.
La limpieza de gases con contenidos apreciables de óxidos de azufre, es una de las
variantes más utilizadas en las centrales termoeléctricas y en otros procesos
industriales, siendo el uso de torres lavadoras de gases con lechada de cal las de
mayor empleo. Una muestra de ello se tiene en la desulfuración de los gases en los
Estados Unidos, donde el 90% de las tecnologías empleada en la limpieza de los
gases de la combustión en plantas industriales, utilizan el proceso húmedo con
lechada de cal, llegando al 95% el uso del proceso cal-caliza en la limpieza de los
gases con óxidos de azufre (Corbitt, 1999).
CAPITULO II. MATERIALES Y METODOS
La selección de los componentes de las cargas metalúrgica son la clave para
producir bajos consumos energéticos y altas extracciones de los valores metálicos
presentes en la carga, para lo que se tiene cuenta que los elementos tengan las
cualidades de: fundentes y formadores de escorias; estabilizadores del arco
eléctrico; agentes reductores; aceleradores del proceso de desulfuración y
formadores de la ferroaleación.
2.1. Métodos para análisis experimentales
2.1.1. Métodos de análisis químico para el residual catalítico
La fuente de vanadio empleada en la investigación procede de los residuales
catalíticos de la Empresa “Pedro Soto Alba”, donde se utiliza el óxido de vanadio (V)
para el proceso de catálisis en la producción de ácido sulfúrico. El análisis químico
del residual catalítico se realizó en un equipo de Absorción Atómica marca UNICAM
�16
LIMITED, modelo 929 / 107 INC. Para el análisis para el azufre se utilizo el método
gravimétrico según Norma Empresarial NRIB 968-87, con precisión de 0,01%.
2.1.2. Métodos de análisis por difracción por rayos X
Para los ensayos de difracción de Rayos X, para las materias primas y los
productos obtenidos durante el proceso de reducción-fusión se utilizó el
Difractómetro HZG–4A de la firma Freiberger Prezisionsmechnik. En los ensayos se
empleó la radiación de un tubo de cobalto, con longitud de onda (λ) de 0,179021nm
(1,79021Å), Las mediciones se realizaron
desde un valor angular de 2θ = 40o
hasta 2θ = 120o. La velocidad angular y el paso empleado fueron de 1o / min y 0,01o
respectivamente.
2.1.3. Método para el análisis químico de las escorias y las aleaciones
La caracterización química de los productos que se obtienen durante el proceso de
reducción carbotérmica se realizó con el empleo del Espectrómetro de
Rayos X, tipo Phillips PW 2404, tubo de Rayos X Super Shard de 4KW, con
posibilidades de determinación analítica desde el boro hasta el uranio. En todas las
determinaciones se empleó el sistema de validación analítica desarrollado por Pérez
A., 2005. En la determinación del carbono y azufre se utilizó el analizador continuo
de carbono y azufre, modelo CS MAT-6500, marca JUWE.
2.1.4. Análisis microestructural y de microanálisis de fase
Para el análisis microestructural en los depósitos de soldadura se empleó un
microscopio electrónico de barrido (MEB) marca Phillips modelo EP- 536, para la
determinación de los microanálisis se utilizo un emisor por plasma acoplado del tipo
(Equipo spectroflame) modelo TMAQ-023 (ASTM E 1097-97).
2.1.5. Ensayos de macrodureza y microdureza
Los ensayos de macrodureza y microdureza realizados a los depósitos de soldadura
de las corridas B y D se desarrollaron de acuerdo a las normas cubanas NC 0563:85, NC 04-11:72. La determinación de la dureza del cordón depositado se realizó
sobre una probeta según la especificación de la AWS SFA-5.13. El diseño de la
probeta se muestra en la figura 8 de los anexos.
�17
En la medición de la macrodureza se empleó un durómetro universal marca Heckert
modelo WPN, escala Vickers y con prisma de diamante. La carga aplicada fue de 10
Kg (100 N) y el tiempo de aplicación fue de 10 s.
La determinación de la microdureza se realizo en un microdurómetro Shimadzu,
utilizándose un penetrador de pirámide de diamante, con una apreciación para la
medición de la huella de 0,0005 mm. Se utilizó una carga 0,49N (0,05Kg) y un
tiempo de aplicación de la carga 15 s.
2.1.6. Ensayo para determinar el desgaste abrasivo en el depósito de
soldadura
Para el ensayo de desgaste se utilizó la instalación experimental del tipo PIN –
DISCO ABRASIVO según la Norma de la ASTM, G 99-2000, acoplada a un torno
mecánico en el laboratorio de tribología de la Facultad de Ingeniería Mecánica de la
Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.
Dicha instalación permite simular a nivel de laboratorio el mecanismo de desgaste
abrasivo. El valor inicial de este procedimiento de ensayo radica en que predice una
clasificación jerárquica relativa de materiales (Rodríguez, 1991; Álvarez, 1996). Este
procedimiento de ensayo impone condiciones que causan las pérdidas de masa: los
materiales a ensayar por este método deben tener alta resistente a la abrasión. Una
vista de la instalación se muestra en la figura 7 de los anexos. Se utilizó el método
gravimétrico por diferencia de pesadas recomendado por Álvarez y González, 1995
y Hernández, 1998, aplicando la expresión 2.
PP = Go – Gf
(2)
Donde:
PP: Desgaste gravimétrico, en (g)
Go: Peso inicial, en (g)
Gf : Peso final, en (g)
Las características para las probetas del ensayo se realizaron a partir de la norma n
ASTM, G 99-2000
2.2. Materiales empleados para obtención de la aleación
2.2.1. Caracterización del residual catalítico
�18
La composición química de las muestras tomadas aparece en la tabla 1 de los
anexos. Se aprecia que los componentes mayoritarios del residual lo constituyen: el
óxido de silicio, el azufre y el agua, los que representan el 78,1 % de la composición
química del mismo. Para analizar el comportamiento del residual catalítico durante
el calentamiento, se sometió a un proceso de calentamiento a diferentes
temperaturas para determinar las perdidas en peso. La figura 1b muestra el
difractograma de la muestra tratada a 800 ºC. Se observa que no existe la presencia
de reflejos que caracterizan la fase de azufre, considerando la no existencia de este
elemento en el residual a esta temperatura; sin embargo se presenta un patrón de
difracción caracterizado por reflejos bien definidos según las tarjetas PDF 18-1170
de la fase óxido de silicio como la fase representativa del soporte y los reflejos que
caracterizan el óxido de vanadio según la tarjeta PDF 42-876.
2.2.2 Otros minerales de adición
En la conformación de la carga del proceso de reducción carbotérmico, se tiene en
cuenta la viabilidad técnico-económica del proceso teniendo en cuenta la
composición química del residual catalítico y las posibilidades de suministros de los
materiales de carga necesarios, así como los resultados obtenidos por Riss y
Khodorosky, 1975; Perdomo, en 1999; Cruz, 2004; Morales, 2002 y 2004, con el
uso de estos materiales en la fabricación de ferroaleaciones. Estando entre ellos la
cromita refractaria cubana, caliza, fluorita y el coque, la composición química se
muestran en la tabla 1 de los anexos.
2.3. Planificación del diseño de experimento para el proceso de reducción
carbotérmico
Un aspecto novedoso del trabajo es la posibilidad de la sustitución de la arena sílice
empleada como fundente en la fabricación de ferrocromo como se hace
habitualmente, por el óxidos de silicio que contiene el residual catalítico que
representa el 47,6 % de su composición, garantizando una relación cromita /
residual catalítico de 2,17, para una composición química de la escorias de 37% de
SiO2; 33% de Al2O3 24% de MgO, esta composición se indica por las líneas en el
diagrama ternario de la figura 2 en el anexo, situándose el intercepto en la zona de
espinela a una temperatura de 1 680 oC.
�19
Para el desarrollo del plan experimental se utilizó el diseño experimento para
mezclas empleado por (Perdomo, 1999; Cruz, 2000 y 2001 y Morales, 2002 y
2005), para el tratamiento de los materiales seleccionado en la investigación, donde
los factores del sistema son conocidos y tiene como característica particular la
restricción, de que la suma de todos los componentes no puede exceder el valor de
1 ó 100 % (condición de normalidad) de la mezcla. Se utilizan como variables
independientes los componentes que influyen directamente en el proceso de
reducción-fusión-afino, siendo ellas el coque el cual se dosifica para garantizar la
reducción, la caliza como elemento para la formación de escoria y la desulfuración,
la fluorita que mejora los procesos en la escoria e influye en la disminución de su
temperatura de fusión. La zona restringida seleccionada para cada una de las
variables independientes según la influencia de cada de los componentes
seleccionados como variables de entrada en el plan experimental son las siguientes:
•
Calcita,,,,,,,1,5 ≤ X1 ≥ 5,0
•
Fluorita,,,,,,1,0 ≤ X2 ≥ 7,0
•
Coque……9,0 ≤ X3 ≥ 12,5
Con la selección de la zona de restricción del sistema de las variables X1, X2, X3, se
aplica el diseño para mezclas con restricciones del tipo Mc Lean Anderson.
2.2.1. Construcción de la matriz experimental
El diseño Mc Lean Anderson nos permite procesar mezclas restringidas de forma
satisfactoria, cada restricción posee dos valores definidos el valor máximo y el valor
mínimo, para cada variable de entrada como se muestra en la tabla 2 en el anexo.
La cantidad de experimentos iniciales queda determinada por la cantidad de
componentes atendiendo a la expresión 3:
N = q ∗ 2 q −1
(3)
Donde; q es la cantidad de componentes.
En este caso (tres componentes) la matriz inicial quedaría con 12 corridas
experimentales, como se muestra en la tabla 3 de los anexos. Como resultado la
matriz del diseño se reduce a seis puntos. La última etapa de la construcción del
diseño se decide añadir a la matriz final un nuevo punto. Como resultado de ello la
�20
matriz final del experimento queda con 7 puntos o corridas experimentales, cuyos
valores se muestra en la tabla 4 de los anexos. Quedando la carga metalúrgica de
acuerdo a la capacidad del horno por arco en 3 588 g, considerando, además la
caliza, la fluorita, el coque y la relación cromita, residual catalítico en 2,17, lo que
hace que la cantidad de cromita en la carga sea de 2 000 g, para el residual
catalítico de 920 g.
Para el procesamiento de los resultados del plan experimental es necesario definir
las variables de respuesta, donde las variables de entrada X1, X2 y X3 definen el
comportamiento que se produce durante el proceso de reducción carbotérmico
conjuntamente del residual catalítico y la cromita refractaria en el horno de arco
eléctrico. Por lo que se toman como variables de respuestas las siguientes:
Y1 - Cantidad de cromo en la aleación en %.
Y2 - Cantidad de vanadio en la aleación en %.
Y3 - Cantidad de azufre en la aleación en %.
2.4. Procedimiento para la obtención de la aleación
El proceso de reducción-fusión se desarrollo en tres etapas básicas; preparación de
la carga, fusión – reducción vertido.
2.4.1. Preparación de la carga
Los parámetros de granulometría para la preparación de la carga se utiliza los valor
de tamaño de partícula propuestos por Cruz, en 2000 y 2001, para que ocurran
perdidas mínima por arrastres de las mismas durante el movimiento de los gases
que salida del horno, estableciendo como diámetros mínimos para los materiales de
la carga con 0,026 mm para la caliza y de 0,024 mm para la fluorita, por ser estos
los componentes de menor peso especifico en la carga.
La caliza se utiliza con una granulometrías entre 1 a 5 mm. La fluorita se utilizó
menor a 2 mm. El residual de coque se empleo la granulometría entre 1 a 5 mm, lo
que permite un compromiso entre la reactividad y la superficie especifica del grano.
La cromita se utilizó como se suministra comercialmente la arena para fundición
entre 0,25 a 1,0 mm. El residual catalítico se empleó tal como sale de servicio con
�21
granulometría mayor de un milímetro y los pellet de 5 y 10 mm de diámetros y 10
mm de largo. Luego de preparada la carga se mezcla durante 30 minutos en un
mezclador de tambor giratorio como recomiendan Gómez, 1995, Perdomo, 1999 y
Cruz, 2001.
2.3.1. Proceso de fusión – reducción
El tratamiento de las cargas calculadas según la tabla 4 de los anexos, se
selecciono el proceso de fusión en un horno de arco eléctrico con crisol de grafito,
acoplado a una fuente de corriente continua del tipo Mansfield G 1000 V/S de 1000
A y 48 V. Los parámetros de trabajo del horno durante todas las coladas fue de 30
V con 500 A, los que fueron establecidos para el tratamiento de una mezcla con
mineral de cromita refractaria cubana y otros minerales por Perdomo, 1999. Estando
conectando el electrodo al polo positivo y el crisol al negativo, con el objetivo de
aumentar la vida útil del crisol y se produzca mayores temperatura en la escoria,
con estas características el horno permite trabajar a temperaturas entre 1 600 oC a
1 850 oC, siendo el volumen libre del crisol del horno de 1 439 dm3. El proceso se
continúa con la alimentación de las cargas en porciones que se adicionan a medida
que se va fundiendo la misma. El tiempo para el proceso de obtención de la
aleación en el horno eléctrico de arco tuvo una duración de sesenta minutos.
2.3.3. Vertido
El vertido al agua de los productos del proceso desde el horno de arco se hace
desde una altura entre 0,5 - 0,6m, en una cubeta rectangular que se coloca debajo
del horno, realizándose a razón de 1- 1,5 l / min, durante el vertido de la masa
fundida la temperatura del agua en la cubeta nunca sobrepaso los 60 oC. Durante el
vertido se generan altas tensiones internas durante el proceso de solidificación de la
aleación aumentando la fragilidad lo que favorece la trituración, la escoria durante el
enfriamiento rápido en el agua desde las altas temperatura se vuelve esponjosa
alcanzando un alto grado de amorfismo, teniendo un aspecto vítreo - porosa de fácil
trituración, de forma similar a lo especificado en los trabajos de Quintana, 2002.
Luego se elimina el agua de la cubeta y los productos obtenidos se someten a un
�22
proceso de secado en una estufa a 120 OC durante 2 h con altura de capa de 50
mm, según recomiendan Gómez, 2000 y Cruz, 2001.
2.5. Procedimiento para la evaluación de la aleación como carga aleante de
electrodos tubulares
2.5.1. Características de las carga aleante para electrodos tubulares
Uno de los aspectos fundamentales en el desarrollo de los consumibles de
soldadura es la naturaleza de la carga aleante, la cual decide en gran medida las
propiedades mecánicas fundamentalmente del deposito de soldadura, como ocurre
con la resistencia al desgaste de las piezas.
2.5.2. Procedimiento para fabricar el electrodo tubular revestido
El electrodo de alambre tubular consiste en una envoltura o cinta de acero de bajo
carbono que cubre o envuelve el núcleo donde se coloca la carga aleante, como se
muestra en las figura 3 y 4 de los anexos. En la elaboración del alambre tubular con
el primer paso de perfilado, se obtiene un perfil en forma de canal el cual se llena
con la carga aleante mediante un sistema alimentador-dosificador acoplado a la
instalación. El cierre sin soldadura se utiliza a tope como aparece en la figura 3 de
los anexos, con un diámetro de electrodo de 3,2 mm, valor recomendado por
Rodríguez, 1992; Rivera, 2003; Morales, 2005, para la evaluación de las cargas
aleantes en electrodos tubulares. En la conformación del electrodo tubular se
empleo una cinta de acero al carbono del tipo AISI / SAE de 0,5 x 15 mm, con una
composición química de; C: 0,085 %; Si: 0,27 %; Mn: 0,55 %; P: 0,035 %; S: 0,04%;
Cr: 0,1%.
2.5.3. Preparación de la carga aleante para el electrodo
En la preparación de la carga aleante de los electrodos tubulares se utiliza la
granulometrías entre >0.08 mm y <0.25 mm, según los resultados de las
investigaciones de (Rodríguez, 1992 y 2002, Marcelo, 1999 y Rivera, 2003), lo que
garantiza un alto coeficiente de llenado del electrodo y buena apariencia superficial
sin deformación en las paredes del tubo durante el trefilado. Una vista de la
maquina conformadora del alambre tubular se muestra en la figura 5 el anexo.
2.5.4. Coeficiente de llenado del electrodo tubular
�23
En la selección del coeficiente de llenado de los electrodos tubulares se toman entre
0,40 a 0,5, según los resultados obtenidos por Rodríguez, 1992, 2002, y Marcelo,
1999, en el se expresa la relación en peso de la carga aleante con respecto al peso
total del electrodo, para una longitud dada, la que se expresa por la ecuación
siguiente:
Cll = Pc / Pe
(4)
Donde:
Cll - Coeficiente de llenado
Pc - Peso de la carga aleante, en g
Pe - Peso del electrodo, en g.
2.5.5. Selección del revestimiento del electrodo tubular
En la selección de los materiales para el revestimiento del electrodo se tuvo en
cuenta las propiedades físicas que deben tener las escorias en el proceso de
soldadura para recargue de superficie. Para el revestimiento de los electrodos a
fabricar, se selecciono el revestimiento desarrollado por Rodríguez, 1992 a y
utilizado por Rivera, 2004, los que tienen altas prestaciones en la calidad del metal
depositado, siendo un revestimiento de carácter básico, mostrándose su
composición en la tabla 6 de los anexos.
2.5.6. Procedimiento para realizar el depósito de soldadura
Para la realización del deposito de soldadura en la evaluación de los electrodos
tubulares, se selecciono la intensidad de corriente entre 100 a 110 A, donde se
logra un arco estable. Se utiliza polaridad invertida para lograr las mejores
características del depósito con el revestimiento básico, el cordón se depositó sin
precalentamiento. El deposito de soldadura para la evaluación en los diferentes
ensayos se realizaron sobre la probeta normada en la especificación de la AWS en
la especificación SFA - 5.13, la que se muestra en la figura 8 de los anexos.
�24
CAPITULO III. RESULTADOS EXPERIMENTALES Y SU DISCUSION
En este capítulo se exponen los resultados derivados del trabajo experimental y se
establecen los criterios que corroboran la veracidad de la hipótesis científica
declarada.
3.1.
Caracterización de las escorias
En las escorias obtenidas se realiza el análisis de difracción por rayos X, todos los
difractogramas mostraron alto grado de amorfismo, en la figura 3 del anexo, se
aprecia la correspondiente a la corrida D. Se determinó como fase más
representativa de las escorias a la de espinela del tipo MgAl2O4, según los datos de
la tarjeta PDF 21-1152 reportada por la cartoteca Mineral Powder Diffraction File,
1980, que coincide aceptablemente con los valores de d(Å) y Ir representado en
difractograma y se caracteriza por los valores d(Å) = 2,437 (100); 2,020 (65); 1,554
(45); 2,858 (40) y 4,660 (35), con valores de Dx = 3,5675 g / cm3 y un parámetro de
la red ao = 8,086 Å. Las escorias formadas se caracterizan por tener en su
composición química, según se refleja en la tabla 7 de los anexos, por encima al 75
% de los óxidos de SiO2, Al2O3, MgO. En esta tabla se aprecia lo efectividad del
proceso de desulfuración, debido a la retención del azufre en la misma, variando los
contenidos de este elementos entre el 1,8 y 2,7%, Se destaca, por lo tanto, el papel
que juega en el proceso la caliza y fluorita empleadas, Una muestra de las escorias
obtenidas se presenta en la fotografía de la figura 10 de los anexos, caracterizada
por una coloración gris-azul y una masa porosa.
3.2. Caracterización de las aleaciones
Durante el proceso de vertido en agua de la masa de aleación se desarrolla un
aumento considerable en el grado de deformación reticular, así como sustituciones
isomórficas de diferentes magnitudes de hierro y cromo por vanadio y de carbono
por silicio en el compuesto base (Cr,Fe)7C3, formando un compuesto complejo
predominantemente
del
tipo
(Fe,Cr0,9V0,1)C0,5Si0,25
→
[(Fe4Cr3,6V0,4)C2Si]
presentando una estructura hexagonal deformada, lo cual pueden resumirse las
características químicas en las formulas estequiométricas anteriores y las fases por
un espectro característico especificado por bandas y líneas anchas de mayor
intensidad expuestas en el difractógrama de la figura 11 y en la tabla 8 de los
�25
anexos, la muestra de la aleación de la corrida D se muestra en la figura 10 de los
anexos. Se estableció por Kadapmetov, 1982 que a temperatura de 1 200 ºC se
forma el carburo (Cr,Fe)3C2, en una red rómbica con los parámetros (a = 2,31, b =
5,52, c = 11,46) y a temperatura de 1 300 ºC se forma el carburo (Cr,Fe)7C3 con red
hexagonal con los parámetros de (a = 13,98, c = 4,52). La composición química se
muestra en la tabla 9 de los anexos.
Se considera que con los resultados de la caracterización por difracción por rayos X
y la composición química para las escorias y las aleaciones, cumple lo esperado
para la planificado de experimento realizado a partir del de diseño para mezclas
empleado.
En la tabla 10 de los anexos, se aprecia el comportamiento del balance de masa de
los productos que salen del horno a partir según Castellanos, 2001. Comportándose
el rendimiento para las aleaciones señaladas el 23, 64 % y 25,0 % con relación a la
carga alimentada al horno. En estos resultados se tiene que tener en cuenta que
existen varios componentes de las cargas formadores de gases.
De las aleaciones obtenidas a partir de la metodología empleada. Se deciden
seleccionar las corridas B y D, para la evaluación como cargas aleantes en los
electrodos tubulares a fabricar. Siendo significativo para la aleación B que tiene los
menores contenidos de cromo y vanadio y la aleación D tiene los mayores, así
como los contenidos de carbono, azufre son similares y los de silicio no difiere
mucho entre una y otra. La alto recuperación del cromo y del vanadio se debe a la
eficacia del proceso de reducción-carbotérmica para las cargas metalúrgicas
establecidas por el diseño de experimentos. Los rendimientos para el cromo y el
vanadio en las aleaciones B y D, se ofrecen en tabla 11 de los anexos, influyendo
en estos resultados, el desarrollo estable de las corridas en el horno de arco
eléctrico. En la recuperación del cromo y el vanadio influyo el contenido de fluorita y
coque en estas cargas. En la obtención de los ferrocromos de alto carbono, el
rendimiento del cromo cuando se procesan cromitas metalúrgica, según (Edneral,
1977; Riss, y Khodorosky, 1975), se encuentra en el 90 %, siendo el mismo
reportado por Perdomo, et. at. 2003, para la cromita refractaria cubana, según Riss
y Khodorosky 1975, la recuperación del vanadio durante la fabricación de
�26
ferromanganesovanadio, es de 87 y 92%. En la trituración de las aleaciones B y D,
se obtuvo el 87 % con granulometría entre +0,08 y -0,25, con solo el 13 % con
granulometría de -0,18, corroborando estos niveles de trituración el alto grado de
fragilidad de las mismas, que se produce por el vertido en agua de la masa fundida.
3.2.1. Recuperación del cromo en la aleación
Para los cálculos estadísticos de los resultados se toman los niveles de confiabilidad
del 95%, el procesamiento estadístico se realizo utilizando el Software
STATGRAPHICS PLUS versión 4,1 sobre Windows.
Los resultados experimentales para los contenidos de cromo se muestran en la
tabla 9 de los anexos, donde se aprecia que los mayores contenidos, se obtiene en
la corrida D, alcanzando 49,0 %. Las variables independientes en esta corrida son;
1,9% de caliza, 4,3 % para la fluorina y 12,3 % de carbón. El comportamiento para
la recuperación del cromo se obtuvo a partir del modelo estadístico 5.
Y1 = 1,86465*Caliza +2,1456*Fluorita + 2,90698*Coque
(5)
En el modelo estadístico para la recuperación del cromo, tiene un comportamiento
lineal con un valor de R2 igual a 97,9909. Los resultados estadísticos para el modelo
25, demuestran que a partir del factor p-value en la tabla 12 de los anexos, existe
una alta correlación en todas las variables y un nivel de confianza por encima del
95 %. Este modelo cumplió satisfactoriamente con las pruebas estadísticas para su
validación.
La variable independiente de mayor significación es el coque, al ser el mayor
coeficiente en la ecuación del modelo. Cuando ocurre la reacción de reducción con
la formación de los carburos aumenta la recuperación del cromo aspecto
comprobado anteriormente durante la caracterización de las aleaciones. Según en
el trabajo de Golodov, 1995, se obtuvieron valores de recuperación del cromo
similares. Con menor influencia en el modelo están los coeficientes para la caliza y
la flluorita, estas variables influyen poco en la reducción.
3.2.2. Recuperación del vanadio en la aleación
El comportamiento de la recuperación del vanadio a partir de las cargas
establecidas por el diseño de experimento fue obtenido a través del modelo
estadístico, a partir de los datos reflejados en la tabla 9 de los anexos.
�27
Y2 = 0,131923*Caliza + 0,221923*Fluorita + 0,29681*Coque
(6)
Como se4 aprecia en la expresión del modelo estadístico la recuperación del
vanadio tiene un comportamiento creciente siguiendo una ley lineal con un valor de
R2 de 98,75 %, con alta correlación entre las variables independientes establecidas.
El modelo cumplió todas las pruebas estadísticas para su validación como se
muestra en la tabla 13 de los anexos.
Del modelo 6, se establece que la variable independiente (caliza) es la que menor
influye en el proceso de reducción del óxido de vanadio (V), siendo este un
resultado esperado. Para el coque el coeficiente en la ecuación es más acentuado,
por ser este un componente determinante en el proceso de reducción del óxido de
vanadio (v). La influencia del contenido de coque en la carga se muestra en la figura
13 de los anexos, donde se observa que a medida que aumenta este, se incrementa
la recuperación del vanadio.
3.2.3. Comportamiento de la desulfuración en la aleación
El contenido de azufre en las aleaciones obtenidas oscila entre 0,16 y 0,18 %, su
fuente fundamental es el residual catalítico. Durante el calentamiento de las cargas
metalúrgicas, la mayor parte de este, pasa a la fase gaseosa representando el 85 %
del azufre que alimenta, otra parte menor al 2%, se disuelve en el hierro y la otra se
retiene en la escoria con el 13 %.
El modelo estadístico que obtenidos se refleja en la ecuación 7, nos permite analizar
el comportamiento de proceso de la desulfuración durante el proceso de reducciónfusión en la investigación:
Y3 = 0,0153122*Caliza + 0,0102908*Florita + 0,00548073*Coque
(7)
Como características importantes del modelo, se muestran un comportamiento
creciente y lineal obtenido con un coeficiente de 97,0696. Otro aspecto a destacar
del modelo es que la desulfuración, decrece en la medida que se incrementan los
contenidos de Caliza y Fluorita. Este resultados, corrobora el efecto de estos
componentes analizados anteriormente, sin embargo el coque influye poco. En el
modelo 27, se observa que la mayor influencia en la desulfuración se tiene con la
fluorita. En la tabla 14 de los anexos se muestran los resultados del tratamiento de
estadísticos para el azufre en la aleación. De acuerdo a los resultados reflejados en
�28
esta tabla, el modelo se puede simplificar, ya que el p-value obtenido es de 0,3608
mucho mayor que 0,01, lo que lo hace no siendo significativo para un nivel de
confianza mayor al 90 %.
3.3. Evaluación de la aleación como carga aleante. Caracterización del
depósito de soldadura
Para la confección del electrodo tubular se seleccionaron las aleaciones según el
diseño experimental con el menor y mayor contenidos de cromo y vanadio
correspondientes a las corridas B y D.
La utilización de la aleación como carga aleante proporciona la ventaja de que el
vanadio no se introduzca en forma de vanadio metálico el cual tiene gran afinidad
por el oxígeno a temperaturas relativamente bajas 610 ºC según Emlin y Zacuk,
1974, lográndose mayor eficiencia en los procesos de transferencia de los
elementos al baño fundido durante la formación del cordón de soldadura. El
coeficiente de llenado del electrodo fabricado con la aleación de la corrida D, se
calcula utilizando la ecuación 9, siendo de 0,46.
3.3.1 Caracterización química de los depósitos de soldadura
Se considera que el revestimiento seleccionado garantiza excelentes propiedades
tecnológicas como son; estabilidad del arco, desprendimiento fácil de la capa de
escoria, proceso de desulfuración durante la formación del cordón de soldadura
estando los contenidos de azufre entre el 0,09 y 0,023 como se muestra en la tabla
17 en los anexos, por debajo a lo exigido en la especificación de la AWS SFA-5.13,
el aspecto del cordón se aprecia en la figura 6 de los anexos. Los contenidos de los
elementos en el deposito, hace que los mismos estén cercano al EFeCr-A3 de la
especificación SFA-5.13 de la AWS, con altos contenidos de carburos de cromo y
una matriz de martensita dado a su bajo contenido de manganeso menor al 2 %, el
deposito no es maquinable, tiene cierta fragilidad. El electrodo se recomienda para
su uso en el recargue de superficies de equipos para la trituración de rocas,
martillos de impactos en transportadores.
3.3.2. Análisis microestructural
En el microanálisis EDAX para la fase de la matriz se muestra en las figuras 15 y 16
de los anexos, se reporta presencia de cromo, hierro y silicio,
siendo baja la
�29
presencia del carbono por lo que la fase es una solución sólida en hierro α con
elementos de aleación disueltos en el hierro, lo que fue analizado por Pero-Sanz,
1994. La estequiometría para la solución sólida de la matriz se muestra en la tabla
16 de los anexos. Para la fase de los carburos en los datos mostrados en la tabla
de las relaciones atómicas de las figuras 14 y 17 de los anexos, se calcula las
formulas estequiométricas para los carburos que se forman durante la solidificación
del cordón de soldadura, las que obedecen a una relación estequiométrica típica de
los carburos complejos cuando se normaliza a 23 átomos metálicos quedando la
formula como se muestran en la tabla 15. Los microanálisis arrojan como resultado
principal que los carburos y las matrices obtenidas obedecen a combinaciones
químicas cuyas formulas generales son M23C6 y CrSiFe respectivamente.
3.3.2.1.
Análisis metalográfico del depósito de soldadura
El análisis microestructural arrojó la presencia de dos fases completamente nítidas
siendo las fases definidas de carburos y de la matriz, como se ilustran en las figuras
18 y 19, para cada electrodo fabricado utilizándose aumentos de 2530x. Las dos
muestras evaluadas presentaron características microestructurales similares,
diferenciándose en la cantidad de la fase de carburo de la matriz, influyendo en
estas variaciones en las cantidades de carbono, cromo y vanadio que existen en la
carga aleante.
3.3.2.2.
Determinación de la macrodureza y microdureza en los depósitos
Los ensayos de medición de macrodureza y microdureza, se realizaron de acuerdo
a las normas cubanas NC 05-63:85, NC 04-11:72. La determinación de la dureza
del cordón depositado realizado sobre una probeta según la especificación de la
AWS SFA-5.13, con los electrodos tubulares fabricados a partir de las
ferroaleaciones de los puntos B y D, los valores obtenidos se aprecian en la tabla
18 en el anexo. La microdureza de las fases existentes en el depósito del metal,
permite definir las fases o microconstituyentes donde se realiza el análisis de
microdureza, los valores se muestran en la tabla 18 en el anexo. En la zona 1
marcada en la microfotografía de las figuras 10 y 11 de los anexos, los valores que
se obtienen son característicos de carburos con 1443.3 HV, para el metal
depositado con electrodo de la corrida D. La zona 2 en las microfotografías de las
�30
figuras 18 y 19, los valores obtenidos indican que la fase presenta valores inferiores
de microdureza y en el microanálisis de fase aprecio una solución de hierro con
valores de microdureza de 801.9 HV lo que corrobora la existencia de fase dura
como la martensita.
3.3.2.3. Evaluación del desgaste abrasivo del depósito de soldadura
En la resistencia al desgaste de las aleaciones de hierro-carbono con alto contenido
de cromo, se tiene según el trabajo de Pero-Sanz E., J., A en 1994, que las
propiedades mecánicas como la dureza dependen de las fases, así por ejemplo la la
martensita tiene valores de 720 – 800 HV, Para los carburos que sustituyen los
átomos de cromo por los de hierros tipos (Cr,Fe)23C6 ó (Cr,Fe)7C3 los valores de
dureza son del orden de 1 000 – 1250 HV y estos carburos llegan a la dureza de
topacio escala # 8 de Mohr
Como se aprecia en la tabla 20 de los anexos, los valores de desgaste gravimétrico
obtenidos a partir de los depósitos de soldadura de dos electrodos comerciales y el
fabricado utilizando como carga aleante la ferroaleación de la corrida D, se puede
apreciar como los valores de desgaste menores corresponde al electrodo tubular
fabricado a partir de la ferroaleación, con valores de desgaste gravimétrico de
0,0297 g, menor a las demás pruebas realizada por lo que la carga aleante utilizada
garantiza altos valores de resistencia a la abrasión por lo que se puede utilizar el
electrodo fabricado para el recargue de superficies en piezas que exijan estas
prestaciones en el servicio de desgaste abrasivo.
3.4.
Análisis económico de los resultados
Como se analizó anteriormente, en la evaluación de la aleación en calidad de carga
aleante es factible de uso para la fabricación de los electrodos tubulares para el
recargue de superficie, independientemente de que el consumible desarrollado no
coincide con las composiciones químicas de los depósitos recomendados por la
norma SFA-5.13-2000. Para el recargue de superficies existen muchos electrodos
que no responden a esta norma, sino que son desarrollado por cada fabricante para
propósitos similares, por lo que este electrodo se puede comercializar como un
electrodo tubular cubano para el recargue de superficies con alta resistencia al
�31
desgaste por abrasión. Por lo que se hace necesaria por lo tanto la valoración
económica para los costos de producción para su comercialización en el país.
Este análisis tomando como base fundamental el equipamiento disponible en la
planta multipropósito, según el trabajo de Quintana, 2005, para la fabricación de
consumibles de soldadura ubicada en la Empresa Mecánica “Fabric Aguiar Noriega
de la ciudad de Santa Clara“ que funciona en producción cooperada entre esta
empresa y el Centro de Investigaciones de Soldadura de la Universidad Central de
Las Villas, donde se garantizan volúmenes de producción para satisfacer una parte
de la demanda nacional que sobrepasa las 12 toneladas de varios tipos de
consumibles de soldadura y de aleaciones multicomponentes para cargas aleantes
o de uso directo en los procesos siderúrgicos. La ficha de costo se muestra en la
tabla 21 de los anexos.
CONCLUSIONES GENERALES
1. Es factible el empleo del proceso de reducción carbotérmico, para la obtención
de una aleación compleja con alrededor del 50 % de cromo, el 5,0 % de vanadio
y el 5,7 % de carbono, la que tiene un alto valor metalúrgico para el desarrollo de
cargas aleantes de electrodos para soldadura por arco eléctrico manual, con un
amplio rango de aplicación en el campo del recargue de superficies para el
desgaste por abrasión.
2. Las escorias obtenidas son del tipo MgO-SiO2-Al2O3, las que garantizan
temperaturas de fusión entre los 1 630 a 1 680 ºC. Según lo previsto en el
diseño de experimento. Son de carácter básico- neutro B = 1,05, lo que permite
una adecuada desulfuración de la aleación.
3. Los análisis de difracción con rayos X y de microscopia electrónica de barrido,
demuestran la formación de dos fases bien definidas en la aleación y en el metal
depositado por medio de la soldadura manual con arco eléctrico, siendo de
carburos complejos del tipo (Fe,Cr,V)23C6 y una solución sólida
del tipo
�32
Fe85,64Cr7,58Si6,78. Lo que la hacen idóneas para recargues de superficies de
desgastes por abrasión.
4. El electrodo tubular fabricado a partir de la aleación de la corrida D se puede
utilizarse en las aplicaciones del EFeCr-A3, propuesto por la AWS en la norma
SFA-5.13, para soldadura de recargue superficial. Teniendo similitud sus
estructura metalográfica, siendo bifásica con carburos complejos y martensita.
5. Con los costos de fabricación de los electrodos tubulares a partir de la aleación
obtenida, permite comercializar un consumible de soldadura con alto valor
agregado, haciéndolo competitivo con relación a los electrodos que se
comercializan para propósitos similares en el recargue de superficie sometidas a
desgastes con abrasión. Por lo que la solución propuesta para el tratamiento del
residual catalítico de óxido de vanadio (V), es económicamente factible.
RECOMENDACIONES
1.
Introducir en la planta multipropósito en la Empresa Mecánica de Santa Clara,
el proceso propuesto para la obtención de aleaciones complejas de cromovanadio, para formulaciones de cargas aleantes en consumibles de soldadura.
2.
Aplicar la estrategia metodológica empleada, para el tratamiento conjunto de
otros minerales y el residual catalítico en la obtención de cargas aleantes para
consumibles de soldaduras.
3.
Hacer estudios para la utilización de la aleación obtenida para desarrollar otros
consumibles de soldaduras.
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�ANEXOS
SiO2
S
S
S
SiO2
a. Calentado a 400 ºC
SiO2
SiO2
SiO2
V2O5
V2O5
b. Calentado a 800 ºC
Figura 1. Difractógramas del residual catalítico calentado
�Tabla 1. Composición química de los minerales de la carga
Mineral
Componentes
Caliza
Fluorita
Catalizador
Cromita
Coque
Ceniza
coque
SiO2
0,34
3,2
47,6
5,8
0
88,1
Al2O3
0,23
0,35
1,6
26,5
0
0
FeO
0,15
0
0,8
16,2
0
0
MgO
0,68
0
0,1
17,0
0
1,6
CaO
55,2
0,25
0,5
0,4
0
2,2
Na2O
0
0
6,9
0
0
4,4
K2O
0
0
3,3
0
0
3,7
H2O
0
0
19,1
0
0
0
CO2
43,4
0
0
0
0
0
C fijo
0
0
0
0
86,4
0
Cenizas
0
0
0
0
12,0
0
S
0
0
11,5
0
1,1
0
CaF2
0
96,2
0
0
0
0
V2O5
0
0
8,6
0
0
0
Cr2O3
0
0
0
32,9
0
0
Tabla 2. Valores extremos de las variables de entrada
X’i*
Variable
Min, (g)
Max, (g)
Media
(Xio)
Min, (g)
Max, (g)
X1
70
190
130
10,52
28,57
X2
50
230
140
7,52
34,59
X3
350
440
395
50,63
66,17
∑Xio
665
* La ponderación se realiza con la expresión siguiente: X’i = (Xi/∑Xio)×100
�MgO......24,9 %
SiO2.......40,7 %
Al2O3......34,4 %
Figura 2. Diagrama ternario SiO2 – Al2O3 – MgO
�Tabla 3. Matriz completa del diseño
Exp,
X1
X2
X3
X1’
X2’
X3’
Valido
1
+
+
(……)
28,57
34,59
(36,84)
No (<)
2
+
(……)
+
28,57
(5,27)
66,16
No (<)
3
(……)
+
+
(……)
34,59
66,16
No (>100)
4
-
-
(……)
10,52
7,51
(81,97)
No (>)
5
-
(……)
-
10,52
(38,85)
50,63
No (>)
6
(……)
-
-
(41,86)
7,51
50,63
No (>)
7
+
-
(……)
28,57
7,51
(63,92)
Si
8
+
(……)
-
28,57
(20,80)
50,63
Si
9
-
+
(……)
10,52
34,59
(54,63)
Si
10
-
(……)
+
10,52
(23,32)
66,16
Si
11
(……)
+
-
(14,78)
34,59
50,63
Si
12
(……)
-
+
(26,33)
7,51
66,16
Si
Tabla 4. Matriz final del diseño de experimento
X1
Corrida
X2
X3
∑Xi
en g
g
%*
g
%*
g
%*
7(A)
190
5,3
50
1,4
425
11,8
665
8(B)
190
5,3
138
3,9
337
9,4
665
9(C)
69,96
1,9
230
6,5
365
10,2
665
10(D)
69,96
1,9
155
4,3
440
12,3
665
11(E)
98,30
2,7
230
6,5
337
9,4
665
12(F)
175,1
4,9
50
1,4
440
12,3
665
G
132,2
3,7
142
4,0
390
10,9
665
* Por ciento con relación a la carga del horno
�Revestimiento
Carga aleante
Núcleo metálico
Figura 3. Perfil de cierre a tope para el electrodo tubular
Revestimiento
aleante
Figura 4. Carga
Detalles
del electrodo tubular revestido
Núcleo
Metálico
�Figura 5. Vista de la máquina para conformar electrodo
Tabla 5. Composición química de minerales del revestimiento
Mineral
Composición química en %
Rutilo (TiO2)
TiO2 = 98%
Grafito
Tabla 6. Composición del revestimiento del electrodo
Minerales
Cantidad en (%)
Calcita
40
Fluorita
32
Rutilo
8
Grafito
20
Fe2O3 = 1,81%
�Figura 6. Depósito de soldadura
Probeta
Figura 7. Instalación experimental para el estudio de la resistencia al
desgaste mediante prueba de abrasión (PIN–DISCO
ABRASIVO)
�Figura 8. Esquema de la probeta para análisis químicos de los depósitos
de los electrodos tubulares
Para diámetro de electrodos de 3.12mm, L = 64 mm; W = 13 mm; L = 16 mm
2,020
2,858
11,05
4,660
1,453
1,429
2,437
1,554
Figura 9. Difractógrama de la escoria de la corrida D
�Figura 10. Muestra de las escorias
Tabla 7. Composición química de las escorias, en %
Componentes
Corrida
A
B
C
D
E
F
G
C
0,37
0,37
0,35
0,38
0,35
0,4
0,37
CaF2
5,0
7,2
7,6
7,6
6,9
4,2
7,2
Na2O
2,7
2,6
2,1
2,2
2,3
3,1
1,6
MgO
17,8
17,2
17,5
18,5
17,7
18,0
17,5
Al2O3
30,8
30,6
30,2
30,2
30,7
31,1
30,2
SiO2
24,5
25,5
26,5
25,5
25,5
24,0
25,2
S
2,6
2,0
1,8
1,8
1,8
2,7
2,2
K2O
1,8
1,9
1,9
1,9
1,9
1,9
1,8
CaO
6,1
5,6
4,5
4,6
5,3
6,3
6,0
TiO2
0,26
0,23
0,25
0,33
0,25
0,35
0,23
V2O5
0,25
0,21
0,18
0,17
0,2
0,22
0,2
Cr2O3
2,2
2,1
2,0
1,8
2,3
2,4
2,3
MnO
1,4
1,4
1,4
1,4
1,3
1,5
1,4
FeO
3,4
2,9
3,3
3,3
3,1
3,3
3,3
�2264
2184
2069
2117
Figura 11. Difractógrama de la ferroaleación de la corrida D
Tabla 8. Parámetros del difractógrama de la aleación en la corrida D
Observ.
Lectura
dÅ
I rel
Lectura
dÅ
I rel
1
13.331
47.06
16
2.406
35.29
2
9.788
170.59
17
2.368
47.06
3
7.386
41.18
18
2.264
35.29
7.199
35.29
2.184
100.00
6.649
35.29
2.118
70.59
5.589
35.29
2.069
64.71
7
4.682
35.29
22
1.954
35.29
8
4.432
47.06
23
1.875
35.29
9
4.238
47.06
24
1.822
35.29
10
3.872
35.29
25
1.797
35.29
11
3.632
41.18
26
1.749
35.29
12
3.401
29.41
27
1.745
47.06
13
2.860
47.06
28
1.638
29.41
14
2.658
35.29
29
1.567
47.06
15
2.454
35.29
30
1.445
41.18
4
5
19
6
20
21
Banda
ancha
Banda
ancha
�Figura 12. Muestra de las ferroaleaciones
Tabla 9. Composición química de las aleaciones en %
Corrida
Elementos
A
B
C
D
E
F
G
C
5,8
5,8
5,6
5,7
5,8
6,0
5,8
Mg
0,6
0,6
0,6
0,5
0,6
0,6
0,8
Al
0,9
1,2
1,1
1,0
1,4
1,8
1,0
Si
4,4
4,5
4,4
4,8
4,6
4,3
4,4
P
0,04
0,04
0,04
0,04
0,03
0,04
0,03
S
0,16
0,18
0,10
0,17
0,18
0,13
0,18
Ti
0,29
0,28
0,26
0,24
0,24
0,25
0,25
V
4,3
4,5
4,4
5,0
4,3
4,2
4,7
Cr
46,5
46,0
46,5
49,0
46,3
48,0
47,5
Mn
1,5
1,4
1,5
1,4
1,4
1,5
1,5
Ni
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
Fe
33,5
34,0
33,2
30,6
33,0
31,0
32,0
�Tabla 10. Rendimiento del proceso para la formación de las aleaciones
Corridas
Cantidad de materiales que salen Rendimiento frente a la carga, %
del horno, g
Total
Aleación
Escoria
Aleación
Escoria
B
2 518,8
896,3
1 622,5
25,0
45,25
D
2 443,7
847,5
1 596,2
23,64
44,35
Tabla 11. Resultados de las corridas B y D, (masa en %)
Rendimiento del cromo y el vanadio
Cantidad de cromo, g
Cantidad de vanadio, g
Corridas
Escoria
(Cr2O3)
Aleación
(Cr)
Rendimiento
%
Escoria
(V2O5)
Aleación
(V)
Rendimiento
%
B
34,10
416,68
92,68
4,0
40,30
91,42
D
28,73
415,32
92,23
2,71
42,38
96,03
Vanadio en %
5,1
5
4,9
4,8
4,7
4,6
4,5
4,4
9,4
9,9
10,4
10,9
11,4
11,9
Coque en %
Figura 13. Influencia del coque en la recuperación del vanadio
12,4
�Tabla 12. Tratamiento estadístico para el contenido de cromo en la
aleación
Multiple Regression Analysis
----------------------------------------------------------------------------Dependent variable: Cromo metal
----------------------------------------------------------------------------Standard
T
Parameter
Estimate
Error
Statistic
P-Value
----------------------------------------------------------------------------Caliza
1,86465
0,176293
10,577
0,0005
Fluorita
2,1456
0,113106
18,9698
0,0000
Coque
2,90698
0,0872904
33,3025
0,0000
----------------------------------------------------------------------------Analysis of Variance
----------------------------------------------------------------------------Source
Sum of Squares
Df Mean Square
F-Ratio
P-Value
----------------------------------------------------------------------------Model
15544,0
3
5181,34
14684,32
0,0000
Residual
1,41139
4
0,352849
----------------------------------------------------------------------------Total
15545,4
7
R-squared = 99,9909 percent
R-squared (adjusted for d.f.) = 99,9864 percent
Standard Error of Est. = 0,594011
Mean absolute error = 0,381537
Durbin-Watson statistic = 2,77195
Ftable = 6,59
Cromo metal = 1,86465*Caliza + 2,1456*Fluorita + 2,90698*Coque
Further ANOVA for Variables in the Order Fitted
----------------------------------------------------------------------------Source
Sum of Squares
Df Mean Square
F-Ratio
P-Value
----------------------------------------------------------------------------Caliza
13455,5
1
13455,5
38133,94
0,0000
Fluorita
1697,19
1
1697,19
4809,97
0,0000
Coque
391,328
1
391,328
1109,05
0,0000
----------------------------------------------------------------------------Model
15544,0
3
�Tabla 13. Tratamiento estadístico para el contenido de vanadio en la
aleación
Multiple Regression Analysis
----------------------------------------------------------------------------Dependent variable: Vanadio metal
----------------------------------------------------------------------------Standard
T
Parameter
Estimate
Error
Statistic
P-Value
----------------------------------------------------------------------------Caliza
0,131923
0,0868448
1,51907
0,2034
Fluorita
0,221932
0,055718
3,98314
0,0164
Coque
0,285641
0,0430007
6,6427
0,0027
----------------------------------------------------------------------------Analysis of Variance
----------------------------------------------------------------------------Source
Sum of Squares
Df Mean Square
F-Ratio
P-Value
----------------------------------------------------------------------------Model
140,977
3
46,9925
548,81
0,0000
Residual
0,342505
4
0,0856261
----------------------------------------------------------------------------Total
141,32
7
R-squared = 99,7576 percent
R-squared (adjusted for d.f.) = 99,6365 percent
Standard Error of Est. = 0,292619
Mean absolute error = 0,21201
Durbin-Watson statistic = 2,95599
Ftabla = 6,59
Vanadio metal = 0,131923*Caliza + 0,221932*Fluorita + 0,285641*Coque
Further ANOVA for Variables in the Order Fitted
----------------------------------------------------------------------------Source
Sum of Squares
Df Mean Square
F-Ratio
P-Value
----------------------------------------------------------------------------Caliza
120,069
1
120,069
1402,24
0,0000
Fluorita
17,1305
1
17,1305
200,06
0,0001
Coque
3,7783
1
3,7783
44,13
0,0027
----------------------------------------------------------------------------Model
140,977
3
�Tabla 14. Tratamiento estadístico para el contenido de azufre en la
aleación
Multiple Regression Analysis
----------------------------------------------------------------------------Dependent variable: Azufre en el metal
----------------------------------------------------------------------------Standard
T
Parameter
Estimate
Error
Statistic
P-Value
----------------------------------------------------------------------------Caliza
0,0153122
0,0107354
1,42633
0,2269
Fluorita
0,0102908
0,0068876
1,4941
0,2095
Coque
0,00548073
0,00531555
1,03108
0,3608
----------------------------------------------------------------------------Analysis of Variance
----------------------------------------------------------------------------Source
Sum of Squares
Df Mean Square
F-Ratio
P-Value
----------------------------------------------------------------------------Model
0,173366
3
0,0577888
44,17
0,0016
Residual
0,00523373
4
0,00130843
----------------------------------------------------------------------------Total
0,1786
7
R-squared = 97,0696 percent
R-squared (adjusted for d.f.) = 95,6044 percent
Standard Error of Est. = 0,0361723
Mean absolute error = 0,0225853
Durbin-Watson statistic = 2,83859
Ftabla = 6,59
Azufre metal = 0,0153122*Caliza + 0,0102908*Fluorita + 0,00548073
Further ANOVA for Variables in the Order Fitted
----------------------------------------------------------------------------Source
Sum of Squares
Df Mean Square
F-Ratio
P-Value
----------------------------------------------------------------------------Caliza
0,155391
1
0,155391
118,76
0,0004
Fluorita
0,0165844
1
0,0165844
12,67
0,0236
Coque
0,00139102
1
0,00139102
1,06
0,3608
----------------------------------------------------------------------------Model
0,173366
3
Tabla 15. Composición química (% at.) y estequiometría deducida de los
microanálisis de las fases de carburos
Electrodo % C % V % Cr % Fe
Formula
Formula
desarrollada
Global
Corrida D 22,23
4,05
32,08 41,64
(Cr32,08Fe41,64V4,05 )
C22,23
(Cr;FeV)77,77
C22,23
Corrida B 21,36
2,33
31,32 44,99
(Cr31,32Fe44,99V2,33 )
C21,36
(Cr;FeV)78,64
C21,36
�Tabla 16. Composición química (% at.) y estequiometría deducida para los
microanálisis de la matriz
Electrodo
% Si
% Cr
% Fe
Formula desarrollada
Corrida D
6,78
7,58
85,64
Fe85,64Cr7,58Si6,78
Corrida B
3,72
7,50
88,78
Fe88,78Cr7,50Si3,72
Tabla 17. Composición química promedio de los depósitos de soldadura
Elementos
Composición química en %
Corrida B
Corrida D
C
5,60
5,73
SI
0,87
1,62
Mn
0,6
0,63
P
0,035
0,038
S
0,09
0,023
Cr
14,63
17,28
Ni
0,11
0,14
Ti
0,1
0,2
V
0,68
1,89
�Titled: M-4-1
Label
kV: 15.0
Tilt: 0.0
FS: 1916
LSec: 46
Take: 33.4
Det Type: SUTW+
Res: 140 Tc:40
11-Dec-2
Cr
19:42:19
Fe
EDAX ZAF
Element
Wt %
At %
K-Ratio
Z
A
F
CK
5.68
21.36
0.0154
1.1942
0.2262
1.0004
VK
2.63
2.33
0.0267
0.9688
0.9930
1.0545
Cr K
36.06
31.32
0.3845
0.9861
0.9976
1.0838
Fe K
55.63
44.99
0.5290
0.9856
0.9648
1.0000
Total
100.00
100.00
Figura 14. Microanálisis de la fase carburo del electrodo con la carga
aleante de la corrida B
�Untitled: M-4-2
Label
kV: 15.0
FS: 1701
Tilt: 0.0
Take-off: 33.4
Det Type: SUTW+
LSec: 23
Res: 140
Tc:40
11-Dec-2
19:47:09
Fe
Cr
C
EDAX ZAF
Element
Wt %
At %
K-Ratio
Z
A
F
Si K
1.92
3.72
0.0123
1.1431
0.5633
1.0009
Cr K
7.16
7.50
0.0859
09971
0.9934
1.2113
Fe K
90.93
88.78
0.9001
0.9970
0.9929
1.000
Total
100.00
100.00
Figura 15. Microanálisis característicos de la fase de la matriz del
electrodo con la carga aleante de la corrida B
�Untitled: M-5-2
Label
kV: 15.0
Tilt: 0.0
FS: 3203
LSec: 50
Take: 33.4
Det Type: SUTW+
Res: 140 Tc:40
11-Dec-2
Cr
C
19:12:09
Fe
EDAX ZAF
Element
Wt %
At %
K-Ratio
Z
A
F
Si K
3.62
6.78
0.0230
1.1402
0.5683
1.0009
Cr K
7.34
7.58
0.0874
0.9946
0.9930
1.2044
Fe K
89.11
85.64
0.8796
0.9945
0.9925
1.0000
Total
100.00
100.00
Figura 16. Microanálisis de la fase de la matriz en el deposito con el
electrodo con la carga aleante de la corrida D
�Untitled: M-5-1
Label
kV: 15.0
Tilt: 0.0
FS: 2073
LSec: 40
Take: 33.4
Det Type: SUTW+
Res: 140 Tc:40
11-Dec-2
Cr
19:02:09
Fe
EDAX ZAF
Element
Wt %
At %
K-Ratio
Z
A
F
CK
5.98
22.23
0.0164
1.1939
0.2291
1.0004
VK
4.62
4.05
0.0467
0.9684
0.9934
1.0495
Cr K
37.34
32.08
0.3952
0.9857
0.99.80
1.0759
Fe K
52.06
41.64
0.4934
09852
0.9620
1.0000
Total
100.00
100.00
Figura 17. Microanálisis de la fase del carburo del deposito con el
electrodo con la carga aleante de la corrida D
�2
1
Figura 18. Microestructura del depósito de soldadura del punto B, 2500x
1. Carburo
2. Matriz
1
2
Figura 19. Microestructura del depósito de soldadura del punto D, 2500x
1. Carburo
2. Matriz
�Tabla 18. Dureza de los depósitos de soldadura para los electrodos en HV
Medición
Dureza en HV
Corrida B
Corrida D
1
665
690
2
673
698
3
665
698
4
664
695
5
670
697
Promedio
667,4
695,6
Dureza en HRc
58,2
59,8
Tabla 19. Microdurezas de las fases de los depósitos de soldadura en HV
Microdureza de las fases en HV
Medición
Corrida B
Corrida D
Matriz
Carburo
Matriz
Carburo
1
792.2
1402.0
846.6
1332.0
2
724.4
1150.0
762.0
1452.0
3
882.0
1197.0
796.0
1782.0
4
742.8
1246.0
792.0
1402.0
5
746.6
1168.0
789.5
1464.0
6
742.8
1187.0
824.2
1378.0
7
689.5
1168.0
784.0
1561.0
8
746.6
1378.0
846.6
1310.0
9
745.4
1164.0
797.0
1420.0
10
771.9
1181.0
781.1
1332.0
Promedio
758.4
1224.1
801.9
1443.3
�Tabla 20. Desgaste abrasivo de los depósitos de soldadura
Electrodos
Peso inicial
Peso final
Desgaste
en g
en g
en g
B-1*
3,3160
3,2738
0,0422
B-2*
3,206
3,1575
0,0485
B-3*
3,1396
3,0802
0,0594
D-1*
3,1732
3,1425
0,0307
D-2*
3,120
3,0901
0,0299
D-3*
3,0981
3.0695
0,0286
N700-1**
3,0193
2,9765
0,0428
N700-2**
3,320
3,2508
0,0508
N700-3**
3,170
3,1183
0,0517
4004N-1**
2,8058
2,7684
0,0374
4004N-2**
3,0427
3,0076
0,0351
4004N-3**
3,0427
3,0076
0,0351
Acero 45-1
3,0211
2,8007
0,2204
Acero 45-2
3,0625
2,8343
0,2282
Acero 45-3
3,0826
2,8451
0,2375
Acero 45-2
3,0625
2,8343
0,2282
Acero 45-3
3,0826
2,8451
0,2375
* Electrodos revestidos de la firma Eutectic Castolin
Promedio
en g
0,0500
0,0297
0,0484
0,0372
0,2287
�Tabla 21. FICHA DE COSTO TOTAL PARA UNA TONELADA DEL
ELECTRODO TUBULAR REVESTIDO
COSTO DE LA TONELADA DE LA FERROALEACIÓN
CUC
%
COSTOS DIRECTOS
$1 957.17
Materiales
$255.37
Transporte
$11.89
Costo energía eléctrica
$303.26
Mano de obra
$1 160.71
Costo de mtto.
$192.34
Gasto de laboratorio
$33.16
83,10
COSTO FIJOS
$154.44
6,55
COSTOS DE OPERACIÓN
$243.55
16,35
COSTO TOTAL
$2 355.16
COSTO PARA UNA TONELADA DEL ELECTRODO
COSTOS DIRECTOS
CUC
%
$2351.79
72,50
Materiales
$979.00
Transporte
$1.20
Costo energía eléctrica
$95.88
Mano de obra
Costo de Mtto. y reparación
$1 160.71
$120.68
COSTO FIJOS
$84.85
2,62
COSTOS DE OPERACIÓN
$807.28
24,88
COSTO TOTAL
$3 243.78
X 10% de ganancias
$3 568.16
�
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Tesis
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A name given to the resource
Obtención de carga aleante para consumibles de soldadura
utilizando residual catalítico y cromita cubana
Creator
An entity primarily responsible for making the resource
Félix Ariel Morales Rodríguez
Publisher
An entity responsible for making the resource available
Editorial Digital Universitaria de Moa
Date
A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource
2005
Type
The nature or genre of the resource
Tesis doctoral
-
https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/713919e8afbee409af45fc277bef8e4c.pdf
08df5dc6947d63aece4e5c4312d7c910
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TESIS
Zonificación de riesgo por inundación de la
parroquia Olegario Villalobos del municipio
Maracaibo, estado – Zulia
Gerardo Antonio González Medina
�Página legal
Título de la obra: Zonificación de riesgo por inundación de la parroquia Olegario
Villalobos del municipio Maracaibo, estado – Zulia,70 pp.
Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2015 -- ISBN:
1. Autor: Gerardo Antonio González Medina
2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico ¨ Dr. Antonio Núñez
Jiménez¨
Edición: Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Corrección: Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Digitalización. Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Institución de los autores: ISMM ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨
Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2015
La Editorial Digital Universitaria de Moa publica bajo licencia Creative Commons de
tipo Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y
distribución por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus
autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas.
La licencia completa puede consultarse en:
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/legalcode
Editorial Digital Universitaria
Instituto Superior Minero Metalúrgico
Ave Calixto García Íñiguez # 75, Rpto Caribe Moa 83329, Holguín Cuba
e-mail: edum@ismm.edu.cu
Sitio Web: http://www.ismm.edu.cu/edum
�REPUBLICA DE CUBA
MINISTERIO DE EDUCACION SUPERIOR
INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALURGICO
FACULTAD DE GEOLOGIA Y MINERIA
DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA
Zonificación de riesgo por inundación de la parroquia Olegario Villalobos
del municipio Maracaibo, estado – Zulia.
Tesis presentada en opción al Título Académico de Máster en Geología
Maestría en Geología, Mención Geología Ambiental.
8va Edición
Autor: Licdo.: Gerardo Antonio González Medina
2014
I
�REPUBLICA DE CUBA
MINISTERIO DE EDUCACION SUPERIOR
INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALURGICO
FACULTAD DE GEOLOGIA Y MINERIA
DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA
Zonificación de riesgo por inundación de la parroquia Olegario Villalobos
del municipio Maracaibo, estado – Zulia.
Tesis presentada en opción al Título Académico de Máster en Geología
Maestría en Geología, Mención Geología Ambiental.
8va Edición
Autor: Licdo.: Gerardo Antonio González Medina
Tutor (es): Drc. Yuri Almaguer Carmenates
Msc Amalia Beatriz Riverón Zaldivar
Asesora: Msc.: Yanet Navarro
2014
II
�ÍNDICE
Pag.
RESUMEN…………………………………………………………………………….
vi
ABSTRACT…………………………………………………………………………...
vii
INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………….
1
CAPITULO I. BASAMENTO TEÓRICO DE LA INVESTIGACIÓN……………..
5
1.1. Riesgos naturales. Generalidades………………………………………
5
1.2. Investigaciones precedentes……………………………………………
7
1.3. Características físico geográficas del área de estudio………………
16
1.3.1. Ubicación geográfica………………………………………………
16
1.3.2. Hidrografía…………………………………………………………
17
1.3.3. Relieve………………………………………………………………
18
1.3.4. Condiciones Climatológicas………………………………………
18
1.4. Características geológicas regionales y locales………………………
20
1.4.1. Estratigrafía Regional……………………………………………….
1.5. Características Geomorfológicas, regionales y locales………………
CAPÍTULO II. METODOLOGÍA DEL DIÁNOSTICO DE INDICADORES DE
VULNERABILIDAD EN LA PARROQUIA OLEGARIO VILLALOBOS………….
20
25
26
2.1. Organización del trabajo…………………………………………………
26
2.2. Recolección de información primaria……………………………………
27
2.3. Análisis de los resultados …………………………………………………
28
2.4. Metodología para determinar la amenaza……………………………….
28
2.5. Evaluación de amenaza …………………………………………………..
29
2.6. Evaluación del grado de amenaza o peligrosidad………………………
30
2.7. Valoración de los indicadores de vulnerabilidad………………………..
33
2.8. Indicadores de vulnerabilidad…..…………………………………………
36
2.9. Valoración de los indicadores seleccionados……………………………
36
2.10. Metodología para evaluar la vulnerabilidad…………………………….
39
VIII
�2.11. Evaluación de vulnerabilidad…………………………………………….
40
2.12. Relación intensidad – probabilidad - amenaza………………………...
41
2.13. Evaluación cualitativa de riesgo…………………………………………
41
2.14. Evaluación de riesgo……………………………………………………...
42
Capítulo III. RIESGOS POR INUNDACIONES EN LA PARROQUIA
OLEGARIO VILLALOBOS…………………………………………………………
43
3.1.Rasgos geomorfológicos que condicionan las inundaciones del área
de estudio……………………………………………………………………………
43
3.2. Condiciones de vulnerabilidad del área de estudio…………………………
49
3.3. Indicadores de vulnerabilidad………………………………………………….
49
3.4. Evaluación de los riesgos por inundación implementando un sistema
de información geográfica…………………………………………………………… 51
Conclusiones…………………………………………………………………………
64
Recomendaciones……………………………………………………………………
65
Fuentes Consultadas………………………………………………………………
66
Anexos………………………………………………………………………………
70
IX
�ÍNDICE DE FIGURAS Y MAPAS
Pag.
Figura: 1.1: Croquis de la Parroquia Olegario Villalobos………………………
17
Figura: 1.2: Mapa Geológico de Maracaibo………………………………………
20
Mapa: 3.1: Rasgos Geomorfológico………………………………………………
44
Mapa: 3.2: Curvas de Nivel c/ 2 m………………………………………………
45
Mapa: 3.3: Red de Drenaje…………………………………………………………
46
Mapa: 3.4:Croquis Delimitado con el Área de Estudio de la Parroquia Olegario
Villalobos…………………………………………………………………
Mapa: 3.5: Área Delimitada y Zonas de Inundación……………………………
52
53
X
�ÍNDICE DE TABLAS
Pag.
Tabla: 1.1. Parámetros climáticos promedio de Maracaibo……………………..
19
Tabla: 2.1. Vulnerabilidad según las clases de pendientes……………………
34
Tabla: 2.2. Vulnerabilidad según el tipo de relieve……………………………….
34
Tabla: 2.3. Vulnerabilidad según la distancia a la red fluvial…………………….
35
Tabla: 2.4. Vulnerabilidad según tipo de suelos…………………………………
35
Tabla: 2.5. Vulnerabilidad según la densidad de la cobertura vegetal…………
36
Tabla: 2.6. Variables e indicadores de vulnerabilidad a inundaciones…………
36
Tabla: 2.7. Caracterización y valoración de los indicadores de vulnerabilidad
37
Tabla: 2.8.Valoración del indicador número de casas en zonas bajas o sobre
antiguos cauces………………………………………………………………………
37
Tabla: 2.9 Valoración del indicador % de viviendas construidas con materiales
resistentes………………………………………………………………
38
Tabla: 2.10.Ponderación de la variable conducción de agua potable y su
funcionalidad………………………………………………………………………… 38
…
Tabla: 2.11. Ponderación de la variable de estado de la red de drenaje……
38
Tabla: 2.12. Ponderación de la variable de funcionabilidad de las obras
hidráulicas con capacidad para eventos extremos……………………………….
39
XI
�ÍNDICE DE FOTOS
Pag.
Foto: 3.1: Etapa inicial del sector Cerros de Marín perteneciente a la
Parroquia Olegario Villalobos……………………………………………………………………
Foto: 3.2: Ubicaciones de 2 viviendas en la parte baja de la cañada con 08
metros en la parte más céntrica de la quebrada, de vista de infraestructura
en mal estado…………………………………………………………………….
Foto: 3.3: Infraestructura en inicio, ubicada en el centro de la quebrada…
Foto: 3.4: Observación de un canal de aguas superficiales ubicado a un
lado formación el milagro Villalobos…………………………………………
Foto:3.5: Observación de la parte inicial de formación El Milagro el cual
pertenece a la Parroquia Olegario Villalobos…………………………………
Foto: 3.6: Ubicación de un tablero eléctrico a un lado de la cañada………
Foto: 3.7: Aspectos importantes sobre riegos que existen en la zona de
estudio……………………………………………………………………………
…….
Foto: 3. 8: Ubicación de una cañada de aguas servidas correspondiente al
sector Cerros de Marín………………………………………………………
Foto: 3.9:Nivel de agua de la cañada en periodo de precipitación y
ubicación de tableros de electricidad a un lado de la misma…………………
47
48
48
49
49
51
55
55
56
Foto: 3.10: Caserío ubicado en la parte baja de la cañada…………………
56
Foto: 3.11: Cauce intermitente, zona de alto riesgo…………………………
57
Foto: 3.12: Ubicación de una vivienda en la orilla de la quebrada de aguas
servidas con incremento de desechos…………………………………………
Foto: 3.13: Cañada embaulada……………………………………
Foto: 3.14: Ubicación de una de las cañadas embauladas de aguas
58
58
59
servidas
Foto: 3.15: Cañada de aguas servidas pertenecientes al sector Cerros de
Marín ubicada en la Parroquia Olegario Villalobos…………………………
Foto: 3.16: Ubicación de una cañada de aguas servidas con desechos, con
evidencia antrópica………………………………………………………………
Foto: 3.17: Ubicación de una cañada intermitente de aguas servidas y
desechos sólidos dentro del lecho de la cañada……………………………
Foto: 3.18: Cañada intermitente con desechos sólidos, escombros sin
mantenimiento civil, perteneciente a la Parroquia Olegario Villalobos……
59
59
60
60
XII
�Foto: 3.19: Perteneciente a la Parroquia Olegario Villalobos el cual
presenta mantenimiento civil……………………………………………………
Foto: 3.20: Cañada seca con abundante vegetación, con mantenimiento
civil embaulada………………………………………………………………….
61
61
Foto: 3.21: Trabajos de embaulamiento perteneciente al sector Cerros de 62
Marín correspondiente a la parroquia Olegario Villalobos…………………
62
Foto: 3.22: Remoción de suelos para el posterior
embaulamiento
Foto: 3.23: Mantenimiento civil perteneciente al sector Cerros de Marín
correspondiente a la parroquia Olegario Villalobos……………………………
63
XIII
�INTRODUCCIÓN
Antecedentes del Problema
Los desastres son acontecimientos que tienen como escenario el ambiente natural
y afectan la vida del ser humano y su entorno, provocando pérdidas humanas y
materiales. El incremento de los mismos en el mundo y en América Latina no es un
hecho fortuito, se debe al crecimiento desproporcional de la población y con ello de
la desigualdad social, lo cual trae consigo el aumento en la intensidad de amenazas
naturales y antrópicas que incrementan sensiblemente la vulnerabilidad de la
sociedad y el ambiente. La vulnerabilidad de la sociedad ante las amenazas
naturales, aumenta por causas de orden económico, social y ambiental; siendo un
proceso que se construye progresivamente y se acumula a lo largo de los años,
además incluye peligros tecnológicos, biológicos y potenciales conflictos sociales.
Es por ello, que el estudio de la susceptibilidad, consiste en la mayor o menor
predisposición a que un evento ocurra sobre determinado espacio geográfico, lo
cual tiene su mayor relevancia en el ámbito urbano debido a la afectación directa
sobre la variable que determina la vulnerabilidad: la población. Por ello como punto
de partida de la presente investigación se encuentran las inundaciones que son
fenómenos naturales provocados por las precipitaciones, convertidos en peligro
cuando los espacios ocupados por las poblaciones abarcan las llanuras de
inundación.
Las inundaciones son consideradas uno de los fenómenos de mayor impacto en el
ámbito mundial, debido al efecto que producen en grandes extensiones territoriales
densamente pobladas. Domínguez (1999), define inundación como el proceso que
se produce cuando el gasto de una avenida generada en una cuenca supera la
capacidad del cauce, por lo que el exceso de agua escurre fuera del mismo hacia
las partes más bajas.
Las precipitaciones influyen en las propiedades del suelo y originan las
inundaciones, el estudio de las mismas es necesario por sus múltiples aplicaciones,
entre otras, para la estimación de avenidas, el cálculo y diseño de estructuras de
conservación de suelos y para conocer su influencia en las propiedades de los
suelos.
1
�En el concepto de precipitaciones se incluye todo tipo de agua que cae o se
deposita sobre la superficie terrestre, ya sea en forma líquida o sólida, y su estudio
es un tema necesario e imprescindible que requiere cada día un mayor desarrollo
y avance en las investigaciones de este campo para conocer realmente la influencia
y comportamiento de las mismas.
De las precipitaciones, su estudio y distribución espacio-temporal constituyen una
de las líneas de investigación en los estudios del ciclo hidrológico y del impacto
ambiental. Su importancia está enmarcada por el hecho de que son las lluvias la
principal fuente de alimentación de las aguas superficiales y subterráneas; y su
distribución espacio temporal es esencial para determinar hasta qué punto ejercen
influencia en las propiedades del suelo.
En la actualidad dentro de los problemas que afectan a las sociedades humanas
originados por fenómenos naturales, se destacan los desbordes por crecidas de los
ríos y la anegación de llanuras de inundación, representando estos eventos
situaciones un riesgo elevado, debido al elevado potencial destructivo.
De ahí surge la necesidad de elaborar mapas de zonificación de riesgo en áreas
donde pueda suscitarse este tipo de evento que afecten a la sociedad, para
sensibilizar a los órganos competentes respecto a la vulnerabilidad en la cual se
encuentra el territorio.
Los fenómenos naturales poseen la capacidad de provocar daños materiales y
humanos dependiendo de su intensidad, por la falta de conocimiento de sus efectos
por parte de las poblaciones; por tal razón la presente investigación se encuentra
enmarcada en la línea de Gestión de Riesgos cuyo propósito fundamental es
zonificar las áreas vulnerables correspondientes a la Parroquia Olegario Villalobos
mediante un mapa de zonificación de las áreas susceptibles a riesgos por
inundaciones, a fin de minimizar los efectos causados por estas.
Los riesgos naturales son derivados de los procesos morfogenéticos, los que se
forman a partir de la evolución de las formas de la superficie terrestre bajo la acción
de los procesos endógenos o exógenos. Nuestro país no escapa de esto por lo que
dado su morfología presenta diversas zonas propensas a ser afectadas por
procesos naturales y que generen algún tipo de desastre.
2
�En el territorio Venezolano se presentan muchos casos de peligro, tanto naturales
como antrópicos; los cuales traen consigo amenazas y dificultades para los seres
humanos, ejemplo de ello es la parroquia Olegario Villalobos, ubicada en el
municipio Maracaibo del estado Zulia, cuyo peligro potencial lo constituyen las
inundaciones originadas por el aumento del nivel freático que existe en esta zona y
los deslizamientos de arena de la Formación El Milagro, situación que se agrava en
periodos lluviosos, debido a la falta de acueductos para la disposición y tratamiento
de las aguas residuales en algunos de los sectores que conforman esta parroquia.
Por lo tanto, la intervención del hombre en los procesos de orden natural como el
desvío y relleno de los cauces de los canales de drenaje, la remoción de la capa
superficial y la modificación topográfica han ocasionado daños irreparables en la
comunidad. Por tal motivo en la presente investigación se evalúan los riesgos por
inundación de la parroquia Olegario Villalobos del municipio Maracaibo, Estado
Zulia.
Para resolver la problemática planteada se trazan los siguientes objetivos:
Objetivo general: Evaluar los riesgos por Inundaciones de la parroquia Olegario
Villalobos del municipio Maracaibo, estado Zulia para su utilización en los planes
de mitigación y/o prevención.
Objetivos específicos
Caracterizar los rasgos geomorfológicos que condicionan las inundaciones del
área.
Caracterizar las condiciones de vulnerabilidad del área de estudio.
Evaluar los niveles de riesgos a partir de análisis de factores implementando un
sistema de información geográfica.
Objeto: La parroquia Olegario Villalobos del municipio Maracaibo, Estado – Zulia.
Hipótesis: Si se conocen las características geológicas, geomorfológicas y las
condiciones de vulnerabilidad es posible evaluar los niveles de riesgos por
inundaciones en la parroquia Olegario Villalobos del municipio Maracaibo, estado
Zulia.
Fundamento metodológico:
Los aportes científicos de la presente investigación se logran a partir del
cumplimiento de los objetivos propuestos mediante el empleo de Métodos teóricos
como el análisis y síntesis de la información obtenida a partir de la búsqueda y
3
�revisión de la documentación y literatura especializada, el método Inductivo–
deductivo: que permite tras una primera etapa de observación, análisis y
clasificación de los hechos, postular una solución al problema, es decir mediante
diversas observaciones en el campo de las diferentes inundaciones ocurridas, se
obtienen conclusiones que resultan general para todos los eventos de la misma
clase. Y los métodos empíricos como las entrevistas y criterios de expertos para
comprobar la veracidad de las soluciones propuestas.
La zonificación de las áreas propensas a riesgos naturales se realiza a través del
diagnóstico, identificación, y evaluación de las posibles causas para la ocurrencia
del fenómeno de inundación, otorgando a la comunidad una herramienta que les
permita desarrollar un plan de contingencia y un soporte para los futuros proyectos
urbanísticos destinados a mejorar la calidad de vida de sus habitantes.
El presente trabajo de investigación emplea datos primarios y secundarios, unos
obtenidos directamente del sitio de estudio, mediante la observación y los segundos
son obtenidos de instituciones o investigadores que han trabajado en el área o
líneas de investigación.
Los datos mediante la observación del fenómeno, constituyen la investigación de
campo donde se estudian los rasgos geomorfológicos de la zona a estudiar,
mediante la descripción de los rasgos fisiográficos del municipio: cursos de agua
intermitentes como uno de los elementos involucrados y el clima utilizando la
clasificación de Koopen o de Holdrickse. De igual forma, se cuenta con datos
referentes al clima (climograma), dirección de los vientos, temperatura, humedad,
precipitación, evapotranspiración, radiación solar, entre otros, los cuales son
suministrados por la Alcaldía de Maracaibo y las estaciones hidrometereológicas
adyacentes, para poder cuantificar los posibles efectos del clima.
La investigación identifica las posibles variables que afectan la zona que surge de
la necesidad de elaborar un mapa de riesgos que refleje en su totalidad los riesgos
existentes en la región, donde se ubique de manera puntual, mediante símbolos,
todos los riesgos inventariados y registrados. De esta manera este estudio se
justifica desde el punto de vista técnico-preventivo porque obtiene información que
permite establecerlas medidas necesarias por parte de la población en cuanto a
estos peligros existentes en la región.
4
�CAPITULO I. BASAMENTO TEÓRICO DE LA INVESTIGACIÓN
Introducción.
El presente capitulo desarrolla los antecedentes de la investigación, las fuentes de
información que sustentan este estudio referente a mapas de riesgos y las bases
teóricas para mejorar los riesgos existentes. Los riesgos naturales representan un
elemento agresivo porque poseen la capacidad de provocar daños materiales y
humanos por su intensidad y por la falta de conocimiento de la población de sus
efectos. Por tal motivo el objetivo fundamental de la investigación es zonificar las
áreas vulnerables pertenecientes a la parroquia Olegario Villalobos a través de la
caracterización geológica – ambiental de las áreas susceptibles a riesgos por
inundación.
1.1. Riesgos naturales. Generalidades.
Los riesgos naturales se definen como la probabilidad de ocurrencia en un lugar o
momento determinado de un fenómeno natural potencialmente peligroso para la
comunidad y capaz de causar daños a las personas y sus bienes, de forma más
específica esto implica la vulnerabilidad y la alta peligrosidad dependiendo del
grado de frecuencia que esté presente y de su localización, que pueden generar
daños irreparables. La vulnerabilidad es la capacidad de respuesta de las
construcciones humanas a la activación de una amenaza y a su expansión, alude
a la población medida en número. Hoy en día la zonificación de riesgos naturales
es una herramienta que tiene incidencia en la planificación del territorio, tanto en
ámbitos urbanos como rurales. La generación de herramientas de cartografía
dirigidas al mapeo de las zonas con peligro de inundaciones, es una tarea de suma
importancia para el ordenamiento del territorio, pues permite que las comunidades
se asienten en lugares seguros a fin de preservar la vida y las propiedades. Debido
a que este tipo de peligro natural afecta a regiones muy diferentes en casi todo el
mundo, muchas comunidades se encuentran en áreas vulnerables lo que trae
consigo la pérdida de vidas humanas y costosos daños materiales. Por ello es
necesario ante eventos de inundación la existencia de un mapa que zonifique las
áreas de riesgos susceptibles de inundación, evaluados tanto cualitativa como
cuantitativamente que representen los factores de susceptibilidad y vulnerabilidad
a los que están expuestos.
5
�Ante la ocurrencia de eventos y procesos de naturaleza geológica, la participación
de profesionales de las ciencias de la tierra y actores de la comunidad permiten
establecer planes de educación ambiental y de prevención para minimizar la
magnitud del riesgo en un área con vista a la reducción de la vulnerabilidad y con
ello las pérdidas. Para ello se parte de conocer que los riesgos por inundaciones
están fuertemente vinculados a las condiciones atmosféricas, el cual aumenta con
el aumento de temporales, vientos, aires fríos o de calor, tornados y huracanes,
tempestades eléctricas, fuertes lluvias entre otros, así como en el caso de aludes,
grandes incendios forestales, sequías, incluyendo los deslizamientos de las laderas
asociados a cambios meteorológicos que traen como consecuencia inundaciones
en áreas de baja pendiente. Por tanto la cadena de actuaciones frente a los riesgos
naturales debe considerar las medidas de prevención, tanto estructural como no
estructural así como el papel de la predicción a corto, mediano y largo plazo.
No obstante en aras de reducir los riesgos y poder proponer un plan de medidas
que mitiguen los mismos, se deben conocer las principales características del
proceso natural que los origina, tales como tipos de inundaciones, factores que las
condicionan así como los métodos de estudios de las mismas.
Las inundaciones según la afectación que provocan el empuje de la corriente o la
energía liberada por las mismas se clasifican en repentinas o súbitas que se
producen generalmente en cuencas hidrográficas de fuertes pendientes por la
presencia de grandes cantidades de agua en muy corto tiempo. Son causadas por
fuertes lluvias, tormentas o huracanes, se desarrollan en minutos u horas, según la
intensidad y duración de la lluvia, la topografía, las condiciones del suelo y la
cobertura vegetal. Ocurren con pocas o ninguna señal de advertencia.
Estas inundaciones pueden arrastrar rocas, tumbar árboles, destruir edificios y
estructuras así como crear nuevos canales de escurrimiento. Los restos flotantes
que arrastra pueden acumularse en una obstrucción o represamiento, lo que
restringe el flujo y provoca inundaciones aguas arriba pero una vez que la corriente
rompe la represión, la inundación se produce aguas abajo. El otro tipo de
inundaciones son las lentas o progresivas que se producen sobre terrenos planos
que desaguan muy lentamente y cercanos a las riberas de los ríos o donde las
lluvias son frecuentes o torrenciales. Son típicas del comportamiento normal de los
6
�ríos, es decir, de su régimen de aguas, ya que es habitual que en un invierno
aumente la cantidad de agua e inunde los terrenos cercanos a la orilla.
Los asentamientos poblacionales pueden ser afectados por ambos tipos de
inundaciones, todo depende de la topografía de estas localidades.
Los factores condicionantes son intrínsecos del sistema, que caracterizan el
territorio sobre el que una amenaza puede actuar, entre los diferentes factores que
condicionan una inundación se encuentran:
Usos de suelo: la construcción informal muy cerca o dentro del cauce, lugares que
nunca antes se inundaban porque la sección hidráulica absorbe perfectamente el
caudal máximo comienzan a inundarse después de una severa impermeabilización
por urbanización aguas arriba.
Dimensiones de la cuenca: El tamaño y forma de una cuenca es función de las
condiciones geológicas del terreno. Existen cuencas de distintas extensiones y
cuanto mayor sea la superficie, mayor será el caudal que puede canalizarse y en
consecuencia la intensidad de la inundación que puede generar (FernándezLavado, 2006).
Pendiente: Es la inclinación del cauce y se obtiene de dividir la diferencia de cota
entre dos puntos, entre la longitud del cauce principal entre los puntos. Influye en
la energía cinética que una masa de agua puede llegar a alcanzar.
Red de drenaje: La erosión que puede generarse por la escorrentía superficial
produce canales, que tienden a juntarse en un solo curso de agua en dirección a la
desembocadura, pero pueden tener diversos patrones. La red de drenaje se
ordenada por jerarquía de los cauces, definida como ríos de primer orden, que no
tienen afluentes; los de segundo orden se forman al unirse los primer orden y así
sucesivamente.
1.2. Investigaciones precedentes.
En el mundo se han realizado investigaciones en la temática que enriquecen la
base teórico conceptual de la investigación donde algunas de ellas se exponen a
continuación:
Boscán J., (2013) manifiesta que a consecuencia del acelerado crecimiento que
han experimentado las ciudades en los últimos años, conllevan a ocupar de manera
7
�irracional y en condiciones muy precarias, espacios no aptos para asentamientos
humanos, construyendo infraestructura de cualquier tipo y en cualquier sitio, como
en las márgenes cercanas a los cauces de los ríos, quebradas (cañadas), bordes
de los taludes de las vertientes, áreas anegables o inundables, entre otros, sin
identificar las amenazas naturales existentes y con materiales no adecuados para
tal fin, lo que conlleva la modificación del entorno natural y el ambiente de tal forma
que ahora se ha vuelto una amenaza natural y antrópica. Asimismo, indica que los
factores incididos por el hombre combinado con los procesos naturales han
generado las condiciones necesarias para que se presenten los desastres, no como
eventos naturales, sino como eventos sociales disparados por fenómenos
naturales.
Canquiz, I y otros. (2013), realizan un mapa de vulnerabilidad hídrica de la
parroquia Cecilio Acosta, municipio Maracaibo estado Zulia, e indican que es una
de las muchas comunidades urbanas que han crecido sin planificación, edificando
de forma individual e improvisada viviendas, escuelas y en áreas no aptas para el
asentamiento tales como zonas bajas y en la mayoría de los casos en causes de
desagües naturales generando un deterioro progresivo del medio ambiente y de la
calidad de vida. Los autores proponen medidas para disminuir los problemas y
consecuencias que acarrean los sistemas de desagüe (cañadas) adyacentes a
zonas de vulnerabilidad hídrica. El mapa indica los niveles de riesgos según el
grado de vulnerabilidad e indican a la comunidad las consecuencias y el peligro que
acarrea vivir alrededor de las cañadas. De igual manera dan a conocer cómo actuar
antes, durante y después de un posible evento hidrometeorológico.
González Y y Borges E (2013), elaboraron un mapa de riesgos naturales de la
Parroquia San Rafael del Moján del municipio Mara del estado Zulia, donde se
muestra la información de los factores condicionantes de las zonas vulnerables y
de alto riesgo, basándose en trabajos precedentes. Así mismo la investigación
bibliográfica y las observaciones directas en el campo, permitieron definir la
temática de riesgos que han dado lugar a los desastres naturales como las
inundaciones del año 2010, considerándose este fenómeno el de mayor espectro
entre las localidades del sector de estudio. Mayoritariamente responden como
resultado de la influencia antrópica y las condiciones hidro-morfológicas propias del
lugar. Como resultado se elaboró el mapa de riesgos hídricos del municipio Mara
8
�del estado Zulia, mostrando las zonas vulnerables a varios tipos de riesgos,
predominando el factor natural en lo hídrico como el más influyente.
Chourio N y otros (2013), realizan un mapa zonificación de riesgos hídricos y
antrópicos del Sector Carlos Andrés Pérez 2, parroquia Santa Bárbara, Municipio
Colon, Estado Zulia, e identifican los factores condicionantes y desencadenantes
con vista a prever sus posibles daños a la comunidad.
Finol R y otros (2013), realizan un mapa de zonas vulnerables a inundaciones en el
Barrio Nectario Andrades Labarca, parroquia Idelfonso Vásquez, Municipio
Maracaibo, estado Zulia, identificando las zonas más propensas a sufrir pérdidas
materiales por inundaciones. Los resultados demostraron que la mayoría de los
habitantes de la comunidad botan desperdicios de manera inconsciente motivo por
el cual, podría provocarse inconvenientes en el ámbito geológico e inundaciones
como el único tipo de riesgo que se presenta.
Carreño, B y Peña, J. (2013) realizan la zonificación de riesgos hídricos en el Sector
El Lamedero, parroquia Mene de Mauroa, municipio Mauroa, estado Falcón, con
actividades dirigidas al diagnóstico comunitario que identifican las zonas
susceptibles a inundación, mediante la caracterización de los rasgos topográficos,
geológicos y geomorfológicos. Además se evaluaron causas que los producen,
identificando diversos factores como las pendientes del terreno, tipo de suelo y
vegetación, análisis climático y la acción antrópica presentes en el sector,
representando los datos obtenidos en mapas temáticos. Como resultado se logra
la zonificación de las áreas propensas a riesgos hídricos a través de la identificación
de los factores de susceptibilidad y vulnerabilidad y se establecieron niveles de
riesgos que indican su ponderación en alta, media, baja y muy baja
respectivamente.
Labrador, E y otros. (2013), realizaron el mapa de riesgos naturales y antrópicos en
La Isla San Carlos del municipio Insular Almirante Padilla del estado Zulia cuyo
objetivo principal fue elaborar mapa de riesgos antrópicos y naturales de la Isla de
San Carlos del municipio Insular Almirante Padilla en el estado Zulia; el tipo de
investigación es tecnológica; las técnicas utilizadas para la obtención de
información fue la observación directa, a través de la cual se pudo observar que la
sedimentación que se está produciendo en la isla es un proceso muy intenso
debido a la acción de las corrientes ejercidas en esta zona, produciéndose grandes
9
�cambios morfológicos. Los resultados obtenidos por medio de las observaciones
de campo y el análisis de imágenes satelitales de diferentes fechas así como de
mapas históricos, confirman que el proceso erosivo en la isla de San Carlos se
encuentra activo desde hace muchos años, persistiendo hasta la actualidad.
Finalmente se diseñó un mapa de riesgos naturales y antrópicos del área y volumen
de sedimentos erosionados a través del tiempo de la Isla de San Carlos del
municipio Insular Almirante Padilla en el estado Zulia, utilizando los softwares Surfer
8.0 y Didger 3.
Orozco L y otros, (2013). en su investigación sobre la Elaboración de un Mapa de
Riesgos Socio-Naturales en la Comunidad Playa Miami, Sector Puerto Caballo,
municipio Maracaibo, parroquia Idelfonso Vázquez, estado Zulia. Los riesgos socionaturales son causa de problemas ambientales en las áreas urbanas y áreas
rurales. En esta oportunidad, se estudian los riesgos socio-naturales de la localidad
de la comunidad de Puerto Caballo sector Playa Miami, ubicada en la parroquia
Idelfonso Vásquez, municipio Maracaibo del estado Zulia, la cual en tiempos de
lluvia se ve afectada por la inundación lo cual ocasiona una alteración en la vida
diaria de los habitantes. Para esta investigación se realiza un estudio donde se
delimitan y zonifican las áreas con alto y medio riesgo de inundación, que se
sustenta con el testimonio de los habitantes del sector.
Rodríguez, J. y Plata, J. (2013) en su investigación Mapa de Zonificación de
Riesgos Socio-Naturales del Sector Zona Nueva I. parroquia La Concepción,
municipio Jesús Enrique Lossada., estado – Zulia. El presente proyecto tiene como
objetivo general la creación de un mapa de zonificación de riesgos socio naturales
del Sector Zona Nueva I, la elaboración del proyecto se actualiza el plano del sector
el cual presentaba un cambio espacial producto del incremento de la población y
con ella aumentó la infraestructura del sector, la actualización del plano se realiza
con el fin de tomarlo como mapa base al momento de la creación del mapa de
zonificación de riesgos socio naturales. En el mapa de zonificación de riesgos la
problemática por escorrentía superficial fue identificada con color azul en las zonas
menos afectadas y en color rojo las zonas más afectadas.
Urdaneta, A y otros. (2013) su investigación Mapa de Zonificación de Riesgos
Hídricos en el Sector Lomas Linda de Puerto Caballo, parroquia Idelfonso Vásquez,
municipio Maracaibo del estado Zulia. El objetivo principal de dicho proyecto fue
10
�realizar un estudio planialtimétrico y un Mapa de Riesgos hídricos del sector Lomas
Linda de Puerto Caballo, tomando las coordenadas de la zona y delimitando cada
una de ellas según el rango de inundación, dicho mapa contribuye a dar respuesta
a los problemas que hoy día enfrentan, incentivar a la culminación de los canales
de desagües y al estudio de los terrenos y minimizar las inundaciones y
enfermedades dentro de la comunidad, todo esto contando con la ayuda de los
agentes gubernamentales Competente y la comunidad.
Camejo, F y otros (2011), Diagnóstico de Riesgos por Eventos Socio-Naturales en
el Barrio Cardonal Norte, Sector III, parroquia Idelfonso Vásquez, municipio
Maracaibo, estado Zulia. La presente investigación tuvo como desarrollo la
elaboración de los mapas de inventarios de fenómenos e indicativos de amenazas
en el barrio Cardonal Norte, Sector III, parroquia Idelfonso Vásquez, Municipio
Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. La metodología aplicada es descriptivaexploratoria no experimental debido a que no se provoca al fenómeno a estudiar,
en un área de gran extensión, en la cual se realizó un diagnóstico, la ejecución de
ensayos a las muestras de suelos obtenidas y estudio aplicados en el sector, que
permitió caracterizar los aspectos técnicos necesarios a implementar para
determinar las zonas críticas y así sus recomendaciones específicas.
Canadell A y otros, (2010) Elaboración del Mapa de Susceptibilidad de Riesgo en
el Conjunto Residencial El Bosque Sector Bajada del Río municipio Carvajal estado
Trujillo. El propósito de esta investigación fue la elaboración del mapa de
susceptibilidad de riesgo en el Conjunto Residencial el Bosque Sector Bajada del
Río Municipio Carvajal estado Trujillo. En esta investigación se diagnostican e
identifican las zonas de riegos asociadas a deslizamientos, inundaciones
eventuales, sismicidad y de carácter antrópico, la identificación de las zonas más
propensas a riesgos. En el mapa de susceptibilidad de riesgo se sectorizaron las
zonas vulnerables debido a los riesgos presentes con el fin de determinar los
agentes ya mencionados que podrían ocasionar situaciones de alta peligrosidad
para los habitantes de la zona, los cuales toman más fuerza al no crear cultura ante
esta gran problemática, esto es una tarea difícil debido a que este mismo año será
habitado el conjunto residencial antes mencionado, es importante destacar que
existen las maneras de evitar pérdidas humanas con el transcurrir del tiempo.
11
�Matheus, D y otros (2009). En su investigación, Gestión de Riesgos Naturales en
la Urbanización Las Lomas en la parroquia San Luis, municipio Valera - estado
Trujillo. Este proyecto se realizó con el propósito de elaborar un mapa de gestión
de riesgos naturales que ilustre toda la información de manera clara y explicativa
de los agentes físicos presentes en las zonas vulnerables y que pueden estar
propensos a ocurrir o lo que están previamente ocurriendo en la urbanización Las
Lomas en el municipio Valera del estado Trujillo, basándose en trabajos o estudios
que ya se han realizado en esta área. En ella se permite observar los rasgos
geomorfológicos y las formas del modelado, ocasionada por la continua actividad
de los movimientos tectónicos en la región de los Andes Venezolanos y la influencia
del factor antrópico. Este puede ser utilizado como recurso para tomar
precauciones ante un hecho que está latente a suceder.
Duarte, R y otros (2009), Mapa de Riesgos Socio – Naturales de la Población de
Monte Carmelo y sus Alrededores municipio Monte Carmelo estado Trujillo. Los
autores realizan un estudio de riesgo para identificar, caracterizar, clasificar, diseñar
y elaborar un mapa donde se identifiquen los tipos de riesgos que presenta la
población de Monte Carmelo y sus alrededores. Además, se pudo determinar el
efecto que tiene la degradación del medio ambiente, prestando principal atención
en la deforestación, acumulación de desechos sólidos en los márgenes y cauces
de los drenajes naturales, situación que trae como consecuencia la sedimentación
y obstrucción de los mismos, causando a su vez inundaciones y ocasionando
pérdidas socioeconómicas.
Artigas A y otros (2009). Mapa Inventario de Riesgos Naturales de la Zona Sur de
la Población Caujarao; estado Falcón. El propósito fundamental de este trabajo fue
elaborar un mapa inventario de riesgos naturales de la zona sur en la población
Caujarao, estado Falcón. De igual manera, se realizó un recorrido por todo el sector
para ubicar las áreas más afectadas, luego con todos los datos obtenidos en campo
se procesó la información, obteniendo como resultado el mapa inventario de riesgos
naturales en la población Caujarao estado Falcón, donde existen áreas que son
vulnerables a varios tipos de riesgos, predominando el factor natural tales como:
hídricos, deslizamientos y sísmicos, entre otro, como los más influyentes.
Contreras R y otros (2008). Mapa Inventario de Riesgos Naturales y Antrópicos en
la Población de Timotes, estado Mérida. El estudio de riesgos tiene como finalidad
12
�analizar las causas que han dado origen a los desastres naturales y evaluar las
amenazas presentes hoy en día, tales como: deslaves, inundaciones, remoción de
masas, pluviosidad, sismicidad y por último el riesgo de origen antrópico. Para de
esta manera disminuir y controlar dentro de lo posible los efectos de estos
fenómenos en la comunidad. Como resultado se elaboró un mapa de riesgos
específicamente de cada zona vulnerables a riesgos con el fin de determinar los
agentes antes mencionados que podrían generar situaciones de peligro en la
población de Timotes estado Mérida.
Acosta, J y otros, (2008) Mapa de Riesgo Antrópico de la parroquia Raúl Leoni, El
siguiente estudio tuvo como objetivo determinar las áreas susceptibles a riesgos
Antrópico correspondiente a la parroquia Raúl Leoni mediante un estudio de
evaluación y zonificación para cada una de las zonas propensas a riesgo para luego
identificarlas, caracterizarlas y clasificarlas mediante una investigación minuciosa y
detallada. Los riesgos de origen antrópicos en la parroquia Raúl Leoni se debe a la
poca atención que toman las autoridades en la fiscalización, prevención y control
de riesgo así como la falta de estudios realizados previamente a la sección de áreas
a urbanizase, ya que la única condición es la disponibilidad del terreno y en escala
menor pero no menos importante cuando se trata de construcciones individuales,
edificios o viviendas, ya que gran parte de las población no cuenta con las
herramientas necesarias ni con la asesoría técnica especializada para la
construcción de viviendas familiares, que garanticen la seguridad de la obra.
Acevedo, R y otros (2008), Zonificación de Riesgos Naturales y Antrópicos del
Sector Puerto Caballo, de la Parroquia Idelfonso Vásquez, municipio Maracaibo,
estado Zulia. Para lograr este objetivo fue necesario clasificar y diagnosticar los
riesgos, se identificaron los fenómenos naturales y antrópicos. Determinando el
efecto que tiene la degradación del medio ambiente, principalmente por la
deforestación, acumulación de desechos sólidos en los márgenes y cauces de los
drenajes naturales, que traen como consecuencia la sedimentación y obstrucción
de los mismos, causando inundaciones y ocasionando pérdidas socioeconómicas,
debido a la mala planificación urbana y la carencia de prevención alguna, que
disminuya la vulnerabilidad y los riesgos.
Briceño, A y otros (2008). Mapa de Riesgos Geológicos y Naturales de la Localidad
de Jajó y sus Alrededores. Este análisis indicó que las unidades encontradas están
13
�afectadas por procesos geomorfológicos tales como: Solifluxión, deslizamiento,
socavamiento basal de las vertientes, pendientes abruptas y empujes hidrostáticos,
factores que limitan la condición de estabilidad del área de estudio. Los riesgos
presentes en la zona de estudio toman más fuerza al no crear cultura ante esta gran
problemática, esto es una tarea difícil debido al aumento poblacional. Sin embargo
es importante destacar que existen ciertos aspectos sociales que pueden generar
o aumentar la vulnerabilidad.
Ruiz J, Terán Y, (2008). Mapa de Zonificación de Áreas Vulnerables a Riesgos
Naturales Caso Urbanización Josefina de Paz en el estado Trujillo. Este estudio
tuvo como propósito determinar las áreas vulnerables a riesgos y la vulnerabilidad
correspondiente a la parroquia Carvajal un estudio evaluado, zonificado cada uno
de las zonas propensas a riesgos, para luego clasificar los rasgos Intermitentes las
continuas aguas servidas dependiendo del grado del riesgo en alto, medio y bajo.
Posteriormente se evaluaron sucesos naturales y antrópicos mediante la
elaboración de un mapa inventario de zonas afectadas de forma resaltada ubicando
geográficamente los riesgos presentes en la parroquia Carvajal, se pudo bajo la
evaluación microscópica correspondiente a la zona de estudio la inestabilidad de la
población al construir su casa en zonas de altos riesgos en las partes céntricas de
las quebradas y al borde de la misma, por otra parte la intervención humana, la
acumulación de desechos sólidos el cual trae como consecuencia obstrucción del
drenaje de agua en el incremento del periodo de lluvia.
Curiel, E y otros (2008) Mapa de Vulnerabilidades Naturales y Antrópicas de la Zona
Norte de la Localidad de Caujarao, estado Falcón. El primordial objetivo de esta
investigación, es la elaboración de mapa de vulnerabilidad naturales y antrópica de
la zona norte de la localidad de Caujarao estado Falcón, donde se delimitan las
zonas de riesgo y puntualizando su magnitud. Por otra parte unos de los factores
de mayor incidente en la problemática del desarrollo de asentamientos en área no
aptas, haciéndose vulnerable a todo evento natural, igualmente en estas se
presentan drenaje de aguas servidas superficialmente por toda la zona, y grandes
cantidades de material de desechos aludiendo a un desarrollo de enfermedades.
Para el desarrollo de este trabajo se identificaron los sectores de la zona norte cuya
información de cada una de estas áreas fueron tomadas por cámaras fotográficas
14
�y filmadora de tal forma plasmar con exactitud los tipos de riesgos presentes en las
zonas.
Borges y otros (2003) en su trabajo Diagnostico y Zonificación de Riesgos Naturales
y Antrópicos en la parroquia Coquivacoa (municipio Maracaibo - estado, Zulia),
diagnostica y clasifica los riesgos en alto, medio, bajo, tomando en cuenta su
intensidad dependiendo de los fenómenos que se puedan presentar, así mismo, se
identificaron los distintos eventos naturales y los inducidos.
Amaya, y otros (2003) realizaron su trabajo de grado referente a Riesgos Naturales
y Antrópicos del municipio Mara, estado, Zulia, determina los riesgos naturales y
antrópicos presentes en municipio Mara del estado Zulia, ubicado entre las
coordenadas geográficas 10 45-11 07 de latitud norte y 72 48-71 55 de longitud
oeste en la parte nor-occidental de la región zuliana. El método aplicado para esta
investigación se basó en clasificar y zonificar los riesgos naturales mencionados
alto, medio, bajo para construir un mapa de inventario y diseñar un guión con el
objeto de realizar un video de las zonas más propensas a de riesgos en dicho
municipio dentro de los riesgos están los hídricos y los sísmicos, afectando a los
poblados debido a la inestabilidad de la de la zona de estudio.
En la investigación realizada por, Alcántara F, Araujo N, Barranco C (2001)
denominada, Riesgos Naturales del Sector La Vega Ejido, estado Mérida,
determinaron que la zona presenta un alto nivel de riesgos sísmicos debido a que
se encuentran en una traza de Falla de Boconó siendo esta una de las fallas más
activas de Venezuela. Estos autores plantearon distintas recomendaciones y
propuestas referentes a riesgos naturales y antrópicos.
Según Nuhfer y Moser (1997), la reducción de los riesgos naturales causados ya
sea por los agentes geológicos o por la acción antrópicas, podría llegar a ser lo más
costoso de los proyectos medio ambientales ya que el crecimiento poblacional ha
aumentado considerablemente en los últimos días, lo cual ha causado a los
habitantes a edificar viviendas en áreas vulnerables a riesgos naturales. Con
relación al aumento de riesgos el ministerio de energía y minas en el Léxico
Estratigráfico de Venezuela (1997) describe los suelos de Maracaibo como
arcilloso- arenoso por eso en un momento dado, a las condiciones climáticas
favorables para ello, puede producir el deslizamiento de los mismos. Debido a estas
consideraciones, cuando aumentan las precipitaciones, estos suelos semiáridos,
15
�que actualmente predominan en el perímetro de la ciudad la posibilidad de riesgo
aumenta debido a la inestabilidad de los suelos. Los riesgos naturales y antrópicos
son objetos importantes de investigación porque son un conjunto de procesos
erosivos originados por la degradación del relieve y sub - suelo producto de la
acción humana.
Así mismo Starkel. (1999), diferencia muy bien entre eventos normales y eventos
extremos desde el punto de vista meteorológico; para el primero de ellos denotó
algunas características claves. La frecuencia es anual por lo general no alcanza
una gran intensidad el proceso se adapta a las condiciones estables (clima) del
sistema por lo general no rompe las condiciones de equilibrio de las vertientes. En
contraste en evento extremo es el resultado de precipitaciones de una cantidad o
intensidad raramente experimentada, el extremo puede ser considerado bien en
términos de causas meteorológicas o de sus efectos geomorfológicos entre estos
defectos destacan los flujos de detritos o lodos, verdaderos movimientos de masas
que transportan a grandes velocidades volúmenes considerables de sólidos.
1.3. Características físico geográficas del área de estudio
1.3.1. Ubicación geográfica.
En el municipio Maracaibo los riegos traen consigo amenazas para los seres
humanos, como ocurre en la parroquia Olegario Villalobos perteneciente al estado
Zulia. Esta se encuentra entre las parroquias Coquivacoa al norte (Circunvalación
2), el Lago de Maracaibo al este, las parroquias Santa Lucía y Bolívar al sur (Av. 77
5 de Julio) y las parroquias Chiquinquirá y Juana de Ávila al oeste (Av. 15 Delicias).
Su ubicación astronómica está definida por las coordenadas: 10°40'33"N
71°36'21"O. Presenta una extensión de 14,5 km² de superficie, cuyo medio físico
representa uno de los principales problemas; como la topografía propia de las
zonas circundantes del Lago de Maracaibo, así como las inundaciones debidas al
aumento del nivel freático que existe en esa zona y otros eventos como los
deslizamientos de arena de la formación El Milagro.
Las principales arterias viales existentes en esta localidad cuentan con buen
asfaltado e iluminación; siendo estas vías de rápido acceso, así como las que se
encuentran en las urbanizaciones y sectores (barrios) conformando las vías
alternas a las principales, constituyendo calles y avenidas con buena iluminación y
señalamiento. (Figura 1.1).
16
�Figura. 1.1 Croquis de la Parroquia Olegario Villalobos
Fuente: http://Commons.Wikimedia.org/Wiki/File: Mapa _ Olegario.
PNG, Año 2012
1.3.2. Hidrografía.
En cuanto a la Hidrografía, la parroquia cuenta con la Cañada Zapara o Tarabas;
esta cañada nace en las inmediaciones de Grano de Oro desembocando en el Lago
de Maracaibo a la altura del monumento a la Marina (Mirador), en la Avenida El
Milagro, luego drena por algunos sectores de la parroquia Juana de Ávila hasta
llegar a los sectores Monte Claro, 18 de Octubre y Zapara, al que le debe su
nombre. Esta cañada estaba en proceso de limpieza a punto de finalizar, sin
embargo, en la calle 58 C (Sector 18 de Octubre), el aspecto es desfavorable. Por
otra parte se sigue vertiendo aguas negras al Lago de Maracaibo, presentando
además antecedentes de inundación o pérdidas. Su cuenca mide 1.284,93 ha, con
una pendiente variable entre 0% y 2% y drena las aguas de las parroquias:
Chiquinquirá, Juana de Ávila, Olegario Villalobos y desemboca en la parte sur-este
de la parroquia Coquivacoa al Lago de Maracaibo. La cañada Zapara atraviesa la
parroquia entre los sectores 19 de Abril y 18 de octubre, y desemboca en el límite
norte al lado del parque Mirador del Lago, además de ésta hay otras cañadas y
desagües menores como el que pasa al sur del sector San Martín.
17
�1.3.3. Relieve.
La topografía del área de estudio, se puede definir como un espacio homogéneo,
aunque geomorfológicamente variado, en donde el 63.9% del espacio continental
lo constituyen áreas planas y el 16.8% restantes, superficies transaccionales
alternas de áreas onduladas y planas, debido en gran parte a su formación
geológica de origen aluvial, situada en la planicie de Maracaibo con pequeñas
alturas que alcanzan los 50 m., aproximadamente (Sector de El Milagro, San José
de los Altos), a la vez que pertenece en gran parte a la depresión del Lago de
Maracaibo (área de influencia Lacustre), como es el caso de las siguientes
parroquias: Coquivacoa, Olegario Villalobos, Juana de Ávila e Idelfonso Vásquez.
Es plana en toda su extensión, pero ondulada en la zona este franco, en donde
colinda con el Lago de Maracaibo, debido a las características geológicas aluviales.
Los suelos se han generado sobre materiales aluviales de origen lacustre, con buen
drenaje y en parte excesivo. Los horizontes superiores son de textura media, con
baja fertilidad. La mayor parte del relieve que presenta esta parroquia, corresponde
a una meseta llana, sobre todo hacia el oeste, en el este de la parroquia cerca de
la costa hay colinas bajas en los sectores La Virginia, Creole y Cerros de Marín, en
este último aflora la formación El Milagro de edad Pleistoceno, justo a la salida de
la Av. 5 de Julio. Las costas que se observan luego del acantilado son producto
de relleno como por ejemplo el sector Cotorrera.
1.3.4. Condiciones Climatológicas.
El clima es semiárido; su temperatura se mantiene continuamente alta, con un
promedio de 28 °C. La precipitación media anual es de 500-900 mm. La distribución
de la misma es irregular y torrencial, lo que acarrea consecuencias de erosión
laminar y formación de cárcavas. La evapotranspiración excede a las lluvias,
definiendo anualmente un período seco de cinco meses y dos períodos lluviosos:
mayo y octubre. Es una de las ciudades de Venezuela donde se registran las
mayores temperaturas: posee un clima cálido, solo atenuado por la influencia
moderadora del lago, desde donde entran los vientos alisios. El promedio de
temperatura de registros históricos es de 28,1 °C.
18
�Tabla 1.1 Parámetros climáticos promedio de Maracaibo
Temperatura
Temperatura
diaria
máxima °C
(°F)
Temperatura
diaria mínima
°C (°F)
Precipitación
total mm
(pulg)
ene
feb
mar
abr
may
jun
jul
ago
sep
oct
nov
dic
Total
31
31
32
32
31
32
32
33
32
31
31
31
32
(89)
(89)
(90)
(90)
(89)
(91)
(91)
(92)
(90)
(88)
(89)
(88)
(90)
23
23
25
25
25
25
26
25
24
24
24
23
25
(74)
(75)
(77)
(78)
(78)
(78)
(79)
(78)
(78)
(76)
(76)
(75)
(77)
5
5
5
30
60
50
20
50
70
110
50
20
510
(0.2)
(0.2)
(0.2)
(1,5)
(2,6)
(2,2)
(1,0)
(2,1)
(3,0)
(4,7)
(2,2)
(0,8)
(20,3)
Fuente: www.monografias.com 2010
En el pasado, el clima de la ciudad, así como en toda la costa del Lago de
Maracaibo, era insalubre debido a la combinación de altas temperaturas con alta
humedad, siendo la zona un importante criadero de plagas de mosquitos. En la
actualidad, los efectos de la urbanización y el control de plagas han sido
erradicados este mal.
Presenta una formación vegetal correspondiente al bosque muy seco tropical,
encontrándose muy poca representación del bosque primario o natural, ya que ha
sido eliminado para dar paso a las expansiones urbanas.
La parroquia cuenta con una población estimada de 83.337 habitantes,
principalmente en los edificios y complejos habitacionales de los sectores Tierra
Negra, San Benito, Zapara, Bella Vista y Las Mercedes, las avenidas El Milagro y
Bella Vista concentran la mayor cantidad de edificios de hasta 20 pisos, incluyendo
el edificio más alto de Maracaibo en la Av. 5 de Julio con Av. 3 G. También hay
barrios populares de viviendas humildes y urbanizaciones de quintas y villas como
La Lago, La Virginia y La Creole. La parroquia Olegario Villalobos tiene una
densidad de población de 6.161,17 habitantes por km², lo cual es el resultado de la
división del número total de habitantes entre la superficie.
1.4. Características geológicas regionales y locales
Para los alcances de la presente investigación, orientada hacia la zonificación de
riesgo por inundación de la parroquia Olegario Villalobos del municipio Maracaibo,
19
�estado – Zulia, se han estudiado detalladamente las unidades paleógenas y
neógenas que conforman la geología regional del sector de Maracaibo. (Figura 1.2)
1.4.1. Estratigrafía Regional
La descripción estratigráfica regional está sustentada por las unidades
litoestratigráficas que se encuentran en las periferias del municipio Maracaibo y que
suprayacen a las formaciones del Eoceno, las cuales se describen a continuación:
Figura 1.2 Mapa Geológico de Maracaibo
Fuente: N, Liseth y S, Marvin, Modificado por G. González 2014
Formación Icotea (Oligoceno)
Una activa y prolongada erosión del Eoceno superior elimino una espesa sección
eocena y continuó sobre grandes extensiones en la zona noreste de la cuenca de
Maracaibo. Como representante del Oligoceno se encuentra en la cuenca la
Formación Icotea, la cual es discordante tanto sobre el Eoceno truncado, como por
debajo de la arena de Santa Bárbara de la formación La Rosa. La localidad tipo de
la formación Icotea fue designada por Haas y Hubman (1937), en el sinclinal de
Icotea, a lo largo de la costa oriental del lago en el estado Zulia.
Litológicamente consiste de limolitas y arcillitas duras, macizas, típicamente de
color blanco a gris claro, pero localmente abigarradas en verde claro, amarillo o rojo
parduzco, ocasionalmente carbonáceas. En el lado oeste del Lago de Maracaibo
contiene además de capas de areniscas verdes o grises, y pasa gradualmente a la
parte basal del Grupo El Fausto.
20
�Algunos autores atribuyen a la formación Icotea un origen eólico con sedimentación
subsiguiente en pantanos y lagunas, el espesor de dicha unidad es mayor en las
áreas deprimidas siendo más delgado o ausente en las zonas elevadas de la
superficie erosional pre-miocena. Se conoce un máximo de 180 m en el Sinclinal
de Icotea en el Distrito Urdaneta.
Formación La Rosa (Mioceno Temprano)
El comienzo de la sedimentación miocena en la Cuenca de Maracaibo se
caracteriza por una transgresión marina de considerable extensión territorial dentro
de los límites del Lago, pero de duración relativamente corta. La base de la
transgresión de la formación La Rosa está representada por un Intervalo arenoso
conocido como Miembro Santa Bárbara. Por encima se encuentra el Miembro
Lutitas de La Rosa, que marcan la extensión máxima de la transgresión (Zambrano
et.al. 1972). La localidad tipo está en el Campo de La Rosa en el lado este del Lago
de Maracaibo, área de Cabimas, y su nombre fue introducido formalmente por
Hedberg y Sass (1937).
En la sección tipo, la litología consiste en su mayor parte de lutitas arcillosas,
verdosas, más o menos fosilíferas, con una cantidad subordinada de capas de
areniscas e intercalación de areniscas y lutitas. En el lado oeste del lago la
formación consiste casi completamente de lutitas arcillosas, verdosas y fosilíferas,
con una pequeña cantidad de areniscas. Considerada en conjunto, la formación La
Rosa es de ambiente marino oscilante y de poca profundidad. El espesor de dicha
unidad en el área tipo es de 180 – 250 m, y alcanza su espesor máximo en el
Sinclinal de Icotea, situado a 4 km. al norte del Campo Cabimas. En el Alto del
Pueblo Viejo está ausente probablemente por no haberse sedimentado. Los
espesores variables de esta formación reflejan su sedimentación sobre una
superficie erosionada irregular. A la sedimentación de la formación La Rosa siguió
la de los clásticos no marinos del Miembro Lagunillas Inferior identificado
principalmente en el margen oriental de la cuenca.
Formación Lagunillas (Mioceno Medio)
Sobre la formación La Rosa en forma transicional y localmente interdigitada se
sedimentó la formación Lagunillas, de la Cuenca de Maracaibo. La formación
Lagunillas es una unidad del subsuelo del lago de Maracaibo, cuya área tipo es el
21
�Campo petrolífero Lagunillas. Sutton (1946) consideró que la formación es el
resultado de sedimentación en ambientes de cambios rápidos de aguas salobres a
marinas y de nuevo a aguas dulces. Se compone principalmente de una
intercalación de lutitas, arcillitas, arenas, areniscas mal consolidadas y algunos
lignitos. Esta formación se depositó de manera concordante y transicional sobre la
formación La Rosa infrayacente, y lateralmente pasa a formaciones de ambiente
más continental.
Sutton (1946), dividió la formación Lagunillas en tres miembros: la parte inferior fue
denominada Miembro Lagunillas Inferior, el cual contiene arenas petrolíferas
importantes intercaladas con arcillas y lutitas carbonosas abigarradas, cuya base
se coloca donde aparecen las primeras faunas marinas de la formación La Rosa, y
el tope se coloca en la base de las lutitas del miembro Laguna suprayacente. El
miembro Laguna contiene lutitas grises fosilíferas y lutitas arenosas que
representan una breve incursión de aguas marinas normales. La mitad superior se
denomina Miembro Bachaquero y se compone de intercalaciones de arcillas, lutitas
arenosas y areniscas pobremente consolidadas. El ambiente de Bachaquero es
marino en la base pasando en forma transicional a un ambiente más continental en
el tope. El porcentaje de areniscas aumenta hacia el tope y son localmente
petrolíferas en las áreas de Lagunillas y Bachaquero. El espesor de la formación
Lagunillas es variable. En forma general se hace mayor en dirección oeste; en los
campos de Tía Juana y Urdaneta presenta 450 y 900 m respectivamente. Algunas
de las fallas del eoceno orientadas norte-sur continuaron activas durante el mioceno
y obviamente tuvieron efecto notable en la migración y acumulación de
hidrocarburo.
Formación Isnotú (Mioceno Medio a Tardío)
La formación Isnotú constituye la unidad intermedia del Grupo Guayabo,
(formaciones Palmar, Isnotú y Betijoque), se reconoce en la parte suroccidental y
suroriental de la Cuenca de Maracaibo. La secuencia del ambiente sedimentario
continental exhibe gran variedad lateral y a veces es imposible separar
definitivamente las unidades componentes.
La formación Isnotú fue definida por Sutton (1946) con localidad tipo en las
cercanías del pueblo Isnotú en el Estado Trujillo. Esta unidad se caracteriza por la
intercalación de arcillas y areniscas, con cantidades subordinadas de arcillas
22
�laminares, carbón y conglomerados. Las arcillas, que constituyen cerca del 65% de
la formación, son macizas, localmente arenosas y de color gris claro, algunas son
carbonosas y contienen restos de plantas. Las areniscas se presentan en capas
de
2
a
3 m,
de color gris claro a blancas, de grano fino a finalmente
conglomeráticas, localmente micáceas y con rizaduras; dentro de las areniscas es
común encontrar pelotillas de arcilla blanca. Carece de fósiles marinos, pero
contiene restos de plantas. Su edad se deduce por correlaciones laterales. Salvador
(1961) indicó que el ambiente de sedimentación es fluvial, y Florillo (1976) opina
que dicha formación es el resultado de la sedimentación de abanicos aluviales y
ríos trenzados, controlada por variaciones climáticas y por movimientos tectónicos
de levantamiento andino. La formación se extiende a lo largo de la parte occidental
del estado Zulia, entre la Sierra de Perijá y el Lago de Maracaibo, desde la región
de Colon al sur hasta la de Páez. Durante el Mioceno, inició el lento hundimiento
de la cuenca de Lago de Maracaibo que se rellenó gradualmente de sedimentos.
Formación La Villa (Mioceno Medio - Tardío)
Consiste principalmente de arcillitas rojizas, grisáceas, gris verdoso, moteadas,
areniscas de grano fino a medio, mal escogida, localmente conglomeráticas de
color
gris
a
amarillo
claro,
regularmente
moteadas
en
rojo
púrpura.
Ocasionalmente, se encuentran lutitas carbonáceas y vetas de lignito. Hacia el tope
se encuentran vetas de conglomerado laterítico. La formación La Villa yace
concordantemente y transicionalmente sobre la formación los Ranchos. En el tope,
aparece en discordancia angular local, bajo la formación El Milagro. El léxico
estratigráfico de Venezuela (1997) menciona que no contiene fósiles, salvo formas
retrabajadas del eoceno y cretácico.
Formación Onia. Informal (Plioceno - Pleistoceno)
Hedberg y Sass (1937) aplicaron el término “Capas de Onia” a sedimentos jóvenes
de carácter no marino en las partes sur y central de la Cuenca del Lago de
Maracaibo. El nombre proviene del Río Onia, tributario del Río Escalante en el
estado Mérida. Manger (1938) describió una sección en el pozo La Rita, a 2 km. De
la población de La Rita, en la Costa Oriental del Lago, que Young (1956) recomendó
como sección tipo. En el citado pozo se encuentran areniscas y limolitas gris
verdoso de grano Grueso a fino, arcillosas, micáceas y friables, con un conjunto
detrítico de minerales pesados metamórficos característicos de las “Capas de
23
�Onia”. Las limolitas contienen localmente capas calcáreas delgadas de color
amarillo. Young (1960) hallo restos de peces y escasos gasterópodos en la
formación Onia. El espesor de la formación varía normalmente entre 1220 y 95 m.
El contacto inferior en la parte occidental del Lago es concordante y transicional
con la formación La Villa. Existen dudas sobre su correlación a través de la Cuenca
de Maracaibo.
Formación El Milagro (Plioceno-Pleistoceno)
Está expuesta en afloramientos sobre el Arco de Maracaibo, con localidad tipo en
el barrio El Milagro en la ciudad de Maracaibo, donde se puede estudiar en los
acantilados occidentales de la avenida de su nombre a lo largo de la costa del Lago;
la unidad se conoce también en la Costa Oriental del Lago de Maracaibo del estado
Zulia. Litológicamente está constituida de facies arenosas con notables niveles de
ferrolita y lechos arcillosos o ferruginosos con madera silicificada. Un marcado
paleosuelo ferruginoso separa las facies arenosas de facies arcillosas de colores
verdosos. El ambiente de sedimentación de la unidad es fluvio-deltaico y lacustre
marginal (Kerez y San Juan, 1964), ubicado a una distancia considerable de la
fuente de sedimentos (Sutton, 1946). El espesor de la formación El Milagro sobre
el centro del Arco de Maracaibo varía de 0 a 35 m; aumenta rápidamente hacia el
sur alcanzando unos 150 m en el pozo Regional -1, unos 10 km, al suroeste de
Maracaibo (Graf, 1969). En el subsuelo del Lago el espesor se desconoce.
La formación El Milagro de edad Pleistoceno aflora en el sector con un espesor
aproximado de 7,32 m. Esta unidad consiste de paleosuelo lateríticos bien
cementados, que aparecen interestratificados de base a tope. Suprayace en
contacto cóncavo con areniscas de grano medio de color morado que presentan
internamente nódulos y tallos silicificados. Esta litofacie yace bajo arenisca gris
claro meteorizada superficialmente. Infrayacente a ella se localizan litofacies arcilloarenosa de color gris que gradan lateralmente a una arenisca de granos medio,
micácea, con estratificación y laminación cruzada. Hacia la base se observa una
arcilla rosada que contiene nódulos ferruginosos indicativos de intervalos de no
sedimentación, además de un horizonte de yeso que evidencia la presencia de
condiciones litorales. En cuanto al contenido paleontológico la unidad localmente
es estéril, observándose solamente restos de tallos silicificados.
“Graf (1969), correlaciona la formación El Milagro en su parte
24
�superior con la formación Zazárida además de las formaciones
Carvajal y Necesidad en la Serranía de Trujillo”.
En los sectores Primero de Mayo y El Milagro la unidad exhibe estructuras
diagenéticas (nódulo) que varían de tamaño en el estudio lateral de campo; son
indicativas de procesos de precipitaciones en la cuenca. Lateralmente hay cambio
de salinidad y acuñamiento. De acuerdo a estos elementos geológicos la unidad
designada El Milagro presenta un ambiente de formación fluvial a lacustre marginal.
De acuerdo a Graf (1969), los sedimentos se depositaron en un amplio plano
costero y de poco relieve y estuvieron expuestos a la meteorización y anegamiento
durante el cuaternario.
1.5. Características Geomorfológicas, regionales y locales.
Geomorfológicamente, la parroquia, se encuentra emplazada en barrancos
escarpados a lo largo de la costa, como por ejemplo el barrio Cerros de Marín, al
noroeste del lago de Maracaibo, con una topografía muy accidentada que evidencia
bad lands de color marrón rojizo, rebajados y cortados por los trabajos de
urbanismos. Así mismo, la evapotranspiración en la zona excede a la precipitación,
lo que define un largo período seco y dos períodos lluviosos al año, además está
influenciada por los vientos alisios del Noreste y por una alta insolación promedio.
Teniendo una precipitación media anual de 529,8 mm, pudiendo adjudicársele un
clima semiseco, debido a que los periodos de humedad no sobrepasan los tres
meses los cuales son mayo (70,3 mm), octubre (123,0 mm) y noviembre (75,5 mm).
En consecuencia, el periodo húmedo es relativamente corto, con tan solo un 50 %
de pluviosidad, con un periodo seco largo, que ocupa, casi todo el año. La
vegetación primaria la constituye el bosque muy seco tropical, formado por maleza
desértica tropical, monte espinoso tropical y cardonales o matorral espinoso.
25
�CAPÍTULO II. METODOLOGÍA DEL DIÁNOSTICO DE INDICADORES DE
VULNERABILIDAD EN LA PARROQUIA OLEGARIO VILLALOBOS
Introducción.
La evaluación del riesgo implica utilizar en forma sistemática la información
disponible para determinar la posibilidad de que ocurran determinados sucesos y
la magnitud de sus posibles consecuencias. Este proceso abarca identificar la
naturaleza, ubicación, intensidad y probabilidad de una amenaza; determinar la
existencia y el grado de vulnerabilidad y exposición a esas amenazas; definir las
capacidades y los recursos de que se dispone para enfrentar o manejar las
amenazas y determinar el grado de riesgo aceptable. En este capítulo se exponen
las actividades que se realizan para la zonificación de las áreas inundables, donde
se identificó y se estableció en campo las zonas de riesgos por inundación, las
cuales fueron plasmadas sobre el mapa de la Parroquia Olegario Villalobos del
municipio Maracaibo, estado Zulia.
2.1. Organización del trabajo.
El estudio se organizó en una serie de fases en las que se realizaron varias
actividades preparatorias para la recopilación, análisis e interpretación de la
información.
En la fase de recolección de información secundaria se consideró la presentación
del estudio a la Corporación Municipal en este caso Parroquia Olegario Villalobos
del municipio Maracaibo, estado Zulia.
Este primer acercamiento sirvió para iniciar una fase de recolección de información
de las diferentes comunidades, seleccionar los participantes para los talleres a
desarrollar posteriormente e iniciar un primer contacto con técnicos de las
diferentes instituciones presentes en la zona.
Se inicia la elaboración de la cartografía base para los análisis de amenazas y de
la vulnerabilidad, tales como:
Mapas de ubicación del área, hojas cartográficas 1:50.000 del IGN.
TIN (Trianguled Irregular Network) que es una estructura de datos
vectoriales formados por una red de triángulos irregulares interconectados.
26
�En cada vértice esta la información de posición y cota x, y, z. Con el TIN se
presenta una estructura en 3D del terreno muy semejante a la realidad.
MED (Modelo de elevación del terreno) es una estructura de datos raster que
al igual que el TIN representa una variable en la cota Z; normalmente suele
ser la elevación (Modelo de elevación).
Mapas temáticos de: suelo, uso del suelo, capacidad de uso, pendientes,
microcuencas, mapa de comunidades.
Los mapas obtenidos con la cartografía indican las zonas expuestas que podrían
verse afectadas por las inundaciones o sea los bienes vulnerables incluyendo
viviendas y todos los caminos utilizados en zonas pobladas debido a las graves
consecuencias sociales y económicas que traen consigo. Ello se debe a que los
efectos de las inundaciones dependen en gran medida de crecidas de ríos
provocadas por las precipitaciones.
2.2. Recolección de información primaria
En esta fase se utilizan una serie de métodos y técnicas para obtener la información
requerida, algunas de estas herramientas fueron los talleres y ejercicios grupales
que constituyeron un apoyo muy importante y significativo al momento de la
recolección de la información.
Durante el estudio se desarrollaron seis talleres; cabe destacar que por el tamaño
del área se determina realizar una división de microcuencas en parte alta, media y
baja para desarrollar los talleres y obtener una mayor presencia de los informantes
clave, ya que los sitios quedan muy retirados además de que el transporte en la
zona no es muy frecuente.
El objetivo principal de los primeros tres talleres desarrollados fue la recopilación
de información de la comunidad, a través de una encuesta que recopila toda la
información relevante de la comunidad y que sirve para el análisis de la
vulnerabilidad en la zona, además de que se emplean los talleres para educar a la
población e instruirla sobre los conceptos básicos de desastres, la importancia del
proceso participativo para la reducción del riesgo y la identificación participativa de
las amenazas en la zona. Los talleres también siguen como objetivo principal la
elaboración de los mapas de riesgo comunitario mediante el mapeo participativo
que constituye una modalidad de registro gráfico, representando los diferentes
27
�componentes del área de estudio, su lugar de ubicación espacio temporal y su
descripción, así como la documentación de las percepción que los pobladores
tienen sobre el estado de los recursos, su distribución y manejo.
2.3. Análisis de los resultados
Esta fase se realiza a partir de los siguientes aspectos:
Determinación de la vulnerabilidad global para deslizamientos e
inundaciones, mediante talleres y dinámica participativa, encuestas, que
permiten identificar los indicadores biofísicos y socioeconómicos.
Definición de las áreas críticas para inundaciones.
Identificación de las amenazas mediante el mapeo comunitario
participativo.
Definición del riesgo por inundaciones en la microcuenca a través de la
integración de la vulnerabilidad global a las áreas críticas, utilizando para
ello el SIG como herramienta de análisis.
Prioridad de las zonas con mayor riesgo (inundaciones) y propuesta de
lineamientos y acciones concretas para la prevención de desastres.
2.4. Metodología para determinar la amenaza
Con la ayuda de la herramienta de Sistema de Información Geográfica (SIG) se
obtiene el mapa de amenazas que son la forma usual de presentar las amenazas
relacionadas
con
inundaciones.
Las
zonas
propensas
a
inundaciones
generalmente se clasifican según su profundidad (alta o baja), tipo (aguas
tranquilas o de alta velocidad) o frecuencia. En esencia, los mapas de riesgo de
crecidas se utilizan para destacar las zonas en peligro por inundaciones en los
períodos de alto nivel o descarga de las aguas.
Para la cuantificación del grado de amenaza se utilizan indicadores que permiten
conocer el grado susceptibilidad del terreno al desarrollo de inundaciones. A
continuación se describen los utilizados en la investigación:
I)- Geomorfológicos.
Pendientes del terreno.
Tipo de relieve.
28
�
Red fluvial.
II)- Suelos.
Tipo de suelos.
III)- Vegetación.
Presencia de cobertura herbácea
IV)- Uso del suelo.
Obras civiles que impermeabilizan el área. Edificios, viales.
Disposición con respecto a la dirección natural de drenaje.
Sistemas de drenajes.
2.5. Evaluación de amenazas
Metodología general para la evaluación de amenazas
El principal objetivo de una evaluación de amenazas (o de peligros) es predecir o
pronosticar el comportamiento de los fenómenos naturales potencialmente dañinos
o, en su defecto, tener una idea de la probabilidad de ocurrencia de estos
fenómenos para diferentes magnitudes. De esto modo, se logra una apreciación
del riesgo en las zonas de influencia de las amenazas, si se utilizaran estas zonas
para usos que implican niveles de vulnerabilidad alta (en particular el uso
habitacional).
La metodología de evaluación de amenazas inicia desde la presentación de una
oferta técnica a la municipalidad interesada, y la elaboración de un plan de trabajo
preliminar, con etapas de trabajo de campo para las observaciones y mediciones,
y otras de oficina para el procesamiento de la información y la elaboración de mapas
e informes. Esta metodología plantea trabajar con la base topográfica existente en
el país a escala 1:25.000 para trasladar todas las observaciones y análisis de
fenómenos peligrosos a planos o mapas hasta un nivel de detalle permitido a esta
escala (mapas indicativos de amenaza).
En lo referente a la información a recopilar, se define el tipo de información
requerida y se desestiman datos secundarios o excesos de datos socioeconómicos,
cuyas fuentes pueden ser mencionadas sin mayor detalle. Es importante identificar
fuentes documentales para recabar testimonios personales sobre desastres
29
�pasados, signos indicadores de terreno, toponimia, entre otros. La información
obtenida se evalúa antes de ser utilizada, con el fin de verificar su calidad,
actualidad y confiabilidad utilizando para esto análisis comparativos, deductivos y
correlaciones. En el caso de la información socioeconómica, debe cuidarse que
ésta no sea muy antigua o con grandes diferencias temporales.
La identificación de las zonas de interés especial se realiza por entrevistas a las
autoridades municipalidades y a la comunidad, con los cuales se realizan talleres
participativos, para obtener la información directamente de los afectados e informar
a la gente sobre la naturaleza del trabajo, eliminar la desconfianza y, una vez que
el trabajo ha concluido se les informa sobre las medidas que se adoptan entre las
que se encuentran: eventualidad para instalar algún sistema de observación y
alerta, brindar consejos prácticos para el manejo del suelo, el manejo del agua, las
construcciones. La técnica empleada en este contexto es de auto-mapeo.
Previo al trabajo de campo, se analizan los mapas topográficos y las fotos
aéreas de la zona, con el objetivo de identificar áreas susceptibles a inestabilidades
de terrenos, a inundaciones y procesos torrenciales. Estas actividades iniciales son
de gran importancia ya que proporcionan una visión general previa de la situación
del área de trabajo, lo que permite ahorrar esfuerzos y dinero al enfocar el trabajo
de campo en zonas pre–seleccionadas, en cuya selección es importante incluir a
representantes de la municipalidad.
Durante el trabajo de campo se observa el área en detalle para encontrar
evidencias que permitan definir límites, tipología de los fenómenos y grado de
actividad en las zonas afectadas, lo cual proporciona elementos para la evaluación
del grado o nivel de peligrosidad del fenómeno, así como estimar la probabilidad
relativa de ocurrencia del evento o eventos bajo estudio. El énfasis está en las
zonas de interés especial previamente identificadas, pero el recorrido debe cubrir
toda la zona de estudio (observación desde puntos altos).
2.6. Evaluación del grado de amenaza o peligrosidad
Las clases de peligrosidad que se representan en el mapa de amenaza permiten
apreciar el riesgo que se correrá en un punto del espacio si se le da a éste un uso
común. Son de especial interés las amenazas que ponen en peligro la vida humana
y aunque en menor grado, las que ponen en peligro los bienes de la comunidad.
30
�Debido a la concentración de vidas humanas y de bienes que implica, el principal
uso del espacio que puede significar riesgos elevados es el de vivienda en
asentamientos humanos (pueblos, barrios, urbanizaciones). Por consiguiente, las
clases de peligrosidad deberán permitir una apreciación del riesgo que correrán las
vidas humanas (al exterior y al interior de casas o edificios comunes), así como los
bienes en las edificaciones.
Las evaluaciones siguientes sirven de referencia para establecer clases de
amenaza o de peligrosidad, aunque cada tipo de amenaza pueda tener sus
particularidades:
Rojo: peligro alto
- Las personas están en peligro tanto al exterior como al interior de las viviendas o
edificios.
- Existe un alto peligro de destrucción repentina de viviendas y edificios.
- Los eventos se manifiestan con una intensidad relativamente débil, pero con una
probabilidad de ocurrencia elevada, y las personas, en este caso, están sobre todo
amenazadas al exterior de las viviendas y edificios. La zona marcada en rojo
corresponde esencialmente a una zona de prohibición.
Anaranjado: peligro medio
- Las personas están en peligro al exterior de las viviendas o edificios, pero no o
casi no al interior.
- Las viviendas y edificios pueden sufrir daños, pero no destrucción repentina,
siempre y cuando su modo de construcción haya sido adaptado a las condiciones
del lugar. La zona anaranjada es esencialmente una zona de reglamentación,
donde daños severos pueden reducirse con medidas de precaución apropiadas.
Amarillo: peligro bajo
- El peligro para las personas es débil o inexistente.
- Las viviendas y edificios pueden sufrir daños leves, pero puede haber daños
fuertes al interior de los mismos. La zona amarilla es esencialmente una zona de
sensibilización.
31
�Blanco: ningún peligro conocido, o peligro despreciable según el estado de los
conocimientos actuales
Los resultados esperados de la evaluación de amenazas.
Como resultado de la evaluación de amenazas (o peligros) en la investigación se
generan dos tipos de mapas:
• Mapas de inventario de fenómenos
• Mapas indicativos de amenazas o peligros
Por economía o por escala, no siempre es posible realizar separadamente estos
mapas, por lo que, en la situación actual, y en términos realistas, lo más asequible
es levantar mapas-inventarios con indicaciones genéricas sobre el grado de
amenaza y algunas pautas de gestión, que se logra con esta investigación como
resultado una propuesta de zonificación territorial además del uso de un Sistema
de Información Geográfica (SIG) que permite contar con una cartografía sin
necesidad de iniciar cada vez nuevos trabajos de base.
1- Mapa inventario de fenómenos
Escala aconsejada: 1:25000
Objetivo: señalar la existencia de fenómenos o procesos o zonas susceptibles de
ser escenario un evento catastrófico.
Contenido:
• Delimitación precisa de los fenómenos naturales, incluyendo todas las zonas
afectadas. Cuando estas áreas no se pueden ubicar precisamente en los mapas
topográficos actuales, es mejor marcarlas con un signo y un código, o referirlas a
alguna referencia geográfica notable (progresiva de carretera, cerro importante,
pueblo). En especial:
• Indicación de frentes o zonas generadoras de derrumbes, coladas, deslizamientos
u otros fenómenos.
• Delimitación indicativa (hasta donde sea posible por la escala) de las franjas de
inundación (lecho mayor y lecho menor) y de las llanuras de aluvionamiento
32
�probables (precisión muy relativa, por lo que, para evitar suspicacias, deberá
insertarse una advertencia sobre su nivel de validez cartográfica).
• Indicación aproximada de los lugares donde el cauce presenta estrangulación,
obstáculos que puedan entorpecer el flujo de las corrientes y las áreas con material
no consolidado que puede sufrir movilización por crecida o erosión.
2- Mapa indicativo de amenazas
Objetivo: Indicar el grado o nivel de peligro de los diferentes fenómenos naturales
identificados así como su evolución a través del tiempo. Puede incluir una
propuesta de zonificación territorial considerando las amenazas identificadas y el
nivel de degradación de los suelos, entre otros.
Escala aconsejada: 1:25000
Contenido:
• Delimitación precisa de las zonas de amenaza alta, media y baja para los
diferentes fenómenos evaluados.
• Ubicación indicativa de los sitios críticos y elementos expuestos.
• Zonificación del territorio.
Si las condiciones no permiten realizar un análisis integrado de riesgos, pueden
elaborarse informes intermedios de esta fase de evaluación de amenazas, en los
que deben plantearse todas las recomendaciones posibles y viables. Este informe
proporcionará algunas pautas para ser integradas en los planes de desarrollo
municipal.
2.7. Valoración de los indicadores de vulnerabilidad.
La geomorfología que presenta el área de estudio es propicia para que ocurran
inundaciones, ya que la parroquia, se encuentra emplazada en barrancos
escarpados a lo largo de la costa, con presencia de ligeras depresiones y existencia
de declive a lo largo del drenaje que fluye por la zona. El área de estudio está
representado por el 63.9% del espacio con áreas planas y el 16.8% lo ocupan las
superficies alternas de áreas onduladas y planas. Así mismo las pendientes del
terreno varían entre 0% y 2% con pequeñas alturas que alcanzan los 50 m,
33
�aproximadamente. De manera general es plana en toda su extensión y ondulada
en la zona este, colindante con el Lago de Maracaibo, debido a las características
geológicas aluviales.
Tabla: 2.1. Vulnerabilidad según las clases de pendientes.
Clases de pendientes
Vulnerabilidad
Valoración
Menor de 10o
Alta
2
Mayor de 10o
Baja
1
Fuente: G. González 2014
El área de estudio presenta un relieve homogéneo la mayor área corresponde
hacia el oeste a una meseta llana, y en el este de la parroquia cerca de la costa
existen colinas bajas y áreas onduladas y planas debido a su litología que alcanza
altura de hasta 50 m.
Tabla: 2.2. Vulnerabilidad según el tipo de relieve
Tipo de relieve
Llanuras
Alturas
Premontañas
Vulnerabilidad
Valoración
Alta
3
Media
2
Baja
1
Fuente: G. González 2014
En cuanto a la red fluvial, la parroquia cuenta con la Cañada Zapara o Tarabas;
esta cañada nace en las inmediaciones del sector Grano de Oro desembocando en
el Lago de Maracaibo a la altura del monumento a la Marina (Mirador), en la Avenida
El Milagro, drenando por sectores adyacentes, además de ésta hay otras quebradas
(cañadas) y desagües menores como el localizado al sur de la sector San Martín.
Las laderas del canal principal (Cañada) presentan un elevado grado de erosión y
socavamiento en sus bases. De igual manera, el curso de este drenaje se
encuentra obstruido por escombros y restos de árboles, lo que ocasiona
desbordamiento de las aguas que fluyen en el canal hacia algunos sectores de esta
34
�comunidad, acelerando el proceso de inundación, más acentuado en período de
ciclo húmedo (Período de lluvia).
Tabla: 2.3. Vulnerabilidad según la distancia a la red fluvial.
Distancia a la red fluvial
Vulnerabilidad
Valoración
Sobre cauces antiguos o sobre llanura de inundación.
Alta
3
Media
2
Baja
1
Cerca de los límites de llanura de inundación
Alejado de cauces fluviales y llanuras de inundación.
Fuente: G. González 2014
Los suelos que aparecen en el área de estudio son arenosos con notables niveles
de ferrolita, y arcillosos o ferruginosos con madera silicificada. Existe un suelo
ferruginoso de colores verdosos bien cementado, que separa las facies arenosas
de las arcillosas con areniscas de grano medio de color morado que presentan
internamente nódulos y tallos silicificados, también se observan suelos arcilloarenoso de color gris que gradan lateralmente a una arenisca de granos medio,
micácea, con estratificación y laminación cruzada. El ambiente de sedimentación
de la unidad es fluvio-deltaico y lacustre marginal. De acuerdo a lo observado se
interpreta como un depósito de suelos poco cohesivos de origen coluvial,
compuesto de arcillas-limosas y arenas impregnadas en matriz arcillosa de
mediana plasticidad, con material ferruginoso.
Tabla: 2.4. Vulnerabilidad según tipo de suelos.
Suelos
Vulnerabilidad
Valoración
Arcillosos-limosos
Alta
3
Arenoso-limosos
Media
2
Baja
1
Arenosos
Fuente: G. González 2014
El área de estudio presenta una formación vegetal representada por bosque tropical
muy seco, encontrándose muy poca representación del bosque primario o natural,
ya que ha sido eliminado para dar paso a las expansiones urbanas, formado por
35
�maleza desértica tropical, monte espinoso tropical y cardonales o matorral
espinoso.
Tabla: 2.5. Vulnerabilidad según la densidad de la cobertura vegetal.
Densidad de cobertura vegetal
Ausente
Medianamente cubierta de pasto y escasa vegetación
arbustiva
Abundante cubierta herbácea y arbustiva.
Vulnerabilidad
Valoración
Alta
3
Media
2
Baja
1
Fuente: G. González 2014
2.8. Indicadores de vulnerabilidad
Los indicadores se seleccionaron para la amenaza a tratar, en este caso
inundaciones. En el caso de la vulnerabilidad por inundaciones la tabla muestra las
variables con indicadores específicos para este tipo de amenaza en lo que respecta
a la vulnerabilidad física y técnica.
Tabla: 2.6. Variables e indicadores de vulnerabilidad a inundaciones.
Fuente: G. González 2014
2.9. Valoración de los indicadores seleccionados
Para lograr uniformidad en el análisis de los diferentes indicadores (tanto para
inundaciones como para deslizamientos), sabiendo que unos son medibles
cuantitativamente y otros cualitativamente, fue necesario estandarizar las variables
que contienen a cada uno de los indicadores. Esta estandarización dentro de los
indicadores partió del concepto de analizar el grado de influencia que los distintos
36
�valores (variable observada) tienen dentro del indicador para obtener un
determinado nivel de severidad en la vulnerabilidad, es decir, entre mayor es el
aporte del indicador a la vulnerabilidad, mayor valor estandarizado.
La tabla: 2.7 muestra el valor otorgado a cada vulnerabilidad para lograr la
estandarización y así poder definir la ponderación para la medición de la
vulnerabilidad global en cada una de las comunidades.
Tabla: 2.7. Caracterización y valoración de los indicadores de vulnerabilidad.
Clase de vulnerabilidad
Valoración
Alta
3
Media
2
Baja
1
Fuente: G. González 2014
Se propone una ponderación lineal asignando valores de 1- 3, donde 1 fue asignado
a la situación del indicador que presentó la menor vulnerabilidad y el valor de tres
(3) se asignó a la situación más crítica del indicador, lo cual refleja la situación de
mayor vulnerabilidad.
A continuación se presentan en cuadros sucesivos los diferentes indicadores para
la vulnerabilidad y la amenaza (inundaciones).
Tabla: 2.8.Valoración del indicador número de casas en zonas bajas o sobre
antiguos cauces.
Disposición espacial de las viviendas
En zonas bajas inundadas ó sobre cauces antiguos
cauces
En límites de zonas inundadas. En riveras de cauces.
Lejos de áreas inundadas
Vulnerabilidad Valoración.
Alta
3
Media
2
Baja
1
Fuente: G. González 2014
37
�Tabla: 2.9 Valoración del indicador % de viviendas construidas con materiales
resistentes.
Características de las
viviendas
Vulnerabilidad
Valoración.
Bahareque, tabla.
Alta
3
Adobe. Coloniales.
Media
2
Baja
1
Bloque, ladrillo.
Fuente: G. González 2014
Tabla: 2.10.Ponderación de la variable conducción de agua potable y su
funcionalidad.
Funcionalidad de red hidráulica frente a
inundaciones (%)
Vulnerabilidad
Valoración.
50-100
Alta
3
5-25
Media
2
0-5
Baja
1
Fuente: G. González 2014
Tabla: 2.11. Ponderación de la variable de estado de la red de drenaje.
Condiciones de red de
drenaje, alcantarillas,
puentes (% afectación)
Vulnerabilidad
Valoración.
50-100
Alta
3
5-25
Media
2
0-5
Baja
1
Fuente: G. González 2014
38
�Tabla: 2.12. Ponderación de la variable de funcionabilidad de las obras hidráulicas
con capacidad para eventos extremos.
Funcionabilidad de la red de drenaje, alcantarillas,
puentes frente a inundaciones (%)
Vulnerabilidad
Valoración.
45-0
Alta
3
75-45
Media
2
100-75
Baja
1
Fuente: G. González 2014
2.10. Metodología para evaluar la vulnerabilidad
El objetivo del trabajo de investigación realizado se ha centrado en la evaluación
de los aspectos físicos de la vulnerabilidad, principalmente en relación con las
amenazas por inundaciones. Para analizarlos generalmente se utiliza la
superposición de las zonas de amenaza con la ubicación de elementos de
infraestructura como aeropuertos, carreteras principales, instalaciones de salud y
el tendido eléctrico.
Como parte de este sistema, el análisis socioeconómico y de género estudia los
grupos sociales en situación desventajosa, incorporándolos en el proceso de
desarrollo como eficaces agentes de cambio antes que en calidad de beneficiarios.
Para evaluar la vulnerabilidad se identifican todos los elementos que pudieran estar
en riesgo de una amenaza particular, para lo cual se elaboró una entrevista con
preguntas específicas para los informantes clave o representantes de instituciones
que trabajan en actividades relacionadas al tipo de vulnerabilidad.
La recolección de la información se realizó en la comunidad, a través de talleres
participativos, para lo cual se tomó como punto de partida la información del último
censo poblacional.
Existen diversos métodos para el análisis de riesgos debido a amenazas naturales;
sin embargo todos plantean una metodología de evaluación que distingue
Amenazas y Vulnerabilidades. Entre los métodos que se emplean en la se
encuentran los métodos de análisis cualitativos y cuantitativos. Los métodos
39
�cuantitativos aportan un grado de objetividad superior, sin embargo, la escasez de
datos prohíbe generalmente su aplicación consecuente.
Para el caso que nos ocupa de fenómenos hidrológicos (inundaciones, crecidas
repentinas, flujos de lodo y escombros), se utiliza generalmente el análisis de
frecuencia para determinar las intensidades de fenómenos asociadas a diferentes
probabilidades o períodos de retorno. Por ejemplo, se puede determinar así los
caudales asociados a una probabilidad de excedencia anual de 1% (probabilidad
de no-excedencia de 99% ó 0,99) en una estación hidrométrica (estación donde se
miden los niveles de agua de un río o una quebrada y se estiman los caudales
correspondientes) y los métodos cualitativos de investigación.
2.11. Evaluación de vulnerabilidad
La vulnerabilidad constituye un sistema dinámico, que surge como consecuencia
de la interacción de una serie de factores y características (externas e internas) que
convergen en una comunidad o área particular. A esta interacción de factores se le
conoce como vulnerabilidad global. Esta vulnerabilidad global puede dividirse en
varias vulnerabilidades o factores de vulnerabilidad, todos ellos relacionados entre
sí: vulnerabilidad física; factores de vulnerabilidad económicos, sociales y
ambientales. (Wilches - Chaux, 1993)
La vulnerabilidad física se refiere a la localización de asentamientos humanos en
zonas de amenaza, por ejemplo en las laderas de los volcanes, en las llanuras de
inundación de los ríos, al borde de los cauces, en zonas de influencia de fallas
geológicas, etc.
La vulnerabilidad estructural se refiere a la falta de implementación de códigos de
construcción y a las deficiencias estructurales de la mayor parte de las viviendas,
lo que conlleva a no absorber los efectos de los fenómenos naturales; la
vulnerabilidad natural se refiere a aquella que es inherente e intrínseca a todo ser
vivo, tan solo por el hecho de serlo.
Los factores de vulnerabilidades económicas y sociales se expresan en los altos
niveles de desempleo, insuficiencia de ingresos, poco acceso a la salud, educación
y recreación de la mayor parte de la población; además en la debilidad de las
instituciones y en la falta organización y compromiso político, al interior de la
40
�comunidad o sociedad. Se ha demostrado que los sectores más pobres son los
más vulnerables frente a las amenazas naturales.
Un análisis de vulnerabilidad es un proceso mediante el cual se determina el nivel
de exposición y la predisposición a la pérdida de un elemento o grupo de elementos
frente a una determinada amenaza o peligro. La vulnerabilidad puede ser definida
por tres niveles: baja, media y alta; también puede ser expresada como un
porcentaje de elementos que pueden sufrir daño o destrucción (pérdida) sobre un
total, aunque es difícil establecer una referencia de carácter absoluto. Los
porcentajes pueden ser establecidos en función de las características del área, del
tipo de fenómeno, de la densidad y frecuencia de ocupación humana, densidad de
construcciones.
Debido a la escala de trabajo 1:25.000, no es posible realizar verdaderos mapas de
vulnerabilidad, ya que estos corresponden a una fase de estudios detallados y no
es del todo viable, para áreas grandes como son las de los municipios, en
realidades como las de ciudad. Por ello, se recomienda introducir la variable de
vulnerabilidad dentro de los mapas de inventario o de amenaza a través de
indicaciones que evidencien los elementos o grupos de elementos más vulnerables
en zonas de mayor peligro. Por cuestiones de legibilidad, lo mejor es marcar la
vulnerabilidad como parte de los sitios críticos, con un signo y un número que remita
a una ficha.
2.12. Relaciones Intensidad – Probabilidad – Amenaza
Las probabilidades asociadas a los diferentes grados de intensidad posibles para
un fenómeno definen su grado de amenaza. El riesgo total se puede obtener luego,
estimando el daño para cada intensidad, y calculando el total de los daños
esperados ponderados por las probabilidades de ocurrencia.
2.13. Evaluación cualitativa de riesgos.
La aplicación de métodos cualitativos para el análisis de riesgos implica el
conocimiento preciso de las amenazas, de los elementos en riesgo y de sus
vulnerabilidades, pero expresados de forma cualitativa (basados en la experiencia
y observaciones de campo). Las probabilidades de los eventos peligrosos son
estimaciones realizadas partiendo de la experiencia de los especialistas, las
vulnerabilidades y el riesgo son determinados también de forma relativa
41
�2.14. Evaluación del riesgo
Para realizar análisis de riesgos, las evaluaciones de amenazas y vulnerabilidades
son el primer paso. Se elaboran a partir de una apreciación relativa del nivel de
amenaza, de las indicaciones relativas a la vulnerabilidad global, y de la frecuencia
de los fenómenos, mostrando una zonificación donde se indica el grado o nivel de
amenaza y se correlaciona con el nivel de concentración de población y de
inversiones o infraestructura. Con los recursos existentes y la escala de trabajo, no
puede realizarse un mapa de riesgo propiamente dicho, pero sí pueden elaborarse
mapas indicativos de amenazas con calificaciones de riesgo relativo. En particular,
se puede llamar la atención sobre la existencia de lugares de alto riesgo mediante
la representación de sitios críticos.
42
�Capítulo III. RIESGOS POR INUNDACIONES EN LA PARROQUIA OLEGARIO
VILLALOBOS
Introducción
La identificación de zonas con peligro de inundación mediante mapas, constituye
una herramienta que permite plantear distintas medidas no estructurales tendientes
a dar pautas en la Gestión Integrada de los Recursos Hídricos, particularmente en
la planificación territorial, con miras a reducir los efectos ocasionados por las
inundaciones. En el presente capitulo se confeccionan los mapas de las zonas con
peligro de inundación a partir de la determinación previa de los diferentes niveles
de riesgo de inundación.
3.1. Rasgos geomorfológicos que condicionan las inundaciones del área de
estudio.
La parroquia Olegario Villalobos presenta una topografía muy accidentada que
evidencia bad lands de color marrón rojizo, alterados por el desarrollo urbanístico,
la misma se encuentra emplazada en barrancos escarpados a lo largo de la costa,
específicamente el barrio Cerros de Marín, al noroeste del lago de Maracaibo. De
manera general son áreas muy planas ubicadas a lo largo del drenaje afectadas
por los procesos de erosión que producen socavamiento y cárcavas en la zona
(Mapa: 3.1)
43
�Mapa:3.1: Rasgos Geomorfológico
Fuente: G. González 2014
El área de estudio está representada por el 63.9% del espacio con relieve plano y
el 16.8% lo ocupan las superficies alternas de áreas onduladas y planas. Así mismo
las pendientes del terreno varían entre 0% y 2% con pequeñas alturas que alcanzan
los 50 m, aproximadamente. De manera general el relieve es homogéneo, con una
meseta llana hacia el oeste, y colinas bajas y áreas onduladas y planas en el este
de la parroquia cerca de la costa con altura hasta 50 m. (mapa 3.2)
44
�Mapa:3.2: Curvas de Nivel c/ 2 m
Fuente: G. González 2014
En cuanto a la red fluvial, la parroquia cuenta con la Cañada Zapara o Tarabas;
que nace en las inmediaciones del sector Grano de Oro y desemboca en el Lago
de Maracaibo a la altura del monumento a la Marina (Mirador) la cual drena sus
aguas en los sectores adyacentes (mapa 3.3). Además existen otras cañadas y
desagües menores como el localizado al sur del sector San Martín. Los cursos de
agua que integran la red están sujetos al régimen de lluvias locales y se alimentan
de precipitaciones en forma de lluvias.
Las laderas del canal principal (Cañada) presentan un elevado grado de erosión y
socavamiento en sus bases y su curso se encuentra obstruido por escombros y
restos de árboles, lo que ocasiona desbordamiento de las aguas que fluyen en el
canal hacia algunos sectores de esta comunidad, acelerando el proceso de
inundación y acentuándolo en el período de ciclo húmedo (Período de lluvia), lo que
propicia áreas inundadas y cotas de máxima inundación marcadas en algunas viviendas.
45
�Mapa:3.3: Red de Drenaje
Fuente: G. González 2014
Los suelos son arenosos con notables niveles de ferrolita; y arcillosos ferruginosos
con madera silicificada de color verdoso bien cementado, intercalado entre las
facies arenosas y las arcillosas con areniscas de grano medio de color morado que
presentan internamente nódulos y tallos silicificados, también se observan suelos
arcillo-arenoso de color gris que gradan lateralmente a una arenisca de granos
medio, micácea, con estratificación y laminación cruzada. El ambiente de
sedimentación de la unidad es fluvio-deltaico y lacustre marginal. De acuerdo a sus
características se interpreta como un depósito de suelos poco cohesivos de origen
coluvial, compuesto de arcillas-limosas de mediana plasticidad y arenas
impregnadas en matriz arcillosa con material ferruginoso.
En el área de estudio se encuentra una formación vegetal representada por bosque
tropical muy seco, con muy poca representación del bosque primario o natural,
porque ha sido eliminado para dar paso a las expansiones urbanas, y en su lugar
aparece maleza desértica tropical, monte espinoso tropical y cardonales o matorral
espinoso.
El trabajo de campo en el área de estudio permite comprobar la presencia de zonas
de bajas y altas pendientes pertenecientes al sector, como muestra la foto 3.1.
46
�Zona de bajas
Pendientes
Foto: 3. 1: Etapa inicial del sector Cerros de Marín perteneciente a
la Parroquia Olegario Villalobos.
Fuente: G. González 2014
Las edificaciones presentes en el área de estudio de acuerdo a su tipología
constructiva y materiales de construcción se tiene que alrededor del 85%,
comprende viviendas con paredes de bloque y ladrillos, el resto a construcciones
coloniales lo cual las calificas con baja vulnerabilidad atendiendo a las
características constructivas. No obstante la actividad antrópica que se desarrolla
en la parroquia si se considera indicador de los cambios provocados en los rasgos
geomorfológicos del área de estudio, ejemplo de ello son las fotos 3.2 y 3.3 que
muestran viviendas con peligro de las inundaciones, por estar situadas en el centro
de la quebrada, las cuales serán afectadas al aumentar las lluvias o ser estas
continuas y perdurar más de 12 horas, pues bajo estas condiciones los sistemas
de drenaje colapsan convirtiéndose en torrentes que arrastran todo a su paso
incluyendo los desechos sólidos. Normalmente la comunidad escoge establecer
sus viviendas en zonas vulnerables, debido a la poca percepción del riesgo por
inundaciones que poseen los pobladores de la parroquia, lo cual incrementa la
posibilidad de riesgo debido a que la mayoría de las cañadas están obstruidas por
falta de mantenimiento y por nivelación de sus cauces, que ocasiona grande
inundaciones en tiempos de lluvia. También estas zonas son muy propensas a
deslizamientos, los que se presentan como movimientos de grandes masas de
material detrítico, escombros, rocas blandas, que se desencadenan por la acción
del agua.
47
�Vivienda ubicada en la parte
baja de la quebrada
Altimetría de la quebrada
Foto: 3.2. Ubicaciones de 2 viviendas en la parte baja de la cañada con 08
metros en la parte más céntrica de la quebrada, de vista de infraestructura en
mal estado.
Fuente: G. González 2014
Vivienda ubicada en una
pendiente alta con bote de
aguas servidas
Vivienda ubicada en
una pendiente baja
Foto: 3. 3. Infraestructura en inicio, ubicada en el centro de la
quebrada.
Fuente: G. González 2014
También la foto 3.4 muestra la alta peligrosidad de algunos sectores del área de
estudio a las inundaciones producida por la acción antrópica, donde se ha formado
un canal con la finalidad de que al iniciarse el periodo lluvioso las corrientes de
aguas superficiales fluyan a través de este canal, pero el mismo ha sido construido
en dirección a la pendiente del talud sin considerar la altura del mismo ni el tipo de
estratificación que presenta la litología provoca un debilitamiento del mismo y con
ello que los suelos sean más inestables.
48
�Vivienda ubicada
en la margen de un
canal de agua
superficiales
Foto: 3.4 Observación de un canal de aguas
superficiales ubicado a un lado formación el milagro
Villalobos
Fuente: G. González 2014
Otra de las causas de incremento de la peligrosidad en el área es el incorrecto
empleo del ordenamiento territorial al ubicar viviendas en suelos pertenecientes a
la formación El Milagro, lo cual incrementa la vulnerabilidad del área por ser suelos
pocos estables, rocas mal confinadas y poco compactas. (foto 3.5).
Vivienda ubicada en la
margen
de
la
formación El Milagro
en el canal de agua
superficiales, siendo
esta inestable, alto
riesgo
Foto: 3.5. Observación de la parte inicial de
formación El Milagro el cual pertenece a la Parroquia
Olegario Villalobos.
Fuente: G. González 2014
3.2. Condiciones de vulnerabilidad del área de estudio.
Un análisis de vulnerabilidad es un proceso mediante el cual se determina el nivel
de exposición y la predisposición a la pérdida de un elemento o grupo de elementos
49
�frente a una determinada amenaza o peligro. La vulnerabilidad puede ser definida
por tres niveles: baja, media y alta; también puede ser expresada como un
porcentaje de elementos que pueden sufrir daño o destrucción (pérdida) sobre un
total, aunque es difícil establecer una referencia de carácter absoluto. Los
porcentajes pueden ser establecidos en función de las características del área, del
tipo de fenómeno, de la densidad y frecuencia de ocupación humana, densidad de
construcciones.
Debido a la escala de trabajo 1:25 000, no es posible realizar verdaderos mapas de
vulnerabilidad, ya que estos corresponden a una fase de estudios detallados y no
es del todo viable para áreas grandes como son las de los municipios, en realidades
como las de ciudad. Por ello, se recomienda introducir la variable de vulnerabilidad
dentro de los mapas de inventario o de amenaza a través de indicaciones que
evidencien los elementos o grupos de elementos más vulnerables en zonas de
mayor peligro.
3.3. Indicadores de vulnerabilidad
Los indicadores que se seleccionaron para la amenaza a tratar, en este caso
inundaciones. En el caso de la vulnerabilidad por inundaciones la tabla muestra las
variables con indicadores específicos para este tipo de amenaza en lo que respecta
a la vulnerabilidad física y técnica.
La vulnerabilidad según las clases de pendientes del terreno que tiene una
variación entre 0% y 2% con pequeñas alturas que alcanzan los 50 m
aproximadamente, se puede considerar alta de manera general ya que es el área
es plana en toda su extensión y ondulada en la zona este, colindante con el Lago
de Maracaibo, debido a las características geológicas aluviales.
En cuanto a la vulnerabilidad según la distancia a la red fluvial varia de media a alta
por la presencia de las cañadas y afluentes que atraviesan el área y cuyos cauces
se encuentran obstruidos por escombros y desechos sólidos, lo cual influye la baja
densidad de cobertura vegetal.
De manera general a partir de la caracterización y valoración de los indicadores de
vulnerabilidad, la parroquia se clasifica como zona de vulnerabilidad media a alta
mayoritariamente por la presencia de viviendas en las zonas de inundación de la
cañada y en zonas bajas o sobre antiguos cauces. (foto 3.6)
50
�Se observa un tablero
eléctrico, en el centro de
la quebrada, riesgo alto
Nivel de
quebrada
agua
de
la
Foto: 3. 6: Ubicación de un tablero eléctrico a un lado de
la cañada
Fuente: G. González 2014
3.4. Evaluación de los riesgos por inundación implementando un sistema de
información geográfica.
Una vez evaluadas las condiciones de los niveles de riesgos a partir de análisis de
factores empleando un Sistema de información geográfica, en la parroquia Olegario
Villalobos se representan gráficamente los datos obtenidos mediante diferentes
mapas temáticos:
Utilizando los mapas referencial correspondiente a la Parroquia Olegario Villalobos,
suministrado por la alcaldía de Maracaibo y el Instituto Venezolano Geográfico
Simón Bolívar (I.V.G.S.B), Croquis y la imagen satelital obtenida con un software
denominado
S.A.S Planet 13.1, usándolo como mapa base, en donde se delimito el área de
estudio y se procedió a la digitalización del Croquis de la parroquia con el programa
de Sistema de Información Geográfica (S.I.G) Arcgis 10.1, de la red de drenaje, los
sectores (Cuadras), así como también se realizó las curvas de nivel con un software
denominado Global Mapper 15 construyendo curvas de nivel cada 2 m., como
también se identificaron algunos rasgos geomorfológicos presentes en la zona de
estudio, para posteriormente elaborar el mapa de zonificación de riesgo por
inundación (Mapa 3.4). Se delimita con el color Rojo (Susceptibilidad y
Vulnerabilidad Alta) y se establecen por su proximidad al cauce de la quebrada a
las zonas inundadas durante los periodos de precipitaciones, que pueden resultar
con mayor grado de daños debido a una crecida excepcional, de color Anaranjado
(Susceptibilidad y Vulnerabilidad Media) que son aquellas zonas con un retiro
51
�aproximadamente mayor de 500 m del cauce de la quebrada, pero que se
encuentra aún cerca y de color Amarillo (Susceptibilidad y Vulnerabilidad Baja) que
son aquellas zonas que están retiradas del cauce de la quebrada. (Mapa 3.5)
Mapa: 3.4: Croquis Delimitado con el Área de Estudio de la Parroquia
Olegario Villalobos
Fuente: G. González 2014
Al analizar los riesgos por inundación que afectan la zona de estudio
correspondiente a la Parroquia Olegario Villalobos, estos se clasifican en alto,
medio, bajo, que se muestran en el mapa de zonificación de los riesgos
correspondientes a la zona a partir de la evaluación de la vulnerabilidad.
52
�Mapa:3.5: Área Delimitada y Zonas de Inundación
Fuente: G. González 2014
Uno de los factores que más inciden en la clasificación del riesgo es el hídrico,
debido a la presencia en el sector de aguas servidas, desechos, cursos de aguas
intermitentes, entre otros factores que aceleran la probabilidad de riesgo en la zona
de estudio. Esta situación debe servir de alerta a las autoridades competentes
sobre los graves peligros a que están expuestos los habitantes cuando construyen
sus casas cerca de los márgenes de las quebradas, así mismo deben trabajar en
un plan de medidas que entre sus acciones prohíba la construcción de toda clase
de vivienda que se ubiquen en zonas que se consideren peligrosas de acuerdo con
los estudios previamente se efectuados. Siendo los resultados de esta investigación
propicia para considerar en los planes de planificación y ordenamiento territorial.
De lo expuesto anteriormente se deduce que unas de las causas que más inciden
en el incremento del grado de peligrosidad y vulnerabilidad del área de estudio es
la incorrecta planificación territorial y la falta de percepción para considerarlo como
proceso de carácter integral para el mejoramiento de la calidad de vida de la
población. Las precipitaciones intensas o no, cortas o duraderas siempre van existir
pero para que sean consideradas
un fenómeno natural peligroso para las
personas, requiere ciertas condiciones como los asentamientos humanos mal
ubicados, ambiente deteriorado, hacinamiento, escasez de recursos económicos,
53
�inadecuada educación, descuido de las autoridades, desorganización, entre otros.
Todos estos elementos configuran una población altamente vulnerable.
Debido a la problemática del desarrollo acelerado de la comunidad en espacios
inundables se construyen infraestructuras de cualquier tipo, sin identificar las
amenazas naturales del entorno y sin las normas establecidas que llevan a un
riesgo socio natural a una comunidad que no tiene conciencia de ocupar espacios
sin tomar en cuenta la peligrosidad que se pueda presentar y este es el caso de la
parroquia Olegario Villalobos carente de percepción del riesgo.
El mapa de riesgos por inundación que se obtiene en esta investigación constituye
una herramienta en manos de las autoridades competentes para el control de
inundaciones. Esta investigación se centra en un estudio de tipo descriptiva,
exploratoria de campo, que consiste fundamentalmente en la descripción de un
fenómeno o situación mediante su análisis espacio temporal determinadas,
analizándose las características de la realidad o escenario que se estudia. Además
está enfocada de forma conceptual y mediante fotos referenciales que definen la
problemática de los riesgos y desastre naturales como un problema no resuelto del
desarrollo.
Por tanto a continuación se exponen elementos descriptivos que especifican las
propiedades importantes de personas, grupos, comunidades y del fenómeno sujeto
a análisis.
La foto 3.7 muestra aspectos importantes que describen uno de los riesgos más
latentes que presenta la población de la parroquia objeto de estudio como lo es vivir
en riesgo por inundaciones.
54
�Insuficiente o deterioridad en las
estructuras
Ausencia de planes
ante eventos adversos
Pobre
capacitación de
comunidad
Poca inversión
en cultura
colectiva
Construcción
en terrenos
inadecuados
Vivienda ubicada
en la parte baja
de la quebrada
Inexistencia de
estructuras para el
manejo de eventos
adversos
Descontrolada
urbanización
de área
Foto: 3. 7: Aspectos importantes sobre riegos que existen en la zona de
estudio
Fuente: G. González 2014
La foto 3.8 muestra una vivienda al margen de cañada, donde se aprecia el colapso
de una estructura debido a la percolación de aguas residuales al ser alterado el
medio arbitrariamente, el agua al continuar su movimiento por su cauce natural en
suelos mal preservados, con una cobertura vegetal moderada ocasiona profundas
cárcavas regresivas que provocan la socavación de la vivienda y la pérdida de
suelos.
,
Se observa cause de
aguas servidas y por
donde transcurre el
agua de lluvia
Foto 3. 8: Ubicación de una cañada de aguas servidas correspondiente al sector Cerros
de Marín
Fuente: G. González 2014
55
�En esta vivienda se observa el nivel remarcado por el agua en el aumento de los
periodos lluviosos, donde se encuentra ubicado un tablero eléctrico justamente a
un lado de la parte baja de la cañada intermitente. (foto 3.9 y 3.10)
Se observa un tablero
eléctrico, en el centro de
la quebrada, riesgo alto
Nivel de
quebrada
agua
de
la
Foto: 3. 9: Nivel de agua de la cañada en periodo de
precipitación y ubicación de un tablero eléctrico a un lado
de la misma
Fuente: G. González 2014
Las inundaciones no son iguales, algunas se desarrollan lentamente, en ocasiones
a lo largo de un periodo de varios días, pero las repetitivas se producen a gran
velocidad y a veces en tan solo minutos, arrastrando rocas y provocando
deslizamientos de sedimentos sueltos.
Se
observa
viviendas en
el cause bajo
de la caňada
Foto: 3. 10. Caserío ubicado en la parte baja de la cañada
Fuente: G. González 2014
Se aprecia en la foto una caja eléctrica en el centro de la quebrada la cual se ubica
en la zona de Riesgo medio, y la cual en periodo lluvioso se obstruye por los
56
�abundantes desechos sólidos que hacen que el nivel de agua ascienda
bruscamente y que se visualiza en la pared de la vivienda. Las cañadas presentan
un régimen de escurrimiento rápido durante épocas de crecidas, desbordándose
en las partes bajas, arrastrando gran cantidad de sedimentos areno – limo –
arcillosos y residuos sólidos que cierran el paso de las corrientes de agua. Estos
desechos se tienden a estancar ocasionando desbordamientos generalizados e
inundaciones en sus márgenes y áreas bajas. (foto 3.11 )
Máximo
nivel
marcado hasta
donde llega el
agua
de
la
quebrada con el
incremento de
lluvia,
se
observa
una
cajera eléctrica,
sacos de arena
Foto: 3. 11. Cauce intermitente, zona de alto riesgo
Fuente: G. González 2014
La foto 3.12 muestra una vivienda a la orilla de la quebrada, cerca de la cual se
producen deslizamientos que provocaron el colapso de una estructura, debido a la
percolación de aguas servidas, a la alteración de la red de drenaje natural,
existencia de masas activas, desechos sólidos mal depositados, taludes en estado
de equilibrio precario y poca vegetación. La casa es casi inaccesible debido al paso
de la cañada que obstaculiza la entrada de la vivienda. En esta instantánea es
evidente la intervención humana descontrolada, cuya vulnerabilidad alta en el área
se confirma
con el aumento de las lluvias que mantienen el área cubierta
temporalmente por las aguas.
57
�Ubicación de viviendas
al
margen
de
la
quebrada, de aguas
servidas, alto riesgo
Foto: 3. 12. Ubicación de una vivienda en la orilla de la quebrada de aguas
servidas con incremento de desechos
Fuente: G. González 2014
Dentro del sector Cerros de Marín con una dirección E: 215756 N: 1181669 a una
altura de 16 m, las aguas albañales embauladas corren permanentemente de
manera continua. Pero esto constituye una medida a medias que no resuelve el
problema de inundación sino todo lo contrario lo acrecienta y es por ello que está
ubicado en la zona de alto riesgo alto. Debido esta clasificación a que las aguas
servidas van acompañadas de desechos sólidos que producen daños directos a la
comunidad tanto desde el punto de vista epidemiológico como de obstrucción del
flujo de la corriente. (foto 3.13).
Cañada embaulada
en ambas márgenes
con flujo, de aguas
servidas,
Foto: 3.13. Cañada embaulada
Fuente: G. González 2014
También una de las cañadas embauladas con una dirección, E: 214603, N:
1182971, altura 9 m., de aguas negras provoca la contaminación de los suelos y
acuíferos por parte de las descargas residuales y la eliminación casi por completo
58
�de vegetación. Todo esto demuestra que en este sector los controles de drenaje
son pocos e ineficientes (fotos 3.14, 3.15, 3.16 y 3.17).
Cañada embaulada
en
la
margen
derecha con flujo, de
aguas servidas,
Foto: 3.14. Ubicación de una de las cañadas embauladas de aguas servidas
Fuente: G. González 2014
Se observa un nivel de
agua,
sacos
de
cemento,
desechos
sólidos,
moderada
vegetación, alto riesgo
Foto: 3.15. Cañada de aguas servidas pertenecientes al sector Cerros de
Marín ubicada en la Parroquia Olegario Villalobos.
Fuente: G. González 2014
Sacos de cemento
deteriorados por la
infiltración de aguas
servidas, abundantes
desechos sólidos, alto
riesgo
Foto: 3.16. Ubicación de una cañada de aguas servidas con desechos, con
evidencia antrópica
Fuente: G. González 2014
59
�Ubicación de viviendas
al margen izquierdo de
la quebrada, intermitente
de aguas servidas, alto
riesgo,
y
desechos
sólidos
Foto: 3.17: Ubicación de una cañada intermitente
de aguas servidas y desechos sólidos dentro del
lecho de la cañada
Fuente: G. González 2014
Esta situación convierte a los suelos en ácidos, salinos, con vegetación de tipo
gramínea, pastizales y serófila típico de clima semi-árido, situación está que la
intervención antrópica hace cada vez más intensa provocando una alteración de
tipo directo que afecta la comunidad expuesta dependiendo del grado del mismo.
En la zona de riesgo permanente alto se encuentra esta vivienda ubicada al margen
de la quebrada con desechos, aguas negras, escombros, con moderada vegetación
en el centro de la cañada agua continua que incrementa la amenaza de inundación
del área. (foto 3.18)
Cañada intermitente con
desechos
sólidos,,
escombros
sin
mantenimiento civil,
Foto: 3.18. Cañada intermitente con desechos
sólidos, escombros sin mantenimiento civil,
perteneciente a la Parroquia Olegario Villalobos.
Fuente: G. González 2014
60
�Cañada intermitente
con desechos sólidos,
sin mantenimiento civil.
Foto: 3. 19: Perteneciente a la Parroquia Olegario
Villalobos el cual presenta mantenimiento civil
Fuente: G. González 2014
También en la zona de riesgo bajo se observa una quebrada embaulada con
intervención antrópica mínima, moderada vegetación y poca cantidad de desechos,
con mantenimiento civil por parte de la gobernación en el momento del recorrido
los organismos se encontraban trabajando cerrando el paso de la misma
efectuando su trabajo correspondiente para permitir que el agua fluya sin
obstrucciones y evitar el desbordamiento (fotos 3.20 y 3.21).
Cañada intermitente
con
abundante
vegetación
Foto: 3.20: Cañada seca con abundante vegetación, con mantenimiento civil
embaulada
Fuente: G. González 2014
61
�Trabajo
de
embaulamient
o de la cañada,
Foto: 3. 21. Trabajos de embaulamiento perteneciente al sector
cerros de Marín correspondiente a la Parroquia Olegario
Villalobos, mantenimiento civil.
Fuente: G. González 2014
Durante la realización de los trabajos de campo para la investigación, en el sector
Cerros de Marín se realizaban trabajos de mantenimiento y obras de protección
para el proceso de embaulamiento de las distintas cañadas, con la finalidad de
disminuir los riesgos de inundaciones. (fotos 3.22 y 3.23).
Trabajo de remoción
para embaulamiento
de la cañada,
Foto: 3.22. Remoción de suelos para el posterior
embaulamiento
Fuente: G. González 2014
62
�Cañada intermitente
con desechos sólidos,
Trabajo
para
embaulamiento
de la cañada,
Foto: 3.23: Mantenimiento civil
perteneciente al sector cerros de Marín
correspondiente a la Parroquia Olegario
Villalobos
Fuente: G. González 2014
Como lo demuestra el levantamiento descriptivo y la observación en el campo
reflejadas en las fotografía, se demuestra que las zonas de alto riesgo por
inundación en el área de estudio se debe en su mayoría a la intervención antrópica.
Por tanto estudiar los riesgos es una parte de la problemática pero no la solución
del problema, la idea es que la comunidad perciba el riesgo en que viven. Por tal
razón, resulta de vital importancia hacer del conocimiento de los habitantes la
problemática existente, de lo contrario las generaciones futuras enfrentaran
problemas mayores a los actuales.
63
�CONCLUSIONES
Las características geomorfológicas de la Parroquia Olegario Villalobos son un
factor clave en la ocurrencia de inundaciones, ya que por su disposición
generalmente plana (de planicie) favorecen el almacenamiento de las aguas de
lluvia que bajo condiciones especiales de pluviosidad prolongada mantienen el área
de estudio anegada, unido a la la poca vegetación y el incorrecto uso del suelo.
La zona de estudio se caracteriza por un predominio de las vulnerabilidades de
media a alta ocasionada por la acción antrópica al construir las viviendas en las
zonas de los cauces de las cañadas o cercanas a su márgenes y a la obstrucción
de las mismas por el vertido de desechos sólidos.
La parroquia Olegario Villalobos se clasifica en tres zonas de riesgos por
inundaciones: Alto corresponde a las áreas inundadas durante los periodos de
precipitaciones por su proximidad al cauce de la quebrada y que pueden resultar
con mayor grado de daños debido a una crecida excepcional, Medio aquellas zonas
con una distancia mayor a 500m del cauce de la quebrada y Bajo que son aquellas
zonas que están retiradas del cauce de la quebrada.
64
�RECOMENDACIONES
De tal manera que se recomienda alertar a la población ante los riesgos de
inundación a través de programas informativos y preventivos con el objetivo de
aumentar su percepción del riesgo por inundaciones.
Control por las autoridades competentes de las distancias óptimas para la
construcción de viviendas a los márgenes de las cañadas. (quebradas)
Implementar acciones de control y limpieza, para evitar la presencia de desechos
sólidos y escombros en las cañadas (quebradas) para evitar que las mismas se
desborden y causen inundaciones en la comunidad de la parroquia Olegario
Villalobos.
Dar a conocer planes de emergencia a la comunidad, para evitar en lo posible el
relleno mal confinado en zonas que hayan sido afectadas por inundaciones y
continuar con los programas para la reubicación de viviendas que se encuentren
en zonas de alto riesgo, estableciendo planes de modificación, para disminuir los
efectos que causan los procesos erosivos.
65
�FUENTES CONSULTADAS
Acevedo, R y otros (2008), Zonificación de Riesgos Naturales y Antrópicos del
Sector Puerto Caballo, de la Parroquia Idelfonso Vásquez, municipio
Maracaibo, estado Zulia. . T.S.U.: José Boscán. Tesis de Grado. Instituto
Universitario de Tecnología de Maracaibo. 48 p.
Acosta, J y otros, (2008) Mapa de Riesgo Antrópico de la parroquia Raúl Leoni,
municipio Maracaibo. Estado Zulia. T.S.U.: Simón Morales. Tesis de
Grado. Instituto Universitario de Tecnología de Maracaibo. 48 p.
Alcántara F, Araujo N, Barranco C (2001) En la investigación realizada denominada,
Riesgos Naturales del Sector La Vega Ejido, Estado Mérida, Instituto
Universitario de Tecnología de Maracaibo p.
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69
�ANEXOS
70
�
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Zonificación de riesgo por inundación de la parroquia Olegario Villalobos del municipio Maracaibo, estado Zulia
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Tesis maestría
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Tesis doctoral
CRITERIOS PARA EL DISEñO DE VOLADURAS EN EL LABOREO
DE EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS
Gilberto Sargentón Romero
�Tesis Doctoral
INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALÚRGICO DE MOA
“DR. ANTONIO NÚÑEZ JIMÉNEZ”
FACULTAD DE GEOLOGÍA - MINERÍA
DEPARTAMENTO DE MINERÍA
CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE VOLADURAS EN EL LABOREO DE
EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS
Tesis presentada en opción al grado científico de Doctor en Ciencias Técnicas
GILBERTO SARGENTÓN ROMERO
MOA, 2008
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
1
�Tesis Doctoral
INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALÚRGICO DE MOA
“DR. ANTONIO NÚÑEZ JIMÉNEZ”
FACULTAD DE GEOLOGÍA - MINERÍA
DEPARTAMENTO DE MINERÍA
CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE VOLADURAS EN EL LABOREO DE
EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS
Tesis presentada en opción al grado científico de Doctor en Ciencias Técnicas
Autor: MSc. GILBERTO SARGENTÓN ROMERO
Tutor: Pof. Tit., Ing. José A. Otaño Noguel, Dr.C.
MOA, 2008
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
2
�Tesis Doctoral
AGRADECIMIENTOS
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
3
�Tesis Doctoral
El trabajo presentado en esta disertación no hubiera sido posible sin el apoyo
y la
interacción con numerosas personas.
Deseo expresar mi agradecimiento al tutor José Otaño Noguel por su paciente guía y
sugerencias útiles en estos cinco años, durante ese tiempo supo intercambiar sus vastos
conocimientos de la mecánica de fragmentación de las rocas por voladura y participar
conjuntamente en las investigaciones lo que constituyó para mí un alto honor.
Deseo también agradecer a Israel Sierra Cruz por las recomendaciones y por el apoyo
continuo en la aplicación de los resultados de estas investigaciones en el laboreo de los
túneles del Trasvase Caney-Gilbert.
Se debe resaltar el sostenido apoyo concedido por Emilio Vidal Pérez Hernández y
Ricardo Macdonal Bron, los cuales depositaron plena confianza en mi al aceptar la
aplicación de los resultados de esta tesis, me dieron la oportunidad de realizar los
experimentos en los tramos de túneles de Yagrumal-Guaro y Manacal –Castellanos y me
asignaron la tarea de emboquillar los mismos empleando los criterios que se proponen.
Mis sinceros reconocimientos a todo el personal del Dpto. de Minas del Instituto Superior
Minero-Metalúrgico de Moa “Dr.Antonio Nuñez Jiménez”
Ha sido un honor disponer de las oponencias de Juan Rams Veranes y Roberto
Watson Quesada por lo que deseo expresar mi gratitud por sus críticas y
recomendaciones.
Considero imprescindible expresar además que la realización de esta tesis no hubiera sido
posible sin el constante apoyo de Arturo Leyva, Ileana Abesada Lobaina, Elsy Pérez
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
4
�Tesis Doctoral
Serrano y los técnicos Lisandra Guerrero y Karel Negreira Fuentes, todos ellos
trabajadores de la Vice-Rectoria de Investigación y Postgrado, de los profesores Arenas
y Alkaid Benitez Pérez del Dpto de Ingeniería Civil y el decano William Paneque de la
Universidad de Holguín.
Deseo expresar gratitud a mis amigos: Maria Josefa Zamora Quiala, Orlando Belete
Fuentes, Ricardo Acosta Betancourt, Gilberto Palacios, Ricardo Ricardo Avila, Eloy
Marrero Concepción, por todo el apoyo brindado y por alentarme en todo estos años de
arduo y difícil bregar científico.
Mis agradecimientos a todos los doctorantes de los gabinetes doctorales de la
Universidad de Holguìn y del ISMM de Moa por sus opiniones y debates críticos y por
el intercambio de sus experiencias durante la preparación de la tesis doctoral.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
5
�Tesis Doctoral
DEDICATORIA
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
6
�Tesis Doctoral
En memoria de mis eternos e imprescindibles gigantes:
Virgemina Guzmán de Sargentón
Pierre Sargenton Despagne
Arcadio Romero Prometa.
A Nery Romero Legrá y Gilberto Sargentón Guzmán adalides de mis ideas y de mis
convicciones
A Marlon Sargentón Soffi, Maikel Sargentón Novoa y Mayelín Sargentón Novoa por
los cuales tengo fe y creo en la vida
A mi tia Edith Sargentón Guzmán
A todos mis hermanos y familiares
A los mineros y tuneleros del mundo que día a día entregan todo lo de mejor de sí por un
mundo mejor y constituyen la savia imprescindible del conocimiento minero.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
7
�Tesis Doctoral
SÍNTESIS
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
8
�Tesis Doctoral
SÍNTESIS
En el presente trabajo de investigación, se proponen nuevos criterios para el diseño y la
ejecución de las voladuras en el laboreo de excavaciones subterráneas de mediana y
pequeña sección transversal, los mismos consideran las propiedades de las rocas, las
características mecánico-estructurales del macizo, las propiedades de las sustancias
explosivas y la acción de la explosión de éstas sobre el medio rocoso.
Para validar los criterios que se proponen, se realizó la modelación y la determinación del
campo tenso-deformacional utilizando cargas compactas y desacopladas con espacio radial
de aire en las litologías por las que se laborean las excavaciones subterráneas en las minas
y trasvases en investigación.
Debido a que en estas minas y trasvases en investigación no se alcanzaban los indicadores
de efectividad de las voladuras previstos en los proyectos, se realizaron investigaciones de
las propiedades másicas ,las características de resistencia ,las propiedades acústicas y
elásticas de las rocas y del agrietamiento del macizo con el objetivo de proponer nuevos
criterios para diseñar los pasaportes de voladuras y así disminuir la sobreexcavación ,
obtener contornos menos rugosos y más regulares al igual
que elevar el coeficiente de
aprovechamiento de los barrenos.
A partir de estas investigaciones y los resultados de los trabajos experimentales se
elaboraron los criterios para el diseño más racional de las voladuras, se calcularon los
parámetros principales de las mismas y se diseñaron los pasaportes de perforación y
voladura los cuales se comprobaron experimentalmente.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
9
�Tesis Doctoral
INDICE
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
10
�Tesis Doctoral
INDICE
Pág.
INTRODUCCIÓN
1
CAPITULO I. ANTECEDENTES Y ACTUALIDAD DEL PROBLEMA
7
I.1
7
Antecedentes y actualidad del problema
I.1.1 Desarrollo histórico.
8
I.1.2 Modelos de cálculo de los investigadores franceses (siglos XVII-XVIII)
8
I.1.3 Modelos de los investigadores rusos (siglo XIX)
10
I.1.4 Modelos de los investigadores del siglo XX
10
I.1.5 Modelos de la teoría de la explosión
22
I.1.6
23
Investigaciones relacionadas con la clasificación de las rocas
I.1.7 Modelos para la determinación de la onda refractada
25
I.1.8
27
Modelación de la onda de tensiones
I.1.9 Resumen del contenido del capítulo I
31
CAPITULO II. CONDICIONES INGENIERO-GEOLÓGICAS Y
33
TECNOLÓGICAS DE LOS MACIZOS OBJETO DE ESTUDIO
II.1
Condiciones ingeniero-geológicas de los macizos rocosos objeto de
33
investigación.
II.1.1 Mina Mercedita
35
II.1.2 Mina Amores
37
II.1.3 Mina El Cobre
38
II.1.4 Trasvase Caney-Gilbert
39
II. 1.5 Trasvase Este-Oeste.
41
II 1.6 Trasvase Sabanalamar – Pozo Azul.
44
II.2 Condiciones ingeniero-tecnológicas de laboreo de las excavaciones subterráneas
45
II.2.1 Comportamiento de los principales indicadores de efectividad de los trabajos de
46
perforación y voladura.
II.3
Resumen del capítulo II.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
47
11
�Tesis Doctoral
48
CAPITULO III. ESTADO TENSO-DEFORMACIONAL DE LAS ROCAS
ALREDEDOR
DE
LA
CÁMARA
DE
CARGA
INMEDIATAMENTE DESPUÉS DE LA VOLADURA.
III.1
Investigación teórica.
48
III.2
Descripción del modelo matemático
49
III.2.1
Descripción del campo tensional
49
III.2.1.1 .Parámetros de la onda de choque en cargas aisladas compactas
49
III.2.1.2 Parámetro de la onda de tensiones
50
III.2.1.3 Parámetros de la onda de tensiones por la acción de cargas aisladas
51
desacopladas con espacio anular de aire.
III.2.1.4 Parámetros de la onda de tensiones con cargas desacopladas
54
III.3
Descripción del campo deformacional
54
III.3.1
Condiciones de fragmentación con cargas aisladas
54
III.3.1.1 Criterio de trituración
55
III.3.1.2 Criterio de agrietamiento para una carga aislada
55
III.3.1.3 Criterio de descostramiento
55
III.4
Criterio de fragmentación para las cargas que se explosionan al unísono
56
III.4.1
Criterio de trituración
56
III.4.2
Criterio de agrietamiento
56
III.4.3
Criterio de descostramiento
56
III.5
Mecanismos de rotura de las rocas en los cueles
58
III.5.1 Cueles rectos cilíndricos
59
III.6
63
Mecanismo de rotura de las rocas por la acción de cargas que actúan al
unísono.
III.6.1
Mecanismo de rotura de los cueles rectos en ranura
64
III.7
Modelación de las discontinuidades del macizo rocoso
64
III.8
Criterios para el diseño y el cálculo de las voladuras en el laboreo de
67
excavaciones subterráneas.
III.8.1
Principios generales
67
III.8.2
Criterios para el diseño y el cálculo de los barrenos de cuele
68
III.8.2.1 Criterios para el cálculo de los principales parámetros de la estructura de los
69
cueles rectos o triturantes
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
12
�Tesis Doctoral
III.8.2.2 Cuele recto cilíndrico con dos taladros vacíos de compensación
71
III.8.2.3 Cuele en ranura o de cremallera
72
III.8.2.4 Criterios para el cálculo de los parámetros de la estructura del cuele en cuña
72
vertical.
III.8.4
Criterios para el diseño de los barrenos de arranque
74
III.8.5
Criterios para el diseño de los barrenos de contorno
74
III.9
Resumen del capítulo III
76
77
CAPITULO IV. VALIDACIÓN DE LOS CRITERIOS PROPUESTOS DE
DISEÑO , CÁLCULO Y EJECUCIÓN DE LAS VOLADURAS.
IV.1
Trabajos de laboratorio.
77
IV.2
Trabajos de campo
77
IV.3
Muestreo de rocas
78
IV.4
Trabajos de medición de la sección transversal de las excavaciones
78
IV.5
Voladuras experimentales
81
IV.5.1
Planificación de las voladuras experimentales
82
IV.5.1.1 Diseño de los experimentos.
82
IV.5.2 Metodología para el diseño y planificación de los experimentos
83
IV.5.2.1 Diseño de los experimentos en los barrenos de cuele
83
IV.5.2.2 Diseño de las voladuras experimentales de los barrenos de contorno
85
IV.5.2.3 Diseño de las voladuras experimentales de los barrenos de arranque
86
IV.5.3
87
Análisis estadístico de los resultados de las voladuras experimentales
IV.5.3.1 Modelo matemático de la ecuación de enlace
87
IV.5.4
Evaluación de los impactos producidos por la investigación.
89
IV.6
Resumen del capítulo IV.
90
CONCLUSIONES.
91
RECOMENDACIONES.
92
PRODUCCIÓN CIENTÍFICA DEL AUTOR ASOCIADO AL TEMA DE
93
TESIS.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.
ANEXOS.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
13
�Tesis Doctoral
INTRODUCCIÓN
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
14
�Tesis Doctoral
Introducción.
El Estado cubano ha establecido como su principal estrategia lograr la invulnerabilidad
económica en los próximos años, lo que le permitirá al país salir del período especial y
alcanzar niveles de desarrollo en lo social, económico, político y cultural, superiores a los
obtenidos en períodos precedentes.
Para ello se ha previsto un volumen considerable de inversiones en las ramas energética,
minera, de construcción industrial, turística, en la vivienda, en el transporte, en obras
hidrotécnicas, las que están estrechamente vinculadas al desarrollo de la industria
extractiva de recursos minerales.
Se prevé también un considerable impulso a la construcción de obras hidráulicas con el
propósito de encontrarle solución a corto, mediano y largo plazo a los efectos de las
intensas sequías que han afectado y afectan a la economía con mayor intensidad en la
región oriental del país.
Se reinicia la construcción del Trasvase Este-Oeste , obra de ingeniería iniciada en los años
90 y propuesta en aquel entonces como obra más importante de la ingeniería cubana del
siglo XX , que contempla la construcción de gran cantidad de canales y presas , el laboreo
de túneles con el objetivo de trasvasar el agua existente en la zona noreste de la región
oriental ,donde son mas abundantes las precipitaciones y los ríos presentan un balance
hídrico más favorable , hacia
el oeste , zona afectada por la sequía más intensa de los
últimos 100 años.
Con esos mismos propósitos fue construido ya en los años 90 en la zona sureste de la
región oriental el Trasvase Caney –Gilbert, de menores dimensiones pero de gran valor
económico, pues permitió enfrentar con éxito la sequía que en ese período afectaba a la
ciudad de Santiago de Cuba.
Fueron laboreadas excavaciones subterráneas en la minería, principalmente en las
empresas minero-extractivas de cromo y cobre, aunque ya estas minas no están en
explotación.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
15
�Tesis Doctoral
La explotación de minerales de cromo se realizó durante un siglo en la región oriental,
período en el que se acumuló experiencias y es posible generalizar y consolidar los
conocimientos alcanzados.
La explotación en la mina El Cobre comenzó en el siglo XVI y se extendió, alternando con
períodos de inactividad, hasta hace una década cuando su explotación coincide con la etapa
más difícil del período especial, y la escasez de recursos y el precio del cobre en el
mercado internacional determinaron el cierre de la mina.
Vinculado a la situación de la sequía, en este caso en la provincia Guantánamo fue
realizada la investigación elaborado el Proyecto del Trasvase Sabanalamar – Pozo Azul,
que permitirá el abastecimiento de agua más efectivo al Valle de Caujerí, zona que reporta
elevados rendimientos agrícolas debido a las particularidades del microclima que allí se
presenta y a la fertilidad de sus suelos.
El proyecto en cuestión incluye el laboreo de dos túneles hidrotécnicos para el
abastecimiento de agua y permite una mayor racionalidad energética ya que el agua se
suministrará por gravedad al Valle de Caujerí, eliminando los elevados consumos
energéticos que actualmente se producen por el rebombeo hacia la presa Pozo Azul desde
la presa Sabanalamar.
Se prevé pero a más largo plazo la construcción del Trasvase Toa –Yateras para enfrentar
las afectaciones de la sequía en el Valle de Guantánamo.
La situación existente plantea ante la construcción subterránea, como rama de las ciencias
mineras, una de las tareas más importantes que consiste en asegurar tanto la racionalidad
del arranque de las rocas como la estabilidad de las excavaciones subterráneas.
Determinación del problema, objeto y objetivos.
Diversos autores han propuesto metodologías para el diseño y la ejecución de las voladuras
en el laboreo de obras subterráneas.
Langefors y Kilstrem (1976) y Gustafsson (1977) plantean expresiones obtenidas por vía
experimental y a partir de la generalización de la práctica , las cuales son válidas cuando
son utilizadas en condiciones análogas a las condiciones en que fueron obtenidas, razón
por lo cual no se ajustan a las condiciones ingeniero-geológicas y minero-tecnológicas de
los macizos rocosos cubanos.
Investigadores rusos como, Pokrovsky (1957,1980 ), Mindely (1974), Kutusov
(1967,1972,1973,1980,1981,1983,1994) , Mosiniets (1976), Matveichuk et al (2002) ,
Paramonov et al (2004a,2004b), también han propuesto metodologías para el diseño de
voladuras en el laboreo de excavaciones subterráneas , pero adolecen al igual que la
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
16
�Tesis Doctoral
metodología de Langefors de la modelación matemática de la acción de la explosión sobre
el medio para la determinación de los parámetros fundamentales de diseño de estos
trabajos.
Esa misma tendencia se aprecia en la propuesta de López Jimeno et al (1986,1994,
2000,2003), que aunque plantea la existencia de al menos ocho mecanismos de rotura de
las rocas en la voladura, sólo realiza una breve descripción cualitativa de cada uno de ellos
y las expresiones de cálculo que señala no permiten un diseño científicamente
fundamentado y más racional de las voladuras en el laboreo de las excavaciones
subterráneas.
En Cuba Otaño (1984,1998) inició las investigaciones relacionadas con la temática
aplicadas al corte del mármol por voladura y bajo su tutoría se ha extendido a las canteras
de la industria de materiales de la construcción (Palacios, 1997; Pedro Alexandre ,2006;
Seidu ,2007) y al laboreo de excavaciones subterráneas (Sargentón, 1997).
Problema Científico:
Necesidad de elaborar criterios que se fundamenten en la modelación de la acción de la
explosión sobre el medio rocoso y que permitan el diseño más racional de las voladuras en
el laboreo de excavaciones subterráneas.
Objeto de estudio
La voladura como fenómeno físico de la acción de la explosión del conjunto de barrenos
sobre el macizo de rocas en el frente de laboreo de las excavaciones subterráneas.
Campo de acción.
La acción física de la explosión de las cargas de sustancia explosiva de cada grupo del
conjunto de barrenos sobre el medio rocoso.
Hipótesis:
Si se conocen las propiedades de las rocas y las características mecánico-estructurales de
los macizos por los que se laborean las excavaciones subterráneas, las propiedades de las
sustancias explosivas y la acción física de la explosión del conjunto de barrenos sobre el
medio rocoso, es posible la elaboración de criterios para el diseño más racional de las
voladuras en el laboreo de excavaciones subterráneas.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
17
�Tesis Doctoral
Objetivo general:
Elaborar criterios para el diseño y la ejecución de las voladuras en el laboreo de
excavaciones subterráneas que se fundamenten en la modelación de la acción de la
explosión sobre el medio rocoso.
Objetivos específicos:
•
Determinar las propiedades másicas y mecánicas y los parámetros minerotecnológicos especiales de las rocas e investigar las características mecánicoestructurales de los macizos rocosos donde se realizan las investigaciones.
•
Investigar analíticamente el campo tenso-deformacional alrededor de la cámara de
carga para cada grupo del conjunto de barrenos.
•
Diseñar y realizar voladuras experimentales a escala de polígono e industriales para
investigar la acción de las cargas en el macizo rocoso de los tres grupos del
conjunto de barrenos.
•
Elaborar criterios para el diseño y la ejecución de las voladuras en el laboreo de
excavaciones subterráneas que se fundamenten en la modelación de la acción de la
explosión sobre el medio rocoso.
Estructura de la tesis.
La tesis presenta la siguiente estructura: introducción, cuatro capítulos, conclusiones,
recomendaciones, referencias bibliográficas y anexos.
En la introducción se establece el problema, el objeto de estudio, la hipótesis y los
objetivos generales y específicos y se señalan la novedad científica y el flujograma de las
investigaciones.
En el primer capítulo se realiza el análisis de los antecedentes y la actualidad del
problema tanto en Cuba como a nivel internacional.
En el segundo capítulo se realiza una evaluación de las condiciones ingeniero-geológicas y
minero-tecnológicas de laboreo de las excavaciones subterráneas en las minas y trasvases
donde se realizaron las investigaciones y la determinación de las propiedades másicas, las
características de resistencia, las propiedades acústicas y elásticas y los parámetros minerotecnológicos de las rocas en los macizos que se investigan.
En el tercer capítulo se realiza la modelación teórica de los campos tenso-deformacionales
que surgen en el barreno y en el medio rocoso alrededor de la carga explosiva
inmediatamente después de la voladura, en sus dos variantes compacta y desacoplada y se
argumentan y exponen nuevos criterios para el diseño de las voladuras en el laboreo de
excavaciones subterráneas.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
18
�Tesis Doctoral
En el cuarto capítulo se realiza el diseño, la planificación y se exponen los resultados de las
voladuras experimentales y su análisis estadístico de varianza, correlación y regresión.
Además se realiza una evaluación de los impactos tecnológicos, económicos, sociales y
medioambientales de la investigación.
Novedad científica.
•
Se elaboran nuevos criterios para el diseño y la ejecución de voladuras en el
laboreo de excavaciones subterráneas que se fundamentan en la acción de la
explosión de cada grupo del conjunto de barrenos sobre el medio rocoso.
•
Se elabora una metodología para el diseño, la planificación y realización de
voladuras experimentales y de ajuste de los pasaportes de perforación y voladura.
PROCESO DE INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA.
Para cumplimentar la investigación se establece el proceso de investigación científica que
consta de trabajos analíticos y experimentales, de gabinete, de laboratorio y de campo.
Todos estos trabajos se realizan en una determinada secuencia la cual constituye el
procedimiento para la realización de la investigación. Este procedimiento se refleja en el
flujograma del proceso de investigación que se muestra en la figura 1.
El proceso de investigación comprende cinco etapas, que son las siguientes:
Primera Etapa:
Comprende el diseño de la investigación y la investigación bibliográfica del tema
Segunda Etapa:
En la misma se realizan trabajos en los laboratorios de Mecánica de Rocas y de Física de
las rocas del ISMM “Dr. Antonio Núñez Jiménez” y de la empresa de Investigación y
Proyectos de Obras Hidráulicas “Raudales“de Holguín. Estos trabajos incluyen las
siguientes tareas:
•
Determinación de las propiedades másicas de las rocas en los macizos donde se
realizaron las investigaciones.
•
Determinación de las propiedades acústicas de las litologías presentes en los
macizos rocosos de las minas y trasvases donde se realizaron las investigaciones.
•
Determinación de las características de resistencia de las rocas.
•
Determinación de las propiedades elásticas de las rocas (se determinan en el
laboratorio o por cálculo a partir de las propiedades acústicas y másicas).
Los trabajos de campo se realizaron en los Trasvases
Este-Oeste, Caney –Gilbert,
Sabanalamar –Pozo Azul y las minas Mercedita, Amores y El Cobre.
Los mismos consistieron en:
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
19
�Tesis Doctoral
•
La descripción petrográfica de las rocas presentes en los macizos rocosos.
•
Análisis de la tectónica.
•
El estudio del agrietamiento.
El estudio del agrietamiento comprendió las etapas siguientes:
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
20
�Tesis Doctoral
FLUJOGRAMA DEL PROCESO DE INVESTIGACIÓN CIENTIFICA
1ª Etapa
2aEtapa
a
{
3 Etapa
Trabajos de campo
Condiciones
ingenierogeológicas de los macizos
Revisión bibliográfica , recopilación
y procesamiento de la información
Trabajos de Laboratorio
Condiciones minerotecnológicas de las
xcavaciones
Propiedades de las rocas
Estudio del
agrietamiento
acústica
másicas
elástic
de resistencia
Modelación del campo tenso-deformacional
{
a
4 Etapa
5aEtapa
{
Diseño de la Investigación
{
Parámetros de la
onda refractada
{
Criterios para el
diseño de las
voladuras
Parámetros de la
onda de tensiones
Radios de trituración ,
agrietamiento y
descostramiento
Voladuras Experimentales
Elaboración del modelo teórico
Trabajos experimentales
Análisis estadístico de los
experimentos
Criterios para
elevar la efectividad
de las voladuras
Elaboración de las normas
de consumo de la sustancia
explosiva y los medios de
explosión
Elaboración del
modelo
de
cálculo
Propuesta
de
metodología para el
ajuste de los pasaportes
Figura 1 FLUJOGRAMA DEL PROCESO DE INVESTIGACIÓN CIENTIFICA.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
1
�Tesis Doctoral
I. Análisis de la documentación geológica e ingeniero-técnica de la región donde
están enclavados los túneles ó del yacimiento mineral por donde se laborean las
excavaciones mineras.
II. Mediciones de campo de los parámetros de agrietamiento de los macizos de rocas.
III. Elaboración en el gabinete de los resultados de las mediciones y su análisis; el
procesamiento de esta información se realizó con el software DIPS Versión 5.103
(RockScience,2004), que permite elaborar la rosa de agrietamiento y establecer los
sistemas de grietas.
Tercera Etapa:
En la misma se realizan trabajos de gabinete que incluyen las siguientes tareas:
•
Cálculo de los parámetros de la onda refractada.
•
Cálculo de los parámetros de la onda de tensiones.
•
Determinación del campo de deformación (radios de trituración, agrietamiento y
descostramiento).
•
Elaboración del modelo teórico.
•
Diseño y planificación de los experimentos.
Cuarta Etapa:
Es la etapa experimental, y comprende la realización de las voladuras experimentales en
los trasvases y minas donde se realizaron las investigaciones. Fueron realizadas voladuras
de polígono (semindustriales) e industriales y después de realizadas las voladuras
experimentales se procedió al análisis estadístico de los resultados de las mismas.
Quinta Etapa:
Es una etapa que se realiza en gabinete e incluye las siguientes tareas:
•
Elaboración de los criterios para el diseño y la ejecución de los trabajos de
perforación y voladura en el laboreo de excavaciones subterráneas.
•
Elaboración de criterios para elevar la efectividad de estas voladuras.
•
Elaboración del modelo de cálculo.
•
Elaboración de la propuesta de procedimiento de cálculo.
•
Elaboración de las normas de consumo de sustancia explosiva y los medios de
explosión en las minas y obras donde se realizan las investigaciones.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
1
�Tesis Doctoral
CAPÍTULO I
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
2
�Tesis Doctoral
CAPÍTULO I ANTECEDENTES Y ACTUALIDAD DEL PROBLEMA
I.1Antecedentes y actualidad del problema a nivel mundial
Como se señaló en la introducción ante el laboreo de excavaciones subterránea como rama
de las ciencias mineras surge una de las tareas más importantes a resolver tanto a nivel
nacional como internacional la cual consiste en asegurar la racionalidad del arranque de
las rocas y la estabilidad de las excavaciones subterráneas. Esto sólo es posible si se
utilizan métodos de diseño y ejecución tanto de las voladuras como de laboreo de
excavaciones subterráneas perfeccionados y científicamente fundamentados que permitan
un uso más racional de los recursos utilizados.
Actualmente, a los proyectistas y constructores, no les satisface la utilización del método
de la analogía para realizar el proyecto de excavaciones subterráneas, pues los problemas
existentes no se resuelven por la vía de aplicar solamente la experiencia adquirida en
excavaciones laboreadas acertadamente con anterioridad.
Además las condiciones cada vez más complicadas en las que se laborean las excavaciones
subterráneas (efecto sísmico, elevado agrietamiento tectónico y no tectónico, etc.) y el
laboreo de excavaciones únicas por su tipo dejan cada vez menos posibilidades al diseño
de proyectos por analogía.
Al mismo tiempo se elevan sustancialmente las exigencias que se la plantean a los métodos
de cálculo de las voladuras subterráneas, respecto al basamento
científico y
correspondencia de estos con la representación física de los fenómenos.
En opinión de autores como: Hamdi (2003); Karpienko et al (2004); Rouabhi
(2004);Krising y Novinsky (2006);Semeniak (2006), Vinogradof (2006) y Sargentón
(2005 , 2007) es más racional la utilización de los métodos analíticos y numéricos de la
mecánica de los medios continuos y del cuerpo sólido deformable y los principios y
regularidades de la mecánica de la fragmentación de rocas, en comparación con las
expresiones empíricas, al resolver tareas concretas de diseño de voladuras en ingeniería .
La amplia difusión de la técnica moderna de computación y de las nuevas técnicas de la
información ha traído consigo que la práctica ya no sea impotente ante un aparato
matemático complejo.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
3
�Tesis Doctoral
I.1.1 Desarrollo histórico.
La teoría de la voladura comienza en el siglo XVII como resultado de la generalización de
las voladuras experimentales y las observaciones elaboradas por investigadores de la
ciencia militar. De esta forma aparecen los primeros modelos matemáticos, expresiones de
cálculo sencillas obtenidas netamente por vía experimental.
Son los ingenieros investigadores militares
franceses, los primeros en establecer las
ecuaciones de cálculo de las cargas de pólvora para el minado de los muros de las
fortalezas en asedio, pero además la información acumulada permite a estos investigadores
formular en su tiempo toda una teoría relacionada con la acción de la explosión sobre el
medio.
I.1.2 Modelos de cálculo de los ingenieros investigadores militares franceses
(siglos XVII-XVIII).
En 1628 Deuville, citado por Arsentiev (2004), Ivolguin (1975) y Bobk (1979) , enuncia
la hipótesis de que la magnitud de la carga Q debe de ser linealmente proporcional a su
profundidad de colocación W por lo que establece para la mina normal la expresión
siguiente:
Q = mW
(1)
El modelo de Deuville presenta como limitación principal la dependencia lineal entre el
peso de la carga y la fragmentación producida. Posteriormente Vauban, citado por
Langefors (1976) y Arcentiev (2004), formula en 1669 la hipótesis, de que el peso de
las cargas, es proporcional al volumen, y por consiguiente, también al peso del terreno,
expulsado por la voladura del cráter de la explosión y la expresión cúbica:
Qm = W 3
ó
Q=
1 3
W
m
(2)
El modelo de Vauban supera la dependencia lineal del modelo de Deuville, pero sólo
reconocía la carga normal, la formación de un cono geométricamente regular y una única
resistencia a vencer: la fuerza de gravedad.
Belidor, citado por Ivolguín(1975) y Vobk (1979) plantea un modelo que se deduce en
base a la hipótesis principal siguiente : el peso de las cargas es proporcional al cubo de los
radios de fragmentación.
El modelo de Belidor tiene como limitación su elevado empirismo y no considera las
particularidades del terreno a volar, las propiedades de la sustancia explosiva y los valores
reales del índice de acción de la explosión.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
4
�Tesis Doctoral
Fueron también aportes significativos de este autor el planteamiento y demostración de la
existencia de las esferas de acción de la explosión (compresión, fragmentación
(o rotura) y vibración) y la deducción de la primera dependencia entre los elementos del
cráter de la mina de lanzamiento normal y la introducción de un nuevo concepto: el índice
de acción de la explosión (n).
Por ello introdujo en su modelo de cálculo este nuevo concepto y estableció los valores de
este índice para el lanzamiento reforzado ( n〉1 ), normal ( n = 1 ) y disminuido ( n〈1 ).
Así en los siglos XVII y XVIII comenzó la elaboración científica de la teoría de la
voladura prácticamente sobre la base de un fuerte componente experimental y de la
observación científica, métodos sobre los que se apoya en la actualidad en gran medida el
trabajo experimental en la Física de la Explosión y en la Fragmentación de rocas por
voladura.
Sin embargo en la segunda , que es una dirección mas profunda y que consiste en la
creación de los fundamentos físicos de la teoría de la explosión , aún no se habían
descubierto ni la química ni la esencia física de la explosión y los investigadores no
sobrepasaron el nivel de razonamiento de los alquimistas de la Edad Media.
En el siglo XIX con la consolidación e intensificación de la Revolución Industrial, las dos
direcciones fundamentales de la Teoría de la Explosión continuaron su desarrollo.
El auge de la industria química y de la química como ciencia, posibilitó a su vez el
descubrimiento de un gran surtido de sustancias explosivas, con características energéticas
superiores a la pólvora, en 1845 el químico ruso Fadiev descubrió la piroxilina, un año
más tarde en 1846, el químico italiano Sobrero, la nitroglicerina. Estos nitrocompuestos
permitieron la aparición de otras sustancias explosivas con mayor poder rompedor como:
el trotil , o TNT, que fue descubierto por Belbrand en 1863, la dinamita patentada por
Alfred Nobel en 1867, las amonitas descubiertas por los noruegos Olson y Norvin en
1867 , el TEN (1891) , el nitruro de plomo (1890) y el exógeno (1898).
Simultáneamente en el siglo XIX se realizaron numerosos experimentos para la
determinación de la función del índice de acción de la explosión.
I.1.3 Modelos de los ingenieros investigadores rusos (siglo XIX).
El siguiente aporte en el desarrollo de la teoría y la práctica del minado pertenece a los
ingenieros investigadores militares rusos Frolov y Borieskov.
A partir del ulterior desarrollo del modelo de Belidor se llegó a la expresión de cálculo
siguiente:
Q = f (n )qW 3
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
(3)
5
�Tesis Doctoral
Posteriormente continuaron las investigaciones con el objetivo de determinar la función del
índice de acción de la explosión f (n ) .
Frolov en 1868 enunció la siguiente hipótesis :“..la resistencia total , que presentan los
medios sólidos debe de ser expresada no por el cubo de la línea de la explosión sino por
dos miembros , el primero que consiste en el cubo , y el segundo el cuadrado de la línea de
la explosión” (citado por Mielnikov , 1962). Frolov plantea determinar la carga de la
mina normal por la ecuación:
Q = aW 3 + bW 2
(4)
En esta expresión los coeficientes a y b para diferentes rocas se determinan por vía
experimental.
Al explicar el mecanismo de fragmentación de los medios en la voladura Frolov
distinguió las siguientes fuerzas de resistencia : el peso de la masa que es expulsada, las
fuerzas de inercia, las fuerzas de cohesión de las partículas dentro de esta masa
y las
fuerzas de cohesión en la superficie del cráter.
Aunque el modelo de Frolov valora más integralmente las fuerzas de resistencia en el
medio que se oponen a la voladura no tiene en cuenta las propiedades de los explosivos y
la del medio que se pretende volar.
Borieskov, en 1876 planteó la expresión para el cálculo de una carga de sustancia
explosiva de la forma siguiente:
Q = qW 3 (0,4 + 0,6n 3 )
La fórmula de Borieskov
(5)
tiene como limitación que no sobrepasa el principio de
semejanza geométrica en el cálculo de la magnitud de las cargas para rocas resistentes y
no analiza la naturaleza de las fuerzas que surgen al formarse el cráter (en particular la
influencia de la fuerza de gravedad de la roca lanzada).
I.1.4 Modelos de los Investigadores del siglo XX.
La idea de Frolov fue desarrollada en la URSS en la década 1940-1950 por el profesor
Sujanov y en la década de 1960-1970 por el investigador sueco Langefors.
Sujanov (1958,1967), plantea en su modelo la hipótesis de que el peso total de la carga de
mullido se determina por una expresión, que considera los gastos de energía en superar las
fuerzas de gravedad, las fuerzas de cohesión en la superficie lateral y en la fragmentación
de la roca.
Q = f (d )[q1 S c + q 2V ]
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
(6)
6
�Tesis Doctoral
Donde f (d ) – es un coeficiente que considera el grado de fragmentación de la roca en
dependencia del índice de acción de la explosión
q1 - gasto de sustancia explosiva por m2 de área de ruptura de la roca del
macizo, kg/m2
S c – área de la superficie lateral del cráter de explosión, m2
q 2 – consumo de sustancia explosiva para superar las fuerzas de gravedad
(inercia) por m3 de volumen a fragmentar de roca, kg/m3
V - volumen de roca a fragmentar, m3
La limitación de este modelo reside en la dificultad para determinar los factores
f (d ), q1 y q 2 .
Langefors (1968,1973) propuso ecuación algo diferente
Q = aW
2
+ bW
3
+ cW
4
(7)
,
donde W – Línea de menor resistencia (LMR),
a, b, c – coeficientes obtenidos por vía empírica
Los coeficientes a y b dependen de las propiedades elástico-plásticas de las rocas y c del
peso de esta.
Indica la expresión para las rocas de Suecia:
Q = 0,10 W 2 + 0,40 W 3 + 0,004 W 4
(8)
Este investigador considera, que esta fórmula “resulta fundamental en la mecánica de
fragmentación de las rocas y su aplicabilidad fue verificada en amplias investigaciones
con variación de la magnitud W en el rango desde 0,01 hasta 10 m , y además la magnitud
de las cargas varió en la relación desde 1 hasta 50 000 000”.
Langefors investigó el mecanismo de fragmentación de las rocas en los cueles rectos
cilíndricos y a partir del análisis de las voladuras realizadas en el laboreo de excavaciones
subterráneas con diversos destinos plantea expresiones para el diseño de las voladuras en
estas excavaciones.
Expone las siguientes ecuaciones para el cálculo de las cargas (condición de rotura) de los
cueles rectos:
Con salida a un orificio circular:
Con salida a un orificio rectangular:
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
lc
D tal ⎞
⎛
0 , 55 ⎜ A −
⎟
2 ⎠
⎝
=
(sen υ )3 / 2
lr =
0,35V
(senυ )3 / 2
(9)
(10)
7
�Tesis Doctoral
Además la condición de expulsión o limpieza del cuele:
Voladura limpia
A〈1,5 D tal
(11)
Rotura
1,5 Dtal ≤ A〈 2,1 Dtal
(12)
Deformación
plástica A〉 2,1 Dtal
(13)
Donde: A-distancia entre los centros del barreno cargado y el taladro vacío, m
Dtal – diámetro del taladro vacío, m
V- distancia a la cara libre, m
lc - carga por metro para una salida estrecha circular, kg/m
lr - carga por metro para una salida rectangular, kg/m
υ - mitad del ángulo de salida, grados
Este propio autor cita a Steidle (1960) que plantea a su vez una dependencia entre la
distancia más adecuada entre los centros A y la clase de rocas.
A pesar de sustentar su teoría tanto en trabajos experimentales de campo (voladuras de
polígono, semindustriales e industriales) , como en la descripción cualitativa del modelo
que explica los mecanismos de fragmentación de las rocas y que se fundamenta en gran
medida en la mecánica de los medios sólidos continuos, presenta como
principal
limitación el mismo empirismo que la sustenta.
La expresión para el cálculo de la distancia entre el barreno cargado y el taladro vacío no
tiene en cuenta ni las características de las rocas voladas ni del explosivo utilizado y por
tanto el campo tenso-deformacional que se crea alrededor de la carga explosiva.
Sus aportes en la voladura de rocas en túneles y en particular de la voladura de contorno
han sido tomados como soporte teórico en estas investigaciones.
De las expresiones de cálculo de Florov, Sujanov y Langefors se deduce que el valor del
consumo específico de sustancia explosiva (SE) no se mantiene constante al variar la línea
de menor resistencia (LMR), es decir resulta variable.
Pokrovsky (1957,1977 ,1980), citado por, Egorov et al (2000) , en su teoría asume a los
procesos ondulatorios como agentes determinantes de la fragmentación y señala que el
volumen principal de fragmentación está condicionado por la acción de las ondas
reflejadas (fenómenos de descostramiento en la superficie libre).
En su modelo plantea las expresiones de cálculo del consumo específico de sustancia
explosiva ( qSE ) y de la cantidad de barrenos (N) siguientes:
q SE = q1 f1v1e
(14)
q1 = 0,1 f
(15)
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
8
�Tesis Doctoral
Para una superficie libre :
v1 =
v1 = 1,2 − 1,5 ;
Para dos superficies libres :
e1 =
N=
380
CTSE
(16)
6 ,5
Sp
;
1,27 q SE S p
k ll ρ SE d c2
(17)
;
(18)
Donde: q1- es el coeficiente de volabilidad de las rocas
f1- coeficiente de estructura de las rocas;
v1-coeficiente de confinamiento que considera la profundidad de los
barrenos lb y el área de proyecto de la excavación Sp.
e – coeficiente de capacidad de trabajo;
q SE - consumo específico de sustancia explosiva (SE), kg/m3
CTSE – capacidad de trabajo de la sustancia explosiva, cm3
Kll- coeficiente de llenado de los barrenos;
dc – diámetro de la carga de sustancia explosiva, m.
ρ SE – densidad de la sustancia explosiva, kg/m3
f – índice de fortaleza de las rocas
Aunque estas expresiones son utilizadas hoy en día, por que representan el mayor
acercamiento
a
los
resultados
de
la
práctica
,
autores
como
Matbeichuk
(2004),Paramonov (2004a,2004b.),Lukianov(1999) ,Egorov et al (2000) y Sargentón
(1997,2005,2007a,2007d ) consideran que los resultados que se obtienen con ellas tanto
en el laboreo de excavaciones de pequeña como de mediana sección transversal, aún no
permiten el diseño más racional de los trabajos de voladura.
El autor de esta tesis doctoral considera que no es precisa la determinación de los
coeficientes de estructura de las rocas (f1) y de llenado de los barrenos (kll), la misma en el
primer caso es muy ambigua y solo limitan su valor a un número reducido de litologías
(tres) y en el segundo se determina a partir de valores tabulados en función de la fortaleza
de las rocas y del diámetro de las cargas en rangos de valores muy amplios.
Las expresiones propuestas para determinar la influencia del confinamiento no dan
respuesta a esta problemática.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
9
�Tesis Doctoral
Los valores obtenidos al calcular por las fórmulas para determinar el consumo de sustancia
explosiva ( q SE ) y la cantidad de barrenos (N), son muy elevados en el primer caso e
insuficientes en el segundo.
Taranov (1964) plantea correcciones a la expresión propuesta por Pokrovsky (1957)
para
determinar la influencia del confinamiento
e incluye un segundo factor, la
profundidad de los barrenos lb :
v1 =
3lb
Sp
(19)
Esta expresión supera en parte las limitaciones de la ecuación propuesta por Pokrovsky,
pero aún no da respuesta a las interrogantes relacionadas con el confinamiento de las
cargas en el laboreo de excavaciones subterráneas. Al valorar el método de determinación
de la magnitud del gasto específico de sustancia explosiva, considera que las expresiones
existentes no tienen en cuenta toda la diversidad de condiciones naturales y de factores de
orden técnico, que influyen sobre su magnitud, por lo que a partir de ella se obtienen
valores lo suficientemente precisos en unos casos y en otros valores que se desvían
considerablemente de la magnitud necesaria.
Es por ello que recomienda asumirlos como valores de orientación que luego deben de ser
precisados con voladuras experimentales en los frentes de laboreo de las excavaciones
subterráneas.
Dolgy y Silantiev (2003) y Lukianov y Gromov (1999) confirman el planteamiento de
Pokrovsky (1980) de que el cálculo del consumo específico por fórmulas empíricas da
resultados muy poco precisos y recomiendan establecer este importante indicador por vía
experimental o asumir su valor a partir de valores tabulados en base a voladuras
experimentales realizadas en las condiciones minero-geológicas concretas de laboreo de las
excavaciones. Al pronunciarse respecto al coeficiente de utilización de los barrenos
señalan que este indicador depende de las propiedades físico-mecánicas de las rocas, del
esquema de disposición de los barrenos, del consumo de sustancia explosiva y del
coeficiente de llenado de los barrenos, pero destacan que la influencia de estos factores ha
sido estudiada aún insuficientemente.
Mielnikov (1974) demuestra mediante el tratamiento estadístico de datos obtenidos de
más de 200 frentes de excavación (Sp>20 m2) la dependencia entre el consumo específico
de sustancia explosiva y el área de la sección transversal.
La dependencia q SE = f ( S p ) es no lineal y fue obtenida de la práctica de los trabajos de
voladura en Rusia, EEUU y Suecia. Además introduce en la fórmula de Pokrovsky, la
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
10
�Tesis Doctoral
densidad de carga promedio en el frente, a partir de considerar que la densidad de carga de
los barrenos de contorno sea inferior a la densidad de carga de los barrenos de cuele y de
arranque.
Basándose en la relación de la cantidad de barrenos de contorno Ncont respecto a la
cantidad total de barrenos obtenida en el laboreo de excavaciones subterráneas en la central
hidroeléctrica de Chirskeisk
N cont = 0,34 N
(20)
Obtuvo la expresión para el cálculo de la densidad media de carga:
γ = 0,34γ 1 + 0,66γ 2
(21)
Donde: γ 1 - es la densidad de carga de los barrenos de contorno
γ 2 - densidad de carga de los barrenos de cuele y de arranque.
Según este investigador el coeficiente de carga influye sobre el coeficiente de
aprovechamiento de los barrenos (CAB) solamente hasta la magnitud 0,75 y añade que un
aumento posterior de la longitud de carga solo mejora la fragmentación de las rocas, es por
ello que introduce k=0,7 en la fórmula de Pokrovsky que quedaría en la siguiente forma:
N = 1,75
qS p
d (0,34γ 1 + 0,66γ 2 )
2
(22)
Los resultados obtenidos con esta fórmula, a pesar de las correcciones introducidas, den
con la práctica y no ha tenido amplia utilización.
Mostkov (1963,1974) propone determinar la línea de menor resistencia (LMR), W de la
ecuación cúbica siguiente:
W 3 + a1W 2 + a 2W = a3
(23)
donde: a1 , a 2 , a3 - son coeficientes, que consideran el gasto específico de SE, la
profundidad de los barrenos, el tipo de sustancia explosiva, el diámetro de los
barrenos:
a1 =
0,07
+ 0,835 l m
qo
(24)
ho
;
qo
(25)
a 2 = b ´ `+0,583
a3 = l m b´
eo Δ ⎛ d ⎞
b =
⎜ ⎟
0,6q o m ⎝ 32 ⎠
´
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
(26)
2
(27)
11
�Tesis Doctoral
donde:
q o - índice de volabilidad , kg/m3
eo - coeficiente que considera el tipo de sustancia explosiva (SE);
m - distancia relativa entre barrenos;
l m - profundidad promedio de los barrenos en el conjunto, m;
d - diámetro del cartucho de Sustancia explosiva, mm
Plantea además una dependencia no lineal entre N y la sección transversal de la excavación
Sp y una ecuación para el cálculo preliminar (con una exactitud de hasta el 10%) de la
cantidad de barrenos:
N=
Sp
(kWc )
2
+
Pe
0,8 Wc
(28)
donde : Pe - perímetro de la excavación ,m;
Wc - línea de menor resistencia (LMR) de cálculo, m
k - coeficiente de corrección, determinado por datos del tratamiento estadístico
de los parámetros de los trabajos de perforación y voladura en la práctica.
Ziber, citado por Mostkov (1974) plantea una ecuación que considera la volabilidad de las
rocas para determinar la cantidad de barrenos (N)
N = α1 + α 2 S p
(29)
donde: α1,α 2 - son coeficientes , determinados en dependencia de la
volabilidad de las rocas.
Mindely (1960,1966, 1974) considera que el consumo específico de sustancia explosiva
(qSE) es función de los siguientes parámetros:
qSE = ϕ ( S p , f , lb , d , Δ, H ,η )
(30)
En sus investigaciones obtuvo las siguientes ecuaciones de correlación de algunos de estos
factores:
q SE = 0,48 l b + 0,096 l b2
(31)
q SE = 0,00008H + 0,0000003H 2
(32)
Y la ecuación final de correlación múltiple
5,4
⎛
⎞
− 0,004d − 2,22η − 0,48lb + 0,096lb2 + 0,00008H + 0,0000003H 2 ⎟
qSE = e⎜ 2,92 + 0,135f +
S
⎝
⎠
(33)
Noskov et al (1982) recomienda un criterio para el cálculo del espesor del tabique entre el
barreno cargado y el taladro vacío:
A ≈ 1,8Dtal
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
(34)
12
�Tesis Doctoral
Y la concentración lineal de carga de sustancia explosiva por metro de barreno por la
expresión:
q o = 130 Dtal * d b , kg/m
(35)
En el caso de rocas blandas recomienda aumentar el espesor del tabique a 2-3 veces el
diámetro del taladro vacío.
Bubok (1981) recomienda que la distancia entre los centros del taladro vacío y el barreno
cargado A sea igual a:
A = (2 ÷ 3) Dtal
(36)
Doronin (1983) recomienda seleccionar la cantidad de barrenos (mediante valores
tabulados) y la distancia entre los centros del taladro vacío y el barreno cargado (A) en
función del coeficiente de fortaleza (f) por las expresiones:
Para f ≥ 10 ; A = 2 Dtal
(37)
Para f 〈 10 ;
(38)
La expresión
A = 3Dtal
A ≤ 1,5 Dtal
propuesta por Langefors es explicada por Gredeniuk et al
(1983) a partir del criterio de que el volumen de la cavidad de cuele formada después de la
voladura sobrepase el volumen volado en 1,25 veces y más, es decir:
kcomp =
Vvolado + Vcavcomp
Vvolado
≥ 1,25
(39)
donde: kcomp – es el coeficiente de compensación ;
Vvolado - volumen volado, m 3
Vcavidad
comp.
- volumen de la cavidad de compensación, m3
Y la expresión para determinar la distancia A entre los centros del barreno cargado y el
taladro vacío de la forma siguiente:
A=
(k comp + 1) D 2 + (k comp − 1) d 2
0,758
(k comp − 1)(D + d )
(40)
Este autor parte desde la misma óptica que Langefors para plantear su criterio, es decir,
permitir el desplazamiento de las rocas trituradas en el cuele, pero no contempla la acción
de la explosión sobre las rocas
a partir de las propiedades de estas últimas y las
características del explosivo.
Boev y Shapiro (1980) establecen los siguientes criterios para el diseño de los cueles
cilíndricos:
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
13
�Tesis Doctoral
⎛ η lb ⎞
⎜
⎟
⎝ A ⎠
No =
V0
3
(41)
N o - cantidad de barrenos de compensación
donde :
A- coeficiente de escala que se obtiene por vía experimental , A=9,35
Vo – volumen del barreno vacío, cm3
Y conociendo No se asume la estructura correspondiente del cuele (cantidad de barrenos
cargados y total)
Shejurdin (1985) recomienda las siguientes expresiones para calcular los parámetros
principales de las voladuras en el laboreo de excavaciones:
W=
donde :
p
q SE m
,
a = mW ;
p=
π d 2 ρ SE
4
(42)
p- es la cantidad de carga de sustancia explosiva por metro de barreno, kg/m.
d- diámetro del cartucho de sustancia explosiva ó diámetro del barreno para
sustancias explosivas no encartuchadas, m.
Xanukaev (1963,1974) estudió la influencia de las condiciones del medio sobre el
mecanismo de rotura de las rocas y formuló la hipótesis, de que este mecanismo ocurre
bajo la acción de ondas elásticas y depende de la rigidez acústica (resistencia acústica) de
las rocas. La clasificación de las rocas según la rigidez acústica en tres grandes grupos,
propuesta por Xanukaev, tiene valor en el orden metodológico, pero limitaciones en su
aplicación práctica ya que señala ese solo factor como determinante en la formación del
campo tenso-deformacional producido por una carga en el macizo rocoso alrededor del
barreno.
Mielnikov y Marchenko (1963,1964) presentaron la hipótesis de la posibilidad de
aumentar la zona de fragmentación y mejorar su calidad mediante la redistribución de la
energía de la explosión de forma tal, que cerca de la carga no ocurriera la fuerte
sobretrituración y recalentamiento de la roca, a cambio de que a lugares más alejados
llegará mayor energía de la onda de choque para lo cual proponen la utilización de cargas
desacopladas con espacios de aire axiales y radiales. Este método de regulación de los
parámetros de las ondas de choque, que surgen por la acción de la explosión, da la
posibilidad de resolver una serie de problemas tecnológicos entre los que se destacan las
voladuras de contorno de precorte y recorte.
Ivanov y Miloradov (1980) plantean las siguientes expresiones de cálculo para la
proyección de las voladuras en las excavaciones subterráneas:
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
14
�Tesis Doctoral
N = N int + N cont
(43)
La cantidad de barrenos interiores
N int = n S int
(44)
donde : n - es la cantidad de barrenos interiores , que corresponden a 1 m2 de área del
frente de avance, unid/m2
n=
qint
γ SE
;
(45)
S int - área del frente de avance, fragmentada por los barrenos interiores, m2.
qint − consumo de sustancia explosiva en los barrenos interiores( cantidad en
peso de sustancia explosiva ,necesaria para el mullido y el lanzamiento de 1
m3 de roca en las condiciones planteadas).
qint = qo K ag vconf eSE K c , kg/m3
(46)
qo − consumo específico de una sustancia explosiva con una capacidad de
trabajo de 420 cm3 ,cuyo valor numérico se determina por la
expresión:
3
q o = 0,1 f ,kg/m
(47)
Kag – coeficiente que considera el agrietamiento y el carácter de la
estratificación de las rocas (valor tabulado).
vconf - coeficiente de confinamiento , que considera el área del frente de
avance (S), la longitud del barreno (lb) , la cantidad de superficies
denudadas y el lugar de ubicación del cuele.
e SE − coeficiente de capacidad de trabajo de la sustancia explosiva,
eSE =
420
;
CTSE
(48)
K c - coeficiente que considera la influencia del diámetro del cartucho de la
sustancia explosiva utilizada (valor tabulado)
Y para determinar la masa de sustancia explosiva, que se coloca en 1m lineal de barreno la
expresión:
γ SE = 0,08 d c2 ρ SE K comp K ll
donde:
(49)
dc – diámetro del cartucho de la sustancia explosiva, cm;
ρ SE − densidad de la sustancia explosiva, g/cm3
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
15
�Tesis Doctoral
Kcomp – coeficiente de compactación de la sustancia explosiva
en el
proceso de carga, se toma igual a 1,1 para las encartuchadas y 1,0
para las no encartuchadas.
Kll – coeficiente de llenado del barreno, valor tabulado que se
toma en
función de índice de fortaleza ( f ) y del diámetro del cartucho (dc).
Estos autores consideran para calcular el consumo específico de explosivo otros factores
(agrietamiento y diámetro de los cartuchos) además de los propuestos por Pokrovsky.
Y el área del frente de excavación ( S int ), fragmentado por los barrenos interiores
2
S int = S − S K , m
Donde:
(50)
S - área total del frente de avance de la excavación, m2
Sk – área del frente, fragmentada por los barrenos de contorno, m2
S cont = Pexc (Wcont + C ) , m
2
Donde:
(51)
Pexc - perímetro del contorno de la excavación, m
Wcont - longitud de la línea de menor resistencia (LMR) de los barrenos de
contorno, m.
Kutusov (1973,1974, 2000) realiza un análisis de los principios de cálculo de los
parámetros de la voladura para el laboreo de excavaciones subterráneas y señala que el
consumo específico de cálculo de la sustancia explosiva es la información inicial
fundamental.
En opinión de este autor este indicador depende de muchos factores (las propiedades
físico-mecánicas de las rocas, la sección transversal, la profundidad y el diámetro de los
barrenos, el tipo de explosivo, etc.) lo que hace compleja su determinación, por el hecho
de que los factores señalados influyen de forma conjunta y diferente sobre la magnitud de
la carga, por lo que concluye que no es posible su determinación por vía teórica.
Recomienda su determinación a partir de tablas especiales, confeccionadas sobre la base
del procesamiento de una gran cantidad de voladuras de producción.
Cuando se utilizan otras sustancias explosivas propone introducir
coeficientes de
corrección que son inversamente proporcionales a las características energéticas de las
mismas. Los restantes parámetros de los trabajos de voladura recomienda calcularlos por
las siguientes expresiones:
Q = q SE lb S p
Qc =
2 π d2
ρ SE
lb
3
4
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
(52)
(53)
16
�Tesis Doctoral
N=
Q
Qc
(54)
q c = 1,2 Qc ; q a = (0,8 − 0,9) Qc
(55)
Mielnikov (1988) considera que tanto el consumo total como el específico varían en
amplios rangos y que ambos dependen de muchos factores (propiedades de la sustancia
explosiva, propiedades físico-mecánicas de las rocas , sección transversal , calidad de la
carga y el atraque de los barrenos , existencia de superficies libres complementarias en el
frente de avance, profundidad de la pega ,entre otros),estima también que no es posible
determinar el valor de la magnitud de la carga hasta ese momento por la vía teórica.
Por ello recomienda que el valor del consumo específico de cálculo de la sustancia
explosiva sea asumido en base al análisis y la generalización de una gran cantidad de datos
de la práctica y de observaciones y experimentos para diferentes sustancias explosivas y
fortaleza de las rocas. Al valorar la ecuación de Pokrovsky, le da gran significado a la
selección correcta del coeficiente de
llenado en la determinación de la cantidad de
barrenos.
Los criterios de Langefors y Kihlström (1976),Bubok (1981),Noskov et al
(1982),Doronin (1983) y Gredeniuk et al (1983) para el diseño de los cueles rectos son
reanalizados , perfeccionados y relanzados por Lukianov y Gromov (1999) ,Egorov et al
(2000),Dolgy y Silantiev (2003),López Jimeno (1994,2000,2003) bajo el mismo principio
geométrico y sin considerar la acción de la explosión sobre el medio.
I.1.5 Modelos de la Teoría de la Explosión.
El siglo XIX no solo implicó un avance tecnológico y científico en relación a las sustancias
explosivas, los medios de explosión y los modelos de cálculo. Se produjeron significativos
avances también en la creación de los fundamentos físicos de la explosión como
consecuencia del impetuoso desarrollo promovido por la primera y luego por la segunda
Revolución Industrial, se desarrolló también la teoría de las ondas de choque, en una
primera aproximación, en la segunda mitad de este siglo.
El desarrollo de la teoría de la explosión comienza con la introducción del concepto de
ondas de choques planas por Riman en 1860. Más tarde Rankan en 1870 y Hugoniot en
1887 deducen la ecuación de las ondas de choque (adiabática de Hugoniot).
Estos adelantos conjuntamente con los aportes de Berto en 1883 sobre el poder de las
sustancias explosivas y el concepto de la onda de detonación sentaron las bases para que
Mijelson en 1883 elaborara los principales aspectos de la teoría matemática de la
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
17
�Tesis Doctoral
detonación. Este a su vez de conjunto con D.L.Chapman en 1899 y E Jouguet en 1904 es
considerado también el fundador de la teoría termodinámica de la detonación.
Sobre la base de esta teoría se han desarrollado las teorías modernas de la fragmentación
de rocas a partir de las cuales es posible modelar el campo tenso-deformacional que se
forma en el macizo rocoso alrededor de la cámara de carga después de la voladura de la
misma.
I.1.6 Investigaciones relacionadas con la clasificación de las rocas Otro aspecto medular
en este marco teórico, se relaciona con la evolución de la clasificación de las rocas
vinculado al método de arranque por voladura.
Izatis en 1843, citado por Arsentiev (2004), plantea una de las primeras clasificaciones de
las rocas, (a su vez antecedido por Agrícola en 1550) según el grado de extracción, para
ello dividió a las rocas en 5 grupos: Sueltas o mullidas, blandas ,quebradizas(o
frágiles),cohesivas (o resistentes) y muy cohesivas.
A partir de esta clasificación dividió a los trabajos mineros (aplicable a cada grupo) en los
siguientes tipos: a pala, a pico, a cincel, a cuña, mediante fuego y por voladura. Esta
clasificación es el primer intento de agrupar los métodos de arranque de las rocas tanto
para la explotación minera como para la excavación de obras subterráneas y en ella ya
aparece el método de voladura como tecnología, todo ello a consecuencia de la
introducción de los explosivos en la minería y la aplicación de los conocimientos de la
fragmentación de rocas por voladura existentes hasta ese momento. Por las razones
expuestas en este siglo se produce una intensificación inusitada de las investigaciones en
las tres direcciones expuestas en este trabajo: los métodos de cálculo de las voladuras, las
teorías de acción de la explosión sobre el medio, la tecnología de los explosivos y los
medios de explosión y en general el desarrollo de la minería como ciencia.
A comienzos del siglo XX se produce un aporte importante, relacionado con la
clasificación de las rocas, principalmente por su relevancia práctica en la ejecución de los
trabajos mineros desde el punto de vista de la selección del equipamiento de perforación,
los métodos de los trabajos de voladura , en la determinación de las normas de laboreo y el
gasto de instrumentos y materiales.
M.M.Protodiaconov en 1911, propone una nueva clasificación de las rocas, basado en la
hipótesis de que cualquier resistencia a la voladura de la roca es proporcional a su
resistencia a la compresión. Este criterio simplificó los cálculos y redujo en cierta medida
la cantidad de voladuras de prueba.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
18
�Tesis Doctoral
Es importante significar, que hasta ese momento se utilizaba el método de voladuras de
prueba para determinar el aumento necesario de la carga al pasar a otros terrenos o rocas,
pero con el tiempo esta metodología resultaba ser cada vez más engorrosa, pesada,
abrumadora.
Protodiaconov, además en 1908 introdujo el concepto de fortaleza de las rocas en las
ciencias mineras, y define este concepto “como su resistencia a los esfuerzos externos, que
depende en cada caso concreto de las combinaciones de las resistencias elementales de las
rocas a la tracción, compresión, al cizallamiento”.
Su principal aporte se centra en el coeficiente de fortaleza, que propone
como la
centésima parte de la resistencia de un testigo de roca a la compresión axial expresado en
kg/cm2:
f =
donde:
σc
(56)
100
σ c - es la resistencia del testigo a la compresión axial, kg/cm2
Protodiaconov consideraba que el valor del coeficiente de fortaleza caracterizaba a la roca
en todos los procesos productivos, a partir de la hipótesis señalada anteriormente.
La clasificación de las rocas de Protodiaconov presenta como ventajas su basamento
científico, carácter lógico, sencillez en su utilización práctica y amplio alcance (contempla
una gran gama de litologías); pero su principal limitación radica en que la hipótesis
fundamental asumida por el autor, no siempre se cumple. Debido a ello su utilización en
el diseño de las voladuras ya no es lo suficientemente racional en la etapa actual de
desarrollo de la teoría de la fragmentación de rocas. Además de los aportes señalados y a
partir de trabajos experimentales y la generalización de la práctica Protodiaconov plantea
para el cálculo del consumo específico de sustancia explosiva ( qSE ) y la cantidad de
barrenos (N) en las voladuras de rocas en excavaciones subterráneas las expresiones
siguientes:
⎛
q = 0,4 * ⎜
⎝
n = 2 ,7
donde:
1 ⎞
0,2 f +
⎟
S ⎠
2
f
; N = nS
S
(57)
(58)
q – es el consumo específico de sustancia explosiva (SE),kg/m3;
f – coeficiente de fortaleza de las rocas según M.M.Protodiaconov
S – sección trasversal de proyecto de la excavación, m2
n – cantidad de barrenos por m2 de área del frente de laboreo;
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
19
�Tesis Doctoral
N – cantidad total de los barrenos en el frente de laboreo.
La utilización práctica de estas expresiones , realizadas tanto por el autor de esta tesis en
Cuba (Sargentón,1993, 1994,1997,2005), así como las referencias que hacen autores
rusos (Matveichuk y Chursalov,2002 y Paramonov et al , 2004) , sólo ha permitido un
cálculo muy aproximado de estos dos parámetros , pues en el caso del indicador consumo
específico de sustancia explosiva (q) , se obtienen valores muy elevados y los valores del
parámetro cantidad de barrenos (N) no son los suficientes para lograr los objetivos de la
voladura. Como recomiendan los autores a los que se hace referencia, los valores que se
obtienen solo sirven como orientación
y deben ser precisados con voladuras
experimentales.
I.1.6 Modelos para la determinación de la onda refractada.
Pero si importante fue la modelación de la onda de detonación y su aplicación con fines
pacíficos, en particular en la minería para el arranque (separación y fragmentación) de las
rocas, se necesitaba modelar la presión que se refractaba a la roca desde una cámara de
carga (barreno, taladro).
S.V.Ismailov (1965) dio solución a este problema de reflexión –refracción de una onda de
choque con frente plano desde un obstáculo plano.
Los parámetros de la onda de choque en el limite carga –roca se determinan de la
condición de refracción de las ondas de detonación a la roca a través de la pared de la
cámara de carga, considerando la adiabática de las rocas propuesta por Gogoliev (1965).
Pr
ρ o (V po )2
1 ⎡⎛ ρ
= ⎢⎜⎜ r
A ⎢⎝ ρ o
⎣
m
⎤
⎞
⎟⎟ − 1⎥
⎥⎦
⎠
(59)
A y m – son constantes.
Y son necesarias las inecuaciones de enlace siguientes:
Si
Pr
ρ o (VLO )2
Si 0,1 ≤
〈 0,1
entonces A=3 y m= 3
Pr
≤ 35 entonces A= 5,5 y m = 5
ρ o (VLD )
(60)
(61)
En el caso de cargas compactas, la máxima presión en la onda refractada Pr se calcula en
dependencia de la relación entre la impedancia de la sustancia explosiva, y la resistencia de
onda de la roca (acople de impedancias) a partir de dos condiciones cuando
ρ oVLD ≥ ρ SEVd y cuando ρ oVLD 〈 ρ SEVd .
De las ecuaciones (67) y (68) se obtiene
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
20
�Tesis Doctoral
Si ρ oVLD ≥ ρ SEVd
⎧
⎫
⎪
⎪
⎪
⎪
⎪
1
2k (Pr − P1 )
Pr ⎪
= V1 −
⎨1 −
1
1 ⎬
ρo ⎪ ⎛
{[ρ SE (k + 1)] [Pr (k + 1) − P1 (k − 1)]}2
⎜ APr
⎞m ⎪
⎪ ⎜
+ 1⎟⎟ ⎪
2
⎪ ⎜ ρ oVLD ⎠ ⎪
⎭
⎩ ⎝
( )
(62)
Si ρ oVLD 〈 ρ SEVd .
⎧
⎫
⎪
⎪
k −1
⎡
⎤
⎪
⎪
Pr ⎪
1
2kVd ⎢ ⎛ Pr ⎞ k ⎥
⎪
⎜
⎟
= V1 + 2
1−
⎨1 −
1 ⎬
k − 1 ⎢ ⎜⎝ P1 ⎟⎠ ⎥
ρo ⎪
⎪
⎢⎣
⎥⎦
⎞m
⎛ APr
⎟
⎪ ⎜
⎪
1
+
2
⎟ ⎪
⎪⎩ ⎜⎝ ρ oVLD
⎠ ⎭
(63)
donde:
k –es el índice de la adiabática de los productos de la explosión
Vd – velocidad de detonación de la sustancia explosiva (SE). m/s
VLD – velocidad de propagación de las ondas longitudinales en las rocas, m/s
ρo – densidad de las rocas, kg/m3
P1- presión en el frente de la onda de detonación de la sustancia explosiva, Pa
La solución de estas ecuaciones se puede obtener por alguno de los métodos matemáticos
de aproximación o gráficamente.
De esta forma se obtiene Pr, la presión refractada a la roca.
Al refractarse la onda de presión surge la onda de choque en las rocas, que se manifiesta en
una zona de pequeñas dimensiones, en la que se disipa gran cantidad de energía y se
transforma en una onda de tensión. La disipación de la energía en esta onda no solo está
determinada por la magnitud de la rigidez del medio sino además por las características de
resistencia de la roca que generalmente son tres ordenes menores que dicha magnitud.
I.1.8 Modelación de la onda de tensiones
Para analizar el estado tenso-deformacional de las rocas alrededor de la cámara de carga se
precisa también la modelación matemática de las tensiones y las deformaciones que se
producen en las tres zonas: la cercana, la media y la lejana.
Para la modelación de la onda de tensiones era necesario el descubrimiento, en la teoría de
la física del campo ondulatorio, de una de las principales leyes para la modelación de estas
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
21
�Tesis Doctoral
ondas, realizado por los científicos soviéticos Sadovsky (1945, 1952,1974) ,Sedov(1976),
Staniukovich (1975) y el inglés J.Taylor .
Estos investigadores lograron establecer que la sobrepresión en el frente de las ondas de
choque obedece a la ley de semejanza, y señalaron que su magnitud depende solamente
de la relación de la distancia desde el frente hasta el centro de la carga respecto al radio de
esta (la distancia relativa) , la energía específica de la explosión y la presión del aire.
Sadovsky (1945,1952) plantea la hipótesis de que cualquier volumen del medio bajo la
acción de una carga explosiva experimenta deformaciones que dependen de la distancia a
la fuente de la explosión y su energía., y a partir de ella la relación de dependencia entre la
magnitud de las tensiones que surgen a una distancia R de una carga de sustancia explosiva
con un radio ro a la que denominó ley de semejanza geométrica:
⎛ ro ⎞
⎟
⎝R⎠
σR = f ⎜
(64)
donde f - es una función que se determina experimentalmente.
Esta ley de semejanza geométrica presenta como limitación que solo se cumple para cargas
de sustancias explosivas de igual densidad.
En el caso general de una carga de forma esférica ro = 3 Q al sustituir en la expresión
anterior, se obtiene la ley generalizada de semejanza.
R1 3 Q1
=
R2 3 Q2
Esta ley no contempla la dependencia entre el trabajo mecánico
(65)
y la energía en la
transformación explosiva.
Para superar esta limitación los académicos Sedov (1976) y Sadovsky (1974) elaboraron la
variante más general de la ley de semejanza, la ley de la semejanza energética de la
explosión, en la cual la masa de la carga Q es reemplazada por la energía total:
⎛3 E ⎞
⎟
σ R = f ⎜⎜
⎟
R
⎝
⎠
(66)
Con posterioridad a la formulación y generalización de la ley de semejanza se han
publicado una gran cantidad de dependencias empíricas que se refieren a la zona elástica.
Las dependencias existentes en la actualidad se fundamentan en el principio de la
semejanza o en las leyes de la dispersión de la energía y su absorción a cuenta de los
procesos inelásticos. Debido a la complejidad y a la configuración no simétrica de las
cargas o del sistema de cargas y también a la complejidad de las superficies libres en el
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
22
�Tesis Doctoral
macizo la función de dispersión geométrica de la energía se selecciona con bastante
aproximación. A pesar de esto la función de extinción seleccionada de esta forma a cuenta
de la dispersión geométrica satisface completamente las exigencias de la práctica. La
mayor dificultad se presenta en la búsqueda de los índices de extinción a cuenta de la
absorción de la energía.
La ecuación de cálculo de las tensiones plantea una proporcionalidad entre éstas y las
distancias relativas lo que se expresa de forma general por la expresión:
n
⎛r⎞
σ V = K σ ,v ⎜ ⎟ ,
⎝ x⎠
(67)
Donde : K σ ,v - coeficiente de proporcionalidad ;
r - radio de carga;
x - distancia;
σ - tensión;
n - índice.
Sadovsky (1974) plantea para distancia cercanas n =2, para lejanas n =1,5.
Shemiakin (1963,2006) plantea un modelo para la rotura de las rocas con fricción interna
que permite el cálculo de las componentes radiales y tangenciales del tensor de tensiones:
σr =
σo
r
n1
, σ θ = ασ r ,
α=
μ
(1 − μ )
(68)
Donde σ r , σ θ - son las componentes radiales y tangenciales del tensor de tensiones.
σ o - presión inicial en la cámara de carga.
n1 - coeficiente de extinción
r - distancia relativa.
μ − coeficiente de Poisson.
Y le asigna un valor a n1 de 1,5 en la zona de trituración y de 1 − α 2 en la zona de
agrietamiento. El modelo de Shemiakin tiene como limitación que el cálculo de las
componentes tangenciales se realiza en función sólo del coeficiente de Poisson, es decir
que depende solo de esta propiedad elástica de las rocas.
Borovikov y Vaniagin (1970,1974,1975,1985,1995) plantean expresiones diferentes para
cada una de las tres zonas:
Para la zona cercana r ≤ 12
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
σ r max =
Pr
r 1, 4
(69)
23
�Tesis Doctoral
σ r max =
Para la zona mediana 12 ≤ r ≤ 100
σ r max =
Para la zona lejana 100〈r ≤ 200
Pr
r 1,1
(70)
Pr
r 1,5
(71)
Donde r es la distancia relativa desde el eje de la carga, y es igual a la relación entre la
distancia absoluta r y el radio de carga Rce , equivalente por su energía a la explosión a una
carga de pentrita con densidad 1500 kg/m3 y calor de la explosión 5950 kj/kg, es decir:
r
Rce
r=
(72)
El radio de carga equivalente es:
⎛ρ Q
R = Rc ⎜⎜ se se
⎝ ρ pQp
e
c
Donde:
λ=
⎞
⎟
⎟
⎠
λ
(73)
1
- para cargas cilíndricas, y λ = 1 para cargas
2
3
esféricas.
QSE - es el calor de la explosión de la sustancia explosiva utilizada
ρ pentrita , Q pentrita - es la densidad y el calor de la explosión de la pentrita.
La onda de compresión que se forma en la roca como resultado de la refracción de la onda
de detonación y la acción de los productos de la explosión en su difusión posterior desde el
eje (centro de la carga) por la roca, se extingue fuertemente debido a las pérdidas intensas
por disipación en las zonas cercanas a la carga. En dichas zonas la amplitud máxima de la
onda, en su inicio cae aproximadamente según una ley exponencial , y tiende
asintóticamente a un valor a distancias aproximadamente iguales a 12 Rc (radio de carga).
Otros autores,(citado por Otaño,1998) consideran que en el caso de las cargas compactas
la diferencia en la difusión de las ondas de tensión entre cargas esféricas y cilíndricas se da
solo en la zona cercana a la carga y que en lo adelante la máxima amplitud de las tensiones
decrece según la dependencia:
σ r max =
Pr
(74)
(r )
1, 08
Ahora bien, la máxima amplitud de la componente tangencial de las ondas de tensión será:
Para cargas esféricas (concentradas):
σ t max
⎡
⎛v
⎢
⎜
= ⎢1− 2⎜ t
⎢
⎜v
⎝ L
⎢⎣
⎞
⎟
⎟
⎟
⎠
2⎤
⎥
⎥σ
⎥ r max
⎥⎦
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
=
μ
σ
1− μ r max
(75)
24
�Tesis Doctoral
Para cargas cilíndricas:
σ t max = ⎛⎜ C1 + C2 r ⎞⎟σ r max
⎝
2
(76)
⎠
C1 ,C 2 - son magnitudes adimensionales que dependen de la resistencia acústica de las
rocas
C 1 = 0 ,09 + 0 , 228 * 10 − 7 ρ o v L
(
)
C 2 = 0 ,07 − 0 , 224 * 10 − 7 ρ o v L * 10 − 2
(77)
El modelo de Borovikov se ajusta con suficiente exactitud a los macizos rocosos
investigados en esta tesis y constituye uno de sus soportes teóricos.
I.1.9 Resumen del contenido del capítulo I.
¾ Los modelos y las metodologías analizadas propuestas por los diferentes autores se
fundamentan en los siguientes principios:
•
La proporcionalidad entre la energía de la explosión y el volumen de roca a
fragmentar;
•
La consideración de diferentes tipos de resistencia del medio (rocas) a la acción de
la explosión (al aplastamiento, a la tracción, al cortante, al descostramiento).
•
La proporcionalidad entre las dimensiones de la zona de fragmentación y las
dimensiones de la carga;
•
La consideración de los parámetros de las ondas de tensiones como principal factor
de fragmentación en la voladura de rocas que poseen considerable rigidez acústica ;
•
La proporcionalidad entre el trabajo específico de rotura (considerando el grado de
fragmentación) y la energía de las sustancias explosivas (SE).
¾
Según autores como Mielnikov (1988) y Matveichuk (2002), no es posible el
cálculo analítico del consumo especifico de sustancia explosiva, ya que es
extremadamente compleja la descripción matemática de las características anisótropas y
físico-técnicas de las rocas, que influyen sobre la resistencia de éstas a la voladura.
¾
Conjuntamente con esto, numerosas observaciones y la experiencia productiva
señalan la posibilidad de la valoración relativa de la resistencia de las rocas a la
voladura.
¾
Por lo general los modelos
del mecanismo de fragmentación de las rocas son
cualitativos.
¾
El cálculo, el diseño y la proyección de las voladuras se realiza sobre la base de la
generalización de datos prácticos obtenidos en la ejecución de voladuras en condiciones
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
25
�Tesis Doctoral
de producción, que luego son tabulados y por analogía se extienden a las condiciones en
que se proyecta.
¾
Los datos prácticos obtenidos en voladuras experimentales y de producción en países
como Suecia se refieren a macizos monolíticos, relativamente homogéneos y mucho más
antiguos que los cubanos.
¾
Las características de las litologías presentes en el archipiélago cubano, mucho más
jóvenes y con tectónica y agrietamiento más complicados obligan a considerar estos
factores en la proyección de estas voladuras.
¾ Los principales parámetros de las voladuras para el laboreo de excavaciones
subterráneas se seleccionan fundamentalmente en función del índice o coeficiente de
fortaleza de las rocas (f) que a su vez sólo depende de la resistencia a compresión.
¾
Por lo general se hace limitada referencia a las demás características de resistencia y
a las propiedades elásticas y acústicas de las rocas.
¾
Un indicador clave como el coeficiente de llenado de los barrenos se selecciona en
función del índice de fortaleza de las rocas y el diámetro de los barrenos, pero sin un
adecuado basamento científico.
¾ No existen modelos cuantitativos de representación del mecanismo de rotura de las rocas
del conjunto de barrenos a partir de la valoración de la acción de la explosión sobre el
medio.
¾
Existen contradicciones entre los resultados que se obtienen por vía experimental y
los teóricos.
¾
Es necesaria la elaboración de nuevos criterios de diseño y ejecución de las voladuras
en el laboreo de excavaciones subterráneas que consideren tanto las características
mecánico-estructurales de los macizos rocosos, sus propiedades másicas, las
características de resistencia, sus propiedades acústicas y elásticas, así como las
características de los explosivos y la acción de la explosión sobre el medio.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
26
�Tesis Doctoral
CAPITULO II
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
27
�Tesis Doctoral
CAPÍTULO
II
CONDICIONES
INGENIERO
–
GEOLÓGICAS
Y
TECNOLÓGICAS DE LOS MACIZOS OBJETO DE ESTUDIO
Introducción.
Debido a que la efectividad del arranque de las rocas y de su fragmentación depende de las
condiciones ingeniero-geológicas e ingeniero- tecnológicas de los macizos rocosos dónde
se laborean las excavaciones subterráneas es preciso como primera etapa de las
investigaciones el estudio de dichas condiciones.
Las investigaciones para el estudio del mecanismo de fragmentación de las rocas fueron
realizadas en las excavaciones subterráneas de los macizos rocosos de los yacimientos
mineros Mercedita, Amores y El Cobre y de los macizos rocosos de los Trasvases EsteOeste, Caney –Gilbert y Sabanalamar – Pozo Azul. La distribución geográfica de estos
macizos se aprecia en el mapa de la figura 2.
En este capitulo se realiza una valoración de dichas condiciones teniendo en cuenta su
diversidad con el propósito de comprobar la aplicabilidad de los diferentes criterios para el
diseño de las voladuras que se proponen como novedad en esta tesis.
II.1 Condiciones ingeniero-geológicas de los macizos rocosos donde se realizaron las
investigaciones
La evaluación de las condiciones ingeniero-geológicas comprende el estudio de los
siguientes aspectos:
-Características petrográficas, tectónica y agrietamiento
-Propiedades de las rocas :
Másicas : densidad , masa volumétrica y porosidad
Características de resistencia : resistencia a compresión , tracción y al cizallamiento
•
Elásticas: módulo de Young, coeficiente de Poisoon y módulo de
•
Acústicas : velocidad de las ondas longitudinales y transversales
Parámetros tecnológicos especiales de las rocas: fragilidad, triturabilidad, fortaleza,
cizallamiento.
volabilidad.
En el Laboratorio de Física de las Rocas del ISMMM “Dr. Antonio Núñez Jiménez” se
determinó por el método de ultrasonido la velocidad de propagación de las ondas
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
28
�Tesis Doctoral
Este -Oeste
Mercedita
Amores
Caney-Gilbert
El Cobre
Sabanalamar –Pozo Azul
Figura 2 Mapa con la distribución geográfica de los macizos rocosos en investigación
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
1
�Tesis Doctoral
longitudinales tanto en testigos regulares cilíndricos (diámetro:32 y 55 mm, altura: 90 y
165mm ) como en varillas finas de rocas.
Se determinó también por el método directo la masa volumétrica de las rocas.
Los resultados del estudio de las propiedades y de los parámetros tecnológicos especiales
de las litologías donde se realizaron las investigaciones en los tramos de túneles del
Trasvase Este – Oste se muestran en las tablas 1,2, 3 y 4. y en el ANEXO 1 ( tablas 1,2,3 y
4), se muestran los valores de estas propiedades en las otras litologías principales de las
minas y trasvases en investigación.
Para que la descripción de las litologías que se investigan sea lógica, precisa y acorde con
el objetivo que se necesita alcanzar se describen al menos las características siguientes:
color, composición mineralógica, estructura, textura.(Dolibo-Dobrovolsky,2003)
El estudio del agrietamiento se realizó a partir de las etapas propuestas por
(Kazikaev,1981 y Hoek,2007a,2007b,2007c;2008). La elaboración de las mediciones y su
análisis, que incluye su tratamiento y representación se realizó mediante el programa
informático profesional DIP versión V.103 ( Rockscience , 2004).
Como resultado del estudio de agrietamiento se establecen las características de la fractura
estructural de las rocas, que son necesarias posteriormente en la investigación del
mecanismo de fragmentación de las rocas por voladura, siguientes: orientación de las
grietas en el espacio (ángulo de buzamiento y azimut del buzamiento);intensidad del
agrietamiento: incluye abertura y distancia entre las grietas en los sistemas (fractura del
macizo) y extensión de las grietas (su persistencia);indicadores de calidad del
agrietamiento: material de relleno, carácter de la superficie de las grietas (ondulada o recta,
rugosa o lisa), presencia de agua (seca, húmeda, inundada en forma de goteo o en chorro) ,
etc.);tipo de red de grietas (sistémica, continua o discontinua , caótica , poligonal) y
volumen total de la cavidad de las grietas.(Bukrinsky,1985 y Kalinchenko et al, 2000).
En el anexo 2 se muestran los diagramas con los principales planos de agrietamiento, la
rosa de agrietamiento y los histogramas del comportamiento de los principales parámetros
de las grietas en los macizos rocosos de las minas Mercedita, Amores y El Cobre y del
Trasvase Caney –Gilbert..
Yacimientos cromíferos de la región Moa – Baracoa.
En esta región se realizaron trabajos investigativos de campo, experimentales y de gabinete
en las minas de cromo Mercedita y Amores.
II.1.1Mina Mercedita.
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1
�Tesis Doctoral
Valores de las propiedades de las litologías objeto de estudio en el Trasvase
Este-Oeste.
Tabla 1 Propiedades másicas
Nº
Litología
1 Gabro (Ojo de Agua)
2 Basalto (Manacal)
3 Caliza Masiva
4 Caliza , blanco crema masiva
5 Serpentinita pardo –verdosa
6 Aleurolitas
Densidad,kg/m³ Masa volumétrica,kg/m³
Valor A.%
Valor
A,%
2830
2830
2710
2700
2860
1950
10,70
3,89
7,93
12,30
4,24
5,98
4,95
2720
2710
2590
5,41
4,43
6,53
6,02
2460
6,33
8,89
8,90
13,16
2815
10,70
1,57
5,98
4,73
1900
6,93
2,56
9,50
11,04
13,16
Tabla 2 Características de resistencia
Características de resistencia estática
σ ec ,MPa
σ et ,MPa
σ ecor ,MPa
Nº Litología
1 Gabro (Ojo de Agua)
2 Basalto (Manacal)
3 Caliza Masiva
4 Caliza , blanco crema masiva
5 Serpentinita pardo –verdosa
6 Aleurolitas
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Porosidad Total,%
Valor
A,%
[ ]
[ ]
[ ]
Características de resistencia dinámica
σ dc ,MPa
σ dt ,MPa
σ dcor ,MPa
Valor A.%
Valor A,%
Valor A,%
Valor
97,40
81,94
60,92
50,14
23,40
23,30
[ ]
A.%
[ ]
[ ]
Valor A,%
Valor
3,84 24,50 11,17 23,90 1543,22 23,30 12,75 24,50
A,%
Dinamicidad
Comp Tracción
k dc
k dt
78,16 23,90 15,84
3,32
21,50 10,04 22,32 16,56 21,91 1298,54 21,50 22,67 22,32 115,92 21,91 15,85
2,26
17,95
3,94 23,03
8,95 20,49
944,68 17,95
5,91 23,03
62,63 20,49 15,51
1,50
21,30
4,77 23,96
8,93 22,63
784,37 21,30
8,62 23,96
62,50 22,63 15,64
1,81
21,50
18,18 14,71
2,85 24,50
1,80 19,51
4,71 23,00
3,30 17,11
374,91 21,50
292,34 14,71
7,54 24,50
4,99 19,51
33,00 23,00 16,02
23,12 17,11 16,08
2,64
2,77
1
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Tabla 3 Propiedades acústicas
Litología
Nº
1 Gabro
2 Basalto
3 Caliza Masiva
4 Caliza , blanco crema masiva
5 Serpentinita pardo –verdosa
6 Aleurolitas
Velocidad de las ondas,m/s Rigidez Acústica
Vl
A.% Vt
A,%
J, m/s kg/m3 A,%
4587 15,6 3700
15,6
1,298.107
15,6
4570 14,8 3560
14,8
1,293.107
14,8
5983 15,0 3700
15,0
1,621.107
15,0
5500 12,0 3940
12,0
1,485.107
12,0
7
3730 12,6 2190
12,6
1,067.10
12,6
4134 12,3 2100
12,3
8,060.106
12,3
Tabla 4 Parámetros minero-tecnológicos
Fortaleza, f
Nº
Litología
fB**
fP*
1 Gabro (Ojo de Agua)
2 Basalto (Manacal)
3 Caliza Masiva
4 Caliza , blanco crema masiva
5 Serpentinita pardo –verdosa
10
8
6
5
2
2
6 Aleurolitas
Nota:
fP*- índice de fortaleza según Protodiaconov
fB**-índice de fortaleza según Barón
qP***-volabilidad según Pokrovsky
Datos de Triturabilidad :Fuente Noa (2003)
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E,MPa
μ
Valor A,%
Valor A,%
92600
15,6 0,25
15,6
70000
14,8 0,27
14,8
73100
15,0 0,30
15,0
70000
12,0 0,33
12,0
10800
12,6 0,29
12,6
33319
12,3 0,25
12,3
G,MPa
Valor A,%
38743
15,6
35866
14,8
37100
15,0
41914
12,0
13717
12,6
8600
12,3
Triturabilidad,Vmax Volabilidad,qP***,kg/m³ Fragilidad
Valor
A,%
Valor
A,%
Valor A.%
9
1,70
21,07
0,97
23,30 25,36 23,90
8
0,90
20,20
0,82
21,50
7
4,00
18,54
0,61
17,95 15,45 20,49
6
3,20
21,32
0,50
21,30 10,51 22,63
4
2,00
19,18
0,23
21,50
3
3,10
21,32
0,18
14,71 10,10 17,11
8,16 21,91
8,21 23,00
2
�Tesis Doctoral
-Localización del macizo rocoso
El macizo rocoso del yacimiento cromífero Mecedita se encuentra ubicado dentro de lo
límites del gran macizo de ultrabasitas de Cuba Oriental, el cual está formado por
rocas del complejo ofiolítico, fundamentalmente. Los macizos rocosos de ofiolitas
presentan
una gran variabilidad de sus propiedades ingeniero-geológicas y minero-
técnicas (Marinos et al,2006).
-Composición petrográfica
El
estudio
de
la
columna
litológica
(Iturralde-Vinent
,1990;
Colectivo,
1996;Colectivo,2006a) permite señalar de forma general los tipos de rocas de la
asociación estudiada , particularmente , en la zona de estudio donde se presentan : dunitas
, peridotitas (harzburgitas) , peridotitas serpentinizadas , gabros y cromitas , como rocas
más importantes ; por las que se han excavado las diferentes obras mineras subterráneas.
Dunitas: son las que, por lo general le sirven de envoltura a los cuerpos minerales además
aparecen de forma aislada en forma de vetas que cruzan los cuerpos minerales o en forma
de nidos, su color varia desde verde hasta pardo rojizo, microscópicamente los granos son
compactos y finos uniformes, la textura es masiva, con grietas rellenas de kerolita y/o
serpofita o carbonatos y por lo general con alto grado de serpentinización (Cartaya,2000).
Serpentinitas: se observan a lo largo del contacto de las rocas ultrabásicas y los gabros ,
tienen color verde oscuro y raras veces gris, el brillo es resinoso mate , graso o céreo.
Estructura concoide, compacta, masiva.
Peridotitas: en el macizo en su mayoría del grupo de las harzburgitas .Microscópicamente
de color oscuro, a veces con matiz verdoso, generalmente su estructura es de grano medio,
textura masiva. Su estructura más típica es la paquiolítica, condicionada por la inclusión de
granos de olivino en los cristales de piroxeno.
Gabros: en estado fresco de color gris oscuro o casi negro, como resultado de alteraciones
secundarias adquieren un color gris claro y gris verdoso. Su estructura característica es la
granular uniforme, de grano medio y de grano grande. La textura es masiva
Cromitas: de color negro oscuro, fractura concoidea y textura compacta.
-Tectónica.
Las dislocaciones , que presenta la región son muy complejas y en las secuencias más
antiguas se hace imposible el desciframiento de las mesoestructuras plegadas, dada la
monotonía litológica que presenta ; no obstante los estudios realizados permiten afirmar
que en las secuencias antiguas (rocas metamórficas y volcánicas) existen tres direcciones
principales de plegamiento: noroeste –sureste, noroeste-sureste, sureste-noreste.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
1
�Tesis Doctoral
El yacimiento Mercedita se encuentra en una zona de gran actividad tectónica postmineral
y las dislocaciones están representadas por zonas de fragmentación y agrietamiento abierto,
tanto en las rocas de caja , como en el cuerpo mineral.
-Agrietamiento.
La valoración del agrietamiento se realizó mediante datos obtenidos por mediciones de
grietas realizadas por diferentes autores Noa (2003), Cartaya (2001) ,Modejar (2001) ;
Ugalde (2000) ; González (1995).
De esta valoración se puede concluir que existe un alto grado de afectación del macizo por
este factor, y la existencia de grietas en todas las direcciones, predominando las
direcciones : ángulo de buzamiento/dirección del buzamiento: 26º/315-320º y 40º/40-45º.
La caracterización general del agrietamiento se puede resumir de la forma siguiente:
El espaciamiento mínimo entre grietas y sistemas de grietas oscila entre 0,20-0,25m. y el
máximo desde 0,4-0,5m, con predominio porcentual del espaciamiento en los rangos 0,250,30 y 0,35-0,40m.Además son más frecuentes las grietas onduladas rugosas y planas
lisas, con una abertura que oscila en el rango 1-10 mm , con predominio del intervalo 3,54,5mm y prevalecen las grietas con paredes sanas y alteradas.
En las grietas es más abundante el relleno de gabro y gabropegmatita. La presencia de
agua en las grietas, por lo general es poca , logrando solo humedecer las paredes de estas ,
y aumenta en época de lluvia , en la que se puede producir un goteo constante.
-Propiedades de las rocas.
Para el estudio de las propiedades además de las determinaciones realizadas por el autor se
utilizó información de investigaciones realizadas por los autores Noa (2003) y Cartaya
(2001).
II.1.2 Mina Amores.
-Localización del macizo rocoso
El área de estudio de la mina de cromo Amores, se encuentra en el municipio Baracoa a
seis kilómetros del litoral del Océano Atlántico en el curso superior del río Báez y a 50 km
del poblado de Punta Gorda, municipio Moa.
-Composición petrográfica del macizo.
Particularmente, en la zona de estudio se encuentran: harzburgitas, dunitas, peridotitas y
cromitas , como rocas más importantes ; por las que se han excavado las diferentes obras
mineras subterráneas.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
2
�Tesis Doctoral
En el yacimiento predominan fundamentalmente tres tipos de rocas:, harzburgitas, dunitas
y peridotitas , clasificadas éstas como rocas resistentes y semiresistentes, agrietadas y
suficientemente estables.
Las cromitas se presentan en forma masiva pero con bajo contenido de Cr2 O 3
Dunitas: presentan de color verde oscuro, casi negro, su estructura es de grano fino
uniforme y la textura es masiva.
Peridotitas: presentan color negro, a veces con matiz verdoso con estructura de grano
medio su textura al igual que las dunitas es masiva, se distinguen claramente los cristales
de piroxeno.
-Tectónica.
La zona donde se realizan los trabajos mineros, presenta poco grado de actividad tectónica
, el cual se manifiesta en las características del agrietamiento y el grado de fragmentación
de las rocas y de los cuerpos minerales.
Dentro de los límites del yacimiento se observan dislocaciones tectónicas que provocan
desplazamiento de las menas y rocas de caja y la división del yacimiento en bloques.
-Agrietamiento.
Para el estudio del agrietamiento fueron utilizados informes de mediciones de otros
investigadores: Noa (2003). Mondejar (2001),Cartaya (2001) y Falero (1996).
Además de estas mediciones en esta investigación se realizaron mediciones en la boca del
Socavón A-2 situado a nivel del río Báez y en el Socavón A– 1, que confirmaron y
ampliaron las conclusiones de los investigadores precedentes.
En Amores predominan tres sistemas de grietas con direcciones N 15 E, N 50 E y N 50 W
y respectivamente ángulos de buzamiento de 18º,48º y 18º.
El espaciamiento oscila en el rango 0,1-0,35m con predominio del intervalo 0,22-0,25.m
La abertura de las grietas fluctúa entre 1 y 10mm, con mayor frecuencia del intervalo 46mm.Son más frecuentes las grietas planas lisas y onduladas lisas y paredes sanas y
algunos casos alteradas. Es más abundante el relleno de las grietas con gabro y
gabropegmatitas.
II.1.3 Mina El Cobre.
-Ubicación del macizo rocoso.
La Mina El Cobre se encuentra ubicada al oeste del municipio de Santiago de Cuba a una
distancia de 23 km de la Ciudad de Santiago de Cuba, a 0,5 km del poblado de ese mismo
nombre. En esta mina la explotación se realizó en por tres sectores diferentes: Mina
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3
�Tesis Doctoral
Grande, Gitanilla y Mina Blanca. Las investigaciones relacionadas con esta tesis se
realizaron en el sector Mina Grande.
-Composición petrográfica del macizo.(Colectivo de autores,2006a).
Las litologías más comunes son: tobas de composición andesíticas y andesíto - dacíticas,
porfiritas andesíticas y areniscas tobáceas.
Tobas: presentan granulometrías diversas predominando las gruesas y medias y
composición andesíticas y andesíto – dacíticas y aglomerática ( Barrabí, 1994.).Las tobas
andesíticas presentan color gris verdoso y tienen granos medios.
Porfiritas andesíticas: presentan un color gris , gris oscuro o gris amarillento. Su estructura
es porfirítica y la textura es masiva.
Areniscas tobáceas: se presentan de color gris o gris oscuro, con granos de granulometría
media y textura estratificada.
-Tectónica (Barrabí,1994;Colectivo de autores,2006a).
Geográficamente el campo metalífero El Cobre, está situado en la Sierra Maestra y
pertenece a una zona de tensiones tectónicas, que se encuentra entre la plataforma de las
Bahamas al Norte y las grandes fosas del mar Caribe al Sur. El yacimiento está relacionado
con la falla regional El Cobre, la cual se extiende en dirección latitudinal y se limita al sur
y norte por dos fajas de fractura de rocas.
El yacimiento también está atravesado por fallas de segundo orden y dirección
submeridional, que desarrollan complementariamente la estructura de una serie de bloques.
El propio macizo de rocas de caja tiene una serie de fallas pequeñas, producto de las
cuales, en él se forma una red de grietas y pliegues con direcciones caóticas.
Otro sistema importante, son las fallas secundarias que se pueden identificar como fallas
preminerales, con direcciones bien definidas (de 55 - 65 grados) al norte del yacimiento.
El tercer sistema, son las fallas transversales al nordeste que presenta buzamiento abrupto
de 60 a 70 grados, que afectan y deforman las estructuras minerales. Estos sistemas están
muy desarrollados en todo el yacimiento, lo mismo en Gitanilla que hacia la zona de la
cantera.
-Agrietamiento
Para el análisis de este macizo rocoso fue estudiado todo el sector de la mina El Cobre, a
partir de las mediciones realizadas por otros autores Mondejar (2001); Cartaya (2001) y
Joao (1998) y mediciones realizadas por el autor de esta tesis en la galería principal y en
galerías de subnivel y de ventilación del nivel +30.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
4
�Tesis Doctoral
En estas excavaciones predominan tres sistemas de grietas con las direcciones: N 25 E; N
75º E y N 80º W y ángulos de buzamientos respectivos de 59º,24º y 53º.
El espaciamiento entre grietas oscila entre 0,1 y 0,35m con predomino del intervalo 0,200,25 m, las grietas con más frecuencia son continuas, planas y rugosas y sus paredes en la
mayoría de los casos son sanas o alteradas, la abertura de las grietas está en el rango de 2 a
5 mm y las mismas están rellenas con material arcilloso poco consolidado, la humedad es
baja y sólo logra humedecer las paredes, aunque en algunos tramos aislados se manifiesta
en forma de goteo constante.
II.1.4 Trasvase Caney –Gilbert.
-Ubicación del macizo rocoso.
El Trasvase Caney –Gilbert incluye diferentes obras hidrotécnicas , conductoras , canales
y túneles que se construyeron con el objetivo de trasvasar agua desde la presa Carlos
Manuel de Céspedes hacia la presa Gilbert y está situado aproximadamente a 3 km al norte
del poblado de Ramón de Guaninao, en Palma Soriano.
Las obras hidrotécnicas subterráneas del Trasvase Caney –Gilbert la conforman tres
túneles: el túnel principal y dos túneles inclinados (rampas).
-Litología.
En el perfil geológico se presentan las siguientes cuatro capas: material aluvial, areniscas,
tobas y aglomerados
Capa 1. Corteza de intemperismo a partir de la alteración de las areniscas, tobas y
aglomerados incluido en esta el material aluvial, con una coloración generalmente pardo
crema, deleznable y una potencia que oscila entre 1 y 15 metros predominando espesores
de 8-10 metros, sin textura definida.
Capa 2. Se corresponde con las intercalaciones de areniscas, tobas y aglomerados con
diferentes grado de alteración que subyace a la corteza de intemperismo
con una
coloración desde pardo crema hasta gris oscuro, su yacencia es suave dispuesta en forma
de estratos monoclinales presentando generalmente una textura estratificada, su
granulometría es de fina a media, la potencia oscila desde 3-40 m, predominan los
espesores desde 0 – 20m en la capa más agrietada.
La Capa 3. Se corresponde con los aglomerados con mayor o menor grado de conservación
-Composición petrográfica del macizo.
Tobas: se presentan en una amplia gama de colores que varían desde el gris, gris verdoso,
gris azul, pardo, pardo grisáceo hasta el gris amarillento. Se encuentran estratificadas en
capas de 5-10 m, en ocasiones se presentan masivas, los ángulos de buzamiento son suaves
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5
�Tesis Doctoral
hasta 150 pudiendo llegar a 300, la granulometría es de fina a media, por lo general están
muy tectonizadas e intemperizadas, con diferentes grados de meteorización y
agrietamiento, aunque se mantienen generalmente compactas cuando no han sido
meteorizadas o afectadas por el agua.
Areniscas tobáceas: son de color gris carmelita - parduzco, estratificadas en capas de 2-6
cm. La granulometría es de media a fina. Por lo general se presentan formando
interestratificación con las tobas y más bien pudieran hasta considerarse como un producto
de la meteorización de éstas.
Aglomerados: en los mismos predominan los colores gris parduzco - carmelita a gris
verdoso, los clástos tienen diámetros de 3-12 cm. y más, lo constituyen rocas andesíticas,
andesito - basálticas, riolíticas, dioríticas y hasta tobas, aparecen dos tipos fundamentales,
los aglomerados de granos finos, con tamaño de 2 – 5 cm. que se encuentran generalmente
en capas gruesas de hasta 1,5 m y los aglomerados de grano grueso con fragmentos
mayores de 5cm.En ellos se destaca claramente un agrietamiento casi perpendicular en dos
direcciones.
-Agrietamiento.(Cartaya,2003)
El intenso agrietamiento de las rocas en la zona, fundamentalmente en la secuencia de las
tobas, está asociado a las fallas presentes en la zona. Tanto en los aglomerados como en las
tobas, juega un papel importante la fractura que coincide con la estratificación. Al analizar
los histogramas de distribución porcentual de las características de grietas se aprecia que
en los aglomerados predominan las grietas onduladas – rugosas, con ligera alteración, con
un espaciamiento promedio entre grietas de 0,2 a 0,6 m, generalmente abiertas, mientras
que en las tobas predominan las grietas onduladas – lisas, con ligera alteración y en
ocasiones con alteración arcillosa. La afluencia de agua varía de media con lavado de
algunas grietas a afluencia importante por grietas limpias.
II.1.5 Trasvase Este-Oeste. Primera etapa: Melones –Sabanilla.
-Ubicación del macizo rocoso.
El Trasvase Melones – Sabanilla se encuentra ubicado en la Sierra de Nipe – Cristal, desde
el río Mayarí hasta la Presa Sabanilla y constituye la primera etapa del Trasvase EsteOeste.
-Litología.
El macizo esta constituido por dos grandes complejos bien diferenciados: el complejo
clástico – carbonatado y el ultramáfico - serpentinizado.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
6
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El primero constituido por calizas, margas , conglomerados , brecha basal , etc. ; se
extiende hacia el norte y oeste del macizo. En las partes más elevadas y en contacto con el
complejo ultramáfico , ocupa la parte superior. La base esta constituida por conglomerado
y brecha, compuesto por clástos de rocas ígneas y sedimentarias con cemento calcáreo.
El complejo de rocas ultramáfico - serpentinizado esta representado por las serpentinitas
brechosas y los gabroides.
Estas rocas debido a los grandes esfuerzos a que se han visto sometidas están muy
alteradas y meteorizadas.
Estos continuos eventos tectónicos han provocado un agrietamiento muy intenso en todas
direcciones, reconociéndose hasta cinco sistemas e incluso con grietas acompañantes, estas
generalmente se encuentran rellenas con carbonatos y serpofitas.
Los trabajos experimentales a escala productiva y de polígono fueron realizados en los
tramos: Esperanza-Enmedio, túnel de Toma y Yagrumal –Guaro donde las rocas presentan
las siguientes características petrográficas, litológicas y de agrietamiento.
Túnel Yagrumal –Guaro.
Constituye el quinto tramo de túnel a partir de la presa Seboruquito de los siete que existen
hasta la presa Sabanilla, debido al relieve topográfico existente en su trazado se hace
necesario subdividir al mismo en la intersección con la cañada de Serones y en Ojo de
Agua , quedando dividido en tres tramos : tramo “Yagrumal – Ojo de Agua” , tramo “Ojo
de Agua – Serones” y tramo “Serones –Guaro”.
Mediante las calicatas intermedias se realizó la ejecución del túnel por seis frentes de
trabajo.
-Litología.
En la zona de estudio, desde el punto de vista geológico-estratigráfico , se definieron dos
complejos de rocas bien diferenciados: el complejo carbonatado y el complejo de gabros y
basaltos.
El complejo carbonatado esta compuesto por las formaciones Charco –Redondo, Sagua de
Tánamo , Bitirí y Camazán. En todos predominan las rocas carbonatadas.
El complejo de gabro-basaltos se compone de rocas de granos gruesos (gabros) y de granos
finos (basaltos), así como las brechas con clástos de ambos tipos y cemento carbonatado.
El macizo de rocas carbonatadas tiene forma tabular en su primera parte (formación Bitirí)
y masiva en la segunda (formación Camazán).Los gabros se presentan en forma maciza , y
forman un conjunto de diques paralelos. En general todas las rocas clasifican como
agrietadas.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
7
�Tesis Doctoral
Desde el punto de vista ingeniero-geológico, el macizo se dividió en dos complejos que
coinciden con los litológicos. A su vez estos complejos se subdividieron en los cinco tipos
siguientes: arcillas , arenas y gravas, calizas, aleurolitas calcáreas, brechas y gabros.
La excavación del túnel se realizó
por los dos complejos, casi en su totalidad en
condiciones desfavorables, incluso en las rocas clasificadas como buenas. Los gabros se
caracterizaron por una elevada abrasividad y un alto grado de fractura.
En las calizas masivas se presentó el carso desarrollado, y las calizas y aleurolitas
presentaron una estratificación poco inclinada de los estratos.
El tramo se encuentra altamente tectonizado y esta cruzado por 32 fallas de las cuales 29
inciden directamente sobre el trazado del túnel. (Trincado et al, 2005).
Los ensayos de las propiedades másicas y las de resistencias a la compresión y tracción de
las de las rocas fueron realizadas en el laboratorio de la Empresa de Investigación y
Proyectos Hidráulicos de Holguín (Trincado et al ,2005).
-Tectónica.
El macizo ha sido afectado por grandes movimientos tectónicos. Para su estudio se
dividió en los siguientes megabloques:
Bloque I .Compuesto por serpentinitas, brechas serpentiníticas con tabloides de gabros de
contenido variable. En el se incluyen el túnel de Toma y parte del de Seboruquito Esperanza.
Bloque II. Compuesto por serpentinitas con tabloides de gabro encajados, con dirección
SE – SO. En el se incluyen el túnel de Desvío y Levisa - Melones.
Bloque III. Lo conforman gabros con casquetes de calizas, discordantemente emplazadas
sobre éstos. En el se incluyen parte del tramo Yagrumal - Guaro y Guaro - Manacal.
Bloque IV. Secuencia de carbonatado - terrígeno terminando en el conglomerado basal y
en ocasiones en la brecha serpentinítica. En el se incluyen el mayor volumen de túneles,
son ellos: parte del túnel Seboruquito - Esperanza, Esperanza - Enmedio, Enmedio Guayabo y Guayabo - Pontezuelo. (Colectivo, 1991 y Colectivo, 1992).
-Agrietamiento.
Para el estudio del agrietamiento se utilizó la información recopilada por otros autores Noa
(2003) ,Cartaya (2001) , y además de las mediciones complementarias realizadas por el
autor de esta tesis en los frentes de excavación Ojo de Agua –Serones, Serones-Ojo de
Agua, Ojo de Agua –Yagrumal y Serones –Guaro que precisaron y ampliaron dicha
información.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
8
�Tesis Doctoral
En los frentes Ojo de Agua –Serones y Serones-Ojo de Agua se realizaron 42 mediciones
de los elementos de yacencia de las grietas, con ellos se construyeron los diagramas de los
planos principales, las rosas de agrietamiento y los histogramas de las parámetros
principales de las grietas. (Figuras 3, 4, 5,6, 7 y 8).
La representación gráfica de los resultados de las investigaciones del agrietamiento en las
minas y trasvases restantes aparece en los ANEXOS 2.1-2.4...
En el tramo se presentan 4 sistemas de grietas con las orientaciones siguientes:
( ángulo de buzamiento/azimut del buzamiento): 69/221;58/240;63/076 y 59/163.
-Características de las grietas.
Mayormente son grietas onduladas rugosas y planas lisas con paredes sanas y con relleno
carbonatado y serpentinítico que presentan una abertura de 5mm y espaciamiento de
0,25m.
Túnel Esperanza-En medio.
La excavación del túnel se realiza por el complejo de ultramafitas serpentinizadas,
cuyas rocas fundamentales son: serpentinitas, brechas de serpentinitas y gabro – basalto,
estas ultimas en forma de diques y de bloques.
El tramo se encuentra altamente tectonizado y esta cruzado por once fallas, nueve de ellas
inciden de forma directa sobre el trazado del túnel. Asociados a estas fallas aparecen los
diques de gabro.
Mayormente son grietas planas lisas y onduladas lisas con una abertura entre 0-6 mm y
predominio del espaciamiento en el rango 0,22-0,25 m con relleno predominantemente
carbonatado aunque aparece pero con menos frecuencia también el arcilloso y paredes sanas
o ligeramente alteradas.
II.1.6 Trasvase Sabanalamar-Pozo Azul
-Ubicación del macizo rocoso
La zona objeto de estudio se encuentra situada a unos 15.5 km, al Norte de San Antonio
del Sur y a 3 km. aproximadamente, al Sur del poblado de Puriales de Caujerí.
-Litología. (Leyva ,2005).
En el trazado de los túneles se presentan las seis capas ingeniero- geológicas siguientes:
eluvio-deluvio de esquisto, esquisto meteorizado, brecha de esquisto, esquisto fresco poco
meteorizado, caliza arcillosa y argilita carbonatada.
-Descripción de las capas.
Capa 1. Compuesta por eluvio de esquisto clorítico, de color pardo amarillento.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
9
�Tesis Doctoral
Figura 3 Principales planos de agrietamiento en el tramo Serones-Ojo de Agua.
Figura 4 Rosa de agrietamiento de las rocas en el tramo Ojo de Agua-Serones.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
10
�Tesis Doctoral
Figura 5 Distribución porcentual de las grietas según su abertura en el tramo Agua de
Agua-Serones.
Figura 6 Comportamiento del espaciamiento entre grietas
Tramo Ojo de Agua- Serones.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
.
11
�Tesis Doctoral
Figura 7 .Distribución estadística del tipo de relleno de las grietas en el tramo Ojo de
Agua-Serones.
Figura 8 Distribución estadística del tipo de grietas en el tramo Ojo de AguaSerones.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
12
�Tesis Doctoral
Figura 9 Comportamiento estadístico de la alteración de las paredes de las grietas en el
tramo Ojo de Agua- Serones.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
13
�Tesis Doctoral
Capa 2. Representada por esquisto clorítico algo meteorizado y agrietado, de color pardoamarillento, con tonalidades grisáceas y verdosas.
Capa 3.- Constituida por la variedad fresca del esquisto clorítico, de color verde a verde
grisáceo, posee planos de esquistosidad o exfoliación muy visibles.
Capa 4.- Esta capa está constituida por brechas de esquisto.
Capa 5 Esta está compuesta por caliza arcillosa estratificada compacta, de colores blanco a
blanco grisáceo.
Capa 6 Está representada por argilita carbonatada estratificada, de color gris oscuro.
-Agrietamiento. (Sargentón ,2005).
El agrietamiento afecta moderadamente a toda la litología presente en el tramo
investigado, siendo más intenso en las capas 3, 4 y 8.
La capa 4 de esquisto fresco presenta tres planos de agrietamiento con los siguientes
elementos de yacencia: 9º/113º; 79º/103º y 9º/ 196º.
Son mayoritariamente grietas planas lisas y onduladas lisas con paredes sanas y a veces
alteradas con relleno cuarcífero o cerradas, con rango predominante de abertura 3-5mm y
de espaciamiento 0,25-0,35m y 0,15-0,25m.
Las calizas de la capa 8 presentan grietas abiertas y selladas, generalmente abruptas. El
sello de las mismas es de composición carbonatado-terrígeno (argilítico).Los sistemas de
grietas presentes en esta litología tienen los siguientes elementos de yacencia: 90º/130145º; 90º/90-110º y 90º/70-75º.
II.2 .Condiciones ingeniero-tecnológicas de laboreo de las excavaciones subterráneas.
Además de las condiciones ingeniero-geológicas fueron valorados los factores tecnológico
siguientes : el destino o utilización de las excavaciones , sus características técnicas
(dimensiones , área de la sección transversal : útil , de proyecto y de excavación, longitud
(extensión) , formas de la sección transversal , profundidad de ubicación , carácter del
frente (homogéneo, heterogéneo, por estéril , por mineral (por la mena) , velocidad de
excavación , orientación de los ejes longitudinales respecto a las fallas y sistemas de
grietas , plazo de servicio.
-Características de las excavaciones investigadas.
Los tipos de excavaciones, su denominación así como las dimensiones principales de
proyecto, útiles y de laboreo, sus formas y parámetros geométricos así como sus
principales parámetros minero-tecnológicos se resumen en las tablas 1, 2,3 y 4 del
ANEXO 3.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
14
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II.2.1 Comportamiento de los principales indicadores de efectividad de los trabajos de
perforación y voladura.
El objetivo de este acápite de la tesis es realizar una valoración de los indicadores
principales de los trabajos de perforación y voladura de las voladuras base (de producción)
para comparar los mismos con los resultados de las voladuras experimentales.
En estas investigaciones, se tomaron como indicadores fundamentales para valorar la
tecnología de arranque por voladura los siguientes: avance del frente en un ciclo de
excavación, aprovechamiento de los barrenos, sub o sobre excavación, rugosidad del
contorneado, velocidad mensual de avance, productividad del trabajo, consumo de
sustancia explosiva y de medios de explosión y el metraje de perforación.
Se comparó el comportamiento de los indicadores de efectividad de los trabajos de
perforación y voladura tanto en las voladuras de producción (base) en cada una de las
minas y trasvases como los de las voladuras experimentales con el objetivo de validar los
criterios que se defienden.
En las minas y trasvases se valoró el comportamiento de
estos indicadores en las
investigaciones siguientes: Sargentón, Martínez y Soffí (1985); Sargentón y Batista
(1988); Sargentón y López (1988); Sargentón y Jiménez (1989); Sargentón, Tesfaye y
Alemahu (1990); Cruz (1990) y Hernández (1990);
Sargentón y Cabrera (1991); Sargentón
et al (1987,1994); Sargentón (1994);
Sargentón y Quiroga (1994).
El comportamiento de los indicadores de las voladuras de producción en el tramo Ojo de
Agua-Serones se aprecia en la tablas 5 ,en ese propio anexo se muestra también el
comportamiento de estos mismos indicadores en las restantes minas y trasvases (tablas
1,2,3y 4).A partir de los datos contenidos en dichas tablas se elaboraron los diagramas de
distribución estadística que se muestran en las figuras 1,2,3,4,5,6 y 7 del anexo 6.3.
Además en la tabla 6 del anexo 5 se resume el comportamiento los principales indicadores
técnico-económicos del laboreo de las excavaciones en las que se realizaron las
investigaciones...
El comportamiento de las velocidades mensuales de avance se muestra en las figuras 1, 2,
3, 4,5 y 6 del ANEXO 7.
II.3 Resumen del contenido del Capítulo II.
•
El análisis de las condiciones ingeniero-geológicas y minero-tecnológicas de
laboreo de las excavaciones comprende dos regiones mineras: la región cromífera
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
15
�Tesis Doctoral
Moa-Baracoa situada al noreste de la región oriental en rocas del complejo
ofiolítico y la región cuprífera El Cobre donde prevalecen rocas vulcanógenosedimentarias, ello significa cierta diversidad litológica y de las propiedades físicomecánicas de las rocas.
•
En ambas regiones las condiciones minero-tecnológicas de laboreo presentan
similitud.
De igual modo ocurre en el caso de los Trasvases. Los túneles del trasvase Caney –Gilbert
se laborearon por rocas vulcanógeno-sedimentarias de la formación El Cobre al suroeste
de la provincia y el trasvase Este-Oeste por rocas del complejo ofiolítico y
rocas
sedimentarias con un gran contraste de propiedades. Sin embargo los túneles del trasvase
Sabanalamar –Pozo Azul se laborean por rocas sedimentarias y metamórficas, con la
particularidad que presentan los esquistos cloríticos respecto a la tecnología de
fragmentación y voladura, al mismo tiempo se aprecia similitud en las condiciones minerotecnológicas de laboreo de estos túneles.
Es obligado el análisis de la influencia del agrietamiento sobre la tecnología de laboreo de
las excavaciones y en particular sobre la de fragmentación de las rocas, factor que debe de
considerarse en la modelación del campo tenso- deformacional.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero
16
�Tesis Doctoral
CAPÍTULO III
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
44
�Tesis Doctoral
CAPÍTULO
III ESTADO TENSO-DEFORMACIONAL DE LAS ROCAS
ALREDEDOR DE LA CÁMARA DE CARGA INMEDIATAMENTE
DESPUÉS DE LA EXPLOSIÓN
Introducción.
El análisis del campo tenso – deformacional de las rocas alrededor de la cámara de
carga inmediatamente después de la voladura considera tanto la valoración en
estrecha interrelación de los campos tensional y deformacional como el análisis de
los mecanismos de rotura por voladura de las rocas de los diferentes grupos que
integran el conjunto de barrenos para el laboreo de excavaciones subterráneas.
El objetivo de este capitulo es la modelación teórica del proceso de fragmentación
de las rocas por voladura en la
excavación de obras subterráneas y mediante
voladuras experimentales realizar las correcciones pertinentes, descubrir las
regularidades que rigen el mecanismo de rotura de las rocas en los diferentes grupos
que integran el conjunto de barrenos y establecer las ecuaciones teóricas, empíricas
o semiempíricas para el diseño y la ejecución de las mismas.
Para la investigación del campo tenso-deformacional se utilizaron métodos teóricos y
experimentales.
III.1 Investigación teórica.
El primer paso en la investigación teórica de los campos tensional y deformacional es
la elección del modelo de comportamiento del macizo rocoso.
En la investigación se estudian macizos de rocas resistentes y semiresistentes con
modelos de comportamiento frágil o seudo-frágil.
Los macizos con comportamiento plástico no son objeto de estudio en estas
investigaciones.
El estudio del mecanismo de rotura de las rocas no es posible sin la modelación de
este campo tenso – deformacional, con comportamiento ondulatorio que tiene un
carácter dinámico principalmente en la cercanía a la cámara de carga.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
45
�Tesis Doctoral
Este campo que no es uniforme, ni espacialmente, ni en el tiempo, cerca de la cámara
de carga es una onda de choque, que se transforma en una onda elástico-plástica con
un frente relativamente más suave que la primera y luego pasa a una onda elástica.
De todo lo antes expuesto se desprende la necesidad de determinar la presión dentro
de la cámara de carga y la presión refractada a la roca.
La determinación de la onda refractada se realiza a partir del principio de refracción
de ondas y depende del acople de la impedancia de la sustancia explosiva con la
rigidez acústica de la roca.
En la investigación realizada se efectúa la valoración del estado tenso-deformacional
alrededor de la cámara de carga de los diferentes tipos de barrenos presentes en el
frente de avance de las excavaciones subterráneas, es decir los barrenos de cuele o
corte en los que se utilizan cargas compactas al igual que en los barrenos ayudantes
de cuele, de arranque y de piso.
En los barrenos de contorno se realiza la determinación del estado tensodeformacional considerando la utilización de cargas desacopladas con espacio radial
de aire.
En los barrenos de cuele en cuña para el análisis del estado tenso –deformacional se
parte de la condición de que se explosionan al unísono, lo que presupone la
cooperación de las cargas de los barrenos de cuele situados en una misma fila, esta
misma condición se establece en los barrenos de contorno, que se explosionan al
mismo tiempo.
III.2 Descripción del modelo matemático.
La descripción cualitativo- cuantitativa del modelo matemático se ha realizado a
partir de la descripción de los campos tensional y deformacional
III.2.1 Descripción del campo tensional.
III.2.1.1Parámetros de la onda de choque en cargas aisladas compactas.
El análisis del campo tensional a partir de los modelos de comportamiento de los
macizos señalados comprende inicialmente la determinación de los parámetros de la
onda de choque en el limite carga – roca que se determinan de la condición de
refracción de las ondas de detonación a la roca a través de una pared plana, es decir
de la condición de correspondencia dinámica en los frentes de las ondas reflejadas y
refractadas y considerando la adiabática de las rocas propuesta por Gogoliev (1965)
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
46
�Tesis Doctoral
mediante las expresiones (59),(60),(61),(62) y (63) ya analizadas y valoradas en el
capítulo I.
Los restantes parámetros de la onda refractada densidad, velocidad de las partículas
y velocidad del frente se calculan por las expresiones:
⎡
APr ⎤
ρ f = ρ o ⎢1 +
2 ⎥
⎣ ρ 0VLD ⎦
⎛ 1
1/ m
,
(78)
1 ⎞
υ 2f = Pr ⎜⎜ − ⎟⎟
⎝ ρo ρ f ⎠
(79)
⎛
⎜
Pf
Pr ⎜ 1
=
Nf =
ρ oυ f ρ o ⎜ 1 − ρ o
⎜
⎝ ρf
⎞
⎟
⎟,
⎟
⎟
⎠
(80)
III.2.1.2 Parámetros de la onda de tensiones
Para la modelación físico – matemática de los campos de tensión y de deformación
se valoró el modelo de Shemiakin (1963,2006) propuesto para la rotura de rocas
con fricción interna y que permite el cálculo de las componentes radiales y
tangenciales del tensor de tensiones:
σr =
σo
r
n1
, σ θ = ασ r , α =
μ
(1 − μ )
(81)
Donde σ r , σ θ - son las componentes radiales y tangenciales del tensor de tensiones.
σ o - presión inicial en la cámara de carga.
n1 - coeficiente de extinción
r - distancia relativa.
r=
r
Rce
⎛ ρ Q
Rce = Rc ⎜⎜ SE SE
⎝ ρ TEN QTEN
(82)
⎞
⎟⎟
⎠
1/ 2
(83)
donde : QSE - Calor de explosión del explosivo utilizado; KJ/kg
QTEN - Calor de explosión del TEN, KJ/kg
ρTEN - densidad del TEN, kg/m3
Rc - radio de carga utilizado, m
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
47
�Tesis Doctoral
r - distancia desde el punto analizado al centro de la carga, m
Shemiakin asigna los siguientes valores a n1 :
n 1 = 1,5
para la zona de trituración
n1 = 1 −
α
para la zona de agrietamiento.
2
Este modelo tiene como limitación que solo considera el coeficiente de Poisson
como factor determinante en el cálculo de la componente tangencial del tensor de
tensiones y del índice de extinción de las tensiones,
Borovikov y Vaniagin
(1970,1976, 1995) plantean una propuesta que excluye esta limitación.
En su modelo perfeccionado plantea tres expresiones diferentes para el cálculo de la
componente radial del tensor de tensiones (69), (70) y (71).
Las componentes tangenciales de la onda de tensiones fueron determinadas por la
expresión (76) y las constantes C1 y C2 por la expresión (77).
Los esfuerzos al cortante se determinan por la expresión
σ cort max =
σ r max − σ y max
2
(84)
La determinación de cada uno de los componentes del tensor de tensiones, es decir
σ r max , σ τ max y σ cort max permite el análisis y la evaluación del campo tensional y a su
vez condiciona conjuntamente con la acción de burbuja de los gases de la explosión
el campo deformacional de las rocas alrededor de la cámara de carga.
El modelo de Borovikov se adecua más a las condiciones de los macizos rocosos de
la región donde se realizaron las investigaciones.
III.2.1.3 Parámetros de la onda de choque por la acción de cargas aisladas
desacopladas con espacio radial de aire.
La presión en el frente de la onda aérea de una carga desacoplada alargada se
determina por la dependencia experimental (Borovikov y Vaniaguin,1974, 1975)
⎛ 0,812 ⎞⎛ 6588 326 ⎞
ΔPmax = ⎜1 −
+ 3/ 4 ⎟
⎟⎜
R ⎠⎝ R 2
R ⎠
⎝
(85)
La cual se cumple para R ≥ 1,8
Donde: R - es la distancia relativa del centro de la carga a la pared del barreno
R=
Rb
Rc
;
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
(86)
48
�Tesis Doctoral
Expresando la distancia en número de radios de carga
Rb - radio del barreno
Rc - radio de la carga
La expresión empírica (85) se obtiene por la vía experimental con carga de trotil
.Por ello cuando se utilizan otros explosivos hay que afectar la expresión por un
coeficiente de recálculo:
⎛
0 , 812
Δ Pmax = k recal ⎜⎜ 1 −
Re
⎝
⎞ ⎛ 6588
326
⎟⎟ ⎜
⎜ R 2 + R 3/4
⎠⎝
e
e
⎞
⎟ . 1, 01 . 10
⎟
⎠
ρ eVd2
=
;
ρ T VdT2
k recal
5
;
(87)
(88)
Donde : ρ e - densidad del explosivo utilizado , kg/m3
Vd - Velocidad de detonación del explosivo utilizado, m/s
ρ T - densidad del trotil fundido, kg/m3
VdT - Velocidad de detonación del trotil fundido, m/s
Re =
Rb
;
Rce
⎛ρ Q
Rce = Rc ⎜⎜ e e
⎝ ρ T QT
(89)
⎞
⎟⎟
⎠
1/ 2
;
(90)
donde : Qe - Calor de explosión del explosivo utilizado; KJ/kg
QT - Calor de explosión del trotil, KJ/kg
Rc - radio de carga utilizado, m
La presión máxima en la onda reflejada se determina de la condición de reflexión de
la onda aérea sobre un obstáculo rígido, es decir por la conocida ecuación de
Ismailov (Gurin et al,1983):
χ +1 2
ΔP
χ − 1 max
;
Pf = ΔPref = 2Δ +
2χ
ΔPmax +
P
χ −1 o
(91)
Donde : χ = 1,41 – es el índice de la adiabática del aire , en el gas diatómico más
representativo;
Po - es la presión atmosférica (1,01.105 Pa.)
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
49
�Tesis Doctoral
La expresión anterior fue obtenida al investigar la presión que ejerce la onda área
cuando se desplaza por excavaciones mineras subterráneas e impacta obstáculos
planos.
Las expresiones planteadas por Ismailov para la onda refractada se fundamentan en
la suposición de que la pared del barreno (cámara de carga) es rígida, es decir no se
deforma, cuestión que no concuerda con la experiencia práctica.
Además no considera las características del medio rocoso en la refracción de la onda
y los valores que se obtienen de la presión refractada al modelar distintas litologías
difieren muy poco unos de otros.
Por ello se modeló utilizando las expresiones de cálculo propuestas inicialmente por
Azarcovich
et al (1984) y Azarkovich (1996,1997) y perfeccionadas
posteriormente por Matveichuk y Chursalov (2002).
La presión en el frente de la onda de detonación según la teoría hidrodinámica:
Ponda det
⎛ Vd2 ρ SE
= ⎜⎜
⎝ n +1
⎞
⎟⎟ , Pa
⎠
(92)
La presión promedio de los productos de la detonación:
Pprod det =
Ponda det
, Pa
2
(93)
Conocidas las magnitudes de estas presiones, la presión en la cámara de carga:
γ
Pcamarac arg a
⎛ d2 ⎞
= ⎜⎜ c2 ⎟⎟ Pprod det , Pa
⎝ db ⎠
(94)
donde: γ − es el índice de la adiabática (isentrópica) de los gases de la
explosión.
Shuifer y Azarcovich (1982,1997) asignan valores al índice de la isentrópica en
función de la presión de los productos de la explosión, cuando dicha presión es
mayor de 200 MPa recomiendan un valor de este índice igual a 3, cuando es menor
entonces el valor de dicho índice será igual a 1,25.Estos autores utilizan en su
investigación de la voladura de contorno con taladros un valor del índice de la
isentrópica igual a 1,5.
Y la presión refractada a la roca a partir de la presión en la cámara de carga:
Prefract = Pcamac arg a k ref , Pa
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
(95)
50
�Tesis Doctoral
donde : k ref - coeficiente de refracción de la onda de presión de los productos de la
explosión desde la cámara de carga a la roca.
k ref =
2 C LD ρ roca
(C LD ρ roca + V pd ρ pd )
(96)
Los restantes parámetros de la onda refractada, se determinan por las expresiones
(78),(79) y (80) anteriormente señaladas, a partir de las cuales se obtienen los
valores de las magnitudes Pf , Vr y ρ r .
III.2.1.4 Parámetros de la onda de tensiones con cargas desacopladas.
Para el cálculo de la onda de tensiones con cargas con espacio anular de aire se
utilizan las siguientes expresiones:
Las componentes radiales de la onda de tensiones se determinan por la expresión:
σ r max
R⋅ =
⎛ R ⋅⎞
= Pf ⎜⎜ ⎟⎟
⎝ r ⎠
(97)
Rb
Rce
⎛ρQ
Rce = Rc ⎜⎜ e e
⎝ ρT QT
r=
1,1
(98)
1/ 2
⎞
⎟⎟
⎠
r
Rce
(99)
(100)
Las componentes tangenciales se calculan por las expresiones (76) y (77).
Los esfuerzos al cortante de determinan por la expresión (84).
III.3 Descripción del campo deformacional.
A consecuencia de la acción del campo tensional y del efecto de burbuja de los gases
se producen deformaciones en el macizo de rocas que rodea a la carga tanto en la
zona cercana, como en la media y la lejana.
En esta investigación solo son objeto de estudio las deformaciones destructivas, es
decir aquellas que están relacionadas directamente con la fragmentación de las rocas,
las deformaciones que solo producen deformaciones elásticas o plásticas no
destructivas no se analizan en esta investigación.
La modelación de las deformaciones destructivas se realiza a partir de los valores
obtenidos del campo tensional.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
51
�Tesis Doctoral
II.3.1 Condiciones de fragmentación para cargas aisladas.
En la zona cercana a la cámara de carga, en el caso de cargas compactas aisladas,
debido a las elevadas presiones refractadas a la roca se produce la trituración o el
aplastamiento y la trituración en dependencia del modelo de comportamiento del
macizo rocoso.
En macizos con modelos de comportamiento elástico-rígido o frágil prevalece la
trituración de las rocas, en modelos elástico-plásticos tanto la trituración como el
aplastamiento. Esta zona surge a consecuencia de los esfuerzos al cortante (figura 10)
Y se determina a partir del siguiente criterio:
III.3.1.1 Criterio de trituración:
σ cirt max =
σ r max − σ τ max
2
[ ]
d
≥ σ cort
(101)
donde : [σ dcort ]- es el límite de resistencia dinámico al cortante ,MPa
El
[σ ]se
d
cort
obtiene de forma indirecta por cálculo o a partir de ensayos en
laboratorios especializados, además existen diferentes fórmulas de correlación a
partir de los límites de resistencia a la compresión y tracción estáticos, como las
siguientes (Nurmujamedov, 1973):
e
⎡⎣σ cort
⎤⎦ =
⎡σ e
⎤ ⎡σ e ⎤
⎣⎢ comp ⎦⎥ ⎣ trac ⎦
3
[σ ] ≈ 7σ
d
cort
(102)
(103)
e
cort
En la zona media se extiende la zona de agrietamiento cuyo límite se puede
determinar a partir del criterio o condición de resistencia siguiente:
III.3.1.2 Criterio Agrietamiento para una carga aislada.
d
]
σ τ max ≥ [σ tracción
(104)
A partir de esta condición se determina el radio de agrietamiento.
El campo deformacional destructivo para la onda directa se extiende hasta el límite
de esta zona pero cuando la onda directa encuentra una superficie libre tiene lugar la
refracción – reflexión de la misma, la onda directa de compresión se transforma en
onda reflejada de tracción y se pueden producir fenómenos de descostramiento.
Este criterio es posible enunciarlo de la forma siguiente:
III.3.1.3 Criterio de descostramiento.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
σ r max ≥ [σ dtracción ]
(105)
52
�Tesis Doctoral
º
Figura 10.Esfuerzos al cortante en la zona cercana a la cámara de carga que determinan la zona de trituración.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
44
�Tesis Doctoral
En la investigación realizada se efectúa la valoración del estado tenso-deformacional
en los diferentes grupos del conjunto de barrenos presentes en el frente de avance de
las excavaciones subterráneas, es decir los barrenos de cuele o corte en los que se
utilizan cargas compactas al igual que en los barrenos ayudantes de cuele , de
arranque y de piso.
En los barrenos de contorno se realiza la determinación del estado tensodeformacional considerando la utilización de cargas con espacio radial de aire.
En los barrenos de cuele en cuña para el análisis del estado tenso –deformacional se
parte de la condición de que se explosionan al unísono, lo que presupone la
cooperación de las cargas de los barrenos de cuele situados en una misma fila , esta
misma condición se establece en los barrenos de contorno , que se explosionan al
mismo tiempo.
El estado deformacional se calcula a partir de los siguientes criterios de
fragmentación.
III.4 Criterios de fragmentación para las cargas que se explosionan al unísono
De los barrenos de cuele con barrenos de compensación
III.4.1. Criterio de trituración:
σ r max − σ τ max
[ ]
d
≥ σ cort
2
(106)
Este criterio permite determinar el radio de trituración Rtrit de la carga compacta en el
barreno de cuele cargado y con él la distancia entre el centro de este propio barreno y
el centro del taladro de compensación , como se explica más adelante en este propio
capítulo.
III.4.2 Criterio Agrietamiento
σ τ max ≥
[σ
d
tracción
]
2
(107)
A partir de este criterio se determina el radio de agrietamiento para el diseño de los
cueles en cuña y la distancia entre los barrenos de contorno.
Se considera la acción cooperadas de las cargas que se explosionan al unísono, razón
por la cual la tensión tangencial en la distancia media entre las cargas es igual a la
suma de las magnitudes de estas tensiones.
III.4.3 Criterio de Descostramiento.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
44
�Tesis Doctoral
σ r max ≥ [σ dtracción ]
(108)
Este criterio se plantea a partir de la acción de la onda reflejada en la superficie libre
, en la que la onda directa de compresión se transforma en onda reflejada de tracción.
En este caso el radio de descostramiento representa el radio de la carga virtual
(figura 11).
El cual sería igual a : Rdes cos t + Ragrietam = 2W
W =
Por lo que
Rdes cos t + Ragriet
(110)
2
Ragrietam + b = W
Además:
(111)
b = W − Ragrietam
Por lo que:
(109)
(112)
A partir de estos criterios de resistencia se elaboran los criterios para la proyección
de los trabajos de perforación y voladura en la excavación de obras subterráneas. En
los cálculos se emplean las características de resistencia dinámica de las rocas , es
decir, [σ dtracción ] y [σ dcort ] .
Estas características pueden ser determinadas mediante ensayos de laboratorio o
determinadas por cálculo a partir de las de las ecuaciones propuestas por Ionov
(1975) , citado por (Vorobikov y Vaniaguin,1985,1995):
[σ
d
tracción
]= K
d
tracción
[σ
e
tracción
]
d
2
K tracción
= 4,81 − 0,97.10 −11 ρ oV LD
(113)
(114)
Fueron modeladas las litologías presentes en los tramos investigados de los
Trasvases: Este-Oeste , Caney –Gilbert y en el Proyecto del Trasvase Sabanalamar –
Pozo Azul y en las minas Mercedita y Amores y El Cobre.
Para la determinación de la presión de las ondas de choque tanto con cargas
compactas como desacopladas con espacio anular de aire , así como de los restantes
parámetro de esta onda en las litologías señaladas , fueron elaborados los programas
informáticos OnchoCompacta y OnchoDesacoplada en Excel sobre Windows XP
Professional (Sargentón ,2007b).
Los parámetros principales de la onda de choque refractada en las litologías
presentes en los macizos rocosos de las minas y trasvases en investigación utilizando
cargas compactas se muestran en la tabla 5.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
45
�Tesis Doctoral
Figura 11. Representación de la acción de la onda reflejada en la superficie libre.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
44
�Tesis Doctoral
Tabla 5 Parámetros de la onda de choque ,en una carga compacta ,refractada en las diferentes litologías en investigación.
Parámetros de la onda refractada a la roca
Litologías
Obra,Mina
Tramo,excavación
Pb, MPa. Pr, MPa. Kref ρr,kg/m3 Vroca,m/s Vfrente,m/s
Cromita
Mercedita
Galeria de corte
5577
8819 1,58
4084
1523
5781
Serpentinita.
Mercedita
Socavón M-1
6491
8819 1,58
2984
1806
1815
Peridotita.
Mercedita
Socavón M-1
6101
8176 1,34
2871
1801
5149
Dunita
Mercedita
Galería nivel principal
6101
8226 1,39
2966
1762
5395
Gabro
Mercedita
Galería nivel principal
5757
8306 1,44
3178
1701
5468
Dunitas
Amores
Socavón A-1
6757
8328 1,23
2900
1853
4581
Harzburgita
Amores
Socavón A-1
6596
8357 1,27
3161
1773
4451
Serpentinita
Amores
Socavón A-1
5945
8292 1,39
3224
1703
5063
Cromita
Amores
Socavón A-1
5558
8916 1,60
4222
1502
5918
Porfirita andesiticas
El Cobre
Galería principal nivel +30
5840
8206 1,41
4337
1790
2797
Tobas andesíticas
El Cobre
Galería principal nivel +30
5826
8225 1,41
4381
1779
2790
Areniscas tobaceas
El Cobre
Galería principal nivel +30
5754
8464 1,44
4362
1755
2834
Tobas
Trasvase Caney –Gilbert
Frente 1
3852
5820 1,51
3177
1414
4874
Aglomerados
Trasvase Caney –Gilbert
Frente 1
4080
5635 1,38
3284
1409
3830
Gabro
Trasvase Este-Oeste
Yagrumal –Guaro
5903
8274 1,40
3129
1722
5229
Basalto
Trasvase Este-Oeste
Manacal-Castellanos
5894
8288 1,41
3173
1711
5206
Caliza masiva
Trasvase Este-Oeste
Yagrumal –Guaro
5636
8432 1,50
2928
1764
6470
Caliza blanco crema masiva Trasvase Este-Oeste
Yagrumal –Guaro
5695
8327 1,46
2951
1756
6020
Serpentinita pardo-verdosa
Trasvase Este-Oeste
Guaro-Manacal
6300
8334 1,32
3334
1707
4528
Aleurolitas
Trasvase Este-Oeste
Castellanos –Monacal
6613
7883 1,19
2332
2011
4970
Aleurolitas
Trasvase Sabanalamar-Pozo Azúl Tunel 2
6606
8188 1,24
3363
1729
3181
Esquistos verdes
Trasvase Sabanalamar-Pozo Azúl Túnel 1
5649
8366 1,48
2944
1757
4017
Calizas arcillosas
Trasvase Sabanalamar-Pozo Azúl Túnel 1
6166
8254 1,34
3115
1745
4838
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
44
�Tesis Doctoral
De manera análoga se muestran en la tabla 6 los principales parámetros de la onda
de presión refractada en las litologías en investigación utilizando cargas
desacopladas con espacio radial de aire.
Obtenidos los parámetros principales de la onda refractada a la roca se realizó la
modelación del campo tenso-deformacional producido por la voladura de la carga
(compacta y desacoplada) en el macizo rocoso alrededor del barreno para todas las
litologías en estudio. Para ello también se elaboraron los programas informáticos
CamTensCompacta y CamTensDesacoplada en Excel sobre Windows XP
(Sargentón , 2007c).
En las tabla 7 se presentan los valores de los esfuerzos de comprensión ,tracción y al
cortante obtenidos mediante la modelación del campo tenso-deformacional en gabro
con cargas compactas de
tectron 100 de 42 mm de diámetro a partir de las
características de esta sustancia explosiva (ULAEX S.A.,1999 y ULAEX S.A.,2003)
y en el ANEXO 9A, tablas 1,2,3 y 4, se exponen los resultados de los cálculos de la
modelación de dicho campo con cargas compactas en las otras litologías que se
investigan. En las figuras 12 y 13 se muestran los gráficos de las curvas de
extinción de las tensiones radiales, al cortante y tangenciales para el caso de cargas
compactas
en los gabros y las calizas masivas del tramo de túnel Ojo de Agua-
Serones .
En la tabla 1 del ANEXO 10 aparecen los parámetros del
campo tenso-
deformacional (radio de trituración Rt , radio de agrietamiento R g y radio de
descostramiento Rd , línea de menor resistencia W ) generado por cargas compactas
en barrenos de 42 mm de diámetro en todas las litologías en estudio.
Además se modeló el campo tenso-deformacional producido por cargas desacopladas
de tectron 100 de 32 mm en gabro, los valores de los esfuerzos a compresión,
tracción y al cortante se muestran en la tabla 8 , y en el ANEXO 9B, tablas 1,2,3,4 y
5 los resultados de los cálculos de la modelación de dicho campo con cargas
desacopladas en las otras litologías que se investigan, la representación de las
curvas de extinción de las tensiones radiales, al cortante y tangenciales con cargas
desacopladas en los gabros y las calizas masivas se muestran en las figuras 14 y15.
En las figuras 1 y 2 del ANEXO 9 se muestran los gráficos de las curvas de
extinción de las tensiones radiales, al cortante y tangenciales para el caso de cargas
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
44
�Tesis Doctoral
bla 6 Parámetros de la onda de presión, producida por una carga desacoplada en las diferentes litologías presentes en las minas y trasvases en investigación
Parámetros de la onda refractada a la roca
Tramo,excavación
Mina, Trasvase
Litologías
Nº
3
Pb, MPa.
Pr, MPa.
Kref ρr,kg/m
Vroca,m/s
Vfrente,m/s
I.1
Cromita
Mercedita
Galeria de corte
415
672
1,62
3832
44
5242
I.2
Serpentinita.
Mercedita
Socavón M-1
415
543
1,31
2583
76
3721
I.3
Peridotito
Mercedita
Socavón M-1
415
592
1,43
2903
63
4293
I.4
Dunita
Mercedita
Galería nivel principal
415
672
1,62
2687
63
4622
I.5
Gabro
Mercedita
Galería nivel principal
415
611
1,47
2905
58
4788
II.1
Dunitas
Amores
Socavón A-1
415
588
1,45
2827
61
4619
II.2
Harzburgita
Amores
Socavón A-1
415
553
1,33
2848
73
3559
II.3
Serpentinita
Amores
Socavón A-1
415
592
1,43
2903
63
4293
II.4
Cromita
Amores
Socavón A-1
415
675
1,63
3981
42
5406
III.1
Porfirita andesiticas
El Cobre
Galería principal nivel +30
415
809
1,50
2779
56
5346
III.2
Tobas andesíticas
El Cobre
Galería principal nivel +30
415
598
1,46
2723
60
4896
III.3
Areniscas tobaceas
El Cobre
Galería principal nivel +30
415
622
1,47
2722
59
5065
IV.1
Tobas
Trasvase Caney –Gilbert
Frente 1
415
614
1,48
2947
59
4665
IV.2
Aglomerados
Trasvase Caney –Gilbert
Frente 1
415
639
1,30
2908
76
3261
V.1
Gabro
Trasvase Este-Oeste
Yagrumal –Guaro
415
830
2,00
2870
62
4467
V.2
Basalto
Trasvase Este-Oeste
Manacal-Castellanos
415
596
1,44
2870
62
4451
V.3
Caliza masiva
Trasvase Este-Oeste
Yagrumal –Guaro
415
830
2,00
2735
53
5784
V.4
Caliza blanco crema masiva
Trasvase Este-Oeste
Yagrumal –Guaro
415
619
1,49
2726
54
5612
V.5
Serpentinita pardo-verdosa
Trasvase Este-Oeste
Guaro-Manacal
415
830
2,00
2916
71
3662
V.6
Aleurolitas
Trasvase Este-Oeste
Castellanos -Manacal
415
510
1,23
1991
84
4068
VI.1
Aleurolitas
Trasvase Sabanalamar-Pozo Azúl
Tunel 2
415
530
1,28
2819
79
3217
VI.2
Esquistos cloríticos
Trasvase Sabanalamar-Pozo Azúl
Túnel 1
415
626
1,51
2737
55
5564
VI.3
Calizas arcillosas
Trasvase Sabanalamar-Pozo Azúl
Túnel 1
415
569
1,37
2758
69
3992
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
44
�Tesis Doctoral
Tabla 7 Modelación de los campos tenso-deformacional
Cargas compactas de tectron 100.Compactada a un diámetro de 42 mm
Trasvase Este –Oeste. Primera Etapa :Melones-Sabanilla
Túnel :Yagrumal _Guaro
Frente: Ojo de Agua –Serones
Datos iniciales
Litologia
Gabro
3
ρo
2830 Kg/m
Kdt
3,32
VLD
[σ ]
[σ ]
e
comp
e
trac
4587 m/s
97,4 MPa
[σ ]
[σ ]
[σ ]
d
tracc
12,75 MPa
e
cort
11,17 MPa
d
cort
3,84 MPa
78,16
1150 Kg/m3
Campo deformacional
4400 m/s
Rtrit
0,1603
740 Kcal/kg
0,8270
Rg
Rdesc
0,042 m.
2,0133
0,042 m.
W
1,4202
1650 Kg/m3
1360 Kcal/kg
8270,03 MPa
RCE
0,01293
C1
0,38597
C2
-0,00221
Cálculo del campo-tenso deformacional
σcmax,MPa
σtmax,MPa
σcortmax,MPa
r,m
r
0,1035
8,00
450
166
142
0,1164
9,00
382
140
121
0,1244
9,62
348
127
110
0,1293
10,00
329
120
105
0,1603
12,40
244
87
78,16
0,2586
20,00
125
43
41
0,3880
30,00
71
23
24
0,5173
40,00
47
14
17
0,5481
42,38
44
12,75
15
0,8270
63,95
40
10
15
0,9053
70,00
37
8
14
1,0346
80,00
32
7
13
1,1639
90,00
28
5
11
1,2932
100,00
25
4
10
1,5519
120,00
19
2
8
1,8105
140,00
15
1
7
2,0133
155,68
12,75
1
6
ρSE
Vd
QSE
dc
db
ρTEN
QTEN
Pr
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
MPa
m.
m.
m.
m.
44
�Tesis Doctoral
Curvas de extinción de las componentes radiales,tangenciales y al cortante del campo
tensional
240
1- Tensión radial
2- Tensión tangencial
3- Tensión al cortante
4- Límite de resistencia dinámica al cortante
5- Límite de resistencia dinámica a la tracción
220
200
Tensión,MPa
180
160
140
1
2
4
120
100
80
3
60
40
5
20
0
0
15
30
45
60
75
90
Distancia relativa,r
Curvas de extinción de las componentes radiales y tangenciales del campo de
tensiones
150
1 Tensión radial
2 Tensión tangencial
3 Límite de resistencia dinámica a la tracción
135
Tensión,MPa
120
105
90
1
75
60
2
45
30
3
15
0
0
20
40
60
80
100
Distancia relativa,r
Curvas de extinción de las componentes radiales y al cortante del campo de tensiones
1 Tensión radial
2 Tensión al cortante
3 Límite de resistencia dinámica al cortante
160
140
Tensión,MPa
120
100
80
60
40
20
0
0
20
40
60
80
100
120
140
Distancia relativa,r
Figura 12 Curvas de extinción del campo tensional producido por una carga
compacta de tectrón 100.Litología: Gabro. Frente: Ojo de Agua-Serones.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
44
�Tesis Doctoral
Curvas de extinción de las componentes radiales y al cortante.
300
270
240
1- Tensión radial
2- Tensión al cortante
3- Límite de resistencia dinámica al cortante
Tensión,MPa
210
180
150
120
90
1
60
30
0
3
2
0
15
30
45
60
75
90
105
120
135
Distancia relativ a
Curv as de extinción de las componentes radial y tangencial del campo de tensiones
195
180
165
1- Tensión radial
2- Tensión tangencial
3- Límite de resistencia dinámica a la tracción
Tensión,MPa
150
135
120
105
90
75
60
45
3
15
0
1
2
30
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Distancia relativa
Curv as de extinción de las componentes del campo tensional
250
1
2
3
4
5
225
200
175
150
Tensión radial
Tensión tangencial
Tensión al cortante
Límite de resistencia dinámica al cortante
Límite de resistencia dinámica a la tracción
125
100
3
1
2
75
4
50
25
0
5
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Distancia relativ a
Figura 13 Curvas de extinción del campo tensional producido por una carga compacta de
tectrón 100. Litología: caliza masiva. Frente: Ojo de Agua-Yagrumal.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
45
�Tesis Doctoral
Tabla 8 Modelación del campo tenso-deformacional
Trasvase Este –Oeste
Sustancia explosiva :Tectron 100 Ǿ 32 mm
Tramo :
Yagrumal – Guaro
Datos
Cargas desacopladas con espacio radial de aire
Litologia
Gabro
ρo
2830 Kg/m3
Kdt
3,32
VLD
4587 m/s
[σ ]
[σ ]
e
comp
97,40 MPa
e
trac
3,84
1150
4400
740
0,032
0,042
1500
1010
6700
0,149
3
2,00
0,386
-0,0022
0,016
0,012
0,021
1,75
5566
2783
415
830
ρSE
Vd
QSE
dc
db
ρTrotil
QTrotil
VTrotil
(Vc/Vb)γ
N
Kref
C1
C2
Rc
Rce
Rb
R⋅
Pfrente onda
Pprod explos
Pcamcarg
Pr
r, m
r
0,024
0,043
0,048
0,063
0,072
0,084
0,096
0,108
0,120
0,180
0,240
0,336
0,388
0,480
0,558
0,600
0,935
2,0
3,6
4,0
5,2
6,0
7,0
8,0
9,0
10,0
15,0
20,0
28,0
32,3
40,0
46,5
50,0
78,0
MPa
Kg/m3
m/s
Kcal/kg
m.
m.
Kg/m3
Kcal/kg
m/s
[σ ]
[σ ]
[σ ]
d
trac
12,75 MPa
e
cort
11,17 MPa
d
cort
78,16 MPa
Rtrit
Rgu
Rga
Rd
Wcalc
Γ
0,063
0,558
0,336
0,935
0,746
m.
m.
m.
m.
m.
3,5
m.
m.
MPa
MPa
MPa
MPa
Ρr
Vr
Vf
2872 Kg/m3
66 m/s
4472 m/s
σrmax,MPa
σtmax,MPa
σcortmax,MPa
717
273
222
377
143
117
334
126
104
250
94
78,16
214
80
67
181
67
57
156
57
49
137
50
43
122
44
39
78
28
25
57
19
19
39
13
13
34
10,57
12
27
6
8
23
6,38
8
21
5,73
8
12,75
3
5
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
46
�Tesis Doctoral
Curvas de extinción de las componentes radiales, al cortante y tangenciales del
campo de tensiones
200
1
2
3
4
5
180
160
140
120
100
Tensión radial,MPa
Tensión tangencial,MPa
Tensión al cortante,MPa
Límite de resistencia dinámica al cortante,MPa
Límite de resistencia dinámica a la tracción,MPa
1
80
4
60
2
40
3
20
0
5
0
10
20
30
40
50
60
Distancia relativ a, r
Curvas de extinción de las componentes radiales y tangenciales del campo de
tensiones
120
1 Tensión radial,MPa
2 Tensión tangencial,MPa
3 Límite de resistencia dinámica a la tracción,MPa
100
80
1
60
2
40
20
3
0
0
10
20
30
40
50
60
Distancia relativ a, r
Curvas de extinción de las componentes radiales y al cortante del campo de
tensiones
200
1 Tensión radial,MPa
3 Tensión al cortante,MPa
4 Límite de resistencia dinámica al cortante,MPa
180
160
140
120
100
1
3
80
60
2
40
20
0
0
10
20
30
40
50
60
Distancia relativ a, r
Figura 14 Curvas de extinción del campo tensional producido por una carga desacoplada de
tectrón 100. Litología: gabro. Frente: Ojo de Agua-Serones.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
47
�Tesis Doctoral
Curvas de extinciaón de las componentes radiales ,tangenciales y al cortante del
campo de tensiones
150
135
Tensión , MPa
120
2
105
1
90
1
2
3
4
5
Tensión radial,MPa
Tensión tangencial,MPa
Tensión al cortante,MPa
Límite de resistencia dinámica al cortante ,MPa
Límite de resistencia dinámica a la tracción,MPa
75
4
60
45
3
30
15
0
5
0
10
20
30
40
50
60
70
Distancia relativa,r
Curvas de extinciaón de las componentes radiales ,tangenciales y al cortante del
campo de tensiones
150
135
1 Tensión radial,MPa
2 Tensión al cortante,MPa
120
3 Límite de resistencia dinámica al cortante ,MPa
Tensión , MPa
105
1
90
75
3
60
45
2
30
15
0
0
10
20
30
40
50
60
70
Distancia relativa,r
Curvas de extinciaón de las componentes radiales ,tangenciales y al cortante del
campo de tensiones
1 Tensión radial
2 Tensión tangencial
3 Límite de resistencia dinámica a la tracción
90
Tensión , MPa
75
2
1
60
45
30
3
15
0
0
10
20
30
40
50
60
70
Distancia relativa,r
Figura 15 Curvas de extinción del campo tensional producido por una carga desacoplada de
tectron 100. Litología: Caliza masiva. Frente: Ojo de Agua-Yagrumal.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
48
�Tesis Doctoral
compactas en basaltos , serpentinitas pardo-verdosa y calizas masivas del tramo de
túnel Manacal-Castellanos.
En la tabla 2 del ANEXO 10 se presentan los parámetros del campo tensodeformacional al modelar este tipo de cargas en las litologías en estudio.
III.5 Mecanismo de rotura de las rocas en los cueles.
Análisis teórico.
Los criterios utilizados para el diseño y la ejecución de estos cueles se han basado
fundamentalmente en la generalización de la experiencia práctica, en los métodos de
analogía y en diferentes clasificaciones, entre las que cabe destacar la clasificación
del profesor M.M.Protodiaconov.
Sin embargo, dada la complejidad de las excavaciones subterráneas y las condiciones
ingeniero-geológicas en que se laborean las mismas en la actualidad no es posible la
elaboración de proyectos utilizando solamente los métodos y criterios señalados.
La efectividad alcanzada actualmente en el diseño y ejecución de los trabajos de
perforación y voladura puede ser mejorada por la vía de la aplicación de otros
métodos que se fundamenten más en la teoría de la física de la fragmentación de
rocas por voladura y en la modelación de los fenómenos y procesos que en la misma
se producen.
A partir de estas premisas en este acápite se exponen criterios más avanzados para el
diseño, el cálculo y la ejecución de las voladuras en el laboreo de excavaciones
subterráneas de sección transversal pequeña y mediana.
La investigación realizada parte de la concepción de modelar teóricamente el proceso
de arranque de las rocas para el laboreo de excavaciones subterráneas con las
secciones señaladas y mediante voladuras experimentales realizar las correcciones
pertinentes, descubrir las regularidades que rigen el mecanismos de rotura de las
rocas en los cueles rectos triturantes con barrenos de compensación y establecer las
ecuaciones teóricas , empíricas o semiempíricas para el diseño y la ejecución de
estas voladuras.
III.5.1 Cueles rectos cilíndricos.
Diferentes autores han investigado el proceso de rotura de las rocas mediante
voladura en los cueles rectos o triturantes (Janukaev,1962;
Shemiakin,
1963,2006;Drukovany et al,1964; Lijin et al, 1973; Mindely, 1974; Langefors et
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
49
�Tesis Doctoral
al ,1976; Shapiro ,1985,1987,1988,1989; Lukianov y Gromov 1999; Egorov et al,
2000 ;Hoek y Brown, 1980;Hoek, 2007a entre otros).
Sin embargo aun no existe una metodología que describa este proceso, lo cual se
confirma con el hecho de que no se considera posible la modelación de los macizos
agrietados por el incipiente desarrollo de la teoría de la física de los medios
discontinuos o discretos y por ello se estima que ninguna de las teorías existentes es
capaz de dar el tratamiento adecuado a la rotura de las rocas en el cuele recto o
triturante con barreno de compensación.
Es evidente que el incremento de la efectividad de los trabajos de voladura se
relaciona en gran medida con el fundamento teórico - experimental del mecanismo
de rotura de las rocas en este tipo de cuele.
Sin embargo, las expresiones de cálculo existentes son empíricas o semiempíricas
por lo que dependen mucho de las condiciones en que fueron deducidas.
Los criterios existentes elaborados en base a la generalización de los resultados de la
práctica productiva y de experimentos de polígono y a escala productiva se sintetizan
a continuación.
Lijin et al (1973) señala que la distancia entre los centros de los ejes del barreno y el
taladro no debe ser mayor de
a = (0,7 ÷ 0,8)Dtaladro
(115)
Pero nunca debe de ser mayor que el diámetro del taladro Dtaladro
Langefors et al (1973) al explicar el mecanismo de rotura de las rocas en los cueles
paralelos (rectos o triturantes) expone las condiciones generales de ejecución de estos
cueles, pero además señala que la apertura del cuele es realizada de tal forma, que
cuando las cargas del primero, segundo y siguientes barrenos detonan, la roca
arrancada sea lanzada fuera del cuele.
Como se aprecia este investigador plantea al menos dos condiciones necesarias y
suficientes: la rotura de los tabiques que separan a los barrenos cargados del taladro
vacío de forma progresiva y la limpieza de la cavidad de cuele y como condición
fundamental la expresión (11) señalada en el capítulo I.
Cuando se cumple esta condición se produce una voladura limpia, cuando no se
cumple la misma o se produce sólo rotura o deformación plástica.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
50
�Tesis Doctoral
La otra condición que establece es la magnitud de la carga para una rotura completa
expresión (9).
Noskov et al (1982) al explicar el papel que cumple el espacio de compensación para
el desplazamiento de la roca triturada por la voladura de la carga de sustancia
explosiva en el barreno contiguo señala que el espesor del tabique de roca depende
de la fortaleza de esta y su magnitud debe ser igual al diámetro del taladro o barreno
vacío, si este es un taladro la distancia entre los ejes se determina por la expresión
(34)
Y la concentración de sustancia explosiva por metro de barreno se determina por la
expresión (35). En rocas blandas recomienda además aumentar el espesor del tabique
hasta 2-3 diámetros de la perforación vacía.
Kutuzov et al (1988,2000) considera que la principal desventaja del cuele recto
cilíndrico es que se alcanza una expulsión de la roca de la cavidad de cuele en el
rango del (40-60)% y recomienda una distancia entre los barrenos de cuele igual a
10-20 cm.
Bubok et al (1981) distingue como una de las desventajas del cuele recto cilíndrico
la limpieza incompleta de la cavidad de cuele recomienda asumir la distancia entre
los barrenos igual a dos o tres diámetros de los mismos. Además plantea como
criterio para determinar la cantidad de barrenos el coeficiente de fortaleza de
Protodiáconov .
Doronin (1983) realiza las siguientes recomendaciones: seleccionar la cantidad de
barrenos de cuele en función de la fortaleza de las rocas y a partir de este coeficiente
plantea asumir la distancia entre el barreno cargado y el taladro vacío en dependencia
las condiciones (37) y (38).
Gredeniuk et al (1983) al explicar la voladura de taladros en el laboreo de
contrapozos señala que el trabajo de la primera carga ocurre en condiciones muy
difíciles, y que la distancia entre los centros del barreno de cuele y el taladro vacío
depende de sus diámetros respectivos.
Considera que con la voladura del primer barreno de cuele una gran parte de la roca
fragmentada de la cavidad de cuele se desplaza en dirección al taladro de
compensación y es recomprimida y que después de la voladura de la carga del
segundo barreno de cuele el aplastamiento (recompresión) no es eliminado, e incluso
aumenta algo, llenando toda la cavidad que se formó con la voladura del primer
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
51
�Tesis Doctoral
barreno de cuele. La cavidad de cuele creada después de la voladura del segundo
barreno adquiere la forma claramente definida de un triángulo.
La voladura del tercer barreno de cuele, aumenta el área y el volumen de rocas
fragmentada pero tampoco elimina el aplastamiento.
En opinión de este autor la redescompresión de la masa rocosa comienza con la
voladura de la carga del cuarto barreno de cuele. El paso del arranque con
aplastamiento a la voladura limpia con un aumento de la distancia entre los barrenos
ocurre en forma de salto. Los recortes ocurren solamente cuando el volumen de la
cavidad que se forma después de la voladura sobrepasa el volumen volado en 1,25 y
más veces y se determinan a partir de la condición (39).
Señala que la distancias entre los primeros barrenos de cuele sea determinada por la
expresión (40).
El análisis de las consideraciones de los diferentes autores permite plantear que no se
efectúa hasta el nivel de ingeniería la determinación de los parámetros de las
voladuras en los frentes de avance, a partir de la valoración físico-matemática del
estado tenso-deformacional de las rocas alrededor de la cámara de la carga.
Las
investigaciones
realizadas
por
el
autor
de
esta
tesis
(Sargentón,
1994,1997,2004) , permitieron la determinación, a partir de la esencia física de la
acción de la explosión sobre el medio y la modelación físico – matemática de los
parámetros de la onda de choque y de los campos de tensiones y de deformaciones
que ella genera en el macizo rocoso y utilizando diferentes explosivos , de los
parámetros principales para el diseño del cuele en cuña: distancia entre los pares de
barrenos de cuele ac , la línea de menor resistencia (LMR) W y la distancia mínima
entre los extremos de los barrenos por el fondo bc .
Las mismas sirvieron de premisas para las investigaciones relacionadas con los
cueles paralelos o rectos, a los que se denomina en este trabajo cueles triturantes, en
virtud de que se toma como criterio fundamental de diseño, la acción de trituración
que realizan sobre el tabique de rocas situado entre los barrenos cargados y el taladro
vacío, que prácticamente coincide con la zona o cilindro de trituración.
Lo señalado se relaciona estrechamente con las principales peculiaridades de la
voladura de estos cueles al laborear excavaciones subterráneas: la perpendicularidad
de los barrenos respecto
al frente de excavación, el
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
paralelismo tanto de los
52
�Tesis Doctoral
barrenos cargados del cuele entre sí como respecto al taladro de compensación vacío
y la proximidad entre ellos.
El mecanismo de rotura de este tipo de cuele se explica al menos a partir de los
principios de utilizar el taladro vacío cercano como cara o cavidad libre y triturar el
tabique de separación entre este y el barreno cargado.
Pero los principios señalados en el párrafo anterior representan la condición
necesaria pero no suficiente, se precisa de una segunda condición, que la roca
triturada sea expulsada, es decir los gases de la explosión limpien el cuele.
Por lo tanto son necesarios los dos agentes fundamentales: la onda de tensiones de
compresión –tracción y al cortante y la acción de burbuja de los gases.
Las dimensiones geométricas del área de trituración de los cueles rectos cilíndricos
con un taladro de compensación se muestran en la figura 16. y el tabique de rocas a
triturar se representa en la figura 17.
Para el caso del cuele cilíndrico con dos taladros de compensación la representación
geométrica del mecanismo de rotura se muestra en la figura 18.
La descripción de su mecanismo se asemeja al del cuele cilíndrico con un taladro de
compensación, pero también presenta sus particularidades.
En este caso no solo se precisa de la rotura del tabique de rocas que se encuentra
entre el barreno cargado y los taladros vacíos, si no también de la rotura del tabique
entre los taladros vacíos. Y se dispone de mayor área para el desplazamiento de la
roca triturada hacia la cavidad de compensación.
III.6 Mecanismo de rotura de las rocas por la acción de cargas que actúan al
unísono.
El valor optimo de la distancia entre los ejes de las cargas contiguas en una fila de
cargas a op se determina de la condición de obtención de un corte continuo entre las
cargas vecinas en las filas como resultado de la superposición de las componentes
tangenciales de las ondas de tensión , provocadas por la explosión de estas cargas.
Aquí el límite de resistencia dinámica a la tracción debe ser superado por el valor
suma de las amplitudes de las componentes tangenciales de las ondas en toda la
longitud entre los ejes de las cargas vecinas:
2
∑σ
ti
[ ]
= σ t 1 (r , t ) + σ t 2 (a − r , t ) ≥ σ td
(116)
i =1
Donde t – tiempo transcurrido desde el momento de la explosión.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
53
�Tesis Doctoral
Figura 16 Representación geométrica del área de trituración de las rocas en el cuele recto o de trituración.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
44
�Tesis Doctoral
Figura17. Tabique de rocas a triturar entre el barreno cargado y el taladro de compensación.
Caso : Litología – gabro. Sustancia explosiva Tectron 100.Túnel Ojo de Agua –Serones
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
45
�Tesis Doctoral
Figura 18 Representación del mecanismo de fragmentación de las rocas en el cuele
cilíndrico con dos taladros de compensación.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
44
�Tesis Doctoral
El máximo valor de la distancia entre los ejes de las cargas vecinas se obtiene de la
[ ]
condición de igualdad entre el límite de resistencia dinámica a tracción σ td y la
magnitud suma de la máxima amplitud de las componentes tangenciales de las ondas
de tensión que se encuentran en el centro entre las cargas vecinas
2
∑σ
i =1
t max
[ ]
⎛a ⎞
= 2σ t max ⎜ max ⎟ = σ td
⎝ 2 ⎠
(117)
Con ello se supone que la explosión de las cargas en la fila ocurre al unísono y no se
tiene en cuenta la influencia de otras ondas que puedan actuar.
El cálculo de la distancia racional ap se realiza por uno de los métodos de
aproximaciones
sucesivas
o
grafoanalíticamente
tomando
como
primera
[1]
= amax , por la fórmula (120). Para este valor a [ap1] = a max se
aproximación aap
comprueba la condición de corte entre las cargas vecinas (121) para una distancia
a
r* ( ≤ r* < a) por la línea de cargas, a la cual el valor suma
2
2
∑σ
t
es mínimo, pero
i =1
sobrepasa el límite de resistencia a tracción dinámica (Otaño,1983) (figuras 19 y
20), es decir:
[ ]
⎞
⎛ 2
⎜ ∑ σ t ⎟ ≥ σ td
⎝ i =1 ⎠ min
(118)
Con esta condición se logra el corte por la línea de unión de las cargas de tal forma
que el contorno obtenido sea lo más cercano posible al proyectado y se obtenga un
mínimo de sobre excavación.
III.6.1 Mecanismo de rotura de los cueles rectos en ranura (cremallera)
Un caso particular de mecanismo de rotura de cargas que actúan simultáneamente
son los cueles rectos en ranura, los cuales pueden presentarse en dos variantes: con
taladros vacíos de compensación y con barrenos vacíos de compensación.
En la primera variante la ranura se forma mediante la rotura (trituración) del tabique
entre el barreno cargado y los taladros vacíos contiguos, el desplazamiento de las
rocas hacia las cavidades de compensación (taladros vacíos) y su expulsión de la
cavidad de cuele por el empuje de los gases de la explosión.(figura 21).
En el segundo caso , es decir con barrenos de compensación , la cavidad de
compensación de estos es muy limitada y por lo tanto la roca triturada en su totalidad
no se puede desplazar hacia la cavidad de compensación ,es por ello que el criterio
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
45
�Tesis Doctoral
Figura 19. Determinación de la distancia racional entre cargas en la voladura de contorno
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
44
�Tesis Doctoral
Figura 20a Gráfico esquemático para determinar la distancia r*
Campo tensional generado por dos cargas aisladas y la accióon conjunta de ellas.trasv ase esteOeste.Túnel Ojo de Agua-Serones.Litología:Gabro.
160
1- Tensión generada por la carga 1
2- Tensión generada por la carga 2
140
3- Campo tensional generado por ambas cargas,MPa
4- Límite de resistencia dinámica a la tracción,MPa
120
100
80
60
40
20
3
2
0
0,0
d
4
st
1
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
Distancia al centro de la carga,m
Figura 20b Gráfico para determinar la distancia r* en el caso de la litología gabro
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
95
�Tesis Doctoral
que considera el desplazamiento de las rocas hacia esta cavidad no se cumple , es
por ello que los barrenos de compensación solo cumplen la función de barrenos
guías en la formación de la ranura de corte que se crea por la línea de unión de los
centros de los mismos.
La distancia entre los centros de los barrenos cargados y vacíos está determinada por
el radio de trituración.(figura 22).
III.7 Modelación de las discontinuidades del macizo rocoso (agrietamiento)
Las expresiones para modelar el campo tensional alrededor de la carga explosiva se
conciben a partir de considerar al medio rocoso como homogéneo, isótropo y
continuo.
Sin embargo hay que tener en cuenta las características geo-estructurales del macizo
rocoso, en particular el agrietamiento.
Las investigaciones realizadas al respecto por Seinov (1964,1974) establecen la
influencia de la dimensión de las gritas y las propiedades de su relleno sobre el grado
de fragmentación del medio rocoso detrás del plano de grietas.
En el caso de grietas abiertas cuya abertura sobrepase el valor de la amplitud de
desplazamiento del medio la onda prácticamente se refleja en su totalidad desde la
superficie libre , en este caso desde la grieta.
En aquellos casos en que la abertura de las grietas es menor que la amplitud de
desplazamiento del medio ocurre una caída de la energía de la onda a consecuencia
de la perdida en la reflexión y la dispersión, la que está determinada
por los
parámetros de las grietas, y la orientación de éstas respecto a la dirección de la
explosión.
Seinov establece un modelo lineal de dependencia entre la abertura de las grietas y la
perdida de energía.
Turuta et al (1974) investigó las particularidades de la transmisión de la energía de
la explosión en rocas agrietadas y estableció que al pasar a través de una grieta la
velocidad de desplazamiento en la onda de tensiones pasante varía según la
dependencia:
r
i
V pasante
= V2 K l
Donde:
(119)
V2- velocidad de desplazamiento en un medio monolítico;
r- distancia recorrida por la onda;
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
96
�Tesis Doctoral
Figura 21. Mecanismo de rotura del cuele de ranura con taladros de compensación.
Figura 22. Mecanismo de rotura del cuele de ranura con barrenos de compensación.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
97
�Tesis Doctoral
l- tamaño del bloque (disyunción);
K- coeficiente, que considera la caída de tensión a consecuencia de la
diferencia de rigidez acústica del material del bloque y del relleno de la
grieta, se determina por la fórmula:
Vrelleno ρ relleno
VLD ρ o
K=
⎛V
⎞
ρ
1 + ⎜⎜ relleno relleno ⎟⎟
⎝ VLD ρ o ⎠
4
donde : Vrelleno , ρ relleno y VLD , ρ o -
(120)
representan la rigidez acústica respectivamente
del relleno de las grietas y del material del bloque
Por otro lado, Azarkovich et al (1984), plantean ciertas insuficiencias de las
clasificaciones de los macizos rocosos según su agrietamiento, la principal de ellas
es que no considera la abertura de las grietas, de cuyo parámetro depende la
extensión de los esfuerzos generados por la voladura y la resistencia del macizo a los
esfuerzos externos, además de que no considera la orientación del sistema de grietas
predominante respecto a la orientación de los esfuerzos generados por la voladura.
Respecto a esta problemática Riats y Chernishev (1970) proponen una clasificación
de los macizos por el grado de agrietamiento, que considera simultáneamente la
densidad de la red de grietas (blocosidad) y la oquedad de las grietas en el macizo,
que evidentemente
da un enfoque equivalente a considerar simultáneamente la
distancia entre grietas y su abertura.
Shuifer y Azarkovich (1982) proponen una dependencia entre la velocidad de
propagación de las ondas elásticas en el macizo (Cm) y en testigos (CLt) y la oquedad
de las grietas en el macizo
Cm
=
C Lt
1
(1 − nl )
;
(121)
n
1 + 400 l
1 − nl
donde : nl – oquedad lineal de grietas en el macizo
La magnitud del coeficiente nl puede ser determinada por la expresión
nl =
Δe
(122)
de
donde : Δe – abertura de la grieta
de – distancia media entre grietas
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
44
�Tesis Doctoral
Baron y Kliuchnikov (1967) para modelar el agrietamiento proponen el coeficiente
monolítico relativo Kmon , que para las rocas monolíticas toma el valor de 1 , para las
fuertemente agrietadas el valor de 0 y para el valor intermedio 0,5, a partir de este
coeficiente y el espaciamiento entre grietas clasifican a las rocas en tres grupos.
Esta clasificación establece rangos de variación del espaciamiento muy amplios por
lo que también el valor del coeficiente está restringido a estos valores.
Además proponen tres casos de disposición relativa de la superficie libre, la
superficie de las grietas y la dirección de la onda de tensiones , es decir cuando γ = 020º; γ = 20º-70º y cuando γ = 70º-90º.Las mejores condiciones para el contorneado se
producen en el último caso y las peores en el segundo. Esta clasificación también es
muy restringida.
En ambos casos y a partir de los estudios de agrietamiento y de la valoración de las
características mecánico-estructurales de los macizos rocosos cubanos más jóvenes
que los europeos, con tectónica más compleja y agrietamiento más intenso, se
propone ampliar la cantidad de rangos y establecer coeficientes que tengan en cuenta
tanto el espaciamiento de las grietas como la dirección de la onda de choque respecto
a la superficie libre. Ambas clasificaciones de establecen en las tablas 15 y 16 del
subacápite III.8.5 y se representan en la figura 23.
III.8 Criterios para el diseño, el cálculo y la ejecución de las voladuras en el
laboreo de excavaciones subterráneas.
Introducción.
En este acápite se exponen los criterios para el diseño, el cálculo y la ejecución de los
trabajos de perforación y voladura en el laboreo de excavaciones subterráneas
mineras e hidrotécnicas de pequeña y mediana sección transversal.
Los mismos fueron elaborados a partir de los resultados alcanzados tanto por la
modelación matemática del proceso físico de la fragmentación de las rocas por
voladura y de su validación mediante trabajos experimentales en diferentes
excavaciones subterráneas, y también mediante la generalización de la experiencia
acumulada en el laboreo de este tipo de excavaciones.
Los criterios se establecen para el conjunto de barrenos en el frente, que incluye los
tipos de barrenos por sus funciones: de cuele, ayudantes de cuele, de arranque,
ayudantes de contorno y contorno.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
45
�Tesis Doctoral
Tabla 9 Coeficiente de agrietamiento relativo del macizo Kg
Nº
Clasificación
Espaciamiento,m Kg
1
Muy poco agrietado
1-1,5
1,0
2
Poco agrietado
0,8 -1,0
0,95
3
Agrietamiento medio
0,6-0,8
0,90
4
Muy agrietado
0,4-0,6
0,85
5
Fuertemente agrietado
0,2-0,4
0,80
6
Extraordinariamente agrietado
0,1-0,2
0,70
Tabla 10 Coeficiente de influencia de la orientación del sistema de agrietamiento
principal respecto a la superficie libre y a la dirección de la onda de
choque.(Koch).
Nº
Ángulo γ
Koch
1
0-10
0,45
2
10-25
0,55
3
25-50
0,70
4
50-75
0,85
5
75-90
1,00
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
44
�Tesis Doctoral
Figura 23 Casos de disposición relativa de la superficie libre (S.L.) , la superficie de las grietas (S.G.)y la dirección de la onda de presión (D.O.P.)
a) 0 ≤ γ 〈10 b) 10 ≤ γ 〈 25 c) 25 ≤ γ 〈50 d) 50 ≤ γ 〈75 y e) 75 ≤ γ ≤ 90
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
44
�Tesis Doctoral
Debido a la amplia utilización de los cueles rectos cilíndricos con barrenos de
compensación se plantean los principios de cálculo de este cuele en sus dos
variantes: con uno y dos taladros de compensación, además se describe el mecanismo
de rotura de las rocas en ese tipo de cuele tomando como base teórica la acción de la
explosión sobre el medio rocoso.
III.8.1 Principios generales.
El primer principio es concebir el diseño de cada grupo del conjunto de barrenos en
dependencia de su función y de las condiciones en la que se producirá la acción de la
explosión sobre el medio rocoso.
En base a ello se puede señalar que la función de cada grupo de barrenos es decisiva.
Si con la voladura de los barrenos de cuele se alcanzan las dimensiones adecuadas de
la cavidad de cuele se crearán las condiciones suficientes y necesarias para lograr el
máximo avance dada la incidencia directa de este grupo de barrenos sobre este
indicador.
Por sus particularidades la caracterización del mecanismo de fragmentación de las
rocas en el cuele tiene connotación fundamental.
A diferencia de los criterios existentes para el diseño de los trabajos de perforación y
voladura en el laboreo de excavaciones subterráneas de sección transversal pequeña
y media, que se han fundamentado en la generalización de los resultados obtenidos
de la práctica y de voladuras experimentales, la nueva concepción que se expone en
esta tesis consiste en el diseño de los parámetros de los grupos del conjunto de
barrenos sobre la base de la acción de la explosión sobre el medio rocoso.
III.8.2 Criterios para el diseño y el cálculo de los parámetros de los barrenos de
cuele.
Debido a la particularidad de este grupo de barrenos, como se señaló anteriormente,
es necesario antes de presentar los criterios para el diseño de los mismos precisar los
aspectos fundamentales de su mecanismo de rotura.
A partir de la clasificación general principal de los cueles reconocida por los
diferentes investigadores de la temática: cueles inclinados, cueles rectos y cueles
combinados, el autor de esta tesis doctoral plantea una nueva clasificación de los
cueles en base a la acción de la explosión sobre el medio rocoso.
Es por ello que se plantea que los cueles inclinados, en el que se toma como caso
clásico el cuele en cuña vertical, se diseña a partir de considerarlo como un cuele
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
101
�Tesis Doctoral
separante o fragmentante, por lo que su mecanismo de rotura se fundamenta
principalmente en la fragmentación de las rocas que se encuentran en la cavidad de
cuele.
En los cueles rectos, en los cuales se presentan como casos clásicos los cueles
cilíndricos, el mecanismo de rotura tiene como fundamento la trituración del tabique
que está situado entre el barreno cargado y el taladro vacío o de compensación, por
lo que se consideran cueles triturantes.
En los cueles combinados, como su nombre lo indica se combina tanto la acción
fragmentante como triturante, por lo que se puede señalar que son cueles triturantefragmentantes.
Para el cálculo de la estructura de los cueles se utilizó un enfoque metodológico
único, en correspondencia con el cual el cuele es un esquema tecnológico tal de
disposición de los barrenos y taladros, que con un desarrollo sucesivo de la voladura
se garantiza la formación de una segunda superficie libre con una dimensión no
menor de 1m, necesaria y suficiente para el posterior trabajo de los barrenos de
arranque con línea de menor resistencia (LMR) constante (Wo). El esquema de
desarrollo de la cavidad de cuele al aumentar el denudamiento desde una dimensión
inicial H1 hasta la dimensión final Hk ≥1m, se ofrece en la figura 24a.
Se observa que el coeficiente de proporcionalidad n entre la superficie libre Hi y el
valor de la línea de menor resistencia (LMR) Wi caracteriza la volabilidad de las
rocas, debido a que para la condición Hk = 1m es igual numéricamente a la línea de
menor resistencia de los barrenos de arranque, por cuya magnitud, respecto al
diámetro del barreno d, se valora la resistencia real del macizo a la acción de
fragmentación de la explosión.
En las figuras 24 b y 24c se muestran respectivamente el desarrollo del cuele recto
triturante (cilíndrico) y el desarrollo del cuele en cuña, los cuales fueron diseñados
y experimentados en gabros y tobas.
III.8.2.1 Criterios para el cálculo de los principales parámetros de la estructura
de los cueles rectos o triturantes.
Los resultados de las investigaciones plantean al menos tres principios para el diseño
de estos cueles, los cuales son los siguientes:
•
La trituración del tabique rocoso entre el barreno cargado y el taladro vacío o
de compensación;
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
102
�Tesis Doctoral
24a- Desarrollo teórico
24b- Desarrollo del cuele cilíndrico
24 c.-Desarrollo del cuele en cuña
Litología :gabro
Litología :tobas
Sustancia explosiva tectron 100 .
Sustancia explosiva amonal.
Figura 24 Desarrollo de la cavidad de cuele.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
103
�Tesis Doctoral
•
El desplazamiento de la roca triturada hacía el taladro de compensación;
•
La limpieza o expulsión de las rocas trituradas fuera de la cavidad de cuele.
En la primera fase juega un papel fundamental la onda de tensiones, que es la
encargada de la trituración del tabique rocoso.
En las fases restantes el rol fundamental lo realiza el efecto de burbuja de la
explosión, es decir la presión de los gases que permiten la evacuación de la roca
triturada.
Esta descripción cualitativa del mecanismo de rotura, permite establecer el primer
criterio de proyección de las dimensiones de estos cueles que es el siguiente:
Primer Criterio.
B = Rtriturac +
Dtaladro
2
(123)
Esta expresión se expresa geométricamente en las figuras 16 y 17.
Segundo Criterio.
El volumen de la cavidad de cuele a formar debe de ser tal, que quepa en ella la roca
triturada mullida. Es decir, la relación entre el volumen de la cavidad de cuele y el
volumen de roca triturado sea igual al coeficiente de compensación, que a su vez
puede ser considerado al coeficiente de esponjamiento de las rocas pero con cierto
nivel de compactación, la mayoría de los investigadores sitúa el valor de este
coeficiente en 1,25 a partir de la condición (39).
En el caso del cuele recto con un barreno de compensación el volumen de trituración
se determina según la figura 25.
A partir de los parámetros: d b , Dtaladro y B por las expresiones siguientes
Cos β =
Rtaladro − Rb
B
h = B senβ ; α = 180 − β
⎡⎛ R
+ Rb ⎞
πR 2 β πR 2α ⎤
Atrituración = 2 ⎢⎜ taladro
⎟h − taladro − b ⎥
2
360
360 ⎦
⎠
⎣⎝
Vtrituracion = Atrituraciónlbη
2
Vtaladro = πRtaladro
l taladro
(124)
(125)
(126)
(127)
(128)
Entonces el volumen necesario de la cavidad de compensación será:
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
44
�Tesis Doctoral
Figura 25 Determinación del volumen del área de trituración
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
44
�Tesis Doctoral
Vcavcomp = (K mullido − 1)Vtrituración
(129)
Con este principio se garantiza el desplazamiento de las rocas trituradas hacia la
cavidad de cuele formada por la voladura de este primer barreno cargado.
Tercer Criterio.
Consiste en garantizar la expulsión de la roca triturada y aplastada dentro de la
cavidad de cuele.
En este tipo de cuele la cavidad de cuele final se alcanza con el ensanchamiento
paulatino de esta cavidad mediante la voladura consecutiva de los restantes barrenos
de cuele con el retardo adecuado.
Los parámetros principales que caracterizan el cuele recto con un taladro de
compensación vacío son: la dimensión necesaria de la cavidad de cuele H, la
cantidad de barrenos cargados N c arg ados , la cantidad de barrenos de compensación
N comp y el volumen de la cavidad de cuele Vcuele.
La cantidad de taladros de compensación en el cuele recto se determina por la
expresión:
⎛ Vcavcomp ⎞
recto
Ncomp
= ENT ⎜
⎟ +1
2
⎝ 0,785Dtaladrol ⎠
(130)
(Donde ENT- es la parte entera de la relación calculada
La relación de iteración para los cueles rectos y las dependencias
para la
determinación de sus parámetros son las siguientes:
H i +1 = 2
N
recto
c arg
(N
recto
comp −1
)/ 2
B(1 + 2n )
i
recto
⎧⎪4(k + 1), N comp
= 1 ,2 ⎫⎪
=⎨
⎬
recto
⎪⎩2(2k + 3), N comp = 3 ⎪⎭
recto
Vcavcuele
= H k2 .l.η
(131)
(132)
(133)
donde: i = 1,2,......, k
k − es el paso final de la iteración
n - es el índice de acción de la explosión
El ciclo se repite hasta que H i +1 ≥1m
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
44
�Tesis Doctoral
III.8.2.2 Cuele recto cilíndrico con dos taladros vacíos de compensación
Se mantienen los mismos principios que se enunciaron para el cuele cilíndrico con un
taladro vacío de compensación, pero la existencia de dos taladros vacíos de
compensación facilita el desplazamiento de las rocas trituradas hacia la cavidad de
compensación.
La distancia desde el centro del barreno cargado hasta el centro de uno de los
taladros vacíos se determina por la expresión (123).
Sin embargo es necesario determinar también el otro parámetro decisivo que es la
distancia entre los centros de los taladros vacíos htal , lo que significa el
reconocimiento de la necesidad de triturar el segundo tabique de rocas el cual
se encuentra entre los taladros vacíos. Es por ello que aquí además del criterio
enunciado para el cuele cilíndrico con un taladro de compensación son necesarios
otros criterios adicionales. Es decir la distancia entre el eje del barreno cargado y el
eje de unión de los centros de los taladros vacíos será:
Rtrit = ht
(134)
Y la distancia entre los centros de los taladros vacíos:
htal = 2
2
Dtal
− 4 Rtrit Dtal
2
= Dtal
− 4 Rtrit Dtal
4
(135)
Con ello se garantiza la trituración del tabique existente entre los taladros vacíos
(figura 18), además se debe de cumplir el principio del desplazamiento de la roca
triturada hacia las cavidades de compensación es decir según la expresión (39) y la
expulsión por los gases de la roca triturada y comprimida dentro de la cavidad de
cuele formada.
III.8.2.3 Cueles en ranura o de cremallera
Se puede presentar en dos variantes con taladros o barrenos de compensación
En la primera variante la distancia entre los centros del barreno cargado y el taladro
vacío se determinará por la expresión (123) (figura 21).Expresión similar a la que se
propone para proyectar distancia entre el centro del barreno cargado y el taladro
vacío en el cuele cilíndrico. En la segunda variante la cavidad de compensación no es
suficiente para permitir el desplazamiento de la roca triturada hacia ella y se requiere
de un esfuerzo adicional para lograr el desplazamiento de las paredes de la ranura
creada con el cuele, cavidad adicional que favorece este desplazamiento (figura 22).
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
45
�Tesis Doctoral
Hi =
2
Rtrit
+ 4B 2
(136)
III.8.3 Criterios para el cálculo de los principales parámetros de la estructura
del cuele en cuña vertical.
A partir de la generalización de investigaciones experimentales sobre el mecanismo
de rotura de las rocas en los cueles en cuña (figura 26) en diferentes condiciones
ingeniero-geológicas y de investigaciones realizadas por el autor (Sargentón,1997,
2005) se pueden plantear los principios de diseño de este cuele siguientes :
•
Se debe lograr la rotura de las rocas por el fondo de los barrenos (del cuele)
•
Debe lograrse el corte por la línea de unión de los pares de barrenos , de
forma tal que se conformen las superficies laterales del cuele
•
Se debe fragmentar la masa rocosa dentro del cuele , con la granulometría
adecuada que permita su expulsión de la cavidad del mismo
•
La limpieza de la cavidad de cuele, es decir que quede la cavidad de cuele lo
más limpia posible, con lo cual quedaría formada la segunda superficie libre.
Las dimensiones de este cuele son las siguientes:
•
Distancia entre fila de los pares de barrenos, a cuña
•
Distancia por el fondo entre los barrenos en la fila , bcuña
•
Distancia entre las bocas de los barrenos en la fila, Wcuña
Las mismas se representan en la figura 27
Y se determinan por las expresiones:
bcuña = 2rtrituración KagrietKsolape
(137)
a cuña = 2ragrietamiento K agriet K solape
(138)
Wcuña =
2(acuña − bcuña )
+ bcuña
kll
α cuña = arccos
(Wcuña − bcuña )
2l b
(139)
(140)
Donde: K agriet − Coeficiente que tiene en cuenta el agrietamiento del macizo rocoso
K solape − el mismo tiene en cuenta el solape de las zonas de trituración y
de agrietamiento del par de barrenos en el primer caso y de los
barrenos situados en dos filas contiguas en el segundo caso ( ver
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46
�Tesis Doctoral
Figura 26 Mecanismo de rotura del cuele en cuña por la acción de la explosión.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
44
�Tesis Doctoral
Figura27 Esquema de disposición de los barrenos en el cuele en cuña.
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44
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figura 26). Se asume para la zona de trituración igual a 0,9 y para la zona de
agrietamiento igual a 0,5
k ll - coeficiente de llenado del barreno de cuele
lbarreno - longitud del barreno de cuele, m
Los parámetros principales que caracterizan la estructura del cuele son:
•
La dimensión necesaria de la cavidad de cuele según el principio del
desarrollo de la cavidad de cuele y la figura anteriormente planteada se
determina mediante la relación de iteración:
H i = acuña .i
(141)
Donde : i – es el paso de iteración.
El paso final de iteración se determina de la condición
i = k ; H k = a cuña .k ≥ 1
(142)
Y el sistema de ecuaciones para la determinación de los restantes parámetros de la
estructura del cuele en cuña sería:
N c arg ados = 2k
N comp. = 0
(143)
⎛W + b ⎞
Vcuele = ⎜ cuña cuña ⎟acuña (k − 1).lηsenα cuña
2
⎝
⎠
En la tabla 1 del ANEXO 13 aparecen los parámetros teóricos y prácticos del cuele
en cuña vertical para todas las litologías en estudio.
III.8.4 Criterios para el diseño de los parámetros de los barrenos de arranque.
Como se señaló en los epígrafes anteriores, a consecuencia de la voladura de los
barrenos de cuele, se debe crear una cavidad suficiente y necesaria, que permita la
formación de la segunda superficie libre, además una dimensión lineal de esta
cavidad no menor de 1m, creadas estas condiciones, el diseño y el cálculo de los
parámetros de los barrenos de arranque se realiza considerando la existencia de esa
superficie libre y a semejanza con la voladura en un banco. En el caso de las
excavaciones de sección transversal media y pequeña la voladura de los barrenos de
arranque puede producirse con fondo libre y con fondo cerrado. La experiencia
acumulada en la excavación de excavaciones subterráneas con frente adelantado
confirma la obtención de ángulos de rotura del cráter de voladura de 90 grados y de
135 grados en la parte inferior (ver figura 28).
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
45
�Tesis Doctoral
Figura28 Mecanismo de rotura de los barrenos de arranque con fondo libre.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
46
�Tesis Doctoral
Diversos autores señalan la necesidad de que los barrenos de arranque sean al menos
un 10% menor que los de cuele, pero no argumentan el fundamento teórico de este
criterio.
En este trabajo se fundamenta teóricamente el principio, en virtud del cual se logra
aumentar la efectividad del arranque de estos barrenos si se explosionan con fondo
libre y consecuentemente se alcanza un mayor aprovechamiento de los mismos.
La línea de menor resistencia se determina a partir de la expresión (110) mediante el
término:
Warr = Wmax K g K oc
(144)
III.8.5 Criterios para el diseño de los parámetros de los barrenos de contorno.
El desarrollo alcanzado por la tecnología de los trabajos de perforación y voladura en
la actualidad obliga a la utilización de la voladura de contorno o lisa.
Por ello el diseño de los parámetros de este grupo del conjunto de barrenos se debe
realizar sobre la base de utilizar cargas desacopladas con espacios radiales de aire ,
esta tecnología es imprescindible para lograr contornos rocosos más lisos y menos
agrietados , con los cuales es mayor la estabilidad de las excavaciones , disminuyen
los riesgos de accidentes y las superficies denudadas de las excavaciones ofrecen
menos resistencia aerodinámica al paso del aire y del agua por la excavación.
En este caso los parámetros principales son : la distancia entre los barrenos de
contorno a , la línea de menor resistencia (LMR), la distancia del eje del barreno de
contorno al contorno proyectado de la excavación y el coeficiente de aproximación
de las cargas m.
La determinación de la distancia entre los barrenos de contorno se realiza bajo el
principio de que los esfuerzos de tracción producidos por el campo tensional
favorezcan el corte por la línea de unión de los barrenos, por lo que el parámetro a se
calcula por la expresión:
acontorno = 2 rg k g k och
(145)
Donde: rg - radio de agrietamiento que se produce entre dos cargas que explosionan
al unísono.
k g − coeficiente de agrietamiento que tiene en cuenta el grado de
agrietamiento de las rocas;
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k och - coeficiente que tiene en cuenta la orientación de las grietas respecto a
la dirección de la onda de tensiones.
El coeficiente de agrietamiento se establece como se explicó en el acápite III.7 a
partir del perfeccionamiento de la clasificación de las rocas propuesta por Barón et
al (1967), los valores del mismo se muestran en la tabla 9 .De igual forma el
coeficiente que tiene en cuenta la dirección de la onda de choque respecto a la
superficie libre se pueden apreciar en la tabla 10. La línea de menor resistencia
(LMR) W, se determina para la voladura de recorte a partir del coeficiente de
aproximación de las cargas ( m ) mediante la relación m =
a
= (0,8 ÷ 1,2) (Baron y
W
Kliuchnikov, 1967).Aunque Wolf (1999) y Walter (2001) proponen un rango de
variación de este coeficiente algo más estrecho m = 1 ÷ 1,5 pero cercano al valor
anterior, en las condiciones de la investigación el valor más adecuado es:
W=
a
a
=
m (0,8 ÷ 1,2)
(146)
La distancia del eje del barreno de contorno al contorno proyectado de la excavación
(figura 29 ) se determina por la expresión:
c ≥ Rtrit
(147)
Con los criterios que se señalan se logra alcanzar un contorno lo más cercano
posible al contorno proyectado con una sobre excavación mínima , pero además de
este objetivo la voladura de contorno permite la obtención de superficies estables en
los lados y el techo de la excavación.
La estabilidad del contorno obtenido después de la voladura se alcanza con la
condición (Shuifer et al ,1982 y Azarcovich et al,1984,1996,1997 ):
⎛d ⎞
h=⎜ b ⎟
⎝ 6 ⎠
(148)
Donde : h – dimensión promedio (altura) de la irregularidad del contorno.
db- tamaño del bloque natural de rocas en el macizo.
Esta condición se fundamenta en considerar la existencia de bloques de diferentes
tamaños en dependencia del agrietamiento en los macizos rocosos y en que la
estabilidad de los contornos obtenidos, extiéndase lados y techos, está relacionada
con el grado de confinamiento de los bloques en los mismos – cuanto menos
sobresalgan los bloques del contorno de la pared esta será más estable. Por ello para
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
45
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Figura 29.Representación de la distancia del centro del barreno de contorno al contorno de proyecto de la excavación
1.Línea de ubicación de los barrenos de contorno. 2.Barreno de contorno. 3 Contorno de proyecto.
H p - altura de proyecto de la excavación Ap -Ancho de proyecto de la excavación. l p - profundidad de los barrenos
Rc -Radio de curvatura de la bóveda. Rtrit radio de trituración producido por la carga desacoplada de SE.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
44
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prevenir la caída de los bloques de la pared, estos no deben sobresalir más de la
mitad o con cierta reserva un tercio de su tamaño.
III.9 Resumen del capítulo.
Se realiza la modelación de la onda de detonación, de la onda de choque y de la onda
de presión a partir del modelo matemático propuesto por Ismailov (Gogoliev,1965
y Staniukovich ,1971) y del campo tenso-deformacional mediante el modelo de
Borovikov y Vaniagin (1995) para cargas compactas sobre la base de la acción de la
explosión sobre el medio rocoso. De igual forma se modeló la onda de presión
mediante el modelo de Azarcovich et al (1997) y Matveichuk y Chursalov (2002)
y el campo tenso deformacional por el modelo de Bovovikov y Vaniagin (1995).
Después de esta modelación y a partir de los criterios de fragmentación se explican
los mecanismos de rotura de las rocas en los diferentes grupos del conjunto de
barrenos y se presentan los criterios para el diseño y la ejecución de las voladuras en
el laboreo de excavaciones subterráneas.
Además se analizan los principios para la modelación matemática del agrietamiento
y se adecuan los valores del coeficiente monolítico relativo propuesto por Barón et
al (1987) para modelar el agrietamiento a los macizos rocosos cubanos.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
44
�Tesis Doctoral
CAPÍTULO IV
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
45
�Tesis Doctoral
CAPÍTULO IV VALIDACIÓN DE LOS CRITERIOS PROPUESTOS DE
DISEÑO Y EJECUCIÓN DE LAS VOLADURAS
Introducción.
La validación de los criterios que se proponen se realizó mediante trabajos
experimentales orientados en tres vertientes:
•
Trabajos de laboratorio.
•
Trabajos de campo
•
Voladuras experimentales
IV.1Trabajos de laboratorio.
Estos trabajos fueron realizados en los laboratorios de Mecánica de rocas y de
Física de las rocas del ISMM “Dr. Antonio Núñez Jiménez” y de las empresas de
Investigación y Proyectos de Recursos Hidráulicos de Holguín.
Los tipos de ensayos y de determinaciones ya fueron explicados en el capítulo II.
IV.2 Trabajos de campo.
Los trabajos de campo fueron realizados en los trasvases y las minas donde se
realizaron las investigaciones:
•
Los Trasvases: Este-Oeste, Caney –Gilbert y Sabanalamar –Pozo Azul
•
Las minas Mercedita, Amores y El Cobre.
Los trabajos de campo consistieron en:
a. El estudio de las características estructurales y tectónicas de los macizos
investigados e incluye la descripción petrográfica (tratadas en el capítulo II).
b. El estudio del agrietamiento. (desarrollado en el Capítulo II).
c. La toma de muestras para la determinación de las propiedades másicas, de
resistencia y acústica fundamentalmente.
d. La medición de las dimensiones de la excavación, su sección trasversal y la
calidad del contorneado de las excavaciones.
e. La medición y determinación de los indicadores de efectividad de las
voladuras en la excavación de las obras subterráneas siguientes: avance del
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
46
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frente de excavación en la voladura, coeficiente de aprovechamiento de los
barrenos, dimensiones de la excavación, determinación de la
sobre o
subexcavación, consumo de sustancia explosivas y de medios de explosión,
metraje de barrenación y calidad del contorneado.
f. Observación científica de los resultados de las voladuras.
a. Influencia del agrietamiento en el mecanismo de rotura de las rocas en
el cuele.
b. Influencia del agrietamiento en la calidad del contorneado y en la
sobre excavación.
c. Granulometría de la roca volada.
IV.3 Muestreo de rocas.
La toma de muestra comprendió tanto muestras regulares (cilíndricas con 42 y 56
mm de diámetro) como irregulares (monolitos) de rocas en las obras y minas
investigadas para la determinación de las propiedades anteriormente señaladas.
IV.4 Trabajos de medición de la sección transversal.
Se realizó la medición de las dimensiones de las excavaciones subterráneas (ancho,
alto, perímetro activo y área de la sección transversal) y el cálculo de las
características del contorneado (rugosidad y sobreexcavación) tanto en las voladuras
experimentales como de producción.
Fueron medidos los principales parámetros de los trabajos de perforación y
voladura: distancia entre los barrenos de cuele, contorno y arranque, profundidad de
los barrenos; línea de menor resistencia y avance del frente de excavación.
Para el levantamiento de la sección transversal se utilizó el método topográfico,
mediante coordenadas polares, es decir, la medición del ángulo ϕ i y los radios
vectores ρ i .
A partir de los mismos se determinó el área de la sección transversal como la
sumatoria de los triángulos que se forman por la expresión:
[(
)(
)(
)(
)(
)(
)]
1
S = x −x
y + y + x −x
y +y
+ x −x y + y
i 2 i i +1 i i +1 i +1 i +2 i +1 i +2 i +2 i −1 i +2 i −1
n −1
S p = ∑ Si
(149)
(150)
i
donde:
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47
�Tesis Doctoral
xi = ρ i cos ϕ i
(151)
y i = ρ i senϕ i
(152)
El perímetro activo como la sumatoria de los segmentos de recta que se obtienen al
trazar el contorno
n −1
Pa = ∑ Pai
1
(153)
(
) (
)
2
2
Pai = ⎛⎜ xi +1 − xi + yi +1 − yi
⎝
a=
Pa
2(n − 1)
(154)
(155)
Las coordenadas de los puntos de la línea media serían:
x mi =
y mi =
( xi + xi +1 )
2
( yi + yi +1 )
2
(156)
(157)
La longitud de la línea media
n−2
Lmedia = ∑ l mi
1
l mi =
l=
(x
i
m
− x mi +1 ) 2 + ( y mi − y mi +1 ) 2
Lmedia
n−2
(158)
(159)
(160)
Estos elementos se pueden apreciar en la figura 30.
A partir de la medición de la sección de laboreo de la excavación en coordenadas
polares, se determinó también el perímetro activo específico p ′ (Barón y
Kliuchnikov, 1967) mediante la relación:
p′ =
Pa
,ml/m3
Sp
(161)
Para valorar la calidad del contorneado se realizó un estudio de la rugosidad del
contorno de la excavación, por lo cual se determinó también la longitud total de la
línea media Pm.
La medición de las irregularidades a partir de la línea media del perfil rugoso es
posible ya que un aumento de la longitud de la línea media trae consigo un aumento
de la rugosidad.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
48
�Tesis Doctoral
Figura 30. Elementos de la rugosidad
h-altura ; l – base; a-lado; α-ángulo de inclinación; H-amplitud de la rugosidad; λ- paso de la rugosidad;
L.M. -línea media; C.R.-contorno Real.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
44
�Tesis Doctoral
Para todas las superficies rugosas se cumple la desigualdad:
Pr 〉 Pm
(162)
Cuando Pr = Pm la superficie es lisa
La diferencia Pr − Pm = ΔP , muestra el aumento de la longitud de la línea del
contorno real en comparación con la longitud de la línea media.
El índice de rugosidad se determina mediante la expresión:
ρ=
ΔP Pr
=
−1
Pm Pm
(163)
Los demás parámetros de la rugosidad se determinan por las expresiones siguientes.
La altura de la rugosidad:
⎛l⎞
h = a−⎜ ⎟
⎝2⎠
2
(164)
El paso de la rugosidad
(165)
λ = 2l
La amplitud de la rugosidad
(166)
H = 2h
Bondarenko (1981), propone otra expresión para determinar la sobreexcavación
lineal promedio
h=
(S l − S p )
(167)
Pl
Expresión que es válida en caso de que no haya subexcavación.
En la tesis se propone una expresión que perfecciona la propuesta de Bondarenko
h=
(S l − S p ) 2(S l − S p )
(Pl + Pp ) = (Pl + Pp )
(168)
2
La que puede ser aplicada en los casos de sobre y sub excavación.
Para el cálculo de las dimensiones de la sección transversal de las excavaciones y las
características de su contorneado se utilizó el programa informático en Excel sobre
Windows XT CalSecTranv (Sargentón,2007c) . Los resultados de las mediciones
del área de las secciones transversales alcanzadas con las voladuras de producción
en el frente Ojo de Agua –Serones
y Ojo de Agua- Yagrumal se muestran
respectivamente en las tablas 11 y 13 y los de las voladuras experimentales en los
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
44
�Tesis Doctoral
tramos Ojo de Agua-Yagrumal y Ojo de Agua-Serones se muestran en las tablas 12
y 14. respectivamente.
Registro fotográfico de los experimentos.
Se tomaron fotografías de los experimentos realizados las mismas tenían los
objetivos de:
•
Registrar la cavidad de cuele obtenida por la voladura del cuele cilíndrico
con un taladro de compensación.
•
Registrar el contorneado de las paredes y el techo obtenido con la voladura de
contorno a partir de la proyección mediante los criterios de cálculo
propuestos.
•
Registrar las grietas inducidas por la voladura de una carga compacta en las
litologías objeto de estudio.
IV.5 Voladuras experimentales.
Las voladuras experimentales se realizaron en tres modalidades: voladuras de
polígono, voladuras semindustriales y voladuras industriales.
Las voladuras de polígono fueron realizadas en monolitos de rocas, en paramentos o
en las paredes y los frentes de avances para estudiar los campos deformacionales
destructivos (formación de grietas en barrenos aislados, entre dos o más barrenos,
formación de la zona de trituración, la rotura del tabique en los cueles rectos
cilíndricos con uno o dos taladros vacíos, conformación de la superficie entre dos
barrenos con carga con espacio anular de aire entre otros).
Las voladuras semindustriales comprendieron principalmente la voladura de forma
independiente de los cueles rectos cilíndricos y de cuña tanto en los frentes de
excavación como en los paramentos de los taludes.
Las voladuras industriales se realizaron directamente en los frentes en condiciones de
producción y en dos variantes explosionando todas las cargas con el retardo
establecido y explosionando las cargas de forma secuencial para poder estudiar el
efecto de los diferentes grupos de barrenos. Se realizaron voladuras experimentales
en las minas: Mercedita, Amores, El Cobre y en los Trasvases: Caney-Gilbert y EsteOeste.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
45
�Tesis Doctoral
Tabla 11 Levantamiento de la Sección transversal de la Excavación. Voladuras de Producción. Trasvase Este-Oeste. Tramo:Yagrumal –Guaro. Ojo de Agua-Serones
Seccion
Ancho,m Altura,m Sl ,m2
Sp,m2 Kse Pexc Proy. Llmedia a
L
λ
h
H
ρ
tang
Grados
I
7,40
6,45
36,21
30,89 1,17 16,27 14,91
15,14
0,45
0,89 1,78 0,08 0,15
0,0745
0,3932
21
II
7,10
6,50
35,68
30,89 1,15 16,28 14,91
15,13
0,45
0,89 1,78 0,08 0,16
0,0766
0,3987
22
III
7,70
6,55
36,71
30,89 1,19 16,35 14,91
15,22
0,45
0,90 1,79 0,08 0,15
0,0741
0,3921
21
IV
7,85
6,65
37,31
30,89 1,21 17,20 14,91
15,94
0,48
0,94 1,87 0,09 0,19
0,0794
0,4063
22
V
7,20
6,50
35,42
30,89 1,15 16,52 14,91
15,14
0,46
0,89 1,78 0,11 0,22
0,0906
0,4352
24
VI
7,70
6,50
36,41
30,89 1,18 16,36 14,91
15,19
0,45
0,89 1,79 0,08 0,17
0,0769
0,3997
22
VII
7,50
6,64
35,42
30,89 1,15 17,10 14,91
15,61
0,48
0,92 1,84 0,12 0,24
0,0952
0,4466
24
VIII
7,50
6,50
36,49
30,89 1,18 16,38 14,91
15,22
0,45
0,90 1,79 0,08 0,16
0,0763
0,3979
22
IX
7,66
6,61
37,01
30,89 1,20 16,82 14,91
15,34
0,47
0,90 1,80 0,12 0,24
0,0963
0,4492
24
X
7,60
6,60
36,33
30,89 1,18 17,09 14,91
15,73
0,47
0,93 1,85 0,11 0,21
0,0864
0,4246
23
XI
6,95
6,54
37,24
30,89 1,21 18,74 14,91
16,19
0,52
0,95 1,90 0,21 0,42
0,1575
0,5830
30
XII
7,70
6,15
35,71
30,89 1,16 16,07 14,91
14,92
0,45
0,88 1,76 0,08 0,16
0,0770
0,3999
22
Promedio
7,49
6,52
36,33
30,89 1,18 16,77 14,91
15,40
0,47
0,91 1,81 0,10 0,21
0,09
0,43
23,09
Tabla 12 Levantamiento de la sección transversal. Voladuras Experimentales. Tramo Yagrumal –GuaroFrenteOjo de Agua-Serones
Sección Ancho ,m Altura,m Sl ,m2 Sp,m2 Kse Pexc,m Proy.,m Llmedia,m a, m L, m λ,m
H ,m H , m ρ
I
6,75
6,00 32,34 30,89 1,05
15,18
14,91
14,28 0,42 0,84
1,68 0,04 0,08 0,0634
II
7,20
6,05 33,21 30,89 1,08
15,55
14,91
14,46 0,43 0,85
1,70 0,82 1,65 0,0756
III
6,94
6,10 33,00 30,89 1,07
15,41
14,91
14,47 0,43 0,85
1,70 0,82 1,65 0,0650
IV
6,75
6,15 33,36 30,89 1,08
15,90
14,91
14,57 0,44 0,86
1,71 0,83 1,66 0,0911
V
6,94
6,00 33,41 30,89 1,08
15,56
14,91
14,50 0,43 0,85
1,71 0,83 1,65 0,0730
VI
7,30
6,05 33,23 30,89 1,08
15,46
14,91
14,50 0,43 0,85
1,71 0,83 1,65 0,0662
VII
7,18
6,08 33,21 30,89 1,08
15,87
14,91
14,67 0,44 0,86
1,73 0,83 1,67 0,0817
VIII
6,91
5,99 32,08 30,89 1,04
15,19
14,91
14,27 0,42 0,84
1,68 0,81 1,62 0,0648
IX
7,24
6,14 32,51 30,89 1,05
15,50
14,91
14,45 0,43 0,85
1,70 0,82 1,64 0,0728
X
7,19
5,97 31,96 30,89 1,03
15,31
14,91
14,31 0,43 0,84
1,68 0,81 1,63 0,0696
XI
7,26
6,03 33,19 30,89 1,07
15,34
14,91
14,53 0,43 0,85
1,71 0,83 1,65 0,0559
XII
6,04 33,48 30,89 1,08
15,53
14,91
14,53 0,43 0,85
1,71 0,83 1,65 0,0683
Prom
7,09
6,05 32,92 30,89 1,07
15,48
14,91
14,46 0,43 0,85
1,70 0,76 1,52 0,0706
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
Tang Grados hcalc,m
0,3618
20
0,10
0,3961
22
0,15
0,3663
20
0,14
0,4365
24
0,16
0,3889
21
0,16
0,3699
20
0,15
0,4124
22
0,15
0,3657
20
0,08
0,3883
21
0,10
0,3794
21
0,07
0,3392
19
0,15
0,3760
21
0,17
0,3817
21
0,13
46
�Tesis Doctoral
Tabla 13 Levantamiento de la sección transversal. Voladuras de producción .Tramo: Yagrumal-Guaro. Frente: Ojo de Agua-Yagrumal.
Sección Ancho ,m Altura,m Sl ,m2 Sp,m2 Kse Pécs,m Pproy.,m Llmedia,m a, m l, m λ,m H ,m H , m ρ
tang
Grados Hcalc,m
I
6,85
6,35 36,05 30,89 1,17 16,60
14,91
15,31 0,46 0,90 1,80 0,10 0,20 0,084 0,419
23
0,31
II
7,45
6,30 35,96 30,89 1,16 23,54
14,91
18,12 0,65 1,07 2,13 0,38 0,76 0,299 0,830
40
0,22
III
7,05
6,20 36,08 30,89 1,17 16,95
14,91
15,29 0,47 0,90 1,80 0,14 0,28 0,109 0,479
26
0,31
IV
7,00
6,28 36,34 30,89 1,18 16,68
14,91
15,26 0,46 0,90 1,80 0,12 0,23 0,093 0,441
24
0,33
V
7,52
6,28 37,16 30,89 1,20 17,62
14,91
15,49 0,49 0,91 1,82 0,18 0,36 0,137 0,541
28
0,36
VI
6,85
6,20 35,45 30,89 1,15 17,92
14,91
15,65 0,50 0,92 1,84 0,19 0,38 0,145 0,558
29
0,25
VII
7,40
6,25 36,71 30,89 1,19 17,55
14,91
15,42 0,49 0,91 1,81 0,18 0,36 0,138 0,543
28
0,33
VIII
7,47
6,25 36,90 30,89 1,19 17,52
14,91
15,44 0,49 0,91 1,82 0,17 0,35 0,134 0,536
28
0,34
IX
7,37
6,25 36,91 30,89 1,19 17,62
14,91
15,49 0,49 0,91 1,82 0,18 0,36 0,138 0,543
29
0,34
X
7,41
6,25 36,79 30,89 1,19 17,51
14,91
15,42 0,49 0,91 1,81 0,18 0,35 0,135 0,537
28
0,34
XI
7,37
6,25 36,93 30,89 1,20 17,67
14,91
15,48 0,49 0,91 1,82 0,18 0,37 0,141 0,550
29
0,34
XII
7,40
6,25 36,71 30,89 1,19 17,55
14,91
15,42 0,49 0,91 1,81 0,18 0,36 0,138 0,543
28
0,33
Promedio
7,26
6,26 36,50 30,89 1,18 17,89
14,91
15,65 0,50 0,92 1,84 0,18 0,36 0,141
0,54
28
0,32
Tabla 14 Levantamiento de la sección transversal. Voladuras Experimentales. Tramo Yagrumal –GuaroFrenteOjo de Agua-Yagrumal
Sección Ancho ,m Altura,m Sl ,m2 Sp,m2 Kse
Pexc,m Proy.,m Llmedia,m a, m L, m λ,m
H ,m H , m ρ
I
6,80
6,10 32,57 30,89 1,05 15,37
14,91
14,37 0,43 0,85
1,69 0,06 0,12 0,069
II
5,05
6,10 31,56 30,89 1,02 17,58
14,91
15,83 0,88 1,76
3,52 1,70 3,41 0,111
III
4,80
6,00 31,74 30,89 1,03 17,76
14,91
15,71 0,89 1,75
3,49 1,69 3,38 0,131
IV
4,75
6,30 32,00 30,89 1,04 17,92
14,91
15,75 0,90 1,75
3,50 1,69 3,38 0,138
V
5,20
6,00 31,84 30,89 1,03 17,63
14,91
15,90 0,88 1,77
3,53 1,71 3,42 0,109
VI
5,35
6,05 32,27 30,89 1,04 17,74
14,91
15,82 0,89 1,76
3,51 1,70 3,40 0,122
VII
5,10
6,25 33,29 30,89 1,08 18,17
14,91
16,07 0,91 1,79
3,57 1,73 3,45 0,131
VIII
5,05
6,25 31,93 30,89 1,03 18,11
14,91
15,98 0,91 1,78
3,55 1,72 3,43 0,133
IX
5,35
6,20 32,36 30,89 1,05 17,93
14,91
15,94 0,90 1,77
3,54 1,71 3,43 0,125
X
4,85
6,10 31,72 30,89 1,03 17,87
14,91
15,82 0,89 1,76
3,54 1,70 3,40 0,130
XI
4,95
6,35 32,05 30,89 1,04 17,90
14,91
15,93 0,89 1,77
3,54 1,71 3,43 0,123
XII
4,90
6,15 32,46 30,89 1,05 18,01
14,91
15,87 0,90 1,76
3,53 1,70 3,41 0,135
Prom
5,18
6,15 32,15 30,89 1,04 17,67
14,91
15,75 0,85 1,69
3,38 1,57 3,14 0,121
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
Tang Grados hcalc,m
0,378
21
0,11
0,483
26
0,04
0,527
28
0,05
0,544
29
0,06
0,478
26
0,05
0,508
27
0,08
0,528
28
0,13
0,533
28
0,06
0,515
27
0,08
0,526
28
0,05
0,512
27
0,06
0,537
28
0,09
0,506
27
0,07
47
�Tesis Doctoral
IV.5.1 Planificación de las voladuras experimentales.
Introducción.
En el marco teórico de esta tesis se ha expuesto el basamento experimental que ha
caracterizado a la ciencia de la fragmentación de rocas, su desarrollo actual se orienta a
sostener esta tendencia, por lo cual fue preciso emprender acciones en esta dirección no
solo con el objetivo único de validar el modelo teórico que se expone, sino como una
herramienta fundamental para enriquecer el propio modelo teórico.
El fundamento científico del diseño y de la planificación experimental es la teoría
matemática del experimento tratada por diversos autores de las ciencias mineras
Mindely (1974), Mitrofanov et al (1982),Gusiev y Sheremiet (2005), Porotov (2006)
y de las ciencias matemáticas, Blaisdell,(1993); Guerra Bustillo
et al (2003)
y
Skobelina ,Liubek y Katisheva (2005).
El diseño y la planificación experimental que se exponen en la tesis se fundamentan en
los principios que exponen estos autores y los principios surgidos en el proceso mismo
de los experimentos realizados que se adecuan a las particularidades de las voladuras
experimentales en el laboreo de excavaciones subterráneas.
Los experimentos se realizaron con los objetivos siguientes:
•
Confirmar la validez de los cálculos de las cargas con espacio anular de aire
en la voladura de contorno y conjuntamente con ello establecer la relación
adecuada del índice de aproximación de las cargas como parámetro
fundamental de este método de voladura en las condiciones de investigación.
•
Corroborar el modelo teórico de calculo de los parámetros de los cueles de
cuña y recto, este último en sus dos versiones con uno o dos taladros de
compensación.
•
Precisar el cálculo de la línea de menor resistencia como parámetro clave de
los barrenos de arranque.
IV.5.1.1 Diseño de los experimentos.
Para el cumplimiento de los tres principios fundamentales del diseño de la
experimentación (repetición, aleatoriedad y control local) (Guerra Bustillo et al ,2003)
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
48
�Tesis Doctoral
se replicó al menos una vez los experimentos con el objetivo de realizar una correcta
evaluación de la varianza.
Para lograr voladuras aleatorias las mismas se realizaron en los siguientes frentes: Ojo
de Agua – Yagrumal, Ojo de Agua – Serones, Serones – Ojo de Agua y Guaro-Serones.
La valoración de la información planteada por los autores más arriba señalados permitió
seleccionar el método más adecuado de diseño, dentro del propio método estadístico que
consistió en la experimentación factorial.
Se planificaron, diseñaron y realizaron voladuras experimentales para el conjunto de
barrenos (cuele y ayudantes de cuele, arranque y contorno), y especialmente los cueles
en cuña y cueles rectos cilíndricos con uno y dos taladros de compensación.
IV.5.2 Metodología para el diseño y planificación de los experimentos.
La metodología para el diseño y la planificación de las voladuras experimentales de
cada grupo del conjunto de barrenos es la siguiente:
IV.5.2.1 Diseño de los experimentos en los barrenos de cuele.
Cuele cilíndrico con un taladro de compensación.
El experimento se planifica para validar la distancia racional entre los centros del
barreno cargado y el taladro vacío B con un coeficiente de llenado del mismo kll que
permita el máximo aprovechamiento del barreno.
Es por ello que la función de respuesta es el aprovechamiento de los barrenos η y
reformula una tarea de optimización.
Los dos factores de los que depende la función de respuesta son:
X1- distancia entre el barreno y el taladro de compensación, B en m
X2 – coeficiente de llenado del barreno, kll.
La zona de definición de los factores
El factor X1 tiene dos niveles de variación: , X 1i , X 1s
Nivel principal: se establece a partir del valor teórico de este parámetro que se determina
según el modelo matemático de cálculo en este caso se determina por la expresión
(127).
Para el gabro presente en el tramo Yagrumal –Guaro: Rtrit = 124 mm
Por lo que B=175 mm.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
49
�Tesis Doctoral
El intervalo de variación de este factor es ΔX 1 =
d barreno
= 21 mm
2
Nivel Superior: X 1s = X 10 + ΔX 1 = 175 + 21 ≈ 195 mm
Nivel Inferior : X 1i = X 10 − ΔX 1 = 175 − 21 ≈ 155 mm.
El factor X2 tiene también dos niveles de variación: X 2s , X 2i
Por la particularidad de este factor fue establecido a partir del criterio del resultado de
una voladura normal con los siguientes valores:
Nivel principal: X 20 = 0,85 ; Nivel superior: X 2s = 0,90 ;Nivel inferior: X 2i = 0,80
La cantidad de ensayos o pruebas se determinó por la expresión (Mitrofanov et al,1974;
Mindely,1974; Blaisdell (1993); Gusiev y Sheremiet (2005) y Porotov (2006):
N = nP k
(169)
Donde: N- es la cantidad de ensayos o pruebas
n – es la cantidad de réplicas
P – es la cantidad de niveles de variación
K – es la cantidad de factores
Para esta planificación se obtiene: N=8
En las tablas 15 y 16 se muestra la matriz de planificación y codificación de los
experimentos del cuele cilíndrico con un taladro de compensación.
Cuele cilíndrico con dos taladros de compensación.
El experimento se planifica para validar la distancia racional entre los centros del
barreno cargado y el taladro vacío B y la distancia entre los centros de los taladros de
compensación htaladro a partir de un coeficiente de llenado del barreno kll que permita el
máximo aprovechamiento del mismo.
Es por ello que la función de respuesta es el aprovechamiento de los barrenos η y
plantea la tarea de optimización de maximizar este indicador.
Los tres factores de los que depende la función de respuesta son:
X1- distancia entre el barreno y el taladro de compensación, B en mm
X2 – coeficiente de llenado del barreno, kll.
X3 - distancia entre los centros de los taladros de compensación, htaladro, mm
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
50
�Tesis Doctoral
Matriz de planificación y codificación de los experimentos
Diseño de la experimentación del cuele recto con un taladro de compensación
Tabla 15 Descripción de los factores y sus intervalos de variación.
Factor
Denominación
Unidad de Nivel
medida
principal
Intervalo Nivel
de
Superior
variación (+1)
Distancia entre X1
mm
175
21
el barrenos y el
taladro , B
Coeficiente
de X2
_
0,90
0,05
carga
del
barreno, kll
Tabla 16 Niveles de los factores e intervalos de variación.
Niveles de factores y número de ensayos
X1
X2
Nivel principal Xi = 0
Intervalo de variación ΔX
Nivel superior (Xi =+1)
Nivel inferior (Xi =-1)
Nº del ensayo
1
2
3
4
5
6
7
8
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
175
21
195
155
0,85
0,05
0,90
0,80
-1
-1
+1
+1
-1
-1
+1
+1
-1
+1
-1
+1
-1
+1
-1
+1
Nivel
Inferior
(-1)
195
154
0,95
0,85
51
�Tesis Doctoral
La zona de definición de los factores
El factor X1 tiene dos niveles de variación: , X 1i , X 1s
Nivel principal: se establece a partir del valor teórico de este parámetro que se determina
según el modelo matemático de cálculo en este caso se determina por la expresión
(127).
Para las calizas masivas del tramo Yagrumal –Guaro, frente Ojo de Agua-Yagrumal:
Rtrit = 177 mm y entonces B=228 mm
El intervalo de variación de este factor es ΔX 1 =
d barreno
= 21 mm
2
Nivel Superior: X 1s = X 10 + ΔX 1 = 228 + 21 ≈ 250 mm
Nivel Inferior: X 1i = X 10 − ΔX 1 = 228 − 21 ≈ 205 mm.
El factor X2 tiene también dos niveles de variación: X 2s , X 2i
Por la particularidad de este factor fue establecido a partir del criterio del resultado de
una voladura normal con los siguientes valores:
Nivel principal: X 20 = 0,85 ;Nivel superior: X 2s = 0,90 ;Nivel inferior: X 2i = 0,80
El factor X3 tiene también dos niveles de variación: X 3s , X 3i
Por la particularidad de este factor fue establecido a partir del criterio la rotura del
tabique central entre los taladros de compensación con los siguientes valores:
Nivel principal: X 30 = 145 ;Nivel superior: X 3s = 165 ;Nivel inferior: X 3i = 125
La cantidad de ensayos o pruebas será: N = 2.3 2 = 16
En la tablas 17 y 18 se muestra la matriz de planificación del experimento del cuele
recto con dos taladro de compensación.
IV.5.2.2 Diseño de las voladuras experimentales de los barrenos de contorno.
El experimento se planifica para validar la distancia racional entre los centros de los
barrenos de contorno acontorno, para lo cual se concibe la carga de los barrenos de
contorno como una carga con espacio anular de aire, con un coeficiente de llenado del
mismo kll que permita obtener la sobreexcavación y rugosidad permisibles y alcanzar la
condición de estabilidad del contorno por desprendimiento de pedazos.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
52
�Tesis Doctoral
Diseño de los experimentos del cuele recto con dos taladros de compensación.
Tabla 17 Descripción de los factores y sus intervalos de variación.
Factor
Denominación Unidad Nivel
de
principal
medida
Distancia entre el X1
mm. 175
barreno y el taladro de
compensación , B
Coeficiente de llenado X2
0,85
del barreno ,kll
Distancia entre los X3
mm. 145
taladros
de
compensación , htaladro
Tabla 18 Niveles de los factores e intervalos de variación.
X1
X2
Nivel principal Xi = 0
Intervalo de variación ΔX
Nivel superior (Xi =+1)
Nivel inferior (Xi =-1)
Nº del ensayo
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
175
20
195
155
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
0,85
0,05
0,90
0,80
+
+
+
+
+
+
+
Intervalo
de
variación
20
Nivel
superior
(+)
195
Nivel
Inferior
(-)
155
0,05
0,90
0,80
20
165
125
X3
145
20
165
125
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
53
�Tesis Doctoral
Es por ello que la función de respuesta es la sobreexcavación μ
Los dos factores de los que depende la función son:
X1- distancia entre barrenos, acontorno.
X2 – coeficiente de aproximación de las cargas
La zona de definición de los factores
El factor X1 tiene dos niveles de variación: X 1s , X 1i
Diseño de los experimentos del cuele recto con dos taladros de compensación.
Nivel principal: se establece a partir del valor teórico de este parámetro que se determina
según el modelo matemático de cálculo en este caso se determina por la expresión
(145).
Para los gabros del tramo Yagrumal –Guaro, frente Ojo de Agua –Serones este valor es
X 10 = 620 mm
El intervalo de variación de este factor es ΔX 1 = d c arg a = 32 mm
Nivel Superior: X 1s = X 10 + ΔX 1 = 620 + 32 ≈ 650 mm
Nivel superior: X 1i = X 10 − ΔX 1 = 620 − 32 ≈ 590 mm.
El factor X2 tiene también dos niveles de variación: X 21 , X 2−1
Por la particularidad de este factor fue establecido a partir de valores de la práctica de las
voladuras de contorno con los siguientes valores:
Nivel principal: X 20 = 1,0 ;Nivel superior: X 2s = 1,2 ;Nivel inferior: X 2i = 0,80
Y la cantidad de ensayos o pruebas es N = 2.2 2 = 8 .
En las tablas 19 y 20 se ofrece la matriz de planificación y codificación de los
experimentos en los barrenos de contorno.
IV.5.2.3 Diseño de las voladuras experimentales de los barrenos de arranque
El experimento se planifica para validar la distancia racional entre el centro del barreno
de arranque y la superficie libre creada por los barrenos de cuele W0 , se utiliza carga
compacta en estos barrenos, con un coeficiente de llenado del mismo kll que permita
obtener el cráter de lanzamiento normal (n = 1) .
Es por ello que la función de respuesta es el coeficiente de aprovechamiento de los
barrenos.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
54
�Tesis Doctoral
Diseño de los experimentos de los barrenos de contorno.
Tabla 19 Descripción de los factores y sus intervalos de variación.
Factor
Código
Unidad
de
medida
mm.
Nivel
principal
Intervalo
de
variación
32
Distancia
entre
los X1
620
centros de los barrenos
de contorno , a contorno
Coeficiente
de X2
--1
0,2
aproximación de las
cargas
mcontorno
Tabla 20 Matriz de planificación y codificación de los ensayos.
X1
X2
Nivel principal Xi = 0
Intervalo de variación ΔX
Nivel superior (Xi =+1)
Nivel inferior (Xi =-1)
Nº del ensayo
1
2
3
4
5
6
7
8
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
620
32
650
590
Nivel
superior
(+)
650
Nivel
inferior
(-)
590
1,2
0,8
1
0,2
0,80
1,20
-1
-1
+1
+1
-1
-1
+1
+1
-1
+1
-1
+1
-1
+1
-1
+1
55
�Tesis Doctoral
Los dos factores de los que depende la función son:
El factor X1 tiene dos niveles de variación: X 1s , X 1i
Nivel principal: se establece a partir del valor teórico de este parámetro que se determina
según el modelo matemático de cálculo en este caso se determina por las expresiones
(116) y (147).
X1- línea de menor resistencia de los barrenos de arranque, Wo
X2 – coeficiente de llenado del barreno, k llenado
La zona de definición de los factores:
Para los gabros este valor es X 10 = 950 mm
El intervalo de variación de este factor es ΔX 1 = 2d barreno = 80 mm
Nivel Superior: X 1s = X 10 + ΔX 1 = 950 + 80 = 1030 mm
Nivel superior: X 1i = X 10 − ΔX 1 = 950 − 80 = 870 mm.
El factor X2 tiene también dos niveles de variación: X 2s , X 2i
Por la particularidad de este factor fue establecido a priori con los siguientes valores:
Nivel principal: X 20 = 0,85 ;Nivel superior: X 2s = 0,90 ;Nivel inferior: X 2i = 0,80 .
Para lo que la cantidad de ensayos o pruebas es: N = 2.2 2 = 8
En las tablas 21 y 22 se muestra la matriz de planificación de las voladuras
experimentales realizadas en los barrenos de arranque.
Las matrices de planificación y codificación de los restantes experimentos aparecen en
el anexo
IV.5.3 Análisis estadístico de los resultados de las voladuras experimentales.
Los resultados de los principales indicadores de las voladuras experimentales realizadas
en los tramos de túneles Ojo de Agua-Serones y Ojo de Agua –Yagrumal del trasvase
Este-Oeste fueron tabulados y se presentan en las tablas 23 y 24.
Los resultados de estos cálculos para todas las voladuras experimentales realizadas en
las restantes excavaciones en investigación en las minas y trasvases restantes se
muestran en las tablas 1, 2, 3,4 y 5 del ANEXO 11.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
56
�Tesis Doctoral
Tabla 21 Matriz de planificación y codificación de los experimentos de los barrenos de
arranque con cargas compactas.
Factor
Código
Unidad Nivel
de
principal
medida
mm
950
Intervalo Nivel
de
superior
variación (+)
80
1030
Línea
de
menor X1
resistencia
de
los
barrenos de arranque,
Warr
Coeficiente de llenado X2
--0,85
0,05
del barreno k ll
Tabla 22 Matriz de planificación y codificación de los ensayos.
X1
X2
Nivel principal Xi = 0
Intervalo de variación ΔX
Nivel superior (Xi =+1)
Nivel inferior (Xi =-1)
Nº del ensayo
1
2
3
4
5
6
7
8
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
950
80
1030
870
0,90
Nivel
inferior
(-)
870
0.80
0,85
0,05
0,90
0,80
-1
-1
+1
+1
-1
-1
+1
+1
-1
+1
-1
+1
-1
+1
-1
+1
57
�Tesis Doctoral
Tabla 23 Principales indicadores de las voladuras experimentales
Trasvase
Este-Oeste.
Nº Parámetros Principales
1 Avance del frente
Longitud de los barrenos
Cantidad Total de Barrenos
De cuele
Ayudantes de cuele
De cuele vacío (taladro de 102mm de Ø)
De arranque
De contorno
De piso
Carga barrenos de cuele
Carga barrenos ayudantes de cuele
Carga barrenos de arranque
Carga barrenos de contorno
Carga barrenos de piso
2 Extensión del montón de rocas
3 Gasto de SE
Gasto específco volumétrico de SE
4 Volumen de roca arrancada in situ
5 Coefic. Aprovechamiento de los barrenos
6 Area de laboreo de la excavación
Area de proyecto de la excavación
7 Coeficiente de sobreexcavación
8 Metraje de barrenación
Metraje específico de barrenación
9 Gasto de detonadores
Gasto específco de detonadores
Símbolo UM
La
m
Lb
m
Nb
Unid
Nc
Unid
Nac
Unid
Ncv
Unid
Na
Unid
Ncont
Unid
Np
Unid
Qbc
Kg
Qbac
Kg
Qba
Kg
Qbco
Kg
Qbp
Kg
Lm
m
Qse
Kg
Qvse
Kg/m3
Vr
m3
CAB
%
Sl
m2
Sp
m2
Ks
Mba
m
Mbev
m/m3
Qdet
Unid
Qdetl
Unid/m
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
1
2,80
3,35
67
6
9
2
20
21
9
3
3
2,5
1,5
3
9
153,5
1,68
54,82
91,20
0,84
32,57
30,89
1,05
224,5
80,16
2,46
Tramo :Yagrumal –Guaro
Voladuras Experimentales
2
3
4
5
2,70 2,75 2,85 2,84
3,35 3,35 3,35 3,35
67
67
68
68
6
6
6
6
9
9
9
9
2
2
2
2
20
20
20
20
21
21
22
22
9
9
9
9
3
3
3
3
3
3
3
3
2,5
2,5
3
3
1,5
1,5
2
2
3
3
3
3
6,4
7,5
10
8,2
153,5 153,5
176
176
1,80 1,76 1,93 1,95
56,85 55,82 61,75 61,97
85,21 87,29 91,21 90,42
0,81 0,82 0,85 0,85
31,56 31,74 32,00 31,84
30,89 30,89 30,89 30,89
1,02 1,03 1,04 1,03
224,5 224,5
228 227,8
83,13 81,62 79,93 80,21
2,63 2,57 2,50 2,52
Frente:Ojo de Agua -Yagrumal
6
2,73
3,35
68
6
9
2
20
22
9
3
3
3
2
3
9
176
2,00
64,47
88,10
0,81
32,27
30,89
1,04
227,8
83,44
2,59
7
2,83
3,35
66
6
9
2
20
20
9
4
3
3
2
3
8,4
178
1,89
62,90
94,20
0,84
33,29
30,89
1,08
221
78,13
2,35
8
2,87
3,35
66
6
9
2
20
20
9
4
3
3
2
3
9,2
178
1,94
62,02
91,63
0,86
31,93
30,89
1,03
221,1
77,04
2,41
9
10
11
2,90 2,89 2,91
3,35 3,35 3,35
66
68
68
6
6
6
9
9
9
2
2
2
20
20
20
20
22
22
9
9
9
4
4
4
3
3
3
3
3
3
2
2
2
3
3,5
3,5
9,4
9,7
9,5
178 186,0 186,5
1,90 2,03 2,00
61,38 64,5 64,09
93,85 91,6 93,26
0,87 0,86 0,87
32,36 31,7 32,05
30,89 30,8 30,89
1,05 1,03 1,04
221,1 227,8 227,8
76,24 78,82 78,28
2,36 2,49 2,44
12
2,9
3,35
68
6
9
2
20
22
9
4
3
3
2
3,5
10
186,5
2,01
64,31
92,94
0,87
32,05
30,89
1,04
227,8
78,55
2,45
58
�Tesis Doctoral
Tabla 24 Principales indicadores de las voladuras experimentales
Trasvase
Este-Oeste.
Nº
1
2
4
5
6
7
8
9
Tramo :Yagrumal –Guaro
Frente:Ojo de Agua –Serones
Voladuras Experimentales
Parámetros Principales
Símbolo UM
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Avance del frente
la
m
2,85 2,75 2,87 2,89 2,90
2,91
2,94
2,89
2,95
Longitud de los barrenos
lb
m
3,35 3,35 3,35 3,35 3,35
3,35
3,35
3,35
3,35
Cantidad Total de Barrenos
Nb
Unid
71
71
71
71
71
71
71
71
71
De cuele
Nc
Unid
6
6
6
6
6
6
6
6
6
Ayudantes de cuele
Nac
Unid
9
9
9
9
9
9
9
9
9
De cuele vacío (taladro de 102mm de Ø) Ncv
Unid
2
2
2
2
2
2
2
2
2
De arranque
Na
Unid
24
24
24
24
24
24
24
24
24
De contorno
Ncont
Unid
23
23
23
23
23
23
23
23
23
De piso
Np
Unid
7
7
7
7
7
7
7
7
7
Carga barrenos de cuele
Qbc
Kg
3
3
3
3
3
3
4
4
4
Carga barrenos ayudantes de cuele
Qbac
Kg
3
3
3
3
3
3
3
3
3
Carga barrenos de arranque
Qba
Kg
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
Carga barrenos de contorno
Qbco
Kg
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
Carga barrenos de piso
Qbp
Kg
3
3
3
3
3
3
3
3
3
Gasto de Sustancia Explosiva
Qse
Kg
9,0
6,4
7,5 10,0
8,2
9,0
8,4
9,2
9,4
Gasto específco de sustancia explosiva
Qvse
Kg/m3 160,5 160,5 160,5
161
161 160,5 166,5 166,5 166,5
Volumen de roca arrancada in situ
Vr
m3
1,74 1,76 1,69 1,66 1,66
1,66
1,71
1,80
1,74
Coefic. Aprovechamiento de los barrenos CAB
%
56,32 58,36 55,92 55,54 55,34 55,15 56,63 57,61 56,44
Area de laboreo de la excavación
Sl
m2
92,17 91,33 94,71 96,41 96,89 96,70 97,64 92,71 95,90
Area de proyecto de la excavación
Sp
m2
0,85 0,82 0,86 0,86 0,87
0,87
0,88
0,86
0,88
Coeficiente de sobreexcavación
Ks
32,34 33,21 33,00 33,36 33,41 33,23 33,21 32,08 32,51
Metraje de barrenación
Mb
m
30,89 30,89 30,89 30,89 30,89 30,89 30,89 30,89 30,89
Metraje específico de barrenación
Mbe
m/m3
1,05 1,08 1,07 1,08 1,08
1,08
1,08
1,04
1,05
Gasto de detonadores
Qdet
Unid
237,9 237,9 237,9
238
238 237,85 237,85 237,85 237,85
Gasto específco de detonadores
Qdete
Unid/m 83,46 86,49 82,87 82,30 82,02 81,74 80,90 82,30 80,63
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
10
2,96
3,35
71
6
9
2
24
23
7
4
3
2,5
1,5
3
9,7
166,5
1,76
56,25
94,60
0,88
31,96
30,89
1,03
237,9
80,35
11
12
2,94
2,95
3,35
3,35
71
71
6
6
9
9
2
2
24
24
23
23
7
7
4
4
3
3
2,5
2,5
1,5
1,5
3
3
9,5
10,0
166,5 166,5
1,71
1,69
56,63 56,44
97,58 98,77
0,88
0,88
33,19 33,48
30,89 30,89
1,07
1,08
237,9 237,85
80,90 80,63
59
�Tesis Doctoral
La representación gráfica de los histogramas que muestran el comportamiento de los
principales indicadores de las voladuras experimentales se muestra en las figuras 1, 2, 3,
4,5 y 6 del ANEXO 12.
En las figuras 31 y 32 se muestran los registros fotográficos del contorneado obtenido
con voladuras experimentales en brechas de calizas y brechas de gabro respectivamente
en los frentes Ojo de Agua-Yagrumal y Ojo de Agua –Serones. Y en las figuras 1,2 y 3
del ANEXO 13 el registro del contorneado obtenido en las voladuras experimentales en
los emboquilles de los frentes Serones-Ojo de Agua y Serones-Guaro en brechas de
gabro y Manacal-Castellanos en serpentinitas pardo verdosas.
En la figura 33 se expone el plano del pasaporte de las voladuras experimentales
realizadas en el frente Ojo de Agua-Serones y en el ANEXO 14 en las figuras 1,2,3 y 4
los demás planos de los pasaportes de las voladuras experimentales en las minas y
trasvases en investigación.
IV.5.3.1 Modelo matemático de la ecuación de enlace
Se plantea la condición de obtener un modelo lineal de la ecuación de enlace
multidimensional o función de respuesta. . (Porotov, 2006).
La función desconocida de respuesta se representa como un polinomio de primer grado
de la forma: y = bo + b1 x1 + b2 x 2 + .......... + b j x j
(170)
Esta ecuación para los problemas que se resuelven en cada conjunto de barrenos
adquiere la forma específica siguiente:
En el cuele recto con un barreno de compensación: η = bo + b1 B + b2 k ll
(171)
En el cuele recto con dos taladros de compensación: η = bo + b1 htaladro + b2 k ll
(172)
En los barrenos de contorno: μ = b0 + b1 a cont + b2 mcont
(173)
En los barrenos de arranque: n = bo + b1Warr + b2 k ll
(174)
La determinación de los coeficientes se realiza por las ecuaciones:
N
bi =
∑y a
i =1
N
∑a
i =1
donde:
N-
i
ij
(175)
2
ij
es
la
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
cantidad
de
experimentos
60
�Tesis Doctoral
Figura 31 Registro fotográfico del contorneado obtenido con voladuras experimentales en brechas de calizas.
Frente:Ojo de Agua-Yagrumal.Túnel Yagrumal-Guaro.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
61
�Tesis Doctoral
Figura 32 Registro fotográfico del contorneado obtenido con voladuras experimentales en brechas de gabro.
Frente:Ojo de Agua-Serones.Túnel Yagrumal-Guaro.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
62
�Tesis Doctoral
yi – valor de la función objetivo
aji – valor del nivel del factor j en el experimento i; j = 0, 1,2,….., k.
Para el término libre boj = 0 y entonces:
N
bo =
∑y
i
i =0
(176)
N
En las tablas 25, 26,27 y 28 aparecen los resultados de los experimentos para cada
grupo del conjunto de barrenos, el tratamiento estadístico para obtener la ecuación de
regresión y la propia ecuación de regresión. En las figuras 30a, 30b, 30c y 30d se
muestran respectivamente los campos y las curvas de correlación entre la variable
objetivo y cada uno de los factores del cuele recto con dos taladros de compensación, el
cuele recto con un taladro de compensación, los barrenos de arranque y de contorno.
Para verificar la adecuación del modelo asumido se utiliza el criterio de Fisher (F)
(Mindely, 1975 y Gusiev y Sheremiet, 2005)) que se determina por la expresión:
F=
Sad2
S(2y )
(177)
donde: Sad2 - es la dispersión de la adecuación
N
S ad2 =
N
∑ Δq
i =1
(178)
f
∑ Δq
2
i
i =1
2
i
(179)
= Δq12 + Δq22 + .......... + ΔqN2 ;
donde:
N
∑ Δq - es la suma residual de cuadrados
i =1
2
i
(180)
Δqi2 = (qi − qˆï );
donde: qi - son los valores experimentales de la función de respuesta;
qˆï
- son los valores de cálculo de la función de respuesta según las
ecuaciones (171-174).
f
S(2y )
- es el número de grados de libertad para Sad2
-
es
la
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
dispersión
de
la
reproducibilidad;
63
�Tesis Doctoral
Tabla 25 Resultados del experimento y correlación
Diseño de la experimentación del cuele recto con dos taladros de compensación
Matriz de planificación y resultados de los experimentos
Factor
Parámetro de optimización
X1
Nivel principal Xi=0
Intervalo de variación ,ΔX
Nivel superior Xi = +1
Nivel inferior Xi = - 1
Nº del ensayo
1
2
3
4
5
6
7
8
X2
X3
0,175
0,02
0,195
0,155
0,85
0,05
0,90
0,80
0,145
0,02
0,165
0,125
-1
-1
1
1
-1
-1
1
1
-1
1
-1
1
-1
1
-1
1
-1
1
-1
1
-1
1
-1
1
Denominación
Y111
Y121
Y211
Y222
Y111
Y122
Y211
Y222
Valor
0,84
0,81
0,82
0,85
0,85
0,81
0,84
0,86
Ecuación de respuesta
y = 0,8350 + 0,0075B − 0,0025K ll − 0,0025htal
Litología :Caliza masivaFrente:Ojo de Agua-Yagrumal
Tabla 26 Resultados de los experimentos y correlación.
Diseño de la experimentación del cuele recto con un taladro de compensación
Matriz de planificación y resultados de los experimentos
Factor
Parámetro de optimización
X1
X2
Denominación
Valor
Nivel principal Xi=0
0,175
0,85
Intervalo de variación ,ΔX
0,02
0,05
Nivel superior Xi = +1
0,195
0,90
Nivel inferior Xi = - 1
0,155
0,80
Nº del ensayo
1
-1
-1
Y11
0,85
2
-1
1
Y12
0,82
3
1
-1
Y21
0,86
4
1
1
Y22
0,86
5
-1
-1
Y11
0,87
6
-1
1
Y12
0,87
7
1
-1
Y21
0,88
8
1
1
Y22
0,86
Ecuación de respuesta
y = 0,8588 + 0,00635B − 0,00125K ll
Litología :Gabro
Frente:Ojo de Agua –Serones.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
64
�Tesis Doctoral
Tabla 27.Resultados de los experimentos y correlación en la experimentación de los
barrenos de arranque.
Diseño de la experimentación de los barrenos de arranque
Matriz de planificación y resultados de los experimentos
Factor
X1
X2
Nivel principal Xi=0
0,950
Intervalo de variación ,ΔX
0,08
Nivel superior Xi = +1
1,030
Nivel inferior Xi = - 1
0,870
Nº del ensayo
1
-1
2
-1
3
1
4
1
5
-1
6
-1
7
1
8
1
1,00
0,2
1,20
0,80
-1
1
-1
1
-1
1
-1
1
Parámetro de optimización
Denominación
Valor
Y11
Y12
Y21
Y22
Y11
Y12
Y21
Y22
0,85
0,82
0,86
0,86
0,87
0,87
0,88
0,86
Ecuación de respuesta
y = 0,8588 + 0,00625Warr − 0,00625marr
Litología :Gabro
Frente:Ojo de Agua –Serones.
Tabla 28 Resultados de los experimentos y correlación de los barrenos de contorno.
Diseño de la experimentación de los barrenos de contorno
Matriz de planificación y resultados de los experimentos
Factor
X1
X2
Nivel principal Xi=0
0,620
Intervalo de variación ,ΔX
0,030
Nivel superior Xi = +1
0,650
Nivel inferior Xi = - 1
0,590
Nº del ensayo
1
-1
2
-1
3
1
4
1
5
-1
6
-1
7
1
8
1
1,00
0,20
1,20
0,80
-1
1
-1
1
-1
1
-1
1
Parámetro de optimización
Denominación
Valor
Y11
Y12
Y21
Y22
Y11
Y12
Y21
Y22
1,05
1,02
1,03
1,04
1,03
1,04
1,08
1,03
Ecuación de respuesta
y = 1,04 + 0,0050a cont − 0,0075marr Litología :Gabro.
Frente:Ojo de Agua –Yagrumal.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
65
�Tesis Doctoral
Experimentos cuele recto con dos taladros de compensación
Correlación entre el aprovechamiento y el coeficiente de llenado del barreno
Aprovechamiento de los barrenos = -0,1882+2,4513*x-1,4583*x^2
Experimentos en cuele recto con dos taladros de compensación
Correlación entre aprovechamiento de los barrenos y distancia entre el barreno y el taladro de compensación
0,845
Aprovechamiento de los barrenos = 0,5666+3,2023*x-9,2938*x^2
0,845
0,844
Aprovechamiento de los barrenos
0,844
Aprovechamiento de los barrenos
0,843
0,842
0,841
0,840
0,839
0,838
0,843
0,842
0,841
0,840
0,839
0,838
0,837
0,837
0,836
0,836
0,835
0,150
0,835
0,78
0,155
0,160
0,165
0,170
0,175
0,180
0,185
0,190
0,195
0,80
0,82
0,84
0,86
0,88
0,90
0,92
Coeficiente de llenado del barreno,Kll
0,200
Distancia entre el barreno y el taladro de compensación B,m
Gráfico
1
Gráfico 2
Experimentos en cuele con dos taladros de compensación.
Correlación entre el aprovechamiento de los barrenos y la distancia entre los taladros de
compensación
Aprov echamiento de los barrenos = 0,65+2,7248*x-9,6445*x^2
Aprovechamiento de los
barrenos
0,845
0,844
0,843
0,842
0,841
0,840
0,839
0,838
0,837
0,836
0,835
0,120
0,125
0,130
0,135
0,140
0,145
0,150
0,155
0,160
0,165
0,170
Distancia entre los taladros de compensación htaladro,m
Gráfico 3
Figura 34a. Campos y curvas de correlación de los experimentos en el cuele recto con dos taladros de compçensación.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
66
�Tesis Doctoral
0,861
0,860
Experimentos en cuele con un taladro de compensación.
Correlación entre el aprov echamiento del barreno y el coef iciente
de llenado.Túnel :Ojo de Agua-Serones.
Aprov echamiento de los barrenos = 1,1358-0,6321*x+0,3546*x^2
0,862
Aprovechamiento de los barrenos
Aprovechamiento de los barrenos
Experimentos en cuele recto con un taladro de compensación
Correlación entre el aprov echamiento del barreno y la distancia entre
barreno y el taladro de compensación Túnel Ojo de Agua-Serones
0,862
0,859
0,858
0,857
0,856
0,855
0,854
0,853
0,150
0,160
0,155
0,170
0,165
0,180
0,175
0,190
0,185
0,200
0,195
Distancia entre el barreno y el taladro de compensación B,m
Gráfico 4
0,861
0,860
0,859
0,858
0,857
0,856
0,855
0,854
0,853
0,78
0,80
0,82
0,84
0,86
0,88
0,90
0,92
1
Coef iciente de llenado de los barrenos Kll
Gráfico 5
Figura 34.b. Campo y curvas de correlación de los experimentos en el cuele recto con un taladro de compensación.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
67
�Tesis Doctoral
Experimentos en barrenos de arranque con carga compacta.Correlación: Aprov echamiento de
los barrenos v s Coef iciente de aproximación de las cargas.Túnel Ojo de Agua-Serones
0,8598
0,8596
0,8596
0,8594
0,8594
Aprovechamiento de los barrenos
Aprovechamiento de los barrenos
Experimentos en barrenos de arranque con carga compacta .Correlación aprov echamiento de los
barrrenos v ersus Linea de menor resistencia.Túnel Ojo de Agua-Serones
0,8598
0,8592
0,8590
0,8588
0,8586
0,8584
0,8582
0,8580
0,8578
0,8576
0,84
C AB v s W a:
0,86
0,88
y = 0,86268261 - 0,00421760391*x
0,90
0,92
0,94
0,96
0,8590
0,8588
0,8586
0,8584
0,8582
0,8580
0,8578
0,98
1,00
1,02
Linea de menor resistencia de los barrenos de arranque,W a
Gráfico 1 Correlación linea de menor resistencia versus
aprovechamiento del barreno
0,8592
1,04
0,8576
0,75
Correlación C AB v s m arr y = 0,862730913 - 0,0041991018*x
0,80
0,85
0,90
0,95
1,00
1,05
1,10
1,15
1,20
1,25
Coef iciente de aproximación de las cargas,m arr
Gráfico 2 Correlación aprovechamiento de los barrenos versus
coeficiente de aproximación de las cargas.
Figura 34.c. Campo y curvas de correlación de los experimentos en los barrenos de arranque.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
68
�Tesis Doctoral
Experimentos en barrrenos de contorno con cargas desacopladas.
Correlación entre el coef iciente de sobreexcav ación y el coef iciente de aproximación de las
cargas de los barrenos de contorno m cont
1,044
Correlación: μ v s m arr :
r = -0,4120; y = 1,04506353 - 0,00859022556*x
1,042
Coeficiente de Sobreexcavación
Coeficiente de Sobreexcavación
1,042
1,040
1,038
1,036
1,034
1,032
0,75
Experimentos en barrrenos de contorno con cargas desacopladas.
Correlación entre el coef iciente de sobreexcav ación y el coef iciente de aproximación de las
cargas de los barrenos de contorno m cont
1,044
Correlación: μ v s m arr :
r = -0,4120; y = 1,04506353 - 0,00859022556*x
1,040
1,038
1,036
1,034
0,80
0,85
0,90
0,95
1,00
1,05
1,10
1,15
1,20
Coef iciente de aproximación de las cargas
Gráfico 1 Correlación coeficiente de sobreexcavación versus
distancia entre barrenos de contorno
1,25
1,032
0,75
0,80
0,85
0,90
0,95
1,00
1,05
1,10
1,15
1,20
1,25
Coef iciente de aproximación de las cargas
Gráfico 2.Correlación coeficiente de sobreexcavación versus
coeficiente de aproximación de las cargas.
Figura 34 d. Campo y curvas de correlación del experimento de los barrenos de contorno.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
69
�Tesis Doctoral
N
S
2
( y)
=
∑S
i =1
N
2
i
∑f
i =1
(181)
i
Si2
- es la dispersión del valor de la función de respuesta en el experimento i
Si2 = (qi − qm ) 2
(182)
fi - es el número de grados de libertad en la voladura experimental i
f i = ni − 1
(183)
ni - cantidad de ensayos paralelos en la voladura experimental i
Al aplicar el criterio de Fisher se comprobó la adecuación del modelo con probabilidad
de confianza correspondiente por lo que no se rechaza la hipótesis estadística.
IV.5.4 Evaluación de los impactos producidos por la investigación
Tecnológicos: el diseño más racional de la voladura de contorno a partir de los criterios
que se proponen permite alcanzar contornos más estables debido a la reducción de las
deformaciones producidas por la voladura, además de reducir la sobreexcavación y los
consumos de hormigón lanzado y lograr una mejor aplicación de esta tecnología. Se
reduce la operación de saneo o perfilado del contorno al obtener contornos más regulares
(con menos entrantes y salientes) y techos y lados menos fisurados y fracturados.
Económicos: la evaluación del impacto económico producido por la aplicación de los
nuevos criterios de diseño de las voladuras que se proponen, se realizó considerando los
criterios de Lijin et al (1973),Utkina (2003),Fedchenko et al (2004),Iseeva(2003) y de
Mossakovsky (2004a,2004b), los cuales permitieron elaborar el procedimiento para
evaluar el impacto económico (ver anexo) que se adecua más a las condiciones de
Cuba. Los cálculos se realizaron con el programa informático EvalImpacEco en Excel
sobre Windows XP (Sargentón ,2007d) y se muestran en el procedimiento de cálculo
(tablas 1, 2, 3,4 y 5 del ANEXO 14), en total el impacto significa un ahorro económico
anual de $2 189 885 pesos, la distribución del mismo por las minas y trasvases se
muestra en las tablas 29,30 y 31 y se representa gráficamente en las figuras 31 y 32.
Sociales: mayor seguridad de los trabajadores al disminuir la probabilidad de accidentes
por desprendimientos de pedazos de rocas del techo y los lados de las excavaciones y
mayores niveles de higiene y seguridad en los frentes de avance de las excavaciones.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
70
�Tesis Doctoral
Tabla 29 Ahorros por reducción de la sobreexcavación y de los costos de sostenimiento con hormigón lanzado y con bulones
Ahorros por reducción de:
Costo en el
sostenimiento
Nº Mina,Trasvase
sobreexcavación
sobregasto en el
Total por obras
Avance anual Efecto anual
con hormigón
bulonado
%
Pesos/m
%
Pesos/m
%
Pesos/m
%
Pesos/m
m
Pesos
1 Mercedita
3,84
6,46 0,00
0,00
0,00
0,00
3,84
6,46
1368
8834
2 Amores
0,24
0,50 0,00
0,00
0,00
0,00
0,24
0,50
228
113
3 El Cobre
3,89
9,34 0,00
0,00
0,00
0,00
3,89
9,34
576
5379
4 Caney- Gilbert
4,54
31,32 4,61
31,79
2,86
19,71
12,00
82,82
1656
137149
5 Ojo de Agua-Yagrumal
4,45
41,18 4,31
39,91
2,56
23,70
11,32
104,79
540
56589
6 Ojo de Agua-Serones
3,97
36,75 3,69
34,14
1,94
17,93
9,59
88,82
720
63948
7 Esperanza-En medio
4,19
38,79 4,33
40,11
2,58
23,91
11,10
102,81
468
48116
8 Túnel de Toma
10,45
71,76 8,71
59,81
6,96
47,79
26,11
179,36
708
126984
Total
35,57
236,09 25,64
205,76 16,89
133,04
78,10
574,89
6264
447112
Tabla 30 Ahorros por incremento de avance.
Nº
Mina,Trasvase
1
2
3
4
5
6
7
8
Mercedita
Amores
El Cobre
Caney- Gilbert
Ojo de Agua-Yagrumal
Ojo de Agua-Serones
Esperanza-En medio
Túnel de Toma
Total
Ahorro por
Incremento de avance,m Efecto anual
por ciclo
Anual
Pesos
0,27
154
25951
0,20
113
29286
0,18
101
24294
1,05
603
416409
0,50
286
264466
0,54
309
286245
0,91
524
359768
0,85
490
336355
4,48
2580
1742773
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
71
�Tesis Doctoral
Tabla 31. Ahorros por reducción de la sobreexcavación , de los costos de sostenimiento y por el incremento del avance.
Nº
Mina,Trasvase
1
2
3
4
5
6
7
8
Mercedita
Amores
El Cobre
Caney- Gilbert
Ojo de Agua-Yagrumal
Ojo de Agua-Serones
Esperanza-En medio
Túnel de Toma
Total
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
Ahorro que se produce por la aplicación de los resultados de la investigación, pesos
Por reducción de
Sobregasto en
Sobreexcavación
Por incremento de avance
Hormigón lanzado
Bulonado
8834
0,00
0,00
25951
113
0,00
0,00
29286
5379
0,00
0,00
24294
51860
52643
32647
416409
22239
21550
12800
264466
26457
24579
12912
286245
18154
18773
11189
359768
50805
42345
33833
336355
183 841
159 890
103 380
1 742 773
Total
34785
29400
29672
553558
321054
350193
407884
463339
2 189 885
72
�Tesis Doctoral
Efecto económico por reducción de la sobreexcavación y de costos en el sostenimiento
160000
140000
Efecto económico,Pesos
120000
100000
80000
60000
40000
20000
0
Mercedita
Amores
El Cobre
Caney- Gilbert
Ojo de AguaYagrumal
Ojo de AguaSerones
Esperanza-En
medio
Túnel de Toma
Minas y trasvases
Figura 35 Ahorro anual por reducción de la sobre excavación y de los costos de sostenimiento.
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
73
�Tesis Doctoral
Ahorro económico anual por incremento del avance
Ahorro económico,pesos
450000
400000
350000
300000
250000
200000
150000
100000
50000
0
Mercedita
Amores
El Cobre
Caney- Gilbert
Ojo de AguaYagrumal
Ojo de AguaSerones
Esperanza-En
medio
Túnel de Toma
Minas y Trasvases
Figura 36 Ahorro anual por incremento del avance en los frentes de excavación
M.Sc. Gilberto Sargentón Romero
74
�Anexos
Tesis Doctoral
Medioambientales: La introducción de los nuevos criterios de diseño de las voladuras
implica: la reducción de las fisuras en el macizo rocoso que rodea a la excavación y la dism
instalaciones, viviendas y en general sobre la superficie terrestre y niveles más bajosinución de
los efectos sísmicos de las voladuras sobre edificaciones
contaminación de la atmósfera subterránea por gases tóxicos debido a menores gastos de
sustancias explosivas y de medios de explosión. [Sargentón y Terrero,2003; Sargentón ,
Hinojosa y Rigñack ,2004); Sargentón y Salazar (2005),Colectivo de autores ,2006a ;
Colectivo de autores ,2006 b , Rodríguez Córdoba , 2002).
IV.6 Conclusiones del capítulo.
Se realizaron trabajos de laboratorio para la determinación de las propiedades másicas y
mecánicas de las rocas, trabajos de campo que permitieron el estudio del agrietamiento de
estos macizos y su caracterización petrográfica y la medición de las dimensiones principales
de las excavaciones subterráneas en las minas y trasvases donde se realizaron las
investigaciones. El levantamiento de la sección transversal de las excavaciones subterráneas
permitió también la evaluación de la sobreexcavación y la rugosidad del contorno. Se
diseñaron voladuras experimentales tomando como basamento la teoría matemática del
experimento, estas voladuras se realizaron para cada grupo del conjunto de barrenos que
integran la voladura en el frente de avance de las excavaciones subterráneas. Los resultados de
las voladuras experimentales fueron sometidos a análisis estadístico y verificadas las hipótesis
estadísticas de Fisher, Kolmogorov y
producidos por la investigación.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
Pearson. Por último, se explican los impactos
�Anexos
Tesis Doctoral
CONCLUSIONES
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
CONCLUSIONES.
1. A partir del estudio de las propiedades másicas y mecánicas de las rocas, las
características mecánico-estructurales de los macizos rocosos, la modelación del
campo tenso-deformacional y el diseño y la ejecución de voladuras experimentales a
escala de polígono e industriales se elaboran los criterios para el diseño de voladuras
en el laboreo de excavaciones subterráneas que se fundamentan en la modelación de la
acción de la explosión sobre el medio rocoso.
2. Tomando como base el diseño y la realización de las voladuras experimentales para
investigar la acción de las cargas de sustancia explosiva de los tres grupos del conjunto
de barrenos sobre el medio rocoso, se realizó la propuesta de una metodología para el
ajuste de los pasaportes de perforación y voladura en el laboreo de excavaciones
subterráneas de sección transversal media y pequeña.
3. Los resultados alcanzados con las voladuras experimentales, diseñadas y ejecutadas
según los criterios propuestos, permitieron comprobar que se ahorra un total de 2 189
885 pesos por reducción de la sobreexcavación, por reducción de los costos de
sostenimiento y por el incremento del avance.
4. La introducción de los nuevos criterios para el diseño de voladuras en el laboreo de
excavaciones subterráneas implica la reducción de las fisuras en el macizo rocoso que
rodea a la excavación y la disminución de los efectos sísmicos de las voladuras sobre
edificaciones ,instalaciones , viviendas y en general sobre la superficie terrestre y
niveles más bajos de la contaminación de la atmósfera subterránea por gases tóxicos
debido a menores gastos de sustancias explosivas y de medios de explosión.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
RECOMENDACIONES
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
RECOMENDACIONES.
1. Generalizar el empleo de los nuevos criterios para el diseño y la ejecución de
voladuras en el laboreo de excavaciones subterráneas con área de la sección transversal
pequeña y mediana y las metodologías que se proponen para el ajuste de los pasaportes
de perforación y voladura y la realización de las voladuras experimentales.
2. Es preciso continuar las investigaciones para determinar los consumos específicos
racionales de sustancia explosiva
en la construcción de obras subterráneas y la
influencia de las características del agrietamiento en la efectividad de las voladuras.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
PRODUCCIÓN CIENTÍFICA DEL AUTOR ASOCIADO AL TEMA DE TESIS.
Publicaciones sobre la temática:
1.
Algunas cuestiones sobre la construcción de depósitos de combustibles bajo tierra.
Coautor. Revista Minería y Geología. 1-86.
2.
Valoración de las características de resistencia de las rocas con el tiempo y bajo la
acción de diferentes líquidos. Coautor. Revista Minería y Geología 3-86.
2.
Manual de Proyecto de Excavaciones
Subterráneas Horizontales. MES. Ciudad
Habana.1990.Coautor.
3.
Manual de Proyecto de Excavaciones Subterráneas Verticales. MES. Ciudad
Habana.1991.Coautor.
4.
Sargentón,R.G. y López ,P.O.: Sistema computadorizado para el cálculo de las
fortificaciones de las excavaciones mineras subterráneas.Revista Minería y Geología.392.
5.
Sargentón, R.G. ,Martinez,G.F., Soffí,M.P.: Perfeccionamiento de la tecnología de los
trabajos de perforación y voladura en la Mina Mercedita. Revista Minería y Geología
.2- 1993.
6.
Sargentón, R.G. , Quiroga S. V. Selección efectiva de cueles al excavar túneles.
Memorias II Congreso Cubano de Geología y Minería .1994.
7.
Sargentón ,R.G., López P.O.: Producción de explosivos granulados a pie de obra.
Memorias X Forum de Ciencia y Técnica.1995.
8. Sargentón, RG., Batista,L.J.:Mecanismo de rotura de las rocas en el cuele en cuña.
Revista Minería y Geología ,V.21 n.4, 2005.ISNN 0258 5979.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
9.
Tesis Doctoral
Sargentón,R.G.:Proyecto de Construcción de los túneles del Trasvase SabanalamarPozo Azul. Empresa de Investigación y Proyectos Hidráulicos de Holguín
“Raudales”.Holguín.2005.
10. Sargentón,R.G.:Criterios para la proyección de voladuras en la excavación de obras
subterráneas.CD-ROOM. ISBN:978 959 1605436. III Conferencia Científica
Internacional de la Universidad de Holguín.2007.
11. Sargentón,R.G. y Otaño,N.J.:Criterios para la proyección , el cálculo y la ejecución de
los cueles rectos o triturantes con taladros de compensación. Minería y Geología V.23
n.4., 2007.ISSN 1993 8012.
Presentación de los principales resultados de las investigaciones en eventos y ponencias
presentadas en los mismos:
Eventos Internacionales.
• Primera Conferencia Internacional de Ingeniería Geológica y Minería. Moa.1990.
Ponencia: Perfeccionamiento de la tecnología de construcción de excavaciones horizontales
en las minas de cromo del nordeste de Holguín.
• XIII Congreso Mundial de Minería..Pekin.República Popular China.1990.
Ponencia; Study for the use of Exhausted Mines for Other Economic Objectives.
• II Simposio Internacional de Minería y Metalurgia. Ciudad Habana.1991.
Ponencia: Perfeccionamiento de la tecnología de construcción de las excavaciones
subterráneas en la mina “Mercedita”
• Segundo Congreso Cubano de Geología y Minería. Santiago de Cuba.1994.
Ponencia: Utilización de cueles combinados en la excavación de túneles de sección media.
Ponencia: Perfeccionamiento de la tecnología de construcción de las excavaciones de las
minas y obras subterráneas de Cuba.
• Conferencia Internacional de Ingeniería. CIIMEC-97.Universidad de
Holguín.1997.
Ponencia : Sistema automatizado para la proyección de obras subterráneas.(SAPOS)
• VI Conferencia Internacional de Software para Ingeniería. Universidad de Holguín.1997.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
Ponencia: Sistema automatizado para el cálculo de los procesos tecnológicos de construcción
de obras subterráneas.
• Tercera Conferencia Internacional de Aprovechamiento de Recursos Minerales. CINAREM.
Moa.2002.
Ponencia : Fundamentación teórico-experimental del mecanismo de rotura de las rocas en
el cuele en cuña.
• III Conferencia Científica Internacional de la Universidad de Holguín “Oscar Lucero Moya”
Holguín.2007.
Ponencia: Criterios para la proyección de voladuras en la excavación de obras subterráneas.
Eventos Nacionales:
Primer Encuentro de técnicos mineros y salineros. Nuevitas, Camagüey.1974.
Ponencia : Optimización de los pasaportes de perforación y voladura en las minas Cromita y
Cayoguan.
Primer Forum Científico-Técnico del Níquel. ISMM. Moa.1981.
Ponencia: Perfeccionamiento de los pasaportes de perforación y voladura de las minas
Cromita y Cayoguan.
Segundo Fórum Científico-Técnico del Níquel.ISMM.Moa.1985.
III Conferencia Científico-Metodológica del ISMM.Moa.1983.
V Conferencia Científico-Metodológica del ISMM.Moa.1984.
Ponencia: Enfoque filosófico de la enseñanza de la construcción subterránea.
Primer Evento Provincial Científico-Técnico de la UNAICC.Holguín.1985.
• I Conferencia Científico-Técnica del CIPIMM. Ciudad Habana.1986.
Ponencia: Utilización de las minas abandonadas de región oriental en otros fines de la
economía nacional.
• VII Conferencia Científico-Metodológica del ISMM. Moa.1986.
Ponencia: Proyecto de ubicación de un frigorífico en la mina Cromita.
• VIII Conferencia Científico-Metodológica del ISMM. Moa.1987.
Ponencia: Proyecto de ubicación de un socavón docente en el ISMM como vía para
desarrollar la base material de estudio.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Primer
Tesis Doctoral
Encuentro
Científico-Técnico
“
La
Geología
y
la
Minería
en
la
Construcción”.Moa.1987.
Ponencia : Estudio de las minas abandonadas del nordeste de la provincia de Holguín para su
utilización en otros fines de la Economía Nacional.
Forum Nacional Estudiantil de Ciencias Técnicas. Cienfuegos.1989.
Ponencia: Sistema computadorizado para el cálculo de las fortificaciones de las excavaciones
mineras subterráneas.
IX Conferencia Científico-Metodológica del ISMM. Moa.1990.
Ponencia: Caracterización de la irregularidad de las excavaciones subterráneas en las
microcomputadoras.
II Conferencia Científico-Metodológica de Computación del ISMM. Moa.1990.
Ponencia: Software para la caracterización de la irregularidad de las excavaciones
subterráneas en las microcomputadoras.
Activo de Calidad de las Construcciones en la Región Oriental. UCM.1992.
Ponencia: Calidad de los trabajos de voladura en la excavación de túneles.
IX Forum de Ciencia y Técnica .ECM Nº2. Holguín.1994.
Ponencia : Selección efectiva de cueles en la excavación de túneles
IX Forum de Ciencia y Técnica. UCM. Ciudad Habana.1994.
Ponencia : Selección efectiva de cueles en la excavación de túneles
X Forum de Ciencia y Técnica .Estado Mayor Provincial. Holguín.1995.
Ponencia: Producción de explosivos granulados a pie de obra.
X Forum de Ciencia y Técnica. Ejército Oriental.1995.
Ponencia: Producción de explosivos granulados a pie de obra.
III Taller de Túneles y Construcción Subterránea. ISMM. Moa.1996.
Ponencia : Utilización del atraque en la excavación de túneles.
Jornada Científico-Técnica de la Región Oriental.UCM. Mayarí.2007.
Ponencia: Criterios para la proyección de voladuras en la excavación de obras subterráneas.
XVI Forum de Ciencia y Técnica. Universidad de Holguín. Abril 2008.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
Ponencia: Nuevos criterios para la proyección de voladuras en la excavación de túneles
hidrotécnicos.
Tesis de Maestría en Voladura
Para la culminación de la Maestría en Voladura realizada en el Instituto Superior MineroMetalúrgico “Dr. Antonio Núñez Jiménez” el autor presentó y defendió la siguiente tesis:
Perfeccionamiento de los trabajos de perforación y voladura en la excavación de túneles en
Cuba Oriental. Moa. 1997.
Trabajos premiados:
1. Investigación de la Explotación Subterránea de yacimientos minerales pequeños
cubanos. Premio al Mérito Científico –Técnico que otorga el ministro del MES.1985.
2. Sistema computadorizado para el cálculo de las fortificaciones de las excavaciones
mineras subterráneas. Premio especial del MINBAS.1989.
3. Selección efectiva de cueles al excavar túneles. XIV Forum de Ciencia y Técnica
1994.Unión de Construcciones Militares. Premio Destacado.
4. Propuesta de Tecnología de producción de explosivos granulados a pie de obra.
Empresa de Construcciones Militares Nº2. 1995.Premio Relevante.
5. Aplicación de una tecnología para la producción de explosivos granulados a pie de
obra. Unión de Construcciones Militares.1995.Premio Destacado.
6. Producción de explosivos granulados a pie de obra. XV Forum de Ciencia
y
Técnica.1995. Premio Relevante. Ejercito Oriental.
7. Criterios para la proyección de voladuras en la excavación de túneles hidortécnicos.
Premio Relevante Jornada Científico-Técnica de la Región Oriental. UCM.
Mayarí.2007.
8. Nuevos criterios para la proyección de voladuras en la excavación de obras
subterráneas. XVI Forum de Ciencia y Técnica. Universidad de Holguín 2008.Premio
Relevante.
Trabajos realizados a la producción y los servicios
1. Diseño, proyección y ejecución de voladuras especiales en los tanques de derretido de
la Planta de Azufre y Secadero. Fábrica de Níquel Pedro Sotto Alba. Moa. 1992.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
2. Perforación por voladura de las losas de hormigón de la sección T -26.Empresa de
Construcciones Militares.1993.
3. Propuesta de tecnología de excavación de túneles populares mediante voladura en el
municipio Moa.1992.
4. Consultoría sobre ejecución de voladura en roca caliza para la toma de muestra
tecnológica a la Empresa Cubana de Minería del Este.1997.
Tutor de Tesis de Maestría
Tema de tesis: Perfeccionamiento de la tecnología de perforación y voladura en la excavación
de túneles de sección media.2002.
Cursos de Postgrados impartidos.
Problemas actuales de la Mecánica de rocas y la Construcción Subterránea.1987.
Modelación con materiales equivalentes.1988.
Trabajos de laboratorio para la investigación de las propiedades físico-mecánicas de las
rocas.1989.
Tecnología de Construcción de Empresas Mineras.1989.
Fragmentación de rocas por voladura.2006.
Elaboración de Programas Informáticos.
Sistema Computadorizado para el cálculo de las fortificaciones de las obras subterráneas.
Moa.1987.
Programa informático para el cálculo de la rugosidad del contorno de las excavaciones
subterráneas laboreadas por voladura. ISMM.1988
Sistema Automatizado para la Proyección de Obras Subterráneas (SAPOS).Holguín.1998.
Paquete de programas informáticos para el cálculo de voladuras en obras subterráneas.
(PPIVOS).Universidad de Holguín.2007
Tutoría de Trabajos de Diplomas.
1. Experimentación de la voladura de contorno en le laboreo de excavaciones en la mina
Mercedita.ISMM. Moa.1986.
2. Estudio de la organización del trabajo del laboreo de excavaciones subterráneas
horizontales en las minas de cromo refractario del nordeste de la provincia de Holguín.
. ISMMM. Moa.1987.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
3. Estudio de la acción de diferentes líquidos y el tiempo sobre las características de
resistencia de las rocas en las minas de cromo de la región Moa-Baracoa.ISMM.
Moa.1988.
4. Elección del esquema
tecnológico más racional para el laboreo de excavaciones
horizontales de las minas de cromo refractario del norte de la provincia de Holguín.
ISMMM. Moa.1988.
5. Vías para aumentar la efectividad de la tecnología de laboreo de las excavaciones en la
mina Mercedita. ISMMM. Moa.1988.
6. Elaboración de los esquemas tecnológicos racionales de laboreo de las excavaciones
mineras horizontales de la mina El Cobre.ISMMM. Moa.1989.
7. Sistema computadorizado para el cálculo de las fortificaciones de las excavaciones
subterráneas horizontales. ISMM. Moa.1989.
8. Estudio de la tecnología de laboreo de contrapozos en la mina Mercedita. ISMM.
Moa.1991.
9. Perfeccionamiento de los trabajos de perforación y voladura en la construcción de
excavaciones horizontales en la mina “El Cobre”.ISMM. Moa.1990.
10. Propuesta de los esquemas tecnológicos de construcción de excavaciones horizontales
en la mina Mercedita. ISMMM. Moa.1991
11. Aplicación de la explosión lisa en los túneles del
Trasvase Este - Oeste. ISMM.
Moa.1992.
12. Perfeccionamiento de los trabajos de perforación y voladura
en los túneles del
Trasvase Melones - Sabanilla. ISMMM. Moa.1992.
13. Aplicación del hormigón lanzado mediante voladura en túneles de sección media.
ISPJAM. Santiago de Cuba.1994.
14. Perfeccionamiento de la tecnología de perforación y voladura en el emboquille de
túneles. ISMM. Moa.1998.
15. Repercusión de los impactos en el medio socioeconómico en la mina Mercedita.
Universidad de Holguín.2003.
16. Repercusión e impactos ambientales en mina Amores. Universidad de Holguín.2004.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
Proyectos de Investigación.
Estudio de la estabilidad de las excavaciones subterráneas de las minas en Explotación del
nordeste de la provincia de Holguín.1986.
Perfeccionamiento de la Tecnología de Laboreo de excavaciones subterráneas de la mina
Mercedita.1990.
Evaluación de la efectividad del arranque de las rocas y del sostenimiento de los túneles en el
Trasvase este-Oeste. Empresa de Construcción de Obras Hidráulicas. UCM.2005.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.
1.Arsentiev,A.I.: Diálogo sobre la ciencia minera. Segunda Edición. Edición CientíficoPopular. ISBN -5- 94211-147-2. Centro de Redacción y Edición. Instituto Estatal de Minas
de San Petersburgo.2004.
12. Azarkovich,A.E.;Shuifer, M.I. y Tijomirov, A.P.: Trabajos de voladura cerca de
objetos a proteger. Nedra. Moscú. 1984.
13. Azarkovich,A.V.:Characteristics of drilling and blasting operations when constructions
hydroelectric stations on rock foundations. Power technology and Engineering (formerly
Hidrotechnical Construction),Volume 30,Number 8/agosto de 1996.
14. Azarkovich, A.E. and Shuifer,M.I.:Evaluating the relative blasting efficiency of
different rock explosive. Journal of Mining Science.Volume 3, number 2.1997
15. Barrabí, D. H.: Informe para la exploración detallada de las reservas subterráneas del
yacimiento El Cobre. Empresa Minera de Cobre, Santiago de Cuba. Julio.1994.
16. Baron,L.I. y Kliuchnikov,A.V.:Explosión de contorno para el laboreo de excavaciones.
Nauka. Leningrado 1967.
17. Batista,P.J.:Elección del esquema
tecnológico más racional para el laboreo de
excavaciones horizontales de las minas de cromo refractario del norte de la provincia de
Holguín. Trabajo de diploma.ISMMM.1988.
18. Blaisdell, E.A.: Statistics in Practice. Saunders Collage Publishing. Orlando-Florida,
1993.
19. Blasov, O.E y Smirnov,C.A.: Fundamentos del cálculo de la fragmentación de las
rocas por la explosión. Editorial Academia de Ciencias de la URSS, 1962.
20. Bobk ,A.A.:La Conquista de la explosión.Naukova Dimka.Kiev,1979.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
21. Boev,A.B. y Shapiro,B.Y.:Perfeccionamiento de los cueles rectos al laborear
excavaciones utilizando equipamiento autopropulsado.Gorniy Journal.1980, Nº9.
22. Bondarenko,M.D.:Calidad del contorneado de las excavaciones en el laboreo de las obras
subterráneas de la Central hidroeléctrica de Nuresk. Construcción Hidrotécnica,1981.Nº6
.M.Nedra.
23. Borovikov ,V.A. y Biezmaternij, V.A.:Influencia del área de contacto de la carga
de SE
sobre la efectividad de la fragmentación de los pedazos fuera de tamaño. Trabajos de la
VIII Sesión de la utilización de la energía de la explosión en la economía nacional. Parte
2.Kiev.Naukova Dumka.1970.
24. Borovikov, V.A. y Vaniagin, I.F.: Física de la fragmentación explosiva. IML, 1974.
25. Borovikov, V.A. y otros.: Elección de la distancia entre los barrenos vecinos en la
explosión de contorno. TSNIEI UGUL No.3, 1975.
26. Borovikov, V.A.y Vaniagin, I.F.: Técnica y tecnología de los trabajos con explosivos.
Leningrado, 1985.
27. Borovikov, V.A. and Vanyagin, I.F.:Modellling the effects ob blasting on rock breakage.
Rotterdam.A.A.Balkema.1995.ISBN 90-541-0222-5.
28. Bubok, V.K.; Misnik, V.M. y Yurmanov, V.A.: Proyección de los Trabajos de Perforación
y Voladura
en la Explotación Subterránea de los Yacimientos Minerales. Material
Didáctico. Instituto de Minas de Leningrado “ G.P. Plejanov ”. Leningrado 1981.
29. Bukrinsky,V.A.:Geometría del subsuelo.M.Nedra.1985.
30. Cabrera,C.O.:Propuesta de los esquemas tecnológicos de construcción de excavaciones
horizontales en la mina Mercedita. Trabajo Diploma.ISMMM.1991.
31. Cartaya ,P.M.:Caracterización geomecánica de macizos rocosos de la Región Oriental de
Cuba. Tesis Doctoral .ISMMANJ.2001.
32. Colectivo de autores.:Informe ingeniero - geológico, Trasvase Este – oeste (Melones Sabanilla): Túnel Seboruquito – Esperanza. ENIA – Holguín, Junio, 1991.
33. Colectivo de autores.:Informe ingeniero - geológico, Trasvase Este – oeste (Melones Sabanilla): Túnel Guaro – Manacal. Empresa de Proyectos e Investigaciones del MINFAR
(E. C. M. No. 2). Holguín, 1992.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
34. Colectivo de autores.:Informe Ingeniero - Geológico. mina Las Merceditas. Moa. Cuba,
1996.
35. Colectivo de autores.:Ingeotúneles. Entorno Gráfico, Madrid, 1999.
36. Colectivo de autores.: Fundamentos de la ciencia moderna. Universidad para todos.
Academia.2004.
37. Colectivo de autores.: Nuevas tecnologías. Universidad para todos. Academia 2005.
38. Colectivo de autores.:Curso de Naturaleza Geológica de Cuba. Universidad para todos
ISBN 978 -959-270-096.Academia.2006a.
39. Colectivo de autores.:Protección Ambiental y producción + limpia. Academia
.2006b.ISBN 978-959-270-098-7.
40. Cruz ,R.I.: Perfeccionamiento de los trabajos de perforación y voladura en los túneles del
Trasvase Melones - Sabanilla. ISMMM. Trabajo de Diploma .1992.
41. Dolgy, I.E. y Silantiev,A.A.:Fundamentos de la producción minera. Instituto Estatal de
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177. Walker, S.: Blasting technology. Cutting down to size. World Mining Equipment. Vol.
25, No.3, 42 p, 2001.
178. Wolf, M.: Blasting technology. Going with a bang. World Mining Equipment. Vol. 2,
No.2, 12-14 p, 1999.
179. Xanukaev,A.N.: Energía de las ondas de tensión en la fragmentación de rocas por la
explosión. Gosgortexizdat, 1962.
180. Xanukaev, A.: Procesos físicos en el arranque de rocas con explosivos. Editorial Nedra,
1974.
Directorio de Internet
181. http://www.unam.mx/terracerias/tema5b.html.17/06/2005.pág.6
182. http://www.iimp.org.pe/tratec/minería/4/2-3html.20/01/2006.pág.1
183. http://www.mineranet.com.ar/loscarbonatos.asp 21/01/2006 pág.1
184. http://www.editec.cl/mchilena/abri2003/articulo/tecnicas.htm.5/07/05.pág.2
185. http://www.editec.cl/mchilena/abri2003/articulo/tronaduras.htm.3/08/05.pág.1
186. http://www.osso.org.co/doc/tesis/2003/vibracion/b.pdf.13/06/05.pág.2
187. http://www.concretonline.com/jsp/explosivos.jsp.16/06/05.pág.3
188. http://www.european-patent-office.org
189. http://rocks.ensmp.fr
190. www.sbras.ru
191. www.misd.nsc.ru
192. www.probertencyclopaedia.com/rocks.htm
193. www.rocscience.com
194. www.ismm.edu.cu
195. www.rusimet.ru/minjournal
196. www.spmi.ru
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
197. www.ensmp.fr
198. www.minas.upm.es
199. http://rocks.ensmp.fr/
200. http://pastel.paristech.org/
201. www.imprimerie.polytechnique.fr
202. www.sciencedirect.com
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
Tesis Doctoral
�Anexos
Tesis Doctoral
ANEXOS
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla de Anexos
Anexo 1
Valores de las características de resistencia y de las propiedades másicas, acústicas y elásticas
y de los parámetros minero-tecnológicos de las litologías objeto de estudio en los macizos
rocosos de las minas y trasvases objeto de investigación.
Anexo 2
Características del agrietamiento en los macizos objeto de estudio en las minas y trasvases
objeto de investigación.
Anexo 3
Características de las excavaciones objeto de estudio.
Anexo 4
Levantamiento de la sección transversal de las excavaciones subterráneas objeto de estudio
Anexo 5
Comportamiento de los indicadores de las voladuras de producción (base) en las minas y
trasvases objeto de investigación.
Anexo 6
Gráficos del comportamiento de los indicadores de las voladuras de producción (base) en las
minas y trasvases objeto de investigación.
Anexo 7
Gráfico del comportamiento de la velocidad mensual de avance.
Anexo 8
Parámetros principales de las ondas de choque y de presión en las litologías objeto de estudio
en los macizos en investigación.
Anexo 9.
Gráficos de los campos tensionales producidos por una carga compacta de tectrón en las
litologías donde están enclavadas las obras en investigación.
Anexo 9A
Determinación del campo tenso-deformacional con cargas compactas de sustancia explosiva
en las litologías objeto de estudio en las minas y trasvases.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
Anexo 9B
Determinación
del campo tenso-deformacional
con cargas
desacopladas de sustancia
explosiva en las litologías objeto de estudio en las minas y trasvases.
Anexo 10
Parámetros del campo tenso-deformacional con cargas de sustancias explosivas compactas y
desacopladas en las litologías objeto de estudio y los macizos objeto de investigación
Anexo 11
Comportamiento de los principales indicadores de las voladuras experimentales
Anexo 12
Distribución estadística de los indicadores de las voladuras experimentales.
Anexo 13
Registro fotográfico de los contorneados de las excavaciones en los emboquilles.
Anexo 14
Pasaportes de las voladuras experimentales.
Anexo 15
Parámetros de los cueles
Anexo 16
Procedimiento de cálculo de los impactos económicos de la investigación
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
ANEXO 1
Valores de las características de resistencia y de las propiedades másicas, acústicas y elásticas y de los
parámetros minero-tecnológicos de las litologías presentes en los macizos rocosos de las minas y trasvases
en investigación.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 1 Valores de las propiedades másicas.
Nº
Litología
Densidad ,kg/m³
Masa volumétrica,kg/m³
Porosidad Total,%
Valor
A.%
Valor
A,%
Valor
A,%
Mina:Mercedita
1 Dunitas
2770
10,39
2660
4,70
3,97
2 Cromitas
3980
11,83
3920
4,02
1,51
3 Serpentinita.
2530
9,90
2460
1,98
2,77
4 Peridotita
2860
10,71
2830
10,95
1,05
5 Gabro
2870
9,65
2540
8,51
11,50
Mina :Amores
1 Dunitas
2790
11,45
2700
11,11
3,23
2 Harzburgitas
2790
10,71
2700
11,50
3,23
3 Serpentinitas
2860
10,82
2830
10,70
1,05
4 Cromitas
3950
10,57
3850
10,62
2,53
Mina:El Cobre
1 Porfirita andesiticas
2750
10,72
2560
10,87
6,91
2 Tobas andesíticas
2690
5,54
2570
10,54
4,46
3 Areniscas tobaceas
2910
9,68
2490
8,80
14,43
Trasvase :Caney-Gilbert
2910
10,8
2300
4,20
20,96
1 Tobas
2840
9,6
2210
3,90
22,18
2 Aglomerados
Trasvase:Sabanalamar-Pozo Azul
1 Aleurolitas
2750
11,8
2080
4,05
24,36
2 Esquistos verdes
2710
10,4
2600
3,90
4,06
3 Calizas arcillosas
2710
9,9
2330
4,20
14,02
Fuente: Noa (2003)
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
6,50
7,90
6,90
10,50
9,30
4,17
8,03
4,50
4,17
7,50
7,20
9,50
8,60
7,80
8,3
7,8
8,5
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 2 Valores de las características de resistencia de las litologías presentes en las minas y trasvases en investigación.
Características de resistencia estática
Nº Litología
Características de resistencia dinámica
[σ ], MPa
[σ ],MPa
[σ ] ,MPa [σ ] ,MPa
[σ ],MPa
Valor
Valor. A,%
Valor A,%
Valor . A,%
e
c
A.%
e
t
e
cor
d
c
Valor
d
t
A.%
[σ ] ,MPa
d
cor
Valor. A,%
Dinamicidad
Comp Tracción
k dc
k dt
Mina:Cromita
1
2
3
4
5
Dunitas
Cromitas
Serpentinita.
Peridotita
Gabro
43,34
67,70
29,43
31,25
43,22
27,25
23,63
23,96
26,76
29,73
4,65
7,00
4,14
4,51
4,57
24,20 8,20 25,50 687,26 27,25
26,82 12,57 24,52 1037,45 23,63
21,58 6,37 22,23 472,48 23,96
23,41 6,85 25,43 496,28 26,76
25,58 8,11 27,31 680,81 29,73
15,46
22,44
13,94
15,01
15,08
24,20
26,82
21,58
23,41
25,58
57,37
87,98
44,61
47,98
56,80
25,50
24,52
22,23
25,43
27,31
15,86
15,32
16,05
15,88
15,75
3,32
3,21
3,37
3,33
3,30
72,9
73,9
31,25
67,7
23,90
21,61
20,45
19,60
4,86
4,14
4,51
6,87
22,58 10,87 23,24 1156,29
25,20 10,10 23,41 1172,76
21,18 6,85 20,82 496,28
20,41 12,45 20,01 1066,43
16,19
13,94
15,01
21,93
22,58
25,20
21,18
20,41
76,07
70,69
47,98
87,16
23,24
23,41
20,82
20,01
15,86
15,87
15,88
15,75
3,33
3,37
3,33
3,19
18,30 19,29 46,98 17,265 15,63
62,43 21,43 146,36 22,98 15,77
12,76 14,52 71,77 15,19 15,67
3,44
3,44
3,44
20,98 19,65
10,94 18,93
Mina:Amores
1
2
3
4
Dunitas
Harzburgitas
Serpentinitas
Cromitas
23,90
21,61
20,45
19,60
Mina:El Cobre
1 Porfirita andesiticas
2 Tobas andesíticas
3 Areniscas tobaceas
25,40 15,24 5,32 19,29 6,71 17,27 396,90 15,24
72,26 24,53 18,15 21,43 20,91 22,98 1139,18 24,53
85,00 15,86 3,71 14,52 10,25 15,19 1331,64 15,86
Trasvase:Caney-Gilbert
1 Tobas
2 Aglomerados
25,60 24,45
40,00 20,05
6,10 19,65
3,18 18,93
7,21 22,05
6,51 19,49
419,33 24,45
655,20 20,05
50,50
45,58
24,45 16,38
20,05 16,38
3,44
3,44
25,5 22,39
24,3 107,23
22,6 34,20
24,05 16,12
23,1 15,57
21,6 15,97
2,86
1,65
2,54
Trasvase: Sabanalamar-Pozo Azul
1 Aleurolitas
2 Esquistos verdes
3 Calizas arcillosas
11,80
176,00
21,70
22,6
21,9
20,6
2,60
4,00
3,30
25,5 3,20 24,05 190,20
24,3 15,32 23,1 2740,95
22,6 4,89 21,6 346,64
22,6
21,9
20,6
7,43
6,59
8,38
Observación: Datos de las Características de resistencia estática de las rocas. Fuente: Noa (2003)
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 3 Valores de las propiedades acústicas de las rocas
Nº
Litología
Velocidad de las ondas,m/s
Rigidez Acústica
E,MPa
3
Vl
A.% Vt
A,%
J, m/s kg/m A,%
Valor
A,%
Mina:Mercedita
1 Dunitas
4578
9,8
2616
9,7
1,27.107
9,8 23841
9,7
7
2 Cromitas
5429 10,1
3016
9,9
2,16.10
10,1 46228
9,9
3 Serpentinita.
3783 12,3
2225
11,9
9,57.106
12,3 15475
11,9
4 Peridotita
4403
9,6
2380
9,4
1,26.107
9,6 20954
9,4
7
5 Gabro
4930
9,8
2595
9,2
1,41.10
9,8 25281
9,2
Mina:Amores
1 Dunitas
4411
12
2595
11,8
1,23.107
12 23206
12,0
7
2 Harzburgitas
3618 11,9
2067
11
1,01.10
11,9 14995
11,9
3 Serpentinitas
4403 10,6
2446
10,6
1,26.107
10,6 21847
10,6
4 Cromitas
5604
9,9
3029
9,5
2,21.107
9,9 46881
9,9
Mina:El Cobre
1 Porfirita andesititas
5520 15,5
2950
16,1
1,52.107
15,5 33600
12
2 Tobas andesíticas
5040 14,7
2800
15,9
1,36.107
14,7 68330
12,5
3 Areniscas tobaceas
5220 13,9
2900
14,7
1,52.107
13,9 32700
12,3
Trasvase:Caney-Gilbert
1 Tobas
4954
9,9
2477
12,5
1,44.107
9,9 23806
9,9
2 Aglomerados
3300 10,1
1810
13,1
9,37.106
10,1 11955
10,1
Trasvase:Sabanalamar-Pozo Azul
1 Aleurolitas
3250 12,3
1083
13,2
8,94.106
12,3 60000
15,3
2 Esquistos verdes
5750 11,8
3194
12,6
1,56.107
11,8 76000
12,8
7
3 Calizas arcillosas
4078 10,8
1359
13,2
1,11.10
10,8 73000
11,9
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
μ
Valor A,%
G,MPa
Valor
A,%
0,258
0,277
0,235
0,294
0,308
9,7
9,9
11,9
9,4
9,2
18958
36207
12526
16199
19322
9,7
9,9
11,9
9,4
9,2
0,24
0,26
0,28
0,29
11,9
11,5
10,6
9,7
18784
11923
17111
36240
23,90
21,61
20,45
19,60
0,30
0,28
0,28
11
11,9
12
23932
21090
24473
16,1
15,9
14,7
0,33
0,28
9,9
10,1
13103 21,61
8840 20,45
0,24
0,28
0,30
12,1 3,23.103
11,0 2,77.104
10,6 5,0.103
12,3
11,8
10,8
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 4 Valores de los parámetros minero-tecnológicos de las rocas
Nº
Índice de Fortaleza,
Litología
f
*
P
f
Triturabilidad, Vmax***
f
**
B
Valor
A,%
Volabilidad,q****,kg/m³
Valor
A,%
0,43
27,25
Índice de Fragilidad
Valor
A,%
Mina:Mercedita
1 Dunitas
2 Cromitas
3 Serpentinita.
4 Peridotita
5 Gabro
4
7
3
3
4
5
7,0
10,33
9,32
25,725
7
6,4
6,51
0,68
23,63
9,67
25,225
4
6,2
11,01
0,29
23,96
7,11
22,77
4
8,0
10,5
0,31
26,76
6,93
25,085
5
7,77
9,42
0,43
29,73
9,46
27,655
7
7
3
7
7
6,30
21,31
0,73
11,45
15,00
23,24
7
4,27
19,10
0,74
10,71
17,85
23,41
4
5,26
19,90
0,31
10,82
6,93
20,82
7
6,00
20,80
0,68
10,57
9,85
20,01
3
7
9
4
2,5
20,25
0,25
15,24
4,77
17,27
7
7,01
24,70
0,72
24,53
3,98
22,98
8
7,10
14,58
0,85
15,86
22,91
15,19
3
4
4
3,59
24,45
0,26
24,45
4,20
22,05
5
5,17
20,05
0,40
20,05
12,58
19,49
2
-
-
0,12
22,6
4,54
24,05
14
-
-
1,76
21,9
44,00
23,1
3
-
-
0,22
20,6
6,58
21,6
Mina:Amores
1 Dunitas
2 Harzburgitas
3 Serpentinitas
4 Cromitas
Mina : El Cobre
1 Porfirita andesiticas
2 Tobas andesíticas
3 Areniscas tobaceas
Trasvase:Caney-Gilbert
1 Tobas
2 Aglomerados
Trasvase:Sabanalamar-Pozo Azul
1 Aleurolitas
2 Esquistos verdes
3 Calizas arcillosas
Observación:
1
18
2
*
P - índice de fortaleza según
**
B -índice de fortaleza según
f
f
Protodiaconov:
Barón . Datos de Triturabilidad
q****-volabilidad según Pokrovsky.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
***
Vmax
:Fuente Noa (2003).
�Anexos
Tesis Doctoral
ANEXO 2
Características del agrietamiento en los macizos de las minas y trasvases donde se realizaron las investigaciones.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
ANEXO 2.1
Características del agrietamiento en mina Mercedita
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
Tesis Doctoral
�Anexos
Gráfico 1 Principales planos de agrietamiento
Tesis Doctoral
Gráfico 2 Rosa de agrietamiento
Gráfico 3 Histograma de frecuencia de la abertura de las grietas.
Gráfico 4 Histograma de frecuencia del espaciamiento entre grietas. Gráfico 5 Histograma de frecuencia del tipo de grieta. Gráfico 6 Histograma de frecuencia del tipo de relleno.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
ANEXO 2.2
Estudio del agrietamiento en la mina Amores
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
Tesis Doctoral
�Anexos
Gráfico 1 Principales planos de agrietamiento
Gráfico 5 Histograma de frecuencia del tipo de grieta.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
Tesis Doctoral
Gráfico 2 Rosa de agrietamiento
Gráfico 3 Histograma de frecuencia de la abertura de las grietas.
Gráfico 4 Histograma de frecuencia del espaciamiento.
Gráfico 6 Histograma e frecuencia del tipo de relleno.
�Anexos
ANEXO 2.3
Estudio del agrietamiento en la mina El Cobre
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
Tesis Doctoral
�Anexos
Tesis Doctoral
Gráfico 2 Rosa de agrietamiento
Gráfico 1 Principales planos de agrietamiento
Gráfico 4 Histograma de frecuencia del espaciamiento
Gráfico 3 Histograma de frecuencia de la abertura de las grietas.
Gráfico 6 Histograma e frecuencia del tipo de relleno.
.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
Gráfico 5 Histograma de frecuencia del tipo de grieta
�Anexos
ANEXO .2.4.
Estudio del Agrietamiento en el Trasvase Caney - Gilbert
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
Tesis Doctoral
�Anexos
Gráfico 1 Planos principales de agrietamiento Trasvase Caney-Gilbert
Gráfico 4Histograma de frecuencia del espaciamiento de las grietas
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
Tesis Doctoral
Gráfico 2 Rosa de agrietamiento Caney-Gilbert.
Gráfico 3 Histograma de freucnecia de la Abertura de las grietas
Gráfico 5 Histograma de frecuencia del tipo de relleno de las grietas.
Gráfico 6 Histograma e frecuencia del tipo de grietas.
�Anexos
Tesis Doctoral
ANEXO 2.5
Estudio del agrietamiento en el Trasvase Este-Oeste. Etapa Melones-Sabanilla.
Túnel : Esperanza-En medio
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
Gráfico 2 Rosa de agrietamiento
Gráfico 1 Principales planos de agrietamiento
Gráfico 3 Histograma de frecuencia de la abertura de las grietas.
Gráfico 4 Histograma de frecuencia del espaciamiento.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
Gráfico 5 Histograma de frecuencia del tipo de grieta.
Gráfico 6 Histograma e frecuencia del tipo de relleno.
�Anexos
Tesis Doctoral
ANEXO 3
Características de las excavaciones en las minas y trasvases donde se realizaron las investigaciones.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 1 Dimensiones útiles, de proyecto y de laboreo de las excavaciones en investigación
Nº Obra subterránea
Dimensiones de proyecto
Sp, m2 Bp ,m Hp ,m Pp ,m
Dimensiones Útiles
Su , m2 Bu ,m Hu,m Pu,m
Dimensiones de laboreo
Sl,m2 Bl,m
Hl,m Pl,m
4,72
4,72
2,2
2,2
2,30
2,30
5,85
5,85
4,72
4,72
2,2
2,2
2,3
2,3
5,85
5,85
5,70
2,12
2,46
6,78
5,27
2,09
2,28
6,30
4,72
4,72
2,2
2,2
2,30
2,30
5,85
5,85
4,72
4,72
2,2
2,2
2,3
2,3
5,85
5,85
5,30
5,25
2,11
2,09
2,30
2,24
6,32
6,26
5,42
5,42
2,5
2,5
2,70
2,70
6,56
6,56
5,42
5,42
2,5
2,5
2,7
2,7
6,56
6,56
6,53
6,41
2,41
2,59
2,69
2,55
7,45
7,28
16,33 4,2
16,33 4,2
16,33 4,2
4,70
4,70
4,70
11,25
11,25
11,25
13,93
13,93
13,93
3,8
3,8
3,8
4,3
4,3
4,3
13,33 19,15 4,91
13,33 19,25 4,95
13,33 19,30 4,95
5,29
5,35
5,40
12,60
12,70
12,75
20,57
34,80
30,89
30,89
4,80
6,06
5,95
5,95
12,34
16,77
14,91
14,91
18,10
31,45
27,91
27,91
4,60
6,6
5,90
5,90
4,40
5,86
5,75
5,75
11,84
15,57
13,61
13,61
27,74
40,36
36,50
36,29
5,55
5,66
7,26
7,58
5,4
6,14
6,26
6,51
14,25
18,05
17,89
16,07
3,6
3,6
8,91
8,91
8,66
8,66
3,40
3,40
3,50
3,50
8,31
8,31
-
-
-
Mina:Mercedita
1
2
1
2
1
2
1
2
3
1
2
3
4
Socavón principal M-1
Galería principal de nivel
Mina: Amores
Socavón principal A-1
Galería de nivel E-1
Mina:Grande El Cobre
Galeria longitudinal nivel +0,0
Galería transversal nivel +30,0
Tasvase:Caney-Gilbert
Túnel principal
Túnel inclinado I
Túnel inclinado II
Trasvase:Melones –Sabanilla
Túnel toma
Túnel Esperanza-En medio
Túnel Ojo de Agua-Yagrumal
Túnel Ojo de Agua-Serones
Trasvase Sabanalamar-Pozo Azúl
Túnel 1
Túnel 2
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
4,8
6,9
6,30
6,30
10,83 3,6
10,83 3,6
-
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 2 Principales parámetros minero-tecnológicos de las excavaciones en investigación.
Nº Obra subterránea
Extensión, m Pendiente Dirección,Grados
H ,m
γ*
Carácter del frente
Mina Mercedita
1
2
Socavón principal M-1
Galería principal de nivel
600
200-300
0,008
0,008
285
250
120-350
120-350
75
69
Homogéneo
Homogéneo
1
2
1
2
Socavón principal A-1
Galería de nivel E-1
Mina Grande El Cobre
Galeria longitudinal nivel +0
Galería transversal nivel +30
300
150
0,008
0,008
290
265
120-250
120-200
15
29
Homogéneo
860
250
0,008
0,008
200-400
200-400
82
4
Homogéneo
Homogéneo
1
2
Tasvase:Caney-Gilbert
Túnel principal
Túnel inclinado I
1915
240
140/160
160
100-200
100-200
50
-
Heterogéneo
Heterogéneo
3
Túnel inclinado II
280
0,0003
0,1760,212
0,1760,212
100-200
-
0,003
0,003
0,003
0,003
180
180
180
180
0,0006
0,0006
90
90
Mina Amores
1
2
3
4
1
2
Trasvase:Melones –Sabanilla
Túnel toma
358
Túnel Esperanza-En medio 707
Túnel Ojo de Agua-Yagrumal 1383
Túnel Ojo de Agua-Serones
330
Trasvase Sabanalamar-Pozo Azúl
Túnel 1
1200
Túnel 2
200
30-50
30-90
30-84
30-84
155
30
31
35
27
Homogéneo
Idem
Idem
17
-
Homogéneo
Idem
Observación: γ * - ángulo de intersección entre el sistema de grietas principal y el eje de la excavación subterránea
H- profundidad de ubicación de la excavación subterránea
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
Idem
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla.3. Forma y parámetros geométricos de la sección transversal de las excavaciones
Nº
Obra subterránea
Forma sección transversal
Parámetros geométricos de la sección transversal
R,m
r,m
hp,m
hb,m
α
Β
B/H
Bóveda reducida, paredes verticales
Bóveda reducida,paredes verticales
1,52
1,52
0,58
0,58
1,47
1,47
0,73
0,73
35
35
55
55
0,86
0,92
Bóveda reducida,paredes verticales
Bóveda reducida,paredes verticales
1,52
1,52
0,58
0,58
1,47
1,47
0,73
0,73
35
35
55
55
0,92
0,93
Bóveda reducida,paredes verticales
Bóveda reducida,paredes verticales
1,59
1,59
0,60
0,60
1,73
1,73
0,77
0,77
35
35
55
55
0,90
1,02
Bóveda ovoidal,paredes verticales
Bóveda ovoidal,paredes verticales
Bóveda ovoidal,paredes verticales
4,20
4,20
4,20
1,17
1,17
1,17
1,35
1,35
1,35
-
46
46
46
44
44
44
1,12
1,12
1,12
Bóveda semicircular,paredes verticales
Herradura ,paredes circulares
Bóveda ovoidal,paredes verticales
Bóveda ovoidal, paredes verticales
2,4
3,45
6,3
6,3
2,3
2,3
2,4
1,2
1,2
2,4
-
38
38
180
52
52
1,03
0,92
1,16
1,16
3,60
3,60
1,117 0,92
1,117 0,92
-
35
35
54
54
1,0
1,0
Mina Mercedita
1
2
Socavón principal M-1
Galería principal de nivel
Mina Amores
1
2
Socavón principal A-1
Galería de nivel E-1
Mina Grande El Cobre
1
2
1
2
3
Galeria longitudinal nivel +0
Galería transversal nivel +30
Trasvase Caney-Gilbert
Túnel principal
Túnel inclinado I
Túnel inclinado II
Trasvase:Melones –Sabanilla
Túnel toma
Túnel Esperanza-En medio
1
2
3
4
Túnel Ojo de Agua-Yagrumal
Túnel Ojo de Agua-Serones
1
2
Trasvase Sabanalamar-Pozo Azúl
Túnel 1
Bóveda ovoidal, paredes verticales
Túnel 2
Bóveda ovoidal, paredes verticales
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 4 Tipos de excavaciones y su sostenimiento.
Nº
Excavación
Destino
Laboreada por
Sostenimiento
Dirección
Plazo de
servicio,años
Apertura
Apertura y exploración
Peridotita
Peridotita
Arcos metálicos
Sin fortificación
285º
112º
20
10
Mina Mercedita
1
2
Socavón M-1
Galería principal de nivel
Amores
3
Socavón A-1
Apertura
harzburgitas
Cuadros metálicos
295
15
4
Galería E-1
Preparación y exploración
Dunitas
Sin sostenimiento
112º
10
5
Galería E-2
Preparación y exploración
Dunitas
Sin sostenimiento
112º
10
El Cobre
6
Galerias transversales
Preparación
Porfiritas andesititas
Sin sostenimiento
315º
10
7
Galerías longitudinales
Preparación
Tobas andesíticas
Madera
45º
10
Trasvase Caney-Gilbert
8
Túnel principal
Hidrotécnico sin presión
Tobas
Hormigón gunitado
140º y 160º
Más de 20 años
9
Túnel I
Servicio
Tobas
Idem
220º
Idem
10
Túnel II
Servicio
Tobas
Idem
340º
Idem
Trasvase Este –Oeste
11
Yagrumal –Ojo de Agua
Hidrotécnico sin presión
Calizas y aleurolitas
Idem
275º
Idem
12
Ojo de Agua-Serones
Idem
gabrodiabasas
Idem
275º
Idem
13
14
Túnel de toma
Túnel Esperanza-Enmedio
Hidrotécnico a presión
hidrotécncio sin presión
Serpentinitas
Serpentinitas
Hormigón gunitado
Idem
275º
275º
Sabanalamar –Pozo Azúl
17
Túnel 1
hidrotécnico sin presión
Esquistos cloríticos
Idem
275º
18
Túnel 2
Idem
aleurolitas
Idem
275º
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
ANEXO 4
Levantamiento de la sección transversal de las excavaciones subterráneas en investigación en las minas y trasvases.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 1 Levantamiento de la sección transversal de la excavación en mina Mercedita. Voladuras de Producción.Socavón Principal
Seccion Ancho,m Altura,m
Sl,m2 Sp,m2 Kse Pexc,m Pproy, m Llmedia,m a,m
l, m λ, m
h ,m
H,m ρ
I
2,34
2,50 5,79 4,50 1,29
6,81
5,85
6,21 0,200 0,39
0,78
0,05 0,10 0,096
II
2,61
2,63 5,70 4,50 1,27
6,74
5,85
6,18 0,198 0,39
0,77
0,04 0,09 0,091
III
2,06
2,53 5,57 4,50 1,24
6,85
5,85
6,40 0,214 0,43
0,85
0,02 0,03 0,069
IV
2,07
2,36 6,14 4,50 1,36
7,90
5,85
7,16 0,198 0,38
0,75
0,06 0,12 0,104
V
2,11
2,24 5,31 4,50 1,18
6,23
5,85
5,92 0,156 0,31
0,62
0,00 0,01 0,052
VI
2,04
2,42 5,16 4,50 1,15
6,30
5,85
5,95 0,158 0,31
0,63
0,02 0,04 0,059
VII
1,94
2,48 6,74 4,50 1,50
6,74
5,85
6,36 0,211 0,42
0,85
0,02 0,05 0,060
VIII
1,94
2,48 5,37 4,50 1,19
6,71
5,85
6,33 0,210 0,42
0,84
0,02 0,05 0,060
IX
1,96
2,51 5,54 4,50 1,23
6,75
5,85
6,40 0,211 0,43
0,85
0,03 0,06 0,055
X
1,94
2,49 5,53 4,50 1,23
6,76
5,85
6,40 0,211 0,43
0,85
0,03 0,06 0,057
XI
2,00
2,53 5,76 4,50 1,28
6,87
5,85
6,51 0,215 0,43
0,87
0,03 0,06 0,056
XII
2,00
2,63 5,83 4,50 1,29
6,87
5,85
6,54 0,215 0,44
0,87
0,04 0,08 0,050
XIII
2,03
2,60 5,95 4,50 1,32
6,99
5,85
6,63 0,219 0,44
0,88
0,03 0,07 0,054
XIV
1,91
2,42 5,24 4,50 1,16
6,56
5,85
6,22 0,205 0,41
0,83
0,03 0,06 0,055
XV
1,99
2,57 5,91 4,50 1,31
6,98
5,85
6,62 0,218 0,44
0,88
0,03 0,07 0,054
Promedio
2,12
2,46 5,70 4,50 1,27
6,78
5,85
6,324 0,195 0,39
0,77
0,03 0,06 0,07
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
Tang ρ Grados
0,4485
24
0,4358
24
0,3790
21
0,4669
25
0,3282
18
0,3497
19
0,3514
19
0,3509
19
0,3374
19
0,3411
19
0,3400
19
0,3187
18
0,3345
18
0,3361
19
0,3345
18
0,38
20,92
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 2 Levantamiento de la sección transversal de la excavación en mina Amores. Voladuras de Producción.Socavón A-1
Sección Ancho,m Altura,m
Sl, m2
Sp,m2 Kse Pexc,m Pproy,m Llmedia,m a,m
l, m
λ ,m h, m H,m
I
2,49
2,45
5,52
4,50 1,23
6,53
5,85
5,97 0,192 0,373 0,37 0,05 0,09
II
2,55
2,41
5,32
4,50 1,18
6,40
5,85
5,88 0,188 0,367 0,73 0,04 0,08
III
1,93
2,46
5,40
4,50 1,20
6,57
5,85
6,22 0,205 0,414 0,83 0,03 0,05
IV
1,99
2,31
5,84
4,50 1,30
7,63
5,85
6,99 0,191 0,368 0,74 0,05 0,10
V
2,04
2,24
4,99
4,50 1,11
6,01
5,85
5,74 0,150 0,302 0,58 0,01 0,03
VI
2,07
2,24
5,06
4,50 1,12
6,05
5,85
5,77 0,15 0,30 0,61 0,01 0,03
VII
2,02
2,24
5,18
4,50 1,15
6,04
5,85
5,78 0,15 0,30 0,61 0,02 0,04
VIII
2,01
2,23
5,18
4,50 1,15
6,03
5,85
5,77 0,15 0,30 0,61 0,02 0,04
IX
2,05
2,24
5,29
4,50 1,18
6,11
5,85
5,81 0,15 0,31 0,61 0,01 0,02
X
2,03
2,27
5,21
4,50 1,16
6,05
5,85
5,80 0,15 0,31 0,61 0,02 0,04
XI
2,05
2,24
5,29
4,50 1,18
6,11
5,85
5,81 0,15 0,31 0,61 0,01 0,02
Promedio
2,11
2,30
5,30
4,50 1,18
6,32
5,85
5,96 0,17 0,33 0,63 0,02 0,05
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
ρ
0,0937
0,0899
0,0573
0,0913
0,0485
0,0479
0,0450
0,0448
0,0506
0,0440
0,0506
0,0603
tang
Grados
0,4430
24
0,4334
23
0,3435
19
0,4369
24
0,3152
17
0,3132
17
0,3034
17
0,3027
17
0,3221
18
0,3000
17
0,3221
18
0,3487 19,17
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 3 Levantamiento de la sección transversal de las excavaciones. Mina El Cobre Voladuras de Producción .Mediciones realizadas en el nivel +0
Seccion Ancho,m Altura,m Sl,m2 Sp,m2 Kse Plab,m Proy.,m Llmedia,m a,m l ,m λ ,m h ,m H,m ρ ,m
tang ρ Grados
I
2,73
2,81 7,09
5,42 1,31
7,38
5,22
7,06 0,18 0,35 0,71 0,01 0,03 0,0464 0,3081
17
II
2,45
2,69 6,73
5,42 1,24
8,15
5,22
7,00 0,27 0,50 1,00 0,11 0,21 0,1644 0,5964
31
III
2,57
3,03 6,55
5,42 1,21
7,77
5,22
7,07 0,19 0,35 0,71 0,05 0,11 0,0994 0,4568
25
IV
1,68
1,12 5,06
5,42 0,93
6,82
5,22
5,82 0,15 0,28 0,56 0,05 0,09 0,1734 0,6139
32
V
2,44
2,49 6,01
5,42 1,11
6,94
5,22
6,15 0,15 0,29 0,58 0,04 0,08 0,1284 0,5227
28
VI
2,21
2,63 5,29
5,42 0,97
6,81
5,22
6,32 0,14 0,26 0,53 0,03 0,07 0,0768 0,3995
22
VII
2,60
3,00 6,52
5,42 1,20
7,22
5,22
6,79 0,16 0,32 0,65 0,03 0,06 0,0639 0,3633
20
VIII
2,92
2,74 7,45
5,42 1,37
8,03
5,22
7,38 0,18 0,35 0,70 0,05 0,10 0,0882 0,4291
23
IX
3,04
2,48 6,17
5,42 1,14
6,89
5,22
6,09 0,16 0,30 0,61 0,06 0,12 0,1314 0,5292
28
X
2,58
2,69 6,36
5,42 1,17
7,41
5,22
6,09 0,18 0,30 0,61 0,09 0,18 0,2160 0,6919
35
XI
2,43
2,49 5,64
5,42 1,04
7,06
5,22
6,62 0,16 0,33 0,66 0,17 0,34 0,0663 0,3701
20
XII
2,48
2,73 6,72
5,42 1,24
7,34
5,22
6,58 0,18 0,29 0,59 0,11 0,22 0,1156 0,4946
26
XIII
2,13
2,49 5,50
5,42 1,01
6,45
5,22
6,22 0,15 0,30 0,59 0,02 0,04 0,0379 0,2780
16
XIV
2,24
2,69 5,42
5,42 1,00
6,84
5,22
6,25 0,15 0,28 0,57 0,04 0,09 0,0943 0,4443
24
XV
2,35
2,47 6,18
5,42 1,14
7,80
5,22
6,93 0,19 0,35 0,69 0,07 0,13 0,1254 0,5162
27
XVI
2,04
2,32 4,70
5,42 0,87
6,56
5,22
5,58 0,16 0,29 0,59 0,07 0,15 0,1747 0,6164
32
XVII
2,99
3,10 6,95
5,42 1,28
7,57
5,22
7,18 0,18 0,36 0,72 0,02 0,04 0,0556 0,3380
19
XVIII
2,77
3,17 7,29
5,42 1,35
8,33
5,22
8,30 0,20 0,41 0,83 0,22 0,43 0,0042 0,0917
5
XIX
2,31
2,65 6,85
5,42 1,26
7,63
5,22
7,07 0,20 0,34 0,67 0,11 0,21 0,0795 0,4065
22
XX
2,00
2,77 7,11
5,42 1,31
8,08
5,22
7,56 0,19 0,36 0,72 0,07 0,14 0,0696 0,3795
21
XXI
2,42
2,98 8,38
5,42 1,54
7,99
5,22
7,84 0,19 0,37 0,75 0,04 0,07 0,0195 0,1983
11
XXII
2,14
2,68 5,54
5,42 1,02
7,07
5,22
6,47 0,17 0,31 0,62 0,07 0,60 0,0935 0,5955
31
XXIII
2,25
2,46 5,16
5,42 0,95
5,85
5,22
4,71 0,15 0,25 0,50 0,08 0,48 0,2433 0,4780
26
XXIV
2,23
2,53 6,30
5,42 1,16
8,07
5,22
7,24 0,18 0,34 0,69 0,06 0,67 0,1148 0,6665
34
XXV
2,34
3,04 9,94
5,42 1,83
9,59
5,22
9,13 0,23 0,46 0,91 0,23 0,88 0,0500 0,8766
41
XXVI
2,00
3,22 8,29
5,42 1,53
8,07
5,22
7,15 0,19 0,36 0,72 0,07 0,69 0,1283 0,6918
35
XXVII
2,52
2,72 6,38
5,42 1,18
7,32
5,22
6,72 0,17 0,34 0,67 0,05 0,65 0,0882 0,6507
33
XXVIII
2,37
2,97 6,52
5,42 1,20
7,40
5,22
6,35 0,17 0,30 0,60 0,07 0,59 0,1655 0,5844
30
XXIX
2,62
2,75 7,38
5,42 1,36
7,57
5,22
7,18 0,18 0,36 0,72 0,02 0,69 0,0556 0,6947
35
Prom
2,41
2,69 6,53
1,20
7,45
6,79 0,18 0,34 0,67 0,07 0,28
0,2791
16
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 4 Levantamiento de la Sección transversal de la Excavación.Trasvase Caney-Gilbert. Lugar de medición Frente Nº1. Voladuras de Producción
Seccion Ancho,m Altura,m Sl,m2
I
4,25
5,20 19,06
II
4,30
5,20 19,05
III
4,80
5,29 19,08
IV
4,91
5,35 19,49
V
4,88
5,05 18,87
VI
4,89
5,30 19,24
VII
4,86
5,38 19,07
VIII
4,90
5,35 19,54
IX
4,97
5,09 19,04
X
4,91
5,30 19,25
XI
5,01
5,38 19,27
XII
4,88
5,05 18,98
XIII
4,99
5,33 18,95
XIV
5,05
5,35 19,03
XV
5,16
5,33 19,06
XVI
5,05
5,38 19,36
XVII
5,06
5,35 19,10
XVIII
5,07
5,33 19,27
XIX
5,01
5,38 19,27
XX
4,99
5,33 18,95
XXI
5,01
5,38 19,27
XXII
5,10
5,38 19,15
Promedio
4,91
5,29 19,15
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
Sp,m2 Kse Pexc,m Proy.,m Llmedia,m a,m l, m λ, m
h, m
H,m ρ
Tang ρ Grados
16,33 1,17
11,99
11,25
10,95 0,33 0,64
1,29
0,09
0,17 0,0952 0,4465
24
16,33 1,17
11,98
11,25
11,22 0,33 0,64
1,28
0,09
0,19 0,0679 0,3747
21
16,33 1,17
12,64
11,25
11,42 0,35 0,67
1,34
0,10
0,20 0,1067 0,4740
25
16,33 1,19
12,79
11,25
11,57 0,36 0,68
1,36
0,10
0,21 0,1059 0,4722
25
16,33 1,16
12,62
11,25
11,29 0,35 0,66
1,33
0,11
0,22 0,1179 0,4996
27
16,33 1,18
12,66
11,25
11,41 0,35 0,67
1,34
0,10
0,21 0,1089 0,4793
26
16,33 1,17
12,74
11,25
11,43 0,35 0,67
1,34
0,11
0,22 0,1150 0,4931
26
16,33 1,20
12,79
11,25
11,56 0,36 0,68
1,36
0,10
0,21 0,1059 0,4723
25
16,33 1,17
12,70
11,25
11,35 0,35 0,67
1,34
0,11
0,23 0,1187 0,5016
27
16,33 1,18
12,67
11,25
11,42 0,35 0,67
1,34
0,11
0,21 0,1093 0,4802
26
16,33 1,18
12,74
11,25
11,43 0,35 0,67
1,34
0,11
0,22 0,1153 0,4938
26
16,33 1,16
12,67
11,25
11,32 0,35 0,67
1,33
0,11
0,23 0,1188 0,5018
27
16,33 1,16
12,53
11,25
11,36 0,35 0,67
1,34
0,10
0,19 0,1025 0,4642
25
16,33 1,17
12,62
11,25
11,38 0,35 0,67
1,34
0,10
0,21 0,1092 0,4799
26
16,33 1,17
12,53
11,25
11,35 0,35 0,67
1,34
0,10
0,20 0,1041 0,4679
25
16,33 1,19
12,78
11,25
11,43 0,35 0,67
1,35
0,11
0,23 0,1176 0,4989
27
16,33 1,17
12,56
11,25
11,39 0,35 0,67
1,34
0,10
0,20 0,1029 0,4651
25
16,33 1,18
12,52
11,25
11,38 0,35 0,67
1,34
0,09
0,19 0,1000 0,4582
25
16,33 1,18
12,74
11,25
11,43 0,35 0,67
1,34
0,11
0,22 0,1153 0,4938
26
16,33 1,16
12,53
11,25
11,36 0,35 0,67
1,34
0,10
0,19 0,1025 0,4642
25
16,33 1,18
12,74
11,25
11,43 0,35 0,67
1,34
0,11
0,22 0,1153 0,4938
26
16,33 1,17
12,61
11,25
11,39 0,35 0,67
1,34
0,10
0,20 0,1068 0,4743
25
16,33 1,17
12,60
11,25
11,38 0,35 0,67
1,34
0,10
0,21
0,11
0,47 25,39
�Anexos
Tesis Doctoral
ANEXO 5
Comportamiento de los indicadores de las voladuras de producción (base) para el avance de excavaciones subterránea en las minas y
trasvases en investigación.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 1 Comportamiento de los Indicadores de las voladuras de producción en la mina Mercedita
Orden consecutivo de las voladuras
Nº
Parámetros Principales
Símbolo
UM
1
2
3
4
5
6
7
1 Avance del frente
la
m
1,01 0,98 0,95
1 1,05 1,03 0,99
Longitud de los barrenos
lb
m
1,65 1,65 1,65 1,65 1,65 1,65 1,65
Cantidad de Barrenos
Nb
Unid
12
12
12
12
12
12
12
De cuele
Nc
Unid
4
4
4
4
4
4
4
De arranque
Na
Unid
0
0
0
0
0
0
0
De contorno
Nco
Unid
5
5
5
5
5
5
5
De piso
Npiso
Unid
3
3
3
3
3
3
3
Carga barrenos de cuele
qc
Kg
1,4
1,4
1,4
1,4
1,4
1,4
1,4
Carga barrenos arranque
qa
Kg
0
0
0
0
0
0
0
Carga barrenos de piso
qpiso
Kg
1,4
1,4
1,4
1,4
1,4
1,4
1,4
Carga barrenos de contorno
qco
Kg
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
2 Extensión del montón de rocas
Lm
m
6
6
5 6,75
5,9
6
4
3 Gasto de SE
QSE
Kg
15,80 15,80 15,80 15,80 15,80 15,80 15,80
Gasto específco de SE
qSE
Kg/m3 2,70 2,83 2,98 2,57 2,83 2,97 2,37
4 Volumen de roca arrancada
Vr
m3
5,85 5,59 5,30 6,14 5,57 5,32 6,68
5 Aprovechamiento de los barrenos
CAB
%
0,61 0,59 0,58 0,61 0,64 0,62 0,60
6 Area de laboreo de la excavación
Sl
m2
5,79 5,70 5,57 6,14 5,31 5,16 6,74
Area de proyecto de la excavación
Sp
m2
4,50 4,50 4,50 4,50 4,50 4,50 4,50
7 Coeficiente de sobreexcavación
KS
1,29 1,27 1,24 1,36 1,18 1,15 1,50
8 Metraje de barrenación
Mb
m
19,8 19,8 19,8 19,8 19,8 19,8 19,8
Metraje específico de barrenación
Mel
m/m 19,60 20,20 20,84 19,80 18,86 19,22 20,00
Metraje específico de barrenación
Mev
m/m3
3,39 3,54 3,74 3,22 3,55 3,72 2,97
9 Gasto de detonadores
Qdet
Unid
12
12
12
12
12
12
12
Gasto específco de detonadores
qdet
unid/m 11,88 12,24 12,63 12,00 11,43 11,65 12,12
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
8
9
0,98 0,96
1,65 1,65
12
12
4
4
0
0
5
5
3
3
1,4
1,4
0
0
1,4
1,4
1,2
1,2
4,5
7
15,80 15,80
3,00 2,97
5,26 5,32
0,59 0,58
5,37 5,54
4,50 4,50
1,19 1,23
19,8 19,8
20,20 20,63
3,76 3,72
12
12
12,24 12,5
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 2 Comportamiento de los indicadores de las voladuras de producción en mina Amores.
Nº Parámetros Principales
Simbolo UM
Orden consecutivo de las voladuras.
1
2
3
4
5
6
7
8
1 Avance del frente
la
m
1,04 0,95 0,99 1,02 1,08
1,1 1,03 0,92
Longitud de los barrenos
lb
m
1,5 1,50
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
Cantidad de Barrenos
Nb
Unid
14
14
14
14
14
14
14
14
De cuele
Nc
Unid
4
4
4
4
4
4
4
4
De arranque
Na
Unid
0
0
0
0
0
0
0
0
De contorno
Nco
Unid
7
7
7
7
7
7
7
7
De piso
Npiso
Unid
3
3
3
3
3
3
3
3
Carga barrenos de cuele
qc
Kg
1,25 1,25 1,25 1,25 1,25 1,25 1,25 1,25
Carga barrenos arranque
qa
Kg
0
0
0
0
0
0
0
0
Carga barrenos de piso
qpiso
Kg
1
1
1
1
1
1
1
1
Carga barrenos de contorno
qco
Kg
0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75
2 Extensión del montón de rocas
Lm
m
9
7
5 6,75
5,9
6
4
4,5
3 Gasto de SE
QSE
Kg
13,25 13,25 13,25 13,25 13,25 13,25 13,25 13,25
Gasto específco de SE
qSE
Kg/m3 2,38 2,78 2,71 2,22 2,46 2,38 2,48 2,78
4 Volumen de roca arrancada
Vr
m3
5,56 4,76 4,88 5,96 5,39 5,57 5,34 4,77
5 Aprovechamiento de los barrenos
CAB
%
0,69 0,63 0,66 0,68 0,72 0,73 0,69 0,61
2
6 Area de laboreo de la excavación
Sl
m
5,35 5,01 4,93 5,84 4,99 5,06 5,18 5,18
Area de proyecto de la excavación
Sp
m2
4,50 4,50 4,50 4,50 4,50 4,50 4,50 4,50
7 Coeficiente de sobreexcavación
KS
1,19 1,11 1,10 1,30 1,11 1,12 1,15 1,15
8 Metraje de barrenación
Mb
m
21,00
21 21,00 21,00 21,00 21,00 21,00 21,00
Metraje específico de barrenación
Mel
m/m 20,19 22,11 21,21 20,59 19,44 19,09 20,39 22,83
Metraje específico de barrenación
Mev
m/m3
3,77 4,41 4,30 3,53 3,90 3,77 3,94 4,41
9 Gasto de detonadores
Qdet
Unid
14
14
14
14
14
14
14
14
Gasto específco de detonadores
qdet
unid/m 13,46 14,74 14,14 13,73 12,96 12,73 13,59 15,22
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
9
1,01
1,5
14
4
0
7
3
1,25
0
1
0,75
7
13,25
2,48
5,34
0,67
5,29
4,50
1,18
21,00
20,79
3,93
14
13,86
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 3 Comportamiento de los Indicadores de las voladuras de producción en mina El Cobre
Voladuras de Producción (Base)
Nº Parámetros Principales
Símbolo
UM
1
2
3
4
5
6
7
1 Avance del frente
la
m
1,30 1,10 1,20 1,20 1,35 1,12 1,00
Longitud de los barrenos
lb
m
1,5 1,50
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
Cantidad Total de Barrenos
Nb
unid
20
20
21
24
21
22
21
De cuele
Nc
unid
6
5
6
7
6
6
5
De arranque
Na
unid
0
2
0
0
0
0
0
De contorno
Nco
unid
11
10
12
14
12
13
13
De piso
Npiso
unid
3
3
3
3
3
3
3
Carga barrenos de cuele
qc
Kg
1
1
0,8
0,8
0,8
0,8
0,8
Carga barrenos arranque
qa
Kg
0
1,2
0
0
0
0
0
Carga barrenos de piso
qpiso
Kg
0,6
1
0,6
0,6
0,6
0,6
0,8
Carga barrenos de contorno
qco
Kg
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
0,8
2 Extensión del montón de rocas
Lm
m
4,6
2,9
3
3,2
8,6
6,1
8
3 Gasto de SE.
QSE
Kg
14,40 16,40 13,80 15,80 13,80 14,40 16,80
Gasto específico de SE.
qSE
kg/m3 1,43 2,01 1,54 1,55 1,33 1,75 3,70
4 Volumen de roca arrancada
Vr
m3
10,06 8,16 8,99 10,22 10,41 8,24 4,54
5 Aprovechamiento de los barrenos
CAB
0,87 0,73 0,80 0,80 0,90 0,75 0,67
6 Area de laboreo de la excavación
Sl
m2
7,74 7,42 7,49 8,52 7,71 7,36 4,54
Area de proyecto de la excavación
Sp
m2
6,34 6,34 6,34 6,34 6,34 6,34 6,34
7 Coeficiente de sobreexcavación
KS
1,22 1,17 1,18 1,34 1,22 1,16 0,72
9 Metraje de barrenación
Mb
m
30,00 30,00 31,50 36,00 31,50 33,00 31,50
Metraje específico de barrenación
Mel
m/m 23,08 27,27 26,25 30,00 23,33 29,46 31,50
Metraje específico de barrenación
Mev
m/m3
2,98 3,68 3,50 3,52 3,03 4,00 6,93
10 Gasto de detonadores
Qdet
unid
20
20
21
24
21
22
21
Gasto específco de detonadores
qdet
unid/m 15,38 18,18 17,5 20,00 15,6 19,64 21,00
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
8
1,30
1,5
20
5
0
12
3
1
0
0,8
0,8
4,7
17,00
2,16
7,88
0,87
6,06
6,34
0,96
30,00
23,08
3,81
20
15,38
9
1,30
1,5
18
5
0
10
3
1
0
1
0,6
5,2
14,00
1,78
7,88
0,87
6,06
6,34
0,96
27,00
20,77
3,42
18
13,85
10
1,10
1,5
20
4
0
13
3
1,2
0
1,2
0,6
7,3
16,20
2,38
6,81
0,73
6,19
6,34
0,98
30,00
27,27
4,40
20
18,18
11
1,30
1,5
19
5
0
11
3
1
0
1,2
0,6
4,5
15,20
1,83
8,29
0,87
6,37
6,34
1,01
28,50
21,92
3,44
19
14,62
12
1,00
1,5
19
5
0
11
3
1,2
0
1,2
0,6
5,5
16,20
2,54
6,37
0,67
6,37
6,34
1,01
28,50
28,50
4,47
19
19,00
13
1,00
1,5
20
5
0
12
3
1,2
0
1,2
0,6
6,9
16,80
2,59
6,49
0,67
6,49
6,34
1,02
30,00
30,00
4,62
20
20,00
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 4 Comportamiento de los indicadores de las voladuras de producción en el trasvase Caney-Gilbert
Orden consecutivo de las voladuras
Nº
Parámetros Principales
Simbolo
UM
1
2
3
4
5
6
7
8
1 Avance del frente
la
m
2,3 2,00
1,80
2,00
1,5
1,0
1,6
1,5
Longitud de los barrenos
lb
m
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
3,75
Cantidad de Barrenos
Nb
Unid
56
56
56
56
56
56
56
56
De cuele
Nc
Unid
6
6
6
6
6
6
6
6
ayudantes de cuele
Nac
Unid
6
6
6
6
6
6
6
6
De arranque
Na
Unid
15
15
15
15
15
15
15
15
De contorno
Nco
Unid
22
22
22
22
22
22
22
22
De piso
Npiso
Unid
7
7
7
7
7
7
7
7
Carga en barrenos de cuele
qc
Kg
2,4
2,4
2,4
2,4
2,4
2,4
2,4
2,4
Carga en barrenos ayudantes de cuele
qac
Kg
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
Carga en barrenos de arranque
qa
Kg
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
Carga en barrenos de contorno
qco
Kg
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
Carga en barrenos de piso
qpiso
Kg
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
2 Gasto de SE
QSE
Kg
91,2 91,2
91,2
10,4
8,8
10,4
12
9,6
Gasto específco de SE
qSE
kg/m3
2,17 2,58
2,75
0,28
0,32
0,56
0,43
0,34
3 Volumen de roca arrancada in situ
Vr
m3
41,95 35,30 33,14
37,11 27,78 18,56
27,76 27,95
4 Coefic. aprovechamiento de los barrenos
CAB
%
0,92 0,80
0,72
0,80
0,60
0,40
0,64
0,40
2
5 Area de laboreo de la excavación
Sl
m
18,24 17,65 18,41
18,55 18,52 18,56
17,35 18,63
Area de proyecto de la excavación
Sp
m2
16,33 16,33 16,33
16,33 16,33 16,33
16,33 16,33
6 Coeficiente de sobreexcavación
Ks
1,12 1,08
1,13
1,136
1,13
1,14
1,06
1,14
7 Metraje de barrenación
Mb
m
140
140
140
140
140
140
140
210
Metraje específico de barrenación
Mel
m/m
60,87
70
77,8
70
93,3 140,0
87,5 140,0
Metraje específico de barrenación
Mev
m/m3
3,34 3,97
4,22
3,77
5,04
7,54
5,04
7,51
8 Gasto de detonadores
Qdet
Unid
56
56
56
56
56
56
56
56
Gasto específco de detonadores
Qdet
unid/m
24,35 28,00 31,11
28,00 37,33 56,00
35,00 37,33
9 Gasto de cordón detonante
Qcd
m
66
66
66
66
66
66
66
93,5
Gasto especifico de cordón detonante
qcd
m/m
28,7 33,00 36,67
33,00 44,00 66,00
41,25 62,33
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
9
2,4
3,75
56
6
6
15
22
7
2,4
1,8
1,8
1,2
1,8
12
0,27
44,45
0,64
18,52
16,33
1,13
210
87,5
4,72
56
23,33
93,5
38,96
10
1,95
3,7
56
6
11
13
19
7
2,4
1,8
1,8
1,2
1,8
93
2,55
36,46
0,53
18,70
16,33
1,15
207,2
106,3
5,68
56
28,72
79,8
40,92
11
2,00
3,7
56
6
11
13
19
7
2,4
1,8
1,8
1,2
1,8
93
2,45
37,89
0,54
18,95
16,33
1,16
207,2
103,6
5,47
56
28,00
79,8
39,90
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 5 Comportamiento de los indicadores de las voladuras de producción .Trasvase Este-Oeste. Túnel :Yagrumal –Guaro.Frente:Ojo de Agua-Serones
Trasvase Melones – Sabanilla
Tramo Yagrumal -Guaro
Frente:Ojo de Agua -Serones
Orden consecutivo de las voladuras .
Nº Parámetros Principales
Símbolo
UM
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11 12
Prom
1 Avance del frente
la
m
2,35
2,55 2,30 2,38 2,35 2,45 2,32 2,28 2,34 2,35 2,29
2,4 2,36
Longitud de los barrenos
lb
m
3,35
3,35 3,35 3,35 3,35 3,35 3,35 3,35 3,35 3,35 3,35 3,35 3,35
Cantidad Total de Barrenos
Nb
Unid
61
61
61
61
61
61
61
61
61
61
61
61
61
De cuele
nc
Unid
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
ayudantes de cuele
nac
Unid
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
De cuele vacío (taladro de 102mm de Ø)
ncv
Unid
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
De arranque
Na
Unid
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
De contorno
ncont
Unid
16
16
16
16
16
16
16
16
16
16
16
16
16
De piso
np
Unid
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
Carga barrenos de cuele
qbc
Kg
2,73
2,73 2,73 2,73 2,73 2,73 2,73 2,73 2,73 2,73 2,73 2,73 2,73
Carga barrenos ayudantes de cuele
qbac
Kg
2,73
2,73 2,73 2,73 2,73 2,73 2,73 2,73 2,73 2,73 2,73 2,73 2,73
Carga barrenos de arranque
qba
Kg
2,28
2,28 2,28 2,28 2,28 2,28 2,28 2,28 2,28 2,28 2,28 2,28 2,28
Carga barrenos de contorno
qbcont
Kg
1,82
1,82 1,82 1,82 1,82 1,82 1,82 1,82 1,82 1,82 1,82 1,82 1,82
Carga barrenos de piso
qbp
Kg
2,73
2,73 2,73 2,73 2,73 2,73 2,73 2,73 2,73 2,73 2,73 2,73 2,73
2 Extensión del montón de rocas
Lm
m
9
6,4
7,5
10
8,2
9
8,4
9,2
9,4
9,7
9,5
10
8,9
3 Gasto de SE
Qse
Kg
137,9 137,9 137,9 137,9 137,9 137,9 137,9 137,9
138 137,9 137,9 137,9 137,9
Gasto específco volumétrico de SE
qsev
Kg/m3 1,62
1,52 1,63 1,55 1,66 1,55 1,68 1,66 1,59 1,61 1,62 1,61 1,61
Gasto específco lineal de SE
qsel
Kg/m 58,67 54,06 59,94 57,93 58,67 56,27 59,42 60,47 58,92 58,67 60,20 57,44 58,39
4 Volumen de roca arrancada in situ
Vr
m3
85,09 90,98 84,43 88,80 83,24 89,20 82,17 83,20 86,60 85,38 85,28 85,70 85,84
5 Coefic. aprovechamiento de los barrenos
CAB
%
0,70
0,76 0,69 0,71 0,70 0,73 0,69 0,68 0,70 0,70 0,68 0,72 0,71
6 Area de laboreo de la excavación
Sl
m2
36,21 35,68 36,71 37,31 35,42 36,41 35,42 36,49 37,01 36,33 37,24 35,71 36,33
Area de proyecto de la excavación
Sp
m2
30,89 30,89 30,89 30,89 30,89 30,89 30,89 30,89 30,89 30,89 30,89 30,89 30,89
7 Coeficiente de sobreexcavación
Ks
1,17
1,16 1,19 1,21 1,15 1,18 1,15 1,18 1,20 1,18 1,21 1,16 1,18
8 Metraje de barrenación
Mb
m
204,4 204,4 204,4 204,4 204,4 204,4 204,4 204,4
204 204,4 204,4 204,4 204,4
Metraje específico de barrenación
Mbe
m/m3 86,96 80,14 88,85 85,86 86,96 83,41 88,08 89,63 87,33 86,96 89,24 85,15 86,55
9 Gasto de detonadores
Qdet
Unid
2,40
2,25 2,42 2,30 2,46 2,29 2,49 2,46 2,36 2,39 2,40 2,38 2,38
Gasto específco lineal de detonadores
qdet
Unid/m
61
61
61
61
61
61
61
61
61
61
61
61 61,00
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 6 Comportamiento de los principales indicadores técnico-económicos del laboreo de las excavaciones.
Nº
Mina,Trasvase
1
2
Mercedita
Amores
1989-1990
2004-2005
3
4
El Cobre
Trasvase Caney-Gilbert
Frente I
Frente II
Frente III
Frente IV
Trasvase Este-Oeste
Túnel de toma
Túnel Esperanza-En medio
Túnel Ojo de Agua-Yagrumal
Túnel Ojo de Agua-Serones
1989-1990
1993-1994
Idem
Idem
Idem
Idem
40,5-55,5
138
42
43
54
19
1,13
2,12
0,30
0,18
1990
1990
2006
2006
39
59
45
60
1,89
1,88
2,34
2,36
0,15
0,23
0,19
0,20
5
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
Período
Velocidad de avance
Productividad
Mensual,m/mes
Por ciclo
m/h-turno
124,6-114
1,01
0,24
18,9-19,9
1,02
0,15
�Anexos
Tesis Doctoral
ANEXO 6.
Gráficos del comportamiento de los indicadores de las voladuras de producción (base) en las minas y trasvases en investigación.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
Anexo 6.1 Mina Mercedita
Histograma de comportamiento de la longitud de av ance.Voladuras de
producción.Mina Mercedita
5
Histograma de comportamiento de la sección de laboreo.
Voladuras de Producción.Mina Mercedita
5
4
Nº de observaciones,N
Nº deObservaciones,n
4
3
2
1
0
5,16
5,39
5,61
5,84
6,06
6,29
6,51
3
2
1
0
6,74
0,95
0,97
1,00
Sección transv ersal de laboreo,m2
1,07
1,10
1,12
Histograma del comportamiento del aprov echamiento de los barrenos.
Voladuras de producción.Mina Mercedita
5
5
N º de observaciones,N
4
4
No of obs
1,05
Longitud de av ance la ,m
Histograma de comportamiento de la rugosidad del contorno de la
excav ación.Voladuras de producción.Mina Mercedita
6
3
2
1
0
1,02
3
2
1
0,01
0,02
0,04
0,05
0,07
0,09
Rugosidad del contorno,m
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
0,10
0,12
0
0,63
0,65
0,67
0,68
0,70
0,71
Coef iciente de aprov echamiento de los barrenos
0,73
0,75
�Anexos
Tesis Doctoral
Histograma de f recuencia del coef iciente de sobreexcav ación Ks.Mina
Mercedita
5
Histograma de comportamiento del consumo específico de explosivo.
Voladuras de producción.Mina Mercedita
6
5
Nº de Observaciones,N
No of obs
4
3
2
1
0
4
3
2
1
1,15
1,20
1,25
1,30
1,35
1,40
1,45
0
1,50
Ks
Consumo específ ico de SE qse,kg/m3
Histograma del comportamiento del metraje específ ico de barrenación.
Voladuras de producción.Mina Mercedita
5
Nº de observaciones,N
4
3
2
1
0
15,5
16,0
16,5
2,3669 2,4579 2,5490 2,6400 2,7311 2,8221 2,9131 3,0042
17,0
17,5
18,0
18,5
Metraje específ ico de barrenación,m/m
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
19,0
19,5
�Anexos
Tesis Doctoral
Anexo 6.2 Trasvase Caney-Gilbert
Histograma del comportamiento de la sobreexcav ación.
Voladuras de producción.Trasv ase Caney -Gilbert.
Histograma del comportamiento del área de excav ación.
Voladuras de producción.Trasv aseCaney -Gilbert
9
8
8
7
7
Nº de observaciones,N
9
No of obs
6
5
4
3
2
1
0
6
5
4
3
2
1
1,150
1,160
1,155
1,170
1,165
1,180
1,175
1,190
1,185
1,200
1,195
0
1,205
18,7 18,8 18,9 19,0 19,1 19,2 19,3 19,4 19,5 19,6 19,7
Área de laboreo,m 2
Coef iciente de sobreexcav ación,Ks
Figura 1
Figura 2
Histograma del comportamiento de la longitud de av ance.
Voladuras de producción.Trasv ase Caney -Gilbert
9
8
8
7
7
Nº de observaciones,N
Nº de observaciones ,N
Histograma del comportamiento de la rugosidad del contorno.
Voladuras de producción.Trasv ase Caney -Gilbert.
6
5
4
3
2
5
4
3
2
1
1
0
6
0
0,16
0,17
0,18
0,19
0,20
0,21
0,22
0,23
0,24
0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 2,20 2,40 2,60 2,80 3,00
Rugosidad del contorno,m
Figura 3
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
Longitud de av ance,m
Figura 4
�Anexos
Tesis Doctoral
Histograma del comportamiento del consumo específ ico de SE.
Voladuras de producción.Trasv ase Caney -Gilbert.
10
8
9
7
8
Nº de observaciones,N
Nº de observaciones,N
Histograma de comportamiento del aprov echamiento del barreno.
Voladuras de producción.Trasv ase Caney -Gilbert.
9
6
5
4
3
2
1
0
7
6
5
4
3
2
1
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
0
1,00
Figura 5
Figura 6
Histograma del comportamiento del metraje específ ico de barrenación.
Voladuras de producción.Trasv ase Caney -Gilbert.
7
Nº de observaciones ,N
6
5
4
3
2
1
0
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
Metraje específ ico de barrenación,m/m
Figura 7
Anexo 6.3 Trasvase Este Oeste.Tramo Ojo de Agua-Yagrumal
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
Consumo específ ico de SE qSE, kg/m 3
Coef iciente de prov echamiento del barreno,Ks
5,00
5,50
�Anexos
Tesis Doctoral
Histograma del comportamiento del área de laboreo de la excav ación.
Voladuras de producción.Trasv ase Melones-Sabanilla.Tramo Ojo de Agua Y agrumal
8
Histograma de comportamiento de la rugosidad del contorno.
Voladuras de producción.Trasv ase Melones-Sabanilla.Tramo Ojo de AguaY agrumal.
6
5
Nº de observaciones,N
Nº de observaciones,N
7
6
5
4
3
2
4
3
2
1
1
0
0
35,71
35,82
35,93
36,04
36,16
36,27
36,38
36,49
0,154
0,164
Área de laboreo Sl, m 2
0,174
0,184
0,194
0,204
0,214
0,224
Rugosidad del contorno,m
Figura 1
Figura 2
Histograma del comportamiento de la sobreexcav ación.
Voladuras de producción.Trasv ase Melones-Sabanilla.Tramo Ojo de AguaY agrumal
8
Histograma del comportamiento de la longitud de av ance.
Voladuras de producción.Trasv ase Melones-Sabanilla.Tramo Ojo de AguaY agrumal.
4
Nº de observaciones,N
7
No of obs
6
5
4
3
2
3
2
1
1
0
0
1,156
1,160
1,163
1,167
1,170
1,174
1,178
1,181
2,21
Coef iciente de sobreexcav ación,Ks
Figura 3
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
2,25
2,29
2,33
2,36
Longitud de av ance la, m
Figura 4
2,40
2,44
�Anexos
Tesis Doctoral
3
2
1
0
Histograma del comportamiento del consumo específ ico de SE.
Voladuras de producción.Trasv ase Melones-Sabanilla.Tramo Ojo de AguaY agrumal.
5
Nº de observaciones,N
Nº de observaciones,N
Histograma del comportamiento del aprov echamiento del barreno.
Voladuras de producción.Trasv ase Melones -Sabanilla.Tramo Ojo de AguaY agrumal.
4
0,66
0,67
0,68
0,69
0,70
0,71
0,72
0,73
4
3
2
1
0
1,65
Figura 5
Figura 6
Nº de observaciones,N
Histograma del comportamiento del metraje específ ico de barrenación.
Voladuras de produccción.Trasv ase Melones-Sabanilla.Tramo Ojo de AguaY agrumal.
4
3
2
1
0
83,75
85,00
86,24
87,49
88,73
89,98
91,22
Metraje específ ico de barrenación,m/m
Figura 7
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
1,70
1,75
1,80
1,84
1,89
1,94
Consumo específ ico de SE qSE , Kg/m 3
Coef iciente de aprov echamiento del barreno
92,47
1,99
�Anexos
Tesis Doctoral
ANEXO 7. Gráficos del comportamiento de la velocidad mensual de avance
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
Comportamiento de la velocidad mensual de avance.Mina Amores.Año 2004
Velocidad de avance,m/mes
30,00
25,00
20,00
15,00
10,00
5,00
0,00
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Setiembre
Octubre
Noviembre Diciembre
Meses
Figura 1
Comportamiento de la velocidad mensual de avance.Mina Amores.Año 2005
Velocidad mensual de avance.m/mes
30,00
25,00
20,00
15,00
10,00
5,00
0,00
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Meses
Figura 2
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
Agosto
Setiembre
Octubre
Noviembre Diciembre
�Tesis Doctoral
Comportamiento de la velocidad mensual de avance.Trasvase CaneyGilbert.Frente Nº2
Com portam iento de la velocidad m ensual de avance. Trasvase
Caney-Gilbert.Frente Nº1
90,00
80,00
70,00
60,00
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
mar- abr- may- jun93
93
93
93
jul93
ago- sep- oct - nov- dic93 93
93
93
93
ene- feb- mar- abr- may- jun94
94 94
94
94
94
Velocidad mensual de
avance.m/mes
Velocidad mensual de
avance,m/mes
Anexos
jul94
100,00
90,00
80,00
70,00
60,00
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
mar-93
abr-93
may-93
jun-93
jul-93
ago-93
sep-93
oct-93
nov-93
Meses
Meses
Figura 3
Figura 4
Com portam iento de la velocidad m ensual de
avance.Trasvase Caney-Gilbert.Frente Nº3
Com portam iento de la velocidad m ensual de avance.Trasvase
Caney-Gilbert.Frente Nº4.
120,00
120,00
Velocidad mensual,
m/mes
100,00
Velocidad
mensual,m/mes
100,00
80,00
80,00
60,00
60,00
40,00
40,00
20,00
20,00
0,00
mar - abr93
93
may- jun- jul- 93 ago93
93
93
sep-
oct -
nov-
dic-
93
93
93
93
ene- f eb- mar - abr 94
94
94
94
may- jun- jul- 94
94
94
0,00
mar- abr- may- jun93
93 93
93
Meses
Figura 5
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
jul- ago- sep- oct- nov- dic- ene- feb- mar- abr93 93
93
93 93 93
94
94 94
94
Meses
Figura 6
�Anexos
Tesis Doctoral
ANEXO 8
Parámetros principales de las ondas de choque y de presión en las litologías objeto de estudio en los macizos en investigación.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 1 Parámetros de la onda de choque producida por una carga compacta en las litologías presentes en las minas y trasvases en investigación.
Parámetros de la onda refractada a la roca
Nº Litologías
Obra,Mina
Tramo,excavación
Pb, MPa. Pr, MPa. Kref ρr,kg/m3 Vroca,m/s Vfrente,m/s
I.1
Cromita
Mercedita
Galeria de corte
5577
8819 1,58
4084
1523
5781
I.2 Serpentinita.
Mercedita
Socavón M-1
6491
8819 1,58
2984
1806
1815
I.3 Peridotita
Mercedita
Socavón M-1
6101
8176 1,34
2871
1801
5149
I.4 Dunita
Mercedita
Galería nivel principal
6101
8226 1,39
2966
1762
5395
I.5 Gabro
Mercedita
Galería nivel principal
5757
8306 1,44
3178
1701
5468
II.1 Dunitas
Amores
Socavón A-1
6757
8328 1,23
2900
1853
4581
II.2 Harzburgita
Amores
Socavón A-1
6596
8357 1,27
3161
1773
4451
II.3 Serpentinita
Amores
Socavón A-1
5945
8292 1,39
3224
1703
5063
II.4 Cromita
Amores
Socavón A-1
5558
8916 1,60
4222
1502
5918
III.1 Porfirita andesiticas
El Cobre
Galería principal nivel +30
5840
8206 1,41
4337
1790
2797
III.2 Tobas andesíticas
El Cobre
Galería principal nivel +30
5826
8225 1,41
4381
1779
2790
III.3 Areniscas tobaceas
El Cobre
Galería principal nivel +30
5754
8464 1,44
4362
1755
2834
IV.1 Tobas
Trasvase Caney –Gilbert
Frente 1
3852
5820 1,51
3177
1414
4874
IV.2 Aglomerados
Trasvase Caney –Gilbert
Frente 1
4080
5635 1,38
3284
1409
3830
V.1 Gabro
Trasvase Este-Oeste
Yagrumal –Guaro
5903
8274 1,40
3129
1722
5229
V.2 Basalto
Trasvase Este-Oeste
Manacal-Castellanos
5894
8288 1,41
3173
1711
5206
V.3 Caliza masiva
Trasvase Este-Oeste
Yagrumal –Guaro
5636
8432 1,50
2928
1764
6470
V.4 Caliza blanco crema masiva Trasvase Este-Oeste
Yagrumal –Guaro
5695
8327 1,46
2951
1756
6020
V.5 Serpentinita pardo-verdosa Trasvase Este-Oeste
Guaro-Manacal
6300
8334 1,32
3334
1707
4528
V.6 Aleurolitas
Trasvase Este-Oeste
Castellanos –Manacal
6613
7883 1,19
2332
2011
4970
VI.1 Aleurolitas
Trasvase Sabanalamar-Pozo Azúl Tunel 2
6606
8188 1,24
3363
1729
3181
VI.2 Esquistos verdes
Trasvase Sabanalamar-Pozo Azúl Túnel 1
5649
8366 1,48
2944
1757
4017
VI.3 Calizas arcillosas
Trasvase Sabanalamar-Pozo Azúl Túnel 1
6166
8254 1,34
3115
1745
4838
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 2 Parámetros de la onda de presión producida por una carga desacoplada en las litologías de las minas y trasvases en investigación..
Nº
Parámetros de la onda refractada a la roca
Litologías
Mina, Trasvase
Tramo,excavación
I.1
I.2
I.3
I.4
I.5
II.1
II.2
II.3
II.4
III.1
III.2
III.3
IV.1
IV.2
V.1
V.2
V.3
V.4
V.5
V.6
VI.1
VI.2
VI.3
3
Pb, MPa. Pr, MPa. Kref ρr,kg/m Vroca,m/s Vfrente,m/s
Cromita
Mercedita
Galeria de corte
415
672 1,62
3832
44
5242
Serpentinita.
Mercedita
Socavón M-1
415
543 1,31
2583
76
3721
Peridotita
Mercedita
Socavón M-1
415
592 1,43
2903
63
4293
Dunita
Mercedita
Galería nivel principal
415
672 1,62
2687
63
4622
Gabrodiabasa
Mercedita
Galería nivel principal
415
611 1,47
2905
58
4788
Dunitas
Amores
Socavón A-1
415
588 1,45
2827
61
4619
Harzburgita
Amores
Socavón A-1
415
553 1,33
2848
73
3559
Serpentinita
Amores
Socavón A-1
415
592 1,43
2903
63
4293
Cromita
Amores
Socavón A-1
415
675 1,63
3981
42
5406
Porfirita andesiticas
El Cobre
Galería principal nivel +30
415
809 1,50
2779
56
5346
Tobas andesíticas
El Cobre
Galería principal nivel +30
415
598 1,46
2723
60
4896
Areniscas tobaceas
El Cobre
Galería principal nivel +30
415
622 1,47
2722
59
5065
Tobas
Trasvase Caney –Gilbert
Frente 1
415
614 1,48
2947
59
4665
Aglomerados
Trasvase Caney –Gilbert
Frente 1
415
639 1,30
2908
76
3261
Gabro-diabasa
Trasvase Este-Oeste
Yagrumal –Guaro
415
830 2,00
2870
62
4467
Diabasa
Trasvase Este-Oeste
Manacal-Castellanos
415
596 1,44
2870
62
4451
Caliza masiva
Trasvase Este-Oeste
Yagrumal –Guaro
415
830 2,00
2735
53
5784
Caliza blanco crema masiva Trasvase Este-Oeste
Yagrumal –Guaro
415
619 1,49
2726
54
5612
Serpentinita pardo-verdosa Trasvase Este-Oeste
Guaro-Manacal
415
830 2,00
2916
71
3662
Aleurolitas
Trasvase Este-Oeste
Castellanos -Manacal
415
510 1,23
1991
84
4068
Aleurolitas
Trasvase Sabanalamar-Pozo Azúl Tunel 2
415
530 1,28
2819
79
3217
Esquistos cloríticos
Trasvase Sabanalamar-Pozo Azúl Túnel 1
415
626 1,51
2737
55
5564
Calizas arcillosas
Trasvase Sabanalamar-Pozo Azúl Túnel 1
415
569 1,37
2758
69
3992
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
ANEXO 9
Gráficos de los campos tensionales producidos por una carga compacta de tectrón en las litologías objeto de estudio de los macizos
investigados.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
Curvas de extinsión del campo de tensiones generado por una carga
compacta de tectron 100 en serpentinitas pardo-verdosas.
Trasvase Este-Oeste.Túnel Manacal-Castellanos
Extinción de las curvas del campo tenso-deformacional generado por
cargas compactas de tectron 100 en diabasa.Trasvase Este-Oeste.
Túnel :Manacal -Castellanos.
200
Tensión ,MPa
160
140
4
100
2
80
60
1
40
0
2- Tensión al cortante
3- Tensión tangencial
4- Límite de resistencia dinámica al cortante
5- Límite de resistencia dinámica a la tracción
80
60
40
1
5
3
0
0
0
15
30
45
4
2
20
5
20
1- T ensión radial
100
Tensión,MPa
180
120
120
1-Tensión radial
2- Tensión tangencial
3- Tensión al cortante
4- Límite de resistencia dinámica al cortante
5- Límite de resistencia dinámica a la tracción
60
75
90
105
120
20
40
60
80
100
3
120
140
160
180
Distancia relativ a
Distancia relativa
Figura 1 Cargas compactas.Llitología: basalto
Figura 2
Curv as de extinción de las componentes del campo tensional
250
1
2
3
4
5
225
200
175
150
Tensión radial
Tensión tangencial
Tensión al cortante
Límite de resistencia dinámica al cortante
Límite de resistencia dinámica a la tracción
125
100
3
1
2
75
4
50
25
0
5
0
10
20
30
40
50
60
70
Distancia relativ a
Figura 3 Cargas compactas.Llitología: caliza masiva
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
80
Cargas compactas.Llitología: serpentinita
200
�Anexos
Tesis Doctoral
ANEXO 9A
Determinación del campo tenso-deformacional con cargas compactas de sustancia explosiva en las litologías donde están
enclavadas las minas y trasvases en investigación..
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 1 Modelación del campo tenso-deformacional
Mina Mercedita
Datos
Litologia
Serpentinita
Tipo de carga : compacta
ρo
2530 kg/m3
Kdt
VLD
[σ ]
[σ ]
e
comp
e
trac
3783 m/s
29,43 MPa
MPa
kg/m3
m/s
Kcal/kg
M
M
kg/m3
Kcal/kg
MPa
RCE
0,0129
C1
0,3082
C2
-0,0014
Cálculo del campo tensional
σrmax,MPa
r,m
r
0,0210
1,62412
4195
0,0259
2,00
3135
0,0388
3,00
1777
0,0517
4,00
1188
0,0647
5,00
869
0,0776
6,00
673
0,0905
7,00
543
0,1035
8,00
450
0,1164
9,00
382
0,1241
9,60
349
0,1293
10,00
329
0,1423
11,00
288
0,1552
12,00
255
0,1940
15,00
200
0,2586
20,00
145
0,3013
23,30
123
0,3880
30,00
93
0,5173
40,00
68
0,6466
50,00
53
0,7759
60,00
43
0,9053
70,00
37
0,9548
73,83
35
1,0346
80,00
32
1,1639
90,00
28
1,2932
100,00
25
1,5519
120,00
19
1,6812
130,00
17
1,8972
146,70
13,94
ρSE
Vd
QSE
dc
db
ρTEN
QTEN
Pr
4,14
1150
4400
740
0,042
0,042
1650
1360
8272
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
[σ ]
[σ ]
[σ ]
13,94 MPa
e
cort
6,37 MPa
d
cort
44,61 MPa
Rtrit
Rg
Rdesc
W
3,37
d
trac
0,3013
0,9548
1,8972
1,4260
στmax,MPa.
σcortmax,MPa.
1283
1456
957
1089
540
618
359
414
262
304
202
236
162
190
134
158
113
134
103
123
97
116
84
102
74
90
57
71
41
52
34
44,61
25
34
17
25
13
20
10
17
8
15
6,97
14
6
13
5
11
4
10
3
8
2
7
1
6
m
m
m
m
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 2 Modelación del campo tenso-deformacional
Cargas compactas
Trasvase
Caney-Gilbert Frente Nº 1
Datos Iniciales
Litologia
Tobas
ρo
2910 kg/m3
Kdt
VLD
[σ ]
[σ ]
e
comp
e
trac
2954 m/s
25,60 MPa
MPa
kg/m3
m/s
Kcal/kg
m
m
kg/m3
Kcal/kg
MPa
RCE
0,012932
C1
0,285992
C2
-0,001226
Cálculo del campo tensional
R,m
Ř
σrmax,MPa
0,0647
5,00
611
0,0776
6,00
474
0,0905
7,00
382
0,1002
7,75
331
0,1164
9,00
269
0,1293
10,00
232
0,1423
11,00
203
0,1552
12,00
180
0,1811
14,00
145
0,1973
15,26
138
0,2069
16,00
131
0,2328
18,00
115
0,2586
20,00
102
0,3205
24,78
81
0,3880
30,00
66
0,5173
40,00
48
0,5740
44,39
42,58
0,6466
50,00
37
0,7113
55,00
34
0,7759
60,00
31
0,9053
70,00
26
0,9699
75,00
24
1,1070
85,60
20,67
1,1510
89,00
20
1,2932 100,00
17
ρSE
Vd
QSE
dc
db
ρTEN
QTEN
Pr
6,10
1150
4400
740
0,042
0,042
1650
1360
5820
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
[σ ]
[σ ]
[σ ]
20,67 MPa.
e
cort
7,21 MPa.
d
cort
50,50 MPa.
Rtrit
Rg
Rdesc
W
3,39
d
trac
0,1973
0,3205
1,1070
0,7137
στmax,MPa
σcortmax,MPa
171
220
132
171
106
138
92
120
74
97
63
84
55
74
49
65
39
53
37
50,50
35
48
30
42
27
38
20,67
30
16
25
11
18
10
16
8
14
7
13
6
12
5
10
5
10
4
8
4
8
3
7
m
m
m
m
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 3 Modelación de los campos tenso-deformacional
Cargas compactas de tectrón
Trasvase Este –Oeste
Túnel
Yagrumal – Guaro
Frente
Ojo de Agua-Yagrumal
Datos
Litologia Caliza masiva
Resistencia dinámica de las rocas
ρo
2710 kg/m3
Kdt
3,25
VLD
[σ ]
[σ ]
e
comp
5983 m/s
60,92 Mpa
e
trac
[σ ]
[σ ]
[σ ]
d
trac
12,79 MPa
e
cort
8,94 MPa
d
cort
3,94 MPa
62,61
ρSE
1150 kg/m3
Campo deformacional
Vd
4400 m/s
Rtrit
0,1774
QSE
740 Kcal/kg
0,7678
Rg
Rdesc
dc
0,042 Mm
2,0349
db
0,042 Mm
W
1,4013
ρTEN
1650 kg/m3
QTEN
1360 Kcal/kg
Pr
8432,00 MPa
RCE
0,01293
C1
0,45968
C2
-0,00293
Cálculo del campo-tenso deformacional
R,m
Ř
Σcmax,MPa
Σtmax,MPa
σcortmax,MPa
0,1035
8,00
459
200
129
0,1164
9,00
389
169
110
0,1202
9,29
372
161
106
0,1293
10,00
336
144
96
0,1774
13,72
216
90
62,61
0,2586
20,00
127
51
38
0,3028
23,42
102
40
31
0,5173
40,00
48
17
16
0,5481
42,38
44
15
15
0,7678
59,37
45
12,79
16
0,9053
70,00
37
10
14
0,9812
75,87
34
8
13
1,1639
90,00
28
6
11
1,2932
100,00
25
4
11
1,5519
120,00
19
2
9
1,8105
140,00
15
1
7
2,0349
157,35
12,79
0
6
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
MPa
m
m
m
m
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 4 Modelación de los campos tenso-deformacional
Trasvase Este –Oeste
Tramo
Yagrumal-Guaro
Frente
Ojo de Agua-Yagrumal
Datos
Litologia Caliza blanco,crema masiva
Cargas compactas de tectrón
Resistencia dinámica de las rocas
ρo
2700 kg/m3
Kdt
3,28
VLD
[σ ]
[σ ]
e
comp
5500 m/s
50,14 Mpa
e
trac
[σ ]
[σ ]
[σ ]
d
trac
15,63 MPa
e
cort
8,93 MPa
d
cort
4,77 MPa
62,50
ρSE
1150 kg/m3
Campo deformacional
Vd
4400 m/s
Rtrit
0,1820
QSE
740 Kcal/kg
0,5128
Rg
Rdesc
dc
0,042 Mm
1,7655
db
0,042 Mm
W
1,1391
ρTEN
1650 kg/m3
QTEN
1360 Kcal/kg
Pr
8327,00 MPa
RCE
0,01293
C1
0,42858
C2
-0,00263
Cálculo del campo-tenso deformacional
r,m
Ř
σcmax,MPa
Σtmax,MPa
σcortmax,MPa
0,1035
8,00
453
185
134
0,1164
9,00
384
156
114
0,1202
9,29
367
148
109
0,1293
10,00
332
133
99
0,1820
14,07
205
80
62,50
0,2586
20,00
126
47
39
0,3028
23,42
101
37
32
0,5128
39,65
48
15,63
16
0,5481
42,38
44
14
15
0,7591
58,70
45
12
16
0,9053
70,00
37
9
14
0,9812
75,87
34
8
13
1,1639
90,00
28
5
11
1,2932
100,00
25
4
10
1,5519
120,00
19
2
8
1,7655
136,52
15,63
1
7
2,0084
155,30
13
0
6
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
MPa
m
m
m
m
�Anexos
Tesis Doctoral
ANEXO 9B
Determinación del campo tenso-deformacional con cargas desacopladas de sustancia
explosiva en las litologías en estudio en las minas y trasvases en investigación.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tabla 1 Modelación del campo tenso-deformacional
Cargas desacopladas con espacio anular de aire
Mina Amores
Datos
Litologia :Harzburgitas
ρo
2790 kg/m3
Kdt
3,37
VLD
3618 m/s
[σdt]
13,94
[σec]
73,9 MPa
[σecort]
10,10
e
d
[σ t]
4,14 MPa
[σ cort]
70,69
ρSE
1150 kg/m3
Vd
4400 m/s
Rtrit
0,0661
QSE
740 Kcal/kg
Rgunis
0,4277
dc
0,032 m
Rgais
0,246
db
0,042 m
Rdesc
0,7627
ρtrotil
1500 kg/m3
0,50
W
Qtrotil
1010 Kcal/kg
Vtrotil
6700 m/s
Vc/Vb
0,1956
N
3
Kref
1,33
Χ
1,41
C1
0,3201
C2
-0,0016
Rc
0,016 m
Rce
0,0120 m
Rb
0,021 m
Ř.
1,7512
Pprodexplos
2783 MPa
ρr
2848
Pcamcarga
544 MPa
Vr
73
Prefractada
725 MPa
Vf
3559
Cálculo del campo tensional
r,m
Ř
σrmax,MPa σtmax,MPa
σcortmax,MPa
0,021
1,8
725
230
248
0,030
2,5
482
152
165
0,048
4,0
292
92
100
0,066
5,5
205
64
70,69
0,072
6,0
187
58
64
0,084
7,0
158
49
55
0,096
8,0
136
42
47
0,108
9,0
120
37
42
0,120
10,0
107
32
37
0,246
20,5
48
13,94
17
0,360
30,0
32
9
12
0,428
35,7
26
6,97
10
0,600
50,0
18
4
7
0,763
63,6
13,94
3
5
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
Tesis Doctoral
MPa
MPa
MPa
M
M
M
M
M
Kg/m3
m/s
m/s
�Anexos
Tabla 2 Modelación del campo tenso-deformacional
Trasvase
Caney –Gilbert
Tramo:Frente 1
Datos
Litologia: Tobas
Cargas
Desacopladas con espacio anular de aire
ρo
2910 kg/m3
Kdt
3,29716
VLD
4954 m/s
[σdt]
20,11
e
e
[σ c]
25,60 MPa
[σ cort]
7,21
[σet]
6,10 MPa
[σdcort]
50,50
ρSE
1150 kg/m3
Vd
4400 m/s
Rtrit
QSE
740 Kcal/kg
Rgunis
0,0872
dc
0,032 M
Rgais
0,4137
db
0,042 M
Rdesc
0,2422
ρtrotil
1500 kg/m3
0,6017
W
Qtrotil
1010 Kcal/kg
Vtrotil
6700 m/s
Vc/Vb
0,1956 n
3
Kref
1,48
C1
0,4187
C2
-0,0025
Rc
0,016 m
Rce
0,0120 M
Rb
0,021 M
Ř.
1,7512
Pfrenteonda
5566 MPa
ρr
2945
Pprodexplos
2783 MPa
Vr
58
Pcamcarga
544 MPa
Vf
3953
Prefractada
806 MPa
Cálculo del campo tensional
r,m
ř
σrmax,MPa
σtmax,MPa
σcortmax,MPa
0,021
1,8
798
331
234
0,034
2,8
478
197
141
0,044
3,7
357
146
105
0,060
5,0
254
103
75
0,072
6,0
208
84
62
0,087
7,3
168
67
50,50
0,096
8,0
152
60
46
0,108
9,0
133
53
40
0,120
10,0
119
47
36
0,180
15,0
76
29
24
0,242
20,2
55
20,11
17
0,300
25,0
43
15
14
0,360
30,0
35
12
12
0,414
34,5
30
10,06
10
0,481
40,1
26
8
9
0,540
45,0
23
7
8
0,602
50,2
20,11
6
7
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
Tesis Doctoral
MPa
MPa
MPa
m
m
m
m
Kg/m3
m/s
m/s
�Anexos
Tabla 3 Modelación del campo tenso-deformacional
Trasvase Este –Oeste Tramo:Yagrumal _Guaro
Datos
Litologia:Serpentinita pardo verdosa
Cargas:Desacopladas con espacio anular de aire
ρo
2860 kg/m3
Kdt
3,3604
VLD
3730 m/s
[σdt]
9,58
e
e
[σ c]
23,40 MPa
[σ cort]
4,71
[σet]
2,85 MPa
[σdcort]
33,00
ρSE
1150 kg/m3
Vd
4400 m/s
Rtrit
0,1339
QSE
740 Kcal/kg
Rgunis
0,5828
dc
0,032 M
Rgais
0,3475
db
0,042 M
Rdesc
1,9100
ρtrotil
1500 kg/m3
1,2464
W
Qtrotil
1010 Kcal/kg
Vtrotil
6700 m/s
Vc/Vb
0,1956
Kref
1,36 n
3
C1
0,3332
C2
-0,00169
Rc
0,016 m
Rce
0,0120 m
Rb
0,021 m
Ř.
1,7512
Pfrenteonda
324 MPa
ρr
2916
Pprodexplos
5566 MPa
Vr
71
Pcamcarga
2783 MPa
Vf
3662
Prefractada
544 MPa
Prefractada
739 MPa
R,m
Ř
σrmax,MPa
σtmax,MPa
σcortmax,MPa
0,0210
1,8
739
244
247
0,0360
3,0
409
134
137
0,0480
4,0
298
97
100
0,0959
8,0
139
44
47
0,1079
9,0
122
39
42
0,1199
10,0
109
34
37
0,1339
11,2
96
30
33,00
0,2398
20,0
51
15
18
0,3475
29,0
34
9,58
12
0,4797
40,0
24
6
9
0,5828
48,6
19
4,79
7
1,0500
50,0
18
5
7
1,2600
60,0
15
4
6
1,6800
80,0
11
2
4
1,9100
91,0
9,58
2
4
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
Tesis Doctoral
MPa
MPa
MPa
m
m
m
m
m
Kg/m3
m/s
m/s
�Anexos
Tabla 4 Modelación del campo tenso-deformacional
Trasvase Este –Oeste
Tramo:Yagrumal _Guaro
Datos
Litologia:Caliza masiva
Cargas desacopladas con espacio anular de aire
ρo
2710 Kg/m3
Kdt
3,25
VLD
5983 m/s
[σdt]
12,80
[σec]
60,92 MPa
[σecort]
8,95
e
[σ t]
3,942 MPa
[σdcort]
62,63
ρSE
1150 kg/m3
Vd
4400 m/s
Rtrit
0,0688
QSE
740 Kcal/kg
Rgunis
0,6061
dc
0,032 M
Rgais
0,3753
db
0,042 M
Rdesc
0,9315
ρtrotil
1500 kg/m3
W
Qtrotil
1010 Kcal/kg
Vtrotil
6700 m/s
Vc/Vb
0,1956 N
3
Kref
1,52
Χ
1,41
C1
0,4597
C2
-0,0029
Rc
0,016 M
Rce
0,0120 M
Rb
0,021 M
Ř.
1,75
Pfrenteonda
5566 MPa
ρr
2735
Pprodexplos
2783 MPa
Vr
53
Pcamcarga
544 MPa
Vf
5784
Prefractada
830 MPa
r,m
Ř
σrmax,MPa σtmax,MPa
σcortmax,MPa
0,021
1,8
830
377
226
0,030
2,5
558
253
153
0,036
3,0
459
207
126
0,048
4,0
335
150
92
0,060
5,0
262
116
73
0,069
5,7
225
100
62,63
0,084
7,0
181
79
51
0,096
8,0
156
68
44
0,108
9,0
137
59
39
0,120
10,0
122
53
35
0,180
15,0
78
32
23
0,240
20,0
57
23
17
0,375
31,3
35
12,80
11
0,480
40,0
27
9
9
0,606
50,5
21
6,40
7
0,719
60,0
17
5
6
0,932
77,7
12,80
16
-2
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
Tesis Doctoral
MPa
MPa
MPa
m
m
m
m
Kg/m3
m/s
m/s
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 5 Modelación del campo tenso-deformacional
Cargas desacopladas con espacio radial de aire
Obra:Trasvase
Sabanalamar-Pozo Azúl.Túnel1
Datos Iniciales
Litologia
Esquistos cloríticos
Resistencia dinámica de las rocas
ρo
2710 kg/m3
Kdt
3,26
VLD
5750 m/s
[σdt]
13,04 MPa
[σec]
176,00 MPa
[σecort]
15,32 MPa
[σet]
4,00 MPa
[σdcort]
107,23 MPa
Rtrit
Rgunis
Rgais
Rdesc
0,0424
0,5864
0,3601
0,9080
0,7472
3
ρSE
1150 kg/m
Vd
4400 m/s
QSE
740 Kcal/kg
dc
0,032 M
db
0,042 M
ρtrotil
1500 kg/m3
Qtrotil
1010 Kcal/kg
Vtrotil
6700 m/s
Vc/Vb
0,1956
N
3
Kref
1,51
Χ
1,41
C1
0,4453
C2
-0,0028
Rc
0,016 M
Rce
0,0120 M
Rb
0,021 M
Ř.
1,7512
Pfrenteonda
5566 MPa
Pprodexplos
2783 MPa
Pcamcarga
544 MPa
Prefractada
822 MPa
Cálculo del campo tensional
R,m
Ř
σrmax,MPa
0,021
1,8
814
0,024
2,0
710
0,033
2,8
497
0,042
3,5
380
0,058
4,8
271
0,072
6,0
212
0,096
8,0
155
0,108
9,0
136
0,240
20,0
56
0,360
30,0
36
0,586
48,9
21
0,719
60,0
17
0,908
75,7
13,04
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
W
ρr
Vr
Vf
m
m
m
m
m
2737 Kg/m3
55 m/s
4528 m/s
σtmax,MPa
σcortmax,MPa
358
228
312
199
218
140
165
107,23
117
77
91
61
65
45
57
39
22
17
13,04
12
6,52
7
5
6
3
5
�Anexos
Tesis Doctoral
ANEXO 10
Parámetros del campo tenso-deformacional generado por cargas de sustancias explosivas compactas y desacopladas en las litologías donde
estaban enclavadas las obras en investigación.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 1 Parámetros del campo deformacional producido por la voladura de una carga compacta en las diferentes litologías objeto de estudio
Parámetros del campo deformacional
Nº
Litología
Trasvase , Mina
Tramo
Rt,m
Rgu,m Rga,m Rd,m
W,m
I.1
Dunitas
Mercedita
Socavón apertura
0,2223 0,9548 0,6217 1,7871 1,2044
I.2
Cromitas
Mercedita
Galería de corte
0,1219 0,9188 0,6298 1,4519 1,0408
I.3
Serpentinita.
Mercedita
Socavón de apertura
0,3013 0,9548 0,5990 1,8972 1,2481
I.4
Peridotito
Mercedita
Socavón de apertura
0,3091 1,0929 0,7219 2,1636 1,4427
I.5
Gabrodiabasa
Mercedita
Galería nivel principal
0,2396 0,9854 0,6443 1,8627 1,2535
II.1
Dunitas
Amores
Socavón A-1
0,1628 0,9373 0,6113 1,7243 1,1678
II.2
Cromitas
Amores
Socavón A-1
0,1655 1,0149 0,6943 1,8150 1,2547
II.3
Harzburgitas
Amores
Socavón A-1
0,1809 0,8531 0,5238 1,6891 1,1064
II.4
Serpentinita
Amores
Socavón A-1
0,2611 0,9634 0,6292 1,8078 1,2185
III.1
Porfirita andesiticas
El Cobre
Galeria principal nivel +30
0,1561 0,7065 0,4350 1,2599 0,8474
III.2
Tobas andesíticas
El Cobre
Galeria principal nivel +30
0,1002 0,3850 0,2213 0,5740 0,3977
III.3
Areniscas tobaceas
El Cobre
Galeria principal nivel +31
0,1628 1,0346 0,7624 2,0653 1,4138
IV.1 Tobas
Trasvase Caney –Gilbert
Frente 1
0,1682 0,6778 0,4173 1,8752 1,1462
IV.2 Aglomerados
Trasvase Caney –Gilbert
Frente 1
0,2066 0,8800 0,5426 1,7471 1,3136
V.1
Gabrodiabasa
Trasvase Este –Oeste
Yagrumal –Guaro
0,1244 0,8057 0,5076 1,5062 1,1559
V.2
Dibasa
Trasvase Este-Oeste
Manacal -Castellanos
0,1202 0,5735 0,3431 0,9491 0,7613
V.3
Caliza Masiva
Trasvase Este –Oeste
Ojo de Agua - Yagrumal
0,1774 1,0957 0,7678 2,0342 1,5650
V.4
Caliza , blanco crema masiva Trasvase Este –Oeste
Castellanos- Manacal
0,1792 0,9925 0,6714 1,7793 1,3859
V.5
Serpentinita pardo -verdosa Trasvase Este –Oeste
Guaro-Manacal
0,3952 1,1991 0,8052 2,4481 1,8236
V.6
Aleurolitas
Trasvase Este-Oeste
Ojo de Agua - Yagrumal
0,6191 1,6190 0,8639 3,2447 2,4318
VI:1 Aleurolitas
Trasvase Sabanalamar-Pozo Azúl Tunel 2
0,4273 1,01259 0,63303 2,0540 1,5333
VI.2 Esquistos cloríticos
Trasvase Sabanalamar-Pozo Azúl Túnel 1
0,1201 1,0767 0,7462 1,9980 1,5374
VI.3 Calizas arcillosas
Trasvase Sabanalamar-Pozo Azúl Túnel 1
0,2706 0,9195 0,5843 1,7640 1,3417
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
b,m
0,2496
0,1220
0,2933
0,3498
0,2681
0,2305
0,2398
0,2533
0,2550
0,1410
0,0127
0,3792
0,4685
0,4336
0,3503
0,1878
0,4692
0,3934
0,6245
0,8129
0,5207
0,4606
0,4222
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 2 Parámetros del campo deformacional de una carga desacoplada en las diferentes litologías objeto de estudio
Nº
Litología
Trasvase ,Mina
Tramo, excavación
Rt,m
Rgu,m
I.1 Dunitas
Mercedita
Galería Principal Nivel
0,0792 0,4608
I.2 tas
Mercedita
Galería Nivel Principal
0,0424 0,4955
I.3 Serpentinitas
Mercedita
Galería Nivel Principal
0,1009 0,4123
I.4 Peridotitos
Mercedita
Galería Nivel Principal
0,0936 0,4684
I.5 Gabrodiabasa
Mercedita
Galería Nivel Principal
0,0784 0,5024
II.1 Dunitas
Amores
Socavón A-2
0,0612 0,4365
II.2 Cromitas
Amores
Socavón A-2
0,0419 0,5102
II.3 Harzburgitas
Amores
Socavón A-2
0,0661 0,4277
II.4 Serpentinita
Amores
Socavón A-2
0,0936 0,4686
III.1 Porfiritas andesíticas
El Cobre
Galería Principal Nivel +30
0,0920 0,4749
III.2 Tobas andesíticas
El Cobre
Galería Principal Nivel +30
0,0333 0,1608
III.3 Areniscas tobaceas
El Cobre
Galería principal nivel+30
0,0619 0,6044
IV.1 Tobas
Caney –Gilbert
Frente Nº1
0,0872 0,4137
VI.2 Aglomerados
Caney –Gilbert
Frente Nº1
0,0988 0,4953
V.I Gabrodiabasa
Este –Oeste
Yagrumal -Guaro
0,0593 0,5360
V.2 Diabasa
Este –Oeste
Manacal-Castellanos
0,0413 0,2587
V.3 Caliza Masiva
Este –Oeste
Ojo de Agua - Yagrumal
0,0688 0,6061
V.4 Caliza , blanco crema masiva
Este –Oeste
Castellanos- Manacal
0,0709 0,5052
V.5 Aleurolitas
Este –Oeste
Castellanos -Manacal
0,1819 0,6871
V.6 Serpentinita pardo -verdosa
Este –Oeste
Tramo Guaro-Manacal
0,1339 0,5828
VI.1 Esquistos cloríticos
Sabanalamar-Pozo Azul
Túnel 1
0,0424 0,5864
VI.2 Aleurolitas
Sabanalamar-Pozo Azul
Túnel 2
0,1901 0,5576
VI.3 Calizas arcillosas
Sabanalamar-Pozo Azul
Túnel 1
0,12945 0,5381
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
Parámetros
Rga,m Rd,m
W,m
b,m
0,2708 0,7402 0,6005 0,1397
0,3024 0,5912 0,5433 0,0478
0,2358 0,7503 0,5813 0,1690
0,2758 0,7591 0,6137 0,1453
0,3003 0,7783 0,6404 0,1379
0,2422 0,6017 0,5191 0,0826
0,3131 0,6063 0,5583 0,0480
0,2461 0,7627 0,5952 0,1675
0,2758 0,7591 0,6139 0,1452
0,2829 0,6941 0,5845 0,1096
0,0886 0,2175 0,1891 0,0283
0,3726 0,9611 0,7828 0,1784
0,2422 0,6017 0,5077 0,0940
0,2876 0,9445 0,7199 0,2246
0,3210 0,8875 0,7118 0,1757
0,1455 0,6944 0,4765 0,2179
0,3753 0,9315 0,7688 0,1627
0,3027 0,7617 0,6335 0,1283
0,4064 1,5097 1,0984 0,4113
0,3475 1,9100 1,2464 0,6636
0,3601 0,9080 0,7472 0,1608
0,3263 1,1164 0,8370 0,2794
0,3187 0,9677 0,7529 0,2148
�Anexos
Tesis Doctoral
ANEXO 11
Comportamiento de los principales indicadores de las voladuras experimentales
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 1 Voladuras Experimentales en la mina Mercedita
Nº
Parámetros Principales
1 Avance del frente
Longitud de los barrenos
Cantidad de Barrenos
de cuele
de arranque
de contorno
de piso
Carga barrenos de cuele
Carga barrenos arranque
Carga barrenos de piso
Carga barrenos de contorno
2 Extensión del montón de rocas
3 Gasto de SE
Gasto específco de SE
4 Volumen de roca arrancada
5 Coefic. aprovechamiento de los barrenos
6 Area de laboreo de la excavación
Area de proyecto de la excavación
7 Coeficiente de sobreexcavación
8 Metraje de barrenación
Metraje específico de barrenación
Metraje específico de barrenación
9 Gasto de detonadores
Gasto específco de detonadores
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
Orden consecutivo de las voladuras
1
2
3
4
5
6
7
8
9
la
m
1,16 1,18 1,23 1,26 1,32
1,41
1,4 1,43 1,12
lb
m
1,65 1,65 1,65 1,65 1,65
1,65 1,65 1,65 1,65
Nb
Unid
16
16
16
16
16
16
16
16
16
nc
Unid
4
4
4
4
4
4
4
4
4
na
Unid
0
0
0
0
0
0
0
0
0
ncont
Unid
8
8
8
8
8
8
8
8
8
npiso
Unid
4
4
4
4
4
4
4
4
4
qbc
Kg
1
1
1
1
1
1
1
1
1
qbac
Kg
0
0
0
0
0
0
0
0
0
qba
Kg
0,8
0,8
0,8
0,8
0,8
0,8
0,8
0,8
0,8
qbco
Kg
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
Lm
M
6
6
5 6,75
5,9
6
4
4,5
7
Qse
Kg
12,00 12,00 12,00 12,00 12,00 12,00 12,00 12,00 12,00
qse
kg/m3
2,22 2,16 2,09 2,04 1,93
1,80 1,82 1,80 2,28
Vr
m3
5,42 5,55 5,73 5,88 6,23
6,67 6,61 6,65 5,26
CAB
%
0,7 0,72 0,75 0,76 0,80
0,85 0,85 0,87 0,68
Sl
m2
4,67 4,70 4,66 4,67 4,72
4,73 4,72 4,65 4,70
Sp
m2
4,50 4,50 4,50 4,50 4,50
4,50 4,50 4,50 4,50
Ks
1,04 1,04 1,04 1,04 1,05
1,05 1,05 1,03 1,04
Mbarrenac
m
26,4 26,4 26,4 26,4 26,4
26,4 26,4 26,4 26,4
Mbespl
m/m 22,76 22,37 21,46 20,95 20,00 18,72 18,86 18,46 23,57
Mbespvol m/m3
4,87 4,76 4,61 4,49 4,24
3,96 4,00 3,97 5,02
Qdet
Unid
16
16
16
16
16
16
16
16
16
qdet
unid/m 13,79 13,56 13,01 12,70 12,12 11,35 11,43 11,19 14,29
Símbolo
UM
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 2 Principales indicadores de los trabajos de perforación y voladura. Voladuras Experimentales .Mina Amores. Frente: Socavón A-2
Orden consecutivo de las voladuras.
Nº
Parámetros Principales
Simbolo
UM
1
2
3
4
5
6
7
8
1 Avance del frente
la
M
1,04
0,95
0,99
1,02
1,08
1,1
1,03
0,92
Longitud de los barrenos
lb
M
1,5
1,50
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
Cantidad de Barrenos
N
Unid
14
14
14
14
14
14
14
14
De cuele
nc
Unid
4
4
4
4
4
4
4
4
De arranque
na
Unid
0
0
0
0
0
0
0
0
De contorno
ncont
Unid
7
7
7
7
7
7
7
7
De piso
npiso
Unid
3
3
3
3
3
3
3
3
Carga barrenos de cuele
qbc
Kg
1,25
1,25
1,25
1,25
1,25
1,25
1,25
1,25
Carga barrenos arranque
qa
Kg
0
0
0
0
0
0
0
0
Carga barrenos de piso
qbp
Kg
1
1
1
1
1
1
1
1
Carga barrenos de contorno
qbco
Kg
0,75
0,75
0,75
0,75
0,75
0,75
0,75
0,75
2 Extensión del montón de rocas
Lm
M
9
7
5
6,75
5,9
6
4
4,5
3 Gasto de SE
QSE
Kg
13,25 13,25 13,25 13,25
13,25
10,4
12
9,6
Gasto específco de SE
qSE
Kg/m3
2,38
2,78
2,71
2,22
2,46
1,87
2,25
2,01
4 Volumen de roca arrancada
Vr
M3
5,56
4,76
4,88
5,96
5,39
5,57
5,34
4,77
5 Coefic. aprovechamiento de los barrenos CAB
%
0,69
0,63
0,66
0,68
0,72
0,73
0,69
0,61
6 Area de laboreo de la excavación
Sl
M2
5,35
5,01
4,93
5,84
4,99
5,06
5,18
5,18
Area de proyecto de la excavación
Sp
m2
4,50
4,50
4,50
4,50
4,50
4,50
4,50
4,50
7 Coeficiente de sobreexcavación
Ks
1,19
1,11
1,10
1,30
1,11
1,12
1,15
1,15
8 Metraje de barrenación
Mbar
M
21,00
21 21,00 21,00
21,00 21,00
21,00
21,00
Metraje específico de barrenación por m
Mbe
m/m3
20,19 22,11 21,21 20,59
19,44 19,09
20,39
22,83
Metraje específico de barrenación por m3 Qdet
Unid
3,77
4,41
4,30
3,53
3,90
3,77
3,94
4,41
9 Gasto de detonadores
qdet
unid/m
14
14
14
14
14
14
14
14
Gasto específco de detonadores
qdet
unid/m 13,46 14,74 14,14 13,73
12,96 12,73
13,59
15,22
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
9
1,01
1,5
14
4
0
7
3
1,25
0
1
0,75
7
12
2,25
5,34
0,67
5,29
4,50
1,18
21,00
20,79
3,93
14
13,86
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 3 Principales indicadores de los trabajos de perforación y voladura. Voladuras experimentales. Mina: El Cobre. Galería principal nivel +30
Parámetros Principales
Nº
Símbolo
Voladuras Experimentales
UM
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1 Avance del frente
la
m
1,25 1,40 1,30
1,30 1,35 1,40 1,25 1,40 1,30 1,30 1,35
Longitud de los barrenos
lb
m
1,5 1,50
1,5
1,5 1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
Cantidad Total de Barrenos
N
unid
22
22
22
22
22
22
22
22
22
22
22
De cuele
nc
unid
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
De arranque
na
unid
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
De piso
ncont
unid
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
De contorno
npiso
unid
13
13
13
13
13
13
13
13
13
13
13
Carga barrenos de cuele
qbc
kg
0,8 0,8
0,8
0,8 0,8
0,8
0,8
0,8
0,8
0,8
0,8
Carga barrenos arranque
qa
kg
0,6 0,6
0,6
0,6 0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
Carga barrenos de piso
qbp
kg
0,8 0,8
0,8
0,8 0,8
0,8
0,8
0,8
0,8
0,8
0,8
Carga barrenos de contorno
qbco
kg
0,6 0,6
0,6
0,6 0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
2 Extensión del montón de rocas
Lm
m
4,6 2,9
3
3,2
11
7
8
5
5
8
9
4 Gasto de SE
QSE
kg
15 12,6 12,6
12,6 12,6 12,6 12,6 12,6 12,6 12,6 12,6
Gasto específco de SE
qSE
kg/m3 2,01 1,50 1,64
1,65 1,66 1,53 1,70 1,51 1,65 1,65 1,59
5 Volumen de roca arrancada
Vr
m3
7,46 8,38 7,69
7,62 7,60 8,23 7,40 8,36 7,62 7,62 7,91
6 Coefic. aprovechamiento de los barrenos
CAB
%
0,83 0,93 0,87
0,87 0,90 0,93 0,83 0,93 0,87 0,87 0,90
7 Area de laboreo de la excavación
Sl
m2
5,97 5,98 5,92
5,86 5,63 5,88 5,92 5,97 5,86 5,86 5,86
Area de proyecto de la excavación
Sp
m2
5,42 5,42 5,42
5,42 5,42 5,42 5,42 5,42 5,42 5,42 5,42
8 Coeficiente de sobreexcavación
Ks
1,10 1,10 1,09
1,08 1,04 1,08 1,09 1,10 1,08 1,08 1,08
9 Metraje de barrenación
Mbar
m
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33
33
Metraje específico de barrenación
Mbe
m/m3 26,4 23,6 25,38 25,385 24,4 23,57 26,40 23,57 25,38 25,38 24,44
Metraje específico de barrenación
Qdet
Unid 4,42 3,94 4,29
4,33 4,34 4,01 4,46 3,95 4,33 4,33 4,17
10 Gasto de detonadores
qdet
unid/m
22
22
22
22
22
22
22
22
22
22
22
Gasto específco de detonadores
Qdet
unid/m 17,6 15,7 16,92 16,923 16,3 15,71 17,6 15,71 16,92 16,92 16,3
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 4 Principales indicadores de los trabajos de perforación y voladura. Voladuras experimentales. Trasvase:Caney-Gilbert. Frente Nº1
Nº Parámetros Principales
Símbolo UM
Orden consecutivo de las voladuras
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1 Avance del frente
la
m
3,40 3,50 3,30 3,20 2,70 2,80 3,50 3,20 2,95 3,30
Longitud de los barrenos
lb
m
3,75 3,75 3,75 3,75 3,75 3,75 3,75 3,75 3,75 3,75
Cantidad de Barrenos
N
unid
56
56
56
56
56
56
56
56
56
56
De cuele
nc
unid
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
ayudantes de cuele
nac
unid
6
11
11
11
11
11
11
11
11
11
De arranque
na
unid
15
13
13
13
13
13
13
13
13
13
De contorno
ncont
unid
22
19
19
19
19
19
19
19
19
19
De piso
npiso
Unid
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
Carga en barrenos de cuele
qbc
kg
2,4
2,4
2,4
2,4
2,4
2,4
2,4
2,4
2,4
2,4
Carga en barrenos ayudantes de cuele
qbac
kg
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
Carga en barrenos de arranque
qba
kg
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
Carga en barrenos de contorno
qbco
kg
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
Carga en barrenos de piso
qbp
kg
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
2 Extensión del montón de rocas
Lm
M
6
6
5
7
6
6
4
5
7
8
4 Gasto de SE
QSE
Kg
91,2
93
93
93
93
93
93
93
93
93
Gasto específco de SE
QSE
Kg/m3
1,59 1,63 1,69 1,73 2,07 1,96 1,45 1,65 1,78 1,57
3
5 Volumen de roca arrancada in situ
Vr
m
57,52 57,23 54,87 53,80 44,90 47,41 64,16 56,41 52,39 59,07
6 Coefic. aprovechamiento de los barrenos
CAB
0,91 0,93 0,88 0,85 0,72 0,75 0,93 0,85 0,79 0,88
7 Area de laboreo de la excavación
Sl
m2
16,92 16,35 16,63 16,81 16,63 16,93 18,33 17,63 17,76 17,90
Area de proyecto de la excavación
Sp
m3
16,33 16,33 16,33 16,33 16,33 16,33 16,33 16,33 16,33 16,33
8 Coeficiente de sobreexcavación
Ks
1,04 1,00 1,02 1,03 1,02 1,04 1,12 1,08 1,09 1,10
9 Metraje de barrenación
Mb
m
210
210
210
210
210
210
210
210
210
210
Metraje específico de barrenación
Mbe
m/m3
3,65 3,67 3,83 3,90 4,68 4,43 3,27 3,72 2,95 3,30
10 Gasto de detonadores
Qdet
unid
56
56
56
56
56
56
56
56
56
56
Gasto específco de detonadores
qdet
unid/m 16,47 16,00 16,97 17,50 20,74 20,00 16,00 17,50 18,98 16,97
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
11
3,00
3,75
56
6
11
13
19
7
2,4
1,8
1,8
1,2
1,8
9
93
1,75
53,27
0,80
17,76
16,33
1,09
210
3,00
56
18,67
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 5. Principales indicadores de los trabajos de perforación y voladur Voladuras experimentales. Trasvase Este-Oeste.Tramo: Esperanza -Enmedio a.
Nº Parámetros Principales
Símbolo UM
Voladuras Experimentales
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1 Avance del frente
la
m
2,70
2,75
2,78
2,82
2,83 2,84 2,78 2,85 2,80 2,82 2,79 2,75
Longitud de los barrenos
lb
m
3,2
3,2
3,2
3,2
3,2
3,2
3,2
3,2
3,2
3,2
3,2
3,2
Cantidad total de barrenos
N
unid
55
55
55
55
55
55
55
55
55
55
55
55
De cuele
nc
unid
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
De cuele vacío (taladro) 102mm
ncv
unid
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
ayudantes de cuele
nac
unid
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
de arranque
na
unid
18
18
18
18
18
18
18
18
18
18
18
18
de contorno
ncont
unid
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
De piso
npiso
unid
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
Carga barrenos de cuele
qbc
kg
2,2
2,2
2,2
2,2
2,2
2,2
2,2
2,2
2,2
2,2
2,2
2,2
Carga barrenos ayudantes de cuele
qbac
kg
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
Carga barrenos de arranque
qa
kg
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
1,8
Carga barrenos de contorno
qbco
kg
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Carga barrenos de piso
qbp
kg
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
3 Gasto de SE
QSE
kg
84,60 84,60 84,60 84,60 84,60 84,60 84,60 84,60 84,60 84,60 84,60 84,60
Gasto específco SE
qSE
kg/m3
0,83
0,81
0,81
0,79
0,80 0,77 0,77 0,75 0,77 0,78 0,78 0,79
3
4 Volumen de roca arrancada
Vr
m
102,2 104,9 104,3 107,6 105,6 109,7 109,8 113,2 110,6 108,5 108,8 107,3
5 Coefic. aprovechamiento de los barrenos CAB
%
0,84
0,86
0,87
0,88
0,88 0,89 0,87 0,89 0,88 0,88 0,87 0,86
6 Area de laboreo de la excavación
Sl
m2
37,87 38,17 37,55 38,17 37,31 38,61 39,51 39,73 39,48 38,47 39,00 39,00
Area de proyecto de la excavación
Sp
m2
30,89 30,89 30,89 30,89 30,89 30,89 30,89 30,89 30,89 30,89 30,89 31,89
7 Coeficiente de sobreexcavación
Ks
1,23
1,24
1,22
1,24
1,21 1,25 1,28 1,29 1,28 1,25 1,26 1,22
8 Metraje de barrenación
Mb
m
176
176
176
176
176
176
176
176
176
176
176
176
3
Metraje específico de barrenación
Mbe
m/m
1,72
1,68
1,69
1,64
1,67 1,61 1,60 1,55 1,59 1,62 1,62 1,64
9 Gasto de detonadores
Qdet
Unid
55
55
55
55
55
55
55
55
55
55
55
55
Gasto específco de detonadores
qdet
unid/m 20,37 20,00 19,78 19,50 19,43 19,37 19,78 19,30 19,64 19,50 19,71 20,00
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
ANEXO 12
Comportamiento estadístico de los indicadores de las voladuras experimentales.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
Histograma de frecuencia del aprovechamiento del barreno.
Voladuras experimentales en el frente Ojo de Agua-Yagrumal
Aprovechamiento de los barrenos = 12*0,012*normal(x; 0,8458;
0,0223)
Histograma de frecuencia del área de laboreo
Histograma de frecuencia del coeficiente de sobreexcavación
Ärea de laboreo dela excavación = 12*0,346*normal(x; 32,115;
0,4679)
Coeficiente de sobreexcavación,Ks = 12*0,012*normal(x; 1,04;
0,0154)
4
3
2
1
0
0,810
0,822
0,834
0,846
0,858
3
2
1
0
0,870
5
4
Nº de observaciones
Nº de observaciones
Nº de observaciones
6
5
31,560
32,252
32,598
32,944
4
4
Nº de observaciones
5
3
2
1
1,89
1,96
2,03
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
1,04
1,06
1,07
Figura 3
Histograma de frecuencia de la longitud de avance
Longitud de avance = 12*0,042*normal(x; 2,8308; 0,0714)
5
3
2
1
0
1,03
6
4
3
2
1
0
0,0843
Consumo específico de SE
Figura 4
1,02
Coeficiente de sobreexcavación,Ks
Histograma de frecuencia de la rugosidad del contorno
Rugosidad del contorno,m = 12*0,0262*normal(x; 0,1503; 0,0505)
5
1,82
2
0
33,290
Nº de observaciones
Histograma de frecuencia del consumo específico de SE
Consumo específico de SE = 12*0,07*normal(x; 1,9075; 0,1093)
Nº de observaciones
31,906
Figura 2
1,75
3
Ärea de laboreo de la excavación,m2
Figura 1
1,68
4
1
Aprovechamiento de los barrenos
0
6
5
0,1105
0,1367
0,1628
0,1890
0,2152
2,700
2,784
2,826
2,868
Longitud de avance l a , m
Rugosidad del contorno,m
Figura 5
2,742
Figura 6
2,910
1,08
�Anexos
Tesis Doctoral
ANEXO 13
Registros fotográficos de los contorneados obtenidos con las voladuras en los emboquilles de los túneles.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
Emboquille Serones-Ojo de Agua.
Figura 1. Registro fotográfico del contorneado con las voladuras experimentales en el
emboquille Serones –Ojo de Agua.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
Emboquille Serones-Guaro.
Figura 2. Registro fotográfico del contorneado del túnel obtenido por voladuras
experimentales en el emboquille Serones-Guaro.
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
Emboquille Manacal –Castellanos.
Figura 3.Registro fotográfico del contorneado alcanzado con voladuras experimentales
en emboquille Manacal-Castellanos
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
ANEXO 15
Parámetros de los cueles
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 1 Parámetros del cuele en cuña vertical para todas las litologias objeto de estudio
Nº
Litología
Trasvase , Mina
I.1
I.2
I.3
I.4
I.5
II.1
II.2
II.3
II.4
III.1
III.2
III.3
IV.1
IV.2
V.1
V.2
V.3
V.4
V.5
V.6
VI:1
VI.2
VI.3
Dunitas
Cromitas
Serpentinita.
Peridotito
Gabrodiabasa
Dunitas
Cromitas
Harzburgitas
Serpentinita
Porfirita andesititas
Tobas andesíticas
Areniscas tobáceas
Tobas
Aglomerados
Gabrodiabasa
Dibasa
Caliza Masiva
Caliza , blanco crema masiva
Serpentinita pardo -verdosa
Aleurolitas
Aleurolitas
Esquistos cloríticos
Calizas arcillosas
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
Mercedita
Mercedita
Mercedita
Mercedita
Mercedita
Amores
Amores
Amores
Amores
El Cobre
El Cobre
El Cobre
Trasvase Caney –Gilbert
Trasvase Caney –Gilbert
Trasvase Este –Oeste
Trasvase Este-Oeste
Trasvase Este –Oeste
Trasvase Este –Oeste
Trasvase Este –Oeste
Trasvase Este-Oeste
Trasvase Sabanalamar-Pozo Azúl
Trasvase Sabanalamar-Pozo Azúl
Trasvase Sabanalamar-Pozo Azúl
Parámetros del cuele en cuña
Teóricos
0,44
1,9096
3,8917
0,24
1,8377
4,3239
0,60
1,9096
4,4933
0,62
2,1858
5,1431
0,48
1,9709
4,6373
0,33
1,8747
4,4109
0,33
2,0298
4,7761
0,36
1,7063
4,0148
0,52
1,9269
4,5339
0,31
1,4130
3,3246
0,20
0,7700
1,8117
0,33
2,0692
4,8686
0,34
1,3556
3,1895
0,41
1,7600
4,1412
0,25
1,6114
3,7914
0,24
1,1471
2,6990
0,35
2,1915
5,1565
0,36
1,9851
4,6708
0,79
2,3981
5,6427
1,24
3,2380
7,6187
0,85
2,0252
4,7651
0,24
2,1535
5,0670
0,54
1,8390
4,3270
Prácticos
0,3202
0,1755
0,4338
0,4729
0,3450
0,2344
0,2383
0,2768
0,3760
0,2248
0,1443
0,2344
0,2573
0,3161
0,1791
0,1731
0,2555
0,2581
0,5691
0,8915
0,6153
0,1730
0,3897
�Anexos
Tesis Doctoral
ANEXO 16.
Procedimiento de cálculo de los impactos económicos de la investigación
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 1 Evaluación del impacto económico de la investigación por reducción de la sobreexcavación y
el sobrecosto en el sostenimiento de las excavaciones subterráneas.
Datos Iniciales
Mina
Amores
Datos iniciales
Símbolo
Valor UM
1.Cantidad total de barrenos
N
16 Unid
2.Cantidad de barrenos de contorno
N cont
8 Unid
3.Cantidad complementaria de barrenos de contorno
3 Unid
0,19
-204 Pesos
0,18
-
N contcomp
4.Relación cantidad complementaria /cantidad total
5.Costo de laboreo de 1m de excavación
6.Sobreexcavación
Expresiones de cálculo
Pb
Clab
P
Clab = Gbarr + Gc arg roc + Gc arg vol + Gvent + Gsost + Goop , pesos
Costo de laboreo en pesos
100 = Cbarr + Cc arg roc + Ccarvol + Cvent + Csost + Cotop
Costo de laboreo en %
Cbarr = (Gbarr / Clab ) *100 ; Cbarr = (Gc arg aroc / Clab ) *100
Costo de laboreo por operaciones en %
ΔCbarr = Cb * P, %
Incremento del costo de barrenación ,%
Cálculo del ahorro
ΔCahorro = Cc arg roc P + K 2Cs P − Cbarr Pb − K1Cc ar vol Pb ,%
Estructura de los costos de laboreo de la excavación por procesos tecnológicos.
Valor ,%
Procesos tecnológicos
Denominación
Rocas resistentes Amores
1.Barrenación
2.Carga y voladura
Cbarr
C c ar vo l
26
1,5
36
2
3.Carga de las rocas
Cc arg roc
25
40
4.Sostenimiento
Csost
Cotop
25
0
22,5
100
22
100
5.Otras operaciones
Total
Valor ,%
Coeficiente
K1
K2
ΔCbarr
Cbarr + ΔCbarr
Denominación
Costos en salario de carga y voladura de los barrenos
Costos en colocación de relleno del sostenimiento
Incremento del costo de barrenación
Rocas
resistentes
Amores
50-55
55
25
25
4,88
6,75
Costos de barrenación incrementados
30,88
42,75
Costo alcanzado en la carga de la roca
Ahorro por metro de excavación
18,25
32,80
Ccalcanzado
arg roc
ΔCahorro
ΔCahorro
%
Pesos
Costo de laboreo de 1m de excavación alcanzado,peso/m
Sostenimiento con Hormigón monolítico
Ahorro por la disminución de los costos de hormigón
Sostenimiento con Hormigón Gunitado
P1 P
Sostenimiento con bulones (anclas)
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
1,72
3,84
2,89
6,46
161,54
ΔChorm ,pesos
ΔChorm ,%
0,04
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 2 Evaluación del impacto económico de la investigación por reducción de la sobreexcavación y el
sobrecosto en el sostenimiento de las excavaciones subterráneas.
Trasvase Caney-Gilbert
Nº Datos iniciales
Símbolo
Valor
UM
1 Cantidad total de barrenos
N
56 Unid
2 Cantidad de barrenos de contorno
Nco
22 Unid
3 Cantidad complementaria de barrenos de contorno
Ncoc
3 Unid
4 Relación cantidad complementaria /cantidad total
Pb
0,05
-5 Costo de laboreo de 1m de excavación
Clab
690 pesos
6 Sobreexcavación
P
0,17
Expresiones de cálculo
Clab = Gbarr + Gc arg roc + Gc arg vol + Gvent + Gsost + Goop , pesos
Costo de laboreo en pesos
100 = Cbarr + Cc arg roc + Ccarvol + Cvent + Csost + Cotop
Costo de laboreo en %
Cbarr = (Gbarr / Clab ) *100 ; Cbarr = (Gc arg aroc / Clab ) *100
Costo de laboreo por operaciones en %
ΔCbarr = Cb * P, %
Incremento del costo de barrenación ,%
Ahoro
ΔCahorro = Cc arg roc P + K 2Cs P − Cbarr Pb − K1Cc ar vol Pb ,%
Estructura de los costos de laboreo de la excavación por procesos tecnológicos.
Valor ,%
Nº Procesos tecnológicos Denominación
Rocas resistentes Caney-Gilbert
1 Barrenación
Cbp
26
20
2 Carga y voladura
Ccvp
1,5
2
3 Carga de las rocas
Ccp
25
33
4 Sostenimiento
Csp
25
20
5 Otras operaciones
Coop
22,5
25
Total
100
100
Valor,%
Coeficientes de gastos
Denominación
Rocas resistentes Caney-Gilbert
K1
Gastos en salario de carga y voladura
50-55
55
K2
Gastos en relleno
25
25
Δcb
Gastos adicionales en barrenación
1,42
1,09
Cbp+ΔCb
Gastos de barrenación incrementados
27,42
21,09
Δccargap
21,00
27,72
Ahoro por metro de excavación
ΔC, en por ciento
2,54
4,54
Δc, en pesos
23,49
31,32
Costo de laboreo de 1m de excavación alcanzado,peso/m
658,68
Sostenimiento con Hormigón monolítico
Ahorro por la disminución de los gastos de hormigón
Δchorm,%
Δchorm,pesos
Sostenimiento con Hormigón Gunitado
P1
0,07
Δchormgunitado,%
4,07
Δchormgunitado,pesos/m
26,44
Sostenimiento con bulones (anclas)
ΔC Bulones,%
2,32
ΔC Bulones,pesos
15,06
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 3 Evaluación del impacto económico de la investigación por reducción de la sobreexcavación y el
sobrecosto en el sostenimiento de las excavaciones subterráneas.
Trasvase Este-Oeste.Tramo:Esperanza –En medio
Nº Datos iniciales
Símbolo
Valor
UM
1 Cantidad total de barrenos
N
55 Unid
2 Cantidad de barrenos de contorno
Nco
19 Unid
3 Cantidad complementaria de barrenos de contorno
Ncoc
3 Unid
4 Relación cantidad complementaria /cantidad total
Pb
0,05
-5 Costo de laboreo de 1m de excavación
Clab
926 pesos
6 Sobreexcavación
P
0,16
Expresiones de cálculo
Clab = Gbarr + Gc arg roc + Gc arg vol + Gvent + Gsost + Goop , pesos
Costo de laboreo en pesos
100 = Cbarr + Cc arg roc + Ccarvol + Cvent + Csost + Cotop
Costo de laboreo en %
Cbarr = (Gbarr / Clab ) *100 ; Cbarr = (Gc arg aroc / Clab ) *100
Costo de laboreo por operaciones en %
ΔCbarr = Cb * P, %
Incremento del costo de barrenación ,%
Ahoro
ΔCahorro = Cc arg roc P + K 2 Cs P − Cbarr Pb − K1Cc ar vol Pb ,%
Estructura de los costos de laboreo de la excavación por procesos tecnológicos.
Valor ,%
Nº Procesos tecnológicos Denominación
Rocas resistentes Esperanza –En medio
1 Barrenación
Cbp
26
20
2 Carga y voladura
Ccvp
1,5
2
3 Carga de las rocas
Ccp
25
33
4 Sostenimiento
Csp
25
20
5 Otras operaciones
Coop
22,5
25
Total
100
100
Valor,%
Coeficientes de gastos
Denominación
Rocas resistentes Esperanza –Enmedio
K1
Gastos en salario de carga y voladura
50-55
55
K2
Gastos en relleno
25
25
Δcb
Gastos adicionales en barrenación
1,42
1,09
Cbp+ΔCb
Gastos de barrenación incrementados
27,42
21,09
Δccargap
21,00
27,72
Ahoro por metro de excavación
ΔC, en por ciento
2,54
4,19
Δc, en pesos
23,49
38,79
Costo de laboreo de 1m de excavación alcanzado,peso/m
887,21
Sostenimiento con Hormigón monolítico
Ahorro por la disminución de los gastos de hormigón
Δchorm,%
Δchorm,pesos
Sostenimiento con Hormigón Gunitado
P1
0,07
Δchormgunitado,%
4,33
Δchormgunitado,pesos/m
40,11
Sostenimiento con bulones (anclas)
ΔC Bulones,%
2,58
ΔC Bulones,pesos
23,91
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 4 Evaluación del impacto económico de la investigación por reducción de la sobreexcavación y el
sobrecosto en el sostenimiento de las excavaciones subterráneas.
Trasvase Este-OesteTramo:Ojo de Agua-Serones
Nº Datos iniciales
Símbolo
Valor
UM
1 Cantidad total de barrenos
N
71 unid
2 Cantidad de barrenos de contorno
Nco
23 unid
3 Cantidad complementaria de barrenos de contorno
Ncoc
7 unid
4 Relación cantidad complementaria /cantidad total
Pb
0,10
-5 Costo de laboreo de 1m de excavación
Clab
926 pesos
6 Sobreexcavación
P
0,18
-
Clab = Gbarr + Gc arg roc + Gc arg vol + Gvent + Gsost + Goop , pesos
Costo de laboreo en pesos
100 = Cbarr + Cc arg roc + Ccarvol + Cvent + Csost + Cotop
Costo de laboreo en %
Cbarr = (Gbarr / Clab ) *100 ; Cbarr = (Gc arg aroc / Clab ) *100
Costo de laboreo por operaciones en %
ΔCbarr = Cb * P, %
Incremento del costo de barrenación ,%
ΔCahorro = Cc arg roc P + K 2Cs P − Cbarr Pb − K1Cc ar vol Pb ,%
Valor ,%
Nº Procesos tecnológicos Denominación Rocas resistentes
1 Barrenación
Cbp
2 Carga y voladura
Ccvp
3 Carga de las rocas
Ccp
4 Sostenimiento
Csp
5 Otras operaciones
Coop
Total
Coeficientes de gastos
Denominación
K1
Gastos en salario de carga y voladura
K2
Gastos en relleno
Δcb
Gastos adicionales en barrenación
Cbp+ΔCb
Gastos de barrenación incrementados
Δccargap
Ahoro por metro de excavación
ΔC, en por ciento
Δc, en pesos
Costo de laboreo de 1m de excavación alcanzado,peso/m
Sostenimiento con Hormigón monolítico
Ahorro por la disminución de los gastos de hormigón
Δchorm,%
Δchorm,pesos
Sostenimiento con Hormigón Gunitado
P1
Δchormgunitado,%
Δchormgunitado,pesos/m
Sostenimiento con bulones (anclas)
ΔC Bulones,%
ΔC Bulones,pesos
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
Ojo de Agua-Serones
26
20
1,5
2
25
33
25
20
22,5
25
100
100
Valor,%
Ojo de Agua-Serones
50-55
25
2,56
28,56
20,50
1,86
17,18
0,55
0,25
1,97
21,97
27,06
3,97
36,75
889,25
0,07
3,69
34,14
1,94
17,93
�Anexos
Tesis Doctoral
Tabla 5 Evaluación del impacto económico de la investigación por reducción de la sobreexcavación y
el sobrecosto en el sostenimiento de las excavaciones subterráneas.
Trasvase Este-OesteTramo:Ojo de Agua-Yagrumal
Nº Datos iniciales
Símbolo
Valor
UM
1 Cantidad total de barrenos
N
67 unid
2 Cantidad de barrenos de contorno
Nco
21 unid
3 Cantidad complementaria de barrenos de contorno
Ncoc
5 unid
4 Relación cantidad complementaria /cantidad total
Pb
0,07
-5 Costo de laboreo de 1m de excavación
Clab
926 pesos
6 Sobreexcavación
P
0,18
-
Clab = Gbarr + Gc arg roc + Gc arg vol + Gvent + Gsost + Goop , pesos
Costo de laboreo en pesos
100 = Cbarr + Cc arg roc + Ccarvol + Cvent + Csost + Cotop
Costo de laboreo en %
Cbarr = (Gbarr / Clab ) *100 ; Cbarr = (Gc arg aroc / Clab ) *100
Costo de laboreo por operaciones en %
ΔCbarr = Cb * P, %
Incremento del costo de barrenación ,%
ΔCahorro = Cc arg roc P + K 2Cs P − Cbarr Pb − K1Cc ar vol Pb ,%
Nº Procesos tecnológicos
1
2
3
4
5
Barrenación
Carga y voladura
Carga de las rocas
Sostenimiento
Otras operaciones
Denominación
Valor ,%
Rocas resistentes
Ojo de Agua-Yagrumal.
26
20
1,5
2
25
33
25
20
22,5
25
100
100
Valor,%
Ojo de Agua-Yagrumal
Coeficientes de gastos
Cbp
Ccvp
Ccp
Csp
Coop
Total
Denominación
K1
K2
Δcb
Gastos en salario de carga y voladura
Gastos en relleno
Gastos adicionales en barrenación
50-55
25
2,56
0,55
0,25
1,49
Cbp+ΔCb
Gastos de barrenación incrementados
Δccargap
Ahoro por metro de excavación
ΔC, en por ciento
Δc, en pesos
Costo de laboreo de 1m de excavación alcanzado,peso/m
Sostenimiento con Hormigón monolítico
Ahorro por la disminución de los gastos de hormigón
Δchorm,%
Δchorm,pesos
Sostenimiento con Hormigón Gunitado
P1
Δchormgunitado,%
Δchormgunitado,pesos/m
Sostenimiento con bulones (anclas)
ΔC Bulones,%
ΔC Bulones,pesos
28,56
20,50
21,49
27,06
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
1,86
17,18
3,97
36,75
889,25
0,07
4,31
39,91
2,56
23,70
�Anexos
M.Sc.Gilberto Sargentón Romero.
Tesis Doctoral
�
Dublin Core
The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/.
Title
A name given to the resource
Tesis
Text
A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text.
Dublin Core
The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/.
Title
A name given to the resource
Criterios para el diseño de voladuras en el laboreo de excavaciones subterráneas
Creator
An entity primarily responsible for making the resource
Gilberto Sargentón Romero
Publisher
An entity responsible for making the resource available
Editorial Digital Universitaria de Moa
Date
A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource
2008
Type
The nature or genre of the resource
Tesis doctoral