Matriz de evaluación de canteras de áridos (mECA)

En la presente investigación se utiliza la metodología mECA, elaborada por ^{Martínez-Segura (2009)}, la cual, es una herramienta que permite obtener una imagen integral del estado de una explotación de áridos, teniendo en cuenta todos los aspectos que afectan la cantera. Se analiza el estado tecnológico y se comparan los parámetros característicos de cada explotación, con una cantera de referencia. Se considera que, para definir una explotación de una cantera o proceder a su apertura, se debe realizar un análisis de viabilidad económica, tecnológica (eficiencia y calidad), medioambiental y de seguridad y social (aceptación). La matriz utilizada (mECA) es un cuestionario elaborado para las evaluaciones de canteras, contempla 15 variables y 200 indicadores. Las 15 variables utilizadas en dicha matriz se mencionan a continuación: cantera, límites de explotación, frente de cantera, estado de las plataformas, estado de las pistas, perforación, voladura, carga y transporte, planta de tratamiento, empleo, accidentes, formación, inversión, transporte, incidentes medio ambientales.

Cada variable contiene un número de indicadores propios de la actividad minera. Para la valoración parcial del aspecto técnico de la cantera, se muestra la variable frente de cantera, la cual posee 5 indicadores: altura total del frente, altura de los bancos, sistema de explotación, nivel de rehabilitación e impacto visual (Tabla 1), los cuales se registran en los proyectos de explotación (documentos legales afines con este propósito, que varían en función del país y las leyes mineras establecidas).

La cuantificación de los indicadores de cada variable se explican a continuación (Tabla 2). Inicialmente, en la subcolumna “c”, se introducen los datos recopilados en campo. La subcolumna “v”, se denomina valoración y se le confiere valores entre 0 y 5, quedando sin valor los indicadores que no tienen influencia o importancia en el aspecto analizado (en ese caso el aspecto técnico). La influencia o importancia de las variables, dentro del conjunto global de los aspectos, se identifica con la letra “i”, y se evalúa entre el 10 % a 100 %, valorando como 0 % los indicadores que no tienen influencia con el aspecto. La puntuación final del aspecto analizado se muestra en la subcolumna “p”. Esta se obtiene al multiplicar la valoración “v” por la importancia “i”. En la última subcolumna, denominada “valor”, se muestran tres valores finales obtenidos a partir de las subcolumnas anteriores.

Para la valoración parcial de los aspectos medioambiental y de seguridad, y socioeconómico, se sigue la misma secuencia anteriormente descrita para el aspecto técnico.

Para terminar el análisis de la variable considerada, se suman los valores de la evaluación de los aspectos analizados, integrándolos en uno solo, donde se indica la situación de cada variable que ha sido evaluada (Tabla 2).

En el proceso de cálculo hasta el resultado final de la calificación de cada uno de los aspectos evaluados, se pondera, en relación con el peso que se desea que tenga.

Con el objetivo de mantener una misma escala de información, todos los pesos asignados a los aspectos que integran las variables se consideran entre los valores de 10 y 30 (escala que se toma de forma racional, de acuerdo a los intereses del investigador), otorgándose el menor o mayor valor en dependencia de la importancia o nivel de significación que tenga.

Para obtener el índice mECA, de los aspectos evaluados (técnico, medio ambiental y de seguridad y socioeconómico), se tienen en cuenta los siguientes índices:

Índice específico: se obtiene al sumar la puntuación final de cada uno de los aspectos y representa el 100 %. Después de obtenido dicho valor se determina el porcentaje que representa este del 100 %.

Índice global: es el resultado de multiplicar la importancia de cada ponderador por el índice específico (ecuación 1).

Para obtener los valores de ponderación no se confiere la misma importancia a cada conjunto de criterios, por lo que, cada circunstancia de evaluación puede aconsejar un cambio de dichos ponderadores, lo que puede ocurrir si se cambia de zona o país de aplicación. Posteriormente, se suman todos los índices globales, obteniendo valores entre 0 % y 100 % para el índice mECA. El 100 % corresponde a una explotación que cumple con todos los criterios establecidos por ^{Martínez-Segura (2009)}, es decir, con todos los criterios técnicos, medioambientales y de seguridad, y socioeconómicos. Considerando las particularidades de la cantera estudiada, se decidió establecer varios rangos para clasificar la explotación de la misma. Estos son: 91 % a 100 % (Excelente), 70 % a 90 % (Muy Bien), 50 % a 69 % (Bien), 21 % a 49 % (Regular) y 0 % a 20 % (Mal).

Donde:

φ₁: Índice global aspecto técnico

itec : Índice técnico

φ₂: Índice global aspecto medioambiental-seguridad

iamb : Índice ambiental

iseg : Índice seguridad

φ₃:Indice global aspecto socioeconómico

isoe : Índice socioeconómico

La secuencia que se ha seguido, hasta obtener los resultados globales (índice mECA), ubicará la cantera analizada en relación con una explotación que utiliza todos los medios conocidos para eliminar riesgos laborales, y que además emplea técnicas apropiadas para mitigar los impactos medioambientales. Desde el punto de los tres aspectos, el resultado obtenido debe conducir a la evaluación de la cantera, relacionado con la existencia de métodos adecuados de explotación y consumos, en función de las normas generales y un adecuado uso de la energía (^{Martínez-Segura, 2009}).

Cálculo de la mECA para la cantera La Inagua

Para el cálculo de la mECA, se utilizaron los datos obtenidos de la empresa y de la cantera, a través del cuestionario aplicado y de los informes de la empresa, y se analizaron cada uno por separado. A partir de las características particulares de la cantera La Inagua y la disponibilidad de información, se seleccionó una sola variable, es decir, carga y transporte, y sus 13 indicadores (Columna 1: Tabla 2), empleados para la evaluación de los tres aspectos (técnico, medioambiental y de seguridad, y socioeconómico) durante el diagnóstico tecnológico de la cantera.

En el aspecto técnico, se utilizaron los datos sobre maquinarias, las voladuras y la geometría de la explotación de la cantera. Se tomaron datos de las fragmentaciones resultantes de las voladuras que inciden sobre la proporción de piedras sobre medidas y los ciclos de trabajo, según la disposición de las diferentes zonas de la cantera y planta. También se tuvieron en cuenta las capacidades de producción que permiten los equipos de carga y transporte de que se dispone, así como los consumos energéticos y el costo por metro cúbico del procesamiento de la materia prima.

En el aspecto medioambiental y de seguridad, se tomaron los datos de los informes de la cantera y se comprobó la existencia de medidas encaminadas a eliminar o reducir los impactos ambientales, ruido, polvo y visual, así como, la correcta gestión del agua y la existencia y señalización de peligros en zonas de presencia de trabajadores.

En el aspecto socioeconómico, se analizó el número medio de empleos directos e indirectos y se realizó una valoración de los impactos y de los índices técnicos que se miden en la cantera.

Considerando los aspectos antes descritos, el diagnóstico tecnológico sólo se aplicó de forma parcial, tomando como muestra la variable carga y transporte con todos los indicadores que corresponden a la variable (13) precisando el cálculo del índice mECA.

Aspecto técnico

La cantera La Inagua cuenta con máquinas de extracción, carga y transporte, así como planta de tratamiento. Cada uno de estos equipos posee los datos necesarios para operar, los cuales están reflejados en los catálogos obtenidos en la empresa. En estos se describen los modelos, marcas y capacidad de los equipos.

El parque de máquinas está constituido por equipos que realizan las distintas etapas de la actividad minera que se describen a continuación: un buldócer de marca China-Hubei, serie (TY-220, China), para desbroce y acarreo, un Volvo (Liu-Gong, China) de 4.2 m³ de capacidad para carga y un Belaz ruso (7540-B) de 20 m³ de capacidad y dos Kp3 (256) rusos de 8 m³ de capacidad para transporte.

La cantera trabaja con equipos mineros y de transporte, que operan con motores de combustión interna. Cuenta además con un taller de mantenimiento automotor e industrial que brinda servicios de mantenimiento y reparaciones ligeras, tanto a los equipos móviles como a los fijos. El nivel de mantenimiento de los equipos es regular.

La planta de tratamiento y clasificación cuenta con tres etapas de reducción de tamaño de la materia prima y obtiene cuatro tipos de productos: grava de 19 mm a 10 mm; granito de 10 mm a 5 mm; arena de 5 mm a 0.15 mm y polvo de piedra. Cuenta, además con los siguientes equipos: una trituradora de mandíbula (MSN -1070) de fabricación China, un alimentador vibratorio (VFG - 4216) portugués, dos trituradores de martillo (PF1210) chinos, dos cribas vibratorias Chinas (CVN- 300 y CVN -600, respectivamente) y un hidrociclón (EV -33) fabricado por Xinhai, China.

El laboreo del yacimiento se realiza a través del sistema de explotación banqueo descendente, y la altura total aproximada de los frentes es de 36 m.

Debido a la dureza de la roca y considerando el poco desarrollo tecnológico de la cantera, el método de arranque que se emplea es perforación y voladura, con equipos de tecnología atrasada, lo que suele resultar en bajo aprovechamiento de los yacimientos (^{Posada y Sepúlveda, 2013}). Las fragmentaciones resultantes que se obtienen de las voladuras tienen aproximadamente un 8 % de piedra sobre medida, siendo lo establecido hasta un 10 % (^{Egorov y col., 2000}). El material se extrae con la granulometría primaria, obtenida de los trabajos de voladura que se realizan a través de servicios contratados a la Empresa de Servicios Minero Geológico (EXPLOMAT). Estos utilizan una voladura con diámetro de broca igual a 115 mm.

Los parámetros utilizados en la voladura son los siguientes: el consumo específico de explosivos es de 0.49 kg/m³; se utilizan como promedio 50 taladros por cada voladura, se perforan con una inclinación de 75o y la red de barrenación es de 4.5m x 2m = 9 m2. La sustancia explosiva que se utiliza en la carga es Fortel^TM, Tempus^TM, Amex^TM, Senatel^TM Magnafrac^TM y el sistema de iniciación utilizado es un detonador eléctrico, conectado al sistema nonel.

El desbroce y acarreo de las rocas voladas se realiza mediante el trabajo con buldócer Komatzu; para la carga, tanto de estéril como de mineral, se utiliza un cargador Liu-gong con 4.2 m³ de capacidad en el cubo; mientras que la transportación se realiza con camiones Belaz y Kp3.

La distancia entre el frente de cantera y la planta de procesamiento es de 1 200 m, y guarda estrecha relación con el consumo de combustible de los equipos, que es de 0.25 l/m³ en un turno de trabajo de 8 h.

La planta de tratamiento en su primera etapa utiliza un triturador de mandíbula, mientras que en la segunda y la tercera etapa se emplean trituradores de martillo. Posteriormente, se clasifica la materia prima adecuada.

En la primera etapa del proceso de cribado se utiliza una criba de barrote que separa el estéril del rajón, mientras que en la segunda y la tercera etapa, el proceso se realiza con cribas vibratorias.

El consumo energético es de 2.59 kW/h.m³ de piedra y el costo por metro cúbico del procesamiento de la materia prima es 0.81 $/m³ (pesos cubanos). La planta trabaja sobre la base de 8 h/d, con periodo de mantenimiento cada 12 d (Tabla 3).

Aspecto medioambiental y de seguridad

Las alteraciones ambientales producidas en el yacimiento, por la extracción y procesamiento de la materia prima, fueron similares a las ocasionadas por otro tipo de minería a cielo abierto, las cuales, cuando no usan tecnología moderna presentan una mínima gestión en materia ambiental (^{Posada y Sepúlveda, 2013}), aunque en este caso, los volúmenes de estériles generados fueron pequeños, y la mayoría de ellos eran comercializados como material de relleno en diferentes tipos de construcciones; en este sentido, ^{Quintero y col. (2017)} señalaron que las empresas mineras están buscando mejorar su imagen e impactar menos al medio ambiente y utilizar al máximo sus subproductos.

Entre los impactos ambientales que se tomaron en cuenta para el análisis de este estudio (impacto visual, el ruido, el polvo y la gestión del agua y residuos) se produjo una disminución del atractivo paisajístico por modificaciones a las características visuales y a la morfología del paisaje (^{Montiel y Villarreal, 2004}). Los principales impactos a la atmósfera fueron los provocados por el incremento en el nivel de ruido en las actividades mineras y la disminución de la calidad atmosférica por emisiones de gases, polvo y partículas, que frecuentemente se producen en actividades mineras (^{Gallardo-Martínez y col., 2013}).

Como medidas correctivas encaminadas a la reducción de los impactos generados por los equipos móviles, se lleva a cabo la utilización de cordón detonante, para reducir la onda aérea y cumplir con lo establecido en el pasaporte de barrenación y voladura. También se incluía mejorar las vías de acceso dentro del área de la instalación industrial, proporcionar un mantenimiento correcto de la maquinaria para lograr su funcionamiento adecuado y cumplir con el régimen de velocidad para los vehículos.

En la planta de procesamiento y clasificación, el análisis giró en torno a las áreas que generan polvo y ruido. Como medidas de seguridad, se realizan entregas de medios de protección individual a los operarios.

En cuanto al agua utilizada para el lavado en la planta de procesamiento, esta es recirculada y aprovechada nuevamente en el proceso, actividad básica para evitar un alto impacto ambiental (^{Torres y col., 2012}), lo que garantiza un aprovechamiento máximo del agua de hasta el 90 %. Además, el centro cuenta con un sistema de tratamiento de residuales y recirculación de las aguas muy eficiente, que sigue los lineamientos básicos para la implementación de este tipo de plantas, según lo describe ^{Nolasco (2010)}.

En relación con la valoración de la seguridad, la empresa de Materiales de Construcción de Guantánamo, a la cual pertenece la cantera objeto de estudio, cuenta con proyectos que muestran medidas encaminadas a mejorar la gestión en el área de seguridad, salud y medio ambiente en el trabajo. Además, considerando que la premisa fundamental en una empresa es el hombre, su integridad física, bienestar y el ambiente que le rodea, se ofrecen conferencias a dirigentes y trabajadores, fundamentadas en la instrucción sobre el uso de los equipos y la vinculación de estos en la prevención de los accidentes y enfermedades.

En esta cantera no se registraron accidentes en el periodo de un año y los sistemas de señalización de las vías de circulación ubicadas dentro de la explotación, se evaluaron de bien; de la misma manera se evalúa el estado de las instalaciones de la planta de procesamiento y la utilización de medios de protección.

En el caso de las instalaciones eléctricas se comprobó que cuenta con protecciones colocadas según las necesidades y que todas las pizarras de distribución general tienen protecciones termo magnéticas contra sobrecarga y corto circuito, aunque están en mal estado.

Aspecto socioeconómico

La cantera La Inagua cuenta con 44 trabajadores, de los cuales, un 66 % se encuentra directo a la producción, siendo uno de ellos ingeniero de minas. Estos trabajadores obtienen una producción anual de 150 000 m³. En sus registros de índices técnicos medidos, se encontraron valores que muestran que hay ganancias en el valor anual de producción, respecto al año anterior, en más de 1 millón de pesos cubanos (Tabla 3), lo cual indica que es una empresa rentable, con niveles de consumo de energía y combustible aceptables.

Cálculo de la mECA para la cantera La Inagua

Para el cálculo de la mECA se utilizaron los datos obtenidos en la empresa y en la cantera, y se analizaron cada uno por separado.

Se obtuvo la incidencia de 7 indicadores en el aspecto técnico, los cuales fueron evaluados con cinco puntos (subcolumna “v”); en cuanto al medioambiental y de seguridad, cuatro obtuvieron 5 puntos y 2 cero; y en cuanto al socioeconómico, sólo 1 obtuvo 5. Los 7 indicadores valorados en cuanto a la influencia (la subcolumna “i”), tienen una importancia entre 40 % y 80 %. Se dejaron en cero los que no tienen influencia (Tabla 2). Las celdas vacías en la tabla referida, significa que no se tomaron en cuenta dentro del sistema de puntuación, por lo que no representan un valor numérico, tal es el caso del indicador 4, que solo se recoge en el campo de cuestionario, pero no incide con el resto de los aspectos. Sin embargo, es necesario tenerlo en consideración para la evaluación. Solo 12 de los 13 indicadores muestran resultados, ello se relaciona a que inciden directamente en la variable analizada, es decir, son los que hacen posible el análisis de manera auditable. En el caso de las celdas que no cuentan con valores, se argumenta que no representan fortaleza en la productividad de la cantera.

Diagnóstico tecnológico de la cantera La Inagua

El primer resultado parcial, para la variable carga y transporte, alcanzó un valor de 100 % en el aspecto técnico; de 73 % para el medioambiental y de seguridad; y de 100 % para el socioeconómico (Tabla 2).

El valor final del recorrido horizontal fue de 91 %, el cual se obtuvo de la suma de la evaluación de los tres aspectos analizados, integrándolos en uno solo; e indica la situación de la variable que ha sido evaluada (Tabla 2). El valor alcanzado permitió establecer que, debido a las características de la cantera y a las condiciones del país, la variable carga y transporte se encuentra sobre la media, comparada con los valores óptimos (100 %) de una explotación (^{Martínez-Segura, 2009}).

El resultado de la variable y sus indicadores se comparó con la data de casos de estudios establecidas por ^{Martínez-Segura (2009}), en la que la media (50 % a 20 %), tiene semejanzas con la cantera objeto de estudio. Según los rangos establecidos (0 % al 100 %); el 100 % es aquel que cumple con todos los aspectos.

La situación desde el punto de vista técnico de los equipos fue regular. Este resultado se relaciona con el inadecuado cumplimiento de la variable y los indicadores evaluados. Es decir, debido al bajo nivel técnico y de control que posee la cantera, sus equipos no cumplen en su totalidad con las normas establecidas.

Los resultados de la valoración medio ambiental y de seguridad son evaluados de regular, en esto incide de manera directa el incumplimiento parcial del plan de manejo ambiental establecido, teniendo en cuenta que el nivel de rehabilitación obtenido hasta la fecha no es apropiado, debido a la falta de sistemas de reducción y eliminación de polvo y ruido en la planta de trituración. Estos indicadores están por encima (90 dB) de los niveles permisibles de la Norma Cubana (65 dB) (^{NC 18-64: 1986}). También existen otras insuficiencias, como la falta de medios de protección individual.

Los resultados de la valoración socioeconómica son insignificantes, debido fundamentalmente a la inexistencia de inversión en la cantera; estas no producen con fines lucrativos, sino sólo lo que planifica la empresa, y el beneficio se utiliza en las inversiones sociales. Sin embargo, tampoco existen accidentes mortales e incidentes medioambientales que afecten a los trabajadores y a la población.

Tal como expone ^{Martínez-Segura (2009)}, los pesos asignados a los aspectos que integran los criterios fueron considerados entre los valores de 20 y 30. Se otorga el menor o mayor valor en dependencia de la importancia o nivel de significación. Los valores escogidos para la ponderación, en el caso de estudio, están en correspondencia con las condiciones del país, así como con las regulaciones y exigencias medioambientales.

Se tomaron para cada aspecto los valores de ponderación que se muestran en la Figura 2.

Fuente: Modificado a partir de ^{Martínez-Segura (2009)}.

Figura 2 Importancia de los aspectos de evaluación a partir del análisis de la matriz (mECA). 

Figure 2 Importance of evaluation aspects obtained from the matrix analysis (mECA). 

Se obtuvo un índice mECA de 43.6 % (Tabla 4), a partir de la ecuación (1). Este valor permite aproximarse a la realidad de la situación global de la cantera analizada y se evalúa entre 0 % a 100 %, en el que el 100 % es aquel que cumple con todos los aspectos. El resultado obtenido está por debajo del 50 %, que es la media, lo que permite evaluar la cantera objeto de estudio de regular. También se exponen, en la Tabla 4, los índices específicos y globales, así como los ponderadores de los aspectos evaluados de la cantera La Inagua, en concordancia con la Figura 2.

De acuerdo a los resultados de este estudio, se recomienda aplicar la matriz de evaluación de canteras de áridos (mECA), y agregar la matriz DAFO (debilidades, amenazas externas, fortalezas internas y oportunidades) (^{Minguez-Alcaide, 2015}), tanto en el sector de los áridos en Cuba, como en cualquier explotación a cielo abierto, aportando nuevos indicadores según las características de cada cantera y de cada empresa.