La problemática del agua en túneles y minería subterránea

La problemática del agua en túneles y minería subterránea

(Artículo publicado en la Revista Obras Urbanas número 65)

La problemática del agua en túneles y minería subterránea

En las perforaciones de un sustrato rocoso, bien sea para la ejecución de túneles, como en la minería subterránea, la existencia del agua es un inconveniente, no solo por la necesidad de evacuarla, sino por los problemas que su continua presencia genera en el deterioro del sistema de sostenimiento del túnel o galería.

En el caso de las minería subterránea, dichas aguas son en muchas ocasiones ácidas y por tanto con un potencial de corrosión y deterioro mucho mayor.

Las aguas ácidas son un fenómeno que se genera en forma natural, derivado del llamado “drenaje ácido de roca”. Cuando las grandes cantidades de roca que contienen minerales sulfatados como la pirita y la arsenopirita son excavadas, estos materiales reaccionan con el aire o con el agua para crear ácido sulfúrico. Cuando el agua alcanza cierto nivel de acidez, un tipo de bacteria común llamada “Tiobacilus Ferroxidante”, puede aparecer acelerando los procesos de oxidación y acidificación. La presencia de aguas ácidas es casi imposible que no se produzca, puesto que la pirita va siempre asociada al oro y al cobre.

La problemática del agua en túneles y minería subterránea

Imagen de las mallas altamente oxidadas en una galería de una mina en Arequipa (Perú).

Por tanto, la utilización de mallas metálicas o fibras de acero como elemento que le da ductilidad al hormigón, provoca a lo largo del tiempo un problema de deterioro y, por consiguiente, la pérdida o caída de tenacidad en la gunita. Es por ello que se hace necesario el uso de materiales no ferrosos en la capa de hormigón de sostenimiento, que permitan mantener las propiedades resistentes del sostenimiento en el tiempo.

Con las fibras sintéticas estructurales, se ha producido un nuevo avance técnico, donde se aprovechan las bondades del sistema fibro reforzado, y a su vez se anulan la mayor parte de los inconvenientes derivados del uso de mallas o fibras metálicas.

La problemática del agua en túneles y minería subterránea

Fibras de polipropileno como sustitución a elementos ferrosos en la gunita.

La importancia de la durabilidad del hormigón del sostenimiento

El polipropileno, debido a su composición química, es un material resistente a las aguas salinizadas, así como a aguas acidas y otros agentes que hacen oxidar el acero, pues es estable y no se deteriora en un amplio rango de ph. Por tanto se pueden considerar ventajosas para su uso en sostenimiento de túneles a medio y largo plazo, al no producirse ese deterioro.

El rendimiento de una gunita con fibras de acero da unos buenos resultados en edades tempranas, pero un alto porcentaje de esa ductilidad puede desaparecer después de un año si se presenta el problema de oxidación, principalmente en zonas de rocas con alta deformación o propensas a terremotos, así como en taludes, donde por el tipo de sostenimiento aplicado, y en función del tipo de talud, es habitual el empuje del terreno en la zona inferior y el abombamiento del refuerzo gunitado en esa zona. Debido a la deformación de la parte inferior, se manifiesta la aparición de fisuras en dicha zona, que provocan la entrada de aire y CO y la rápida oxidación de elementos metálicos de refuerzo.

Las macro fibras sintéticas no sufren deterioro, debido a que el modo de falla no cambia con la edad del hormigón. Por lo tanto, la gunita de sostenimiento reforzada con estas fibras mantiene o incrementa su rendimiento con la edad.

Las fisuras permiten que el agua, el aire y las sales tengan acceso a las fibras. Si las fibras están hechas de acero, se oxidan muy rápidamente (lo que se acelera si las aguas son ácidas). En entornos agresivos fisuras de una abertura de 0.2 mm provocan una rápida corrosión y la pérdida completa de la continuidad estructural en menos de 6 meses. En cambio las macro fibras sintéticas no sufren corrosión.

Una vez que la fibra metálica se ha despegado de la matriz de hormigón el fenómeno de pullout normalmente se acelera, llevando a disminuir la capacidad de soportar cargas de tracción a través de la grieta.

Si el ancho inicial de la grieta excede aproximadamente los 2,5 mm, los extremos de los ganchos tienden esencialmente a deslizarse y salir (pull-out) desde sus partes curvas, generando una resistencia al deslizamiento muy baja. En estas circunstancias, el potencial de rotura por fluencia realmente lleva a la pérdida de la continuidad estructural.

En un comportamiento a largo plazo en términos de durabilidad de muestras fabricadas con fibra metálica y con macro fibra sintética, después de un año la fibra sintética mantenía un 98% de su capacidad, frente al 54 % de la fibra de acero (ref.: Profesor Stefan Bernard, Sidney University).

Las macro fibras sintéticas son el único tipo de refuerzo que conserva la capacidad dúctil del hormigón y lo mantiene completamente libre de corrosión. Estas características hacen que el hormigón reforzado con macro fibras sintéticas sea uno de los medios más seguros para la estabilización del macizo rocoso, tanto a medio como a largo plazo.

La solución al problema de la densidad del polipropileno

Un problema que se plantea con el uso de las fibras de polipropileno es su baja densidad, inferior a la del agua (0,91 gr/cm³), lo que provoca la flotabilidad de la misma. En el caso de túneles con presencia de agua durante su ejecución, las fibras que rebotan en el lanzado de la gunita quedan en el suelo y en las labores de bombeo de dichas aguas, estas fibras pueden atascar las bombas de achique.

MyPHor ha desarrollado una nueva fibra de polímero termoplástico (POLIÉSTER), con una densidad del orden de 1,4 gr/cm³, propiedad que hace que dichas fibras no floten, y no provoquen atascos en el bombeo de las aguas del túnel, o flotación de las mismas en los sistemas de depuración por rebose.

La problemática del agua en túneles y minería subterránea

Fibras de prolipropileno en la superficie, frente a fibras de poliéster, de mayor densidad.

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