Fortificación subterránea: Firmeza y seguridad

Gentileza Antolin Cisternas
Gentileza Antolin Cisternas

El sistema de fortificación asegura a los equipos y a los trabajadores de la minería subterránea, evitando la caída de rocas desde el techo de las galerías o de sus cajas o costados.

El mercado cuenta con diversos productos y elementos para la fortificación de túneles, los cuales hacen posible de que el sector  y los equipos estén seguros dentro de un espacio subterráneo.

Los principales elementos de sustento de este sistema son las mallas, pernos, shotcrete o una combinación de ellos.

Patricia Avaria R.
Periodista Construcción Minera

Con el objetivo de proteger a los trabajadores y evitar derrumbes en faenas subterráneas, la industria ha implementado en la construcción de túneles el proceso de fortificación, que básicamente consiste en recubrir o reforzar el entorno de una labor subterránea, mediante algún elemento de sustento, tales como marcos, mallas, pernos, shotcrete, o una combinación de estos elementos. Expertos del rubro coinciden que es una actividad que constituye una importante contribución a la seguridad en labores subterráneas, por lo tanto, su ejecución debe ser cuidadosa y realizada responsablemente. El éxito del sistema y la seguridad de los trabajadores, depende de que el trabajo de fotificación esté bien hecho.

De acuerdo a la Guía Metodológica para Sistemas de Fortificación y Acuñadura del Servicio  Nacional de Geología y Minería, Sernageomin, existen dos tipos de fortificaciones. En primer lugar están las rígidas que corresponden a las que sostienen sin permitir ningún movimiento  de la roca y deben ser resistentes para sujetar los bloques que puedan caerse. “En la actualidad, solo se usan en las bocas de las minas o sectores donde, por razones tectónicas, de mala calidad de la roca o explotaciones hundidas antiguas, se ha perdido totalmente las propiedades resistentes de la roca”, se explica en la guía. Los sistemas más usados para estas fortificaciones son los marcos  de madera o acero.  El segundo tipo de fortificación, son las flexibles, que permiten deformaciones de la roca  con lo que –según se indica en el documento- se alivian los esfuerzos y al deformarse mejoran sus propiedades resistentes.

De acuerdo a Oscar Díaz, gerente de operaciones de Antolin Cisternas, el mercado minero cuenta con diversos productos y elementos para la fortificación de túneles, “los cuales hacen posible la estabilidad de labores, para que el sector y los equipos estén seguros dentro de un espacio subterráneo”. Por lo general, este proceso se realiza en galerías, chimeneas,  preparación y hundimiento, caserones (temporal),  zanjas (temporal), lugares de acopio de mineral o materiales, entre otros.  Un sistema de soporte que incluye una combinación de elementos, en el cual, cada uno de ellos provee una o más de las funciones descritas anteriormente.

En este artículo una revisión a las diversa alternativas que ofrece el mercado para el desarrollo de esta solución constructiva. Firmeza y seguridad es su horizonte.

Pernos

Se usan diferentes tipos de pernos de anclaje. La diferencia solo radica en su diseño que corresponde a variedades del mismo concepto. Sin embargo, es posible clasificarlos  en pernos anclados mecánicamente, pernos anclados con resina o cemento y  pernos anclados por fricción.

Los pernos anclados mecánicamente (de anclaje con cabeza de expansión) son los más comunes de este tipo de anclaje mecánico. Es usado tanto en las labores mineras como en las de ingeniería civil. Con muy pocas excepciones, estos pernos se usan en rocas medianamente duras; sin embargo, no es recomendable emplearlos en rocas muy duras, pues la cabeza de expansión puede que no penetre adecuadamente en las paredes de la perforación y con el tiempo resbala. En lugares donde la labor permanecerá por muchos años se puede rellenar con cemento. Los pernos de anclaje constan de las siguientes partes: cabeza de expansión, plancha metálica (4’ x 4’ y 1/4” de espesor) y tuerca del perno.

Por otro lado, existen los pernos anclados con resina o cemento. El tipo más común en esta categoría es el perno de barra de fierro o acero tratado, que utiliza la resina o el cemento como un adherente, es por eso, que se debe asegurar la adherencia necesaria para solidarizar la barra al terreno. La resina resulta conveniente para ser usada en pernos sometidos a altas tensiones desde momentos tempranos y se prestan para pretensado, lo cual no descarta su uso en pernos sin tensión previa.

También están los pernos anclados por fricción, los cuales son los más recientes en la técnica del anclado. Existen dos tipos: Split set y Swellex. Para ambos sistemas, la resistencia a la fricción para el deslizamiento entre la roca y el acero, sumado a la acción mecánica de bloqueo, es generada por la fuerza axial entre la superficie del barreno y el perno. En instalaciones transitorias la presencia de humedad no es inconveniente, pero debe descartarse para uso permanente bajo estas condiciones. Aunque los dos sistemas están descritos bajo un mismo denominador, estrictamente hablando solo el Split set es de fricción. En caso del Swellex, combina la fuerza de fricción sumada al mecanismo de expansión del perno al interior del barreno que habitualmente tiene paredes irregulares. Esta situación genera una acción de bloqueado que permite obtener alta resistencia a la tracción.

Robinson Jara, ingeniero del departamento técnico y planificación de IVS, cuenta que existen también los pernos autoperforantes, que son utilizados principalmente en macizos rocosos de mala calidad, se instalan en forma mecanizada con Jumbos de perforación. Se emplean en suelos y macizos rocosos,  donde las condiciones del terreno hacen que las paredes de la perforación colapsen, impidiendo la normal instalación de cualquier soporte estándar.  Este tipo de perno, consiste en una barra roscada en sentido izquierdo en toda su longitud, estas barras constan de una perforación central la cual sirve para el paso de aire o agua de barrido de la perforación, y también para la inyección de la lechada que puede ser desde el principio de la perforación o al final de ésta. Para la prolongación del perno, se utiliza una copla y para la perforación e instalación de este, se utilizan bits de diferentes tipos dependiendo del suelo o roca.

Mallas

En este tipo de productos están las  mallas de acero para fortificación de túneles, las que son fabricadas por alambre de acero especial de alta resistencia, en diferentes grosores, que permitirían manejar una mayor distancia entre los anclajes. Su uso es especialmente indicado en zonas comprometidas por estallidos de rocas o donde el macizo rocoso está muy alterado y, por lo tanto, muy fragmentado. El alambre está protegido contra la corrosión por una aleación especial cuatro veces superior al galvanizado habitual, lo que lo hace útil en ambientes mineros.  En la construcción minera subterránea habitualmente se utilizan las mallas mineras electrosoldadas y las tejidas, trenzadas o de “bizcocho”.

Las mallas soldadas se caracterizan por tener medidas y pesos conocidos, tienen uniones más sólidas y terminaciones de alta calidad, al tener uniones soldadas que no se “corren”, las secciones de acero se mantienen sin variación y por tratarse de elementos prefabricados, las mallas soldadas son fáciles y rápidas de instalar, ahorrando tiempo y dinero.

Por otro lado, la malla tejida o de “bizcocho” se identifican por su flexibilidad y capacidad de absorber importantes cantidades de energía, dependiendo de su instalación. Es muy eficiente en la retención de bloques pequeños inestables, provocados por eventos sísmicos, activaciones estructurales y otros.  Para la fortificación, las mallas se instalan apegadas a las paredes de la labor, con todas sus singularidades, siendo afirmadas con pernos de anclaje o con lechada, dependiendo de la durabilidad y afianzadas a la superficie de la roca con planchuelas y tuercas. Entre una y otra malla deben ser traslapadas en sus bordes periféricos.  Las metálicas se usan como parte de sistemas de fortificación, y es un buen complemento al shotcrete.

Robinson Jara, explica que “las mallas tejidas de alambre galvanizado nacen como alternativa resistente, práctica y de fácil instalación y se utiliza en combinación con el perno helicoidal”. Asimismo, actúan como soporte pasivo en los sistemas de fortificación, cubriendo las superficies rocosas expuestas conteniendo posibles desprendimientos.

Por otro lado, Jorge Anabalón, Product Manager de Geobrugg cuenta que en el mercado existe la malla modelo Minax M85/2,7 (resistencia a la tracción ≥ 1.770 N/mm2) que reemplazaría las mallas comúnmente ocupadas en fortificación. En resumen, con menor cantidad de alambre se sostiene la misma carga con un “alto impacto al final del proceso”. Son instaladas con el dispositivo MESHA®.

Asimismo, se encuentra la malla Deltax G80/3 recubierta con zinc/aluminio, la que podría reemplazar el uso de shotcrete en algunos sectores con solicitaciones que estén de acuerdo a su resistencia.

Por último, está la malla Tecco G80/4 probada para cargas dinámicas (como estallido de rocas), alambre de 4mm de diámetro y recubierta con zinc/aluminio. Esta malla está diseñada para reemplazar el shotcrete en sectores de mayor solicitación o como refuerzo para sectores sometidos a cargas dinámicas.

Shotcrete

El hormigón proyectado o shotcrete es un material transportado a través de una manguera, que se lanza neumáticamente, a alta velocidad, contra una superficie. La fuerza con que el hormigón o mortero llega a la superficie, hace que la mezcla se compacte logrando que esta se sostenga a sí misma, sin escurrir, incluso en aplicaciones verticales y sobre la cabeza.  Este sistema, relativamente nuevo y que ha tenido en los últimos años un gran desarrollo, solo o combinado con otros métodos activos de sostenimiento, daría mayor rapidez, seguridad y menor costo a la faena.

La teoría del sostenimiento por shotcrete se basa en que todo macizo rocoso tiene una tensión interna estable la que se ve alterada cuando, por efecto de la construcción del túnel, se efectúa una perforación en él. Si la roca está muy averiada por efectos de fallas, meteorización y/o el disparo, la fricción de las partes quebradas no será suficiente para detener el movimiento de los fragmentos; es decir, este punto de la excavación es ahora inestable y trata de desplazarse en dirección de la menor fuerza, o sea, hacia adentro del túnel. Asimismo, investigaciones han demostrado que si las rocas quebradas alrededor del túnel están ligadas entre sí y se soportan unas a otras, la estabilidad se recupera, logrando que la roca se autosoporte.

Maquinaria

Además, de los implementos que hacen posible la fortificación existen las maquinas que montan estos elementos, es por eso que en el mercado de la maquinaria se ha estado innovando en los equipos de instalación de estos materiales constructivos, los que hacen que la obra sea más segura y productiva.

En Expomin 2014, se presentó el nuevo empernador Resemin modelo Bolter 88 D, que consiste en la instalación de mallas y pernos en forma simultánea, incorporando un sistema de lanzado de cartuchos automático. Ángel Briones, gerente de Marketing  y Ventas de Subterra Maquinaria Minera, cuenta que  los equipos de esta nueva generación de empernadores, pueden ser habilitados con barrido semihúmedo y cabina cerrada presurizada con aire acondicionado cumpliendo estándares de calidad. Es un equipo habilitado para perno de 2,40 m con perforación de barra de 9 pies y bit de 38 milímetros. También, está apto para la instalación de perno helicoidal; con sistema de lanzado de cartuchos y mecanismo de malla biscocho.

Asimismo, está el equipo Thom–Katt que consiste en una bomba de concreto operada hidráulica y eléctricamente, diseñada para bombear concreto húmedo a través de un sistema de suministro por tuberías o mangueras. Oscar Díaz, gerente de operaciones de Antolin Cisternas, cuenta que puede ser montada sobre remolque o camión y es de construcción robusta y durable que permite la unidad bombear las más difíciles mezclas dentro de las especificaciones y los rangos publicados. La operación normal es controlada por el panel de control convenientemente localizado en la unidad. Un control remoto versátil de 3 funciones para arranque, parada y reversa permitiría que la unidad pueda ser controlada desde 30 m de distancia.

Por otro lado, se encuentra Boltec EC equipo fortificador de roca (para estabilizar la masa rocosa en minas de interior y en la excavación de túneles) mecanizada para longitudes de bulón de 1,5 a 6 metros y alturas de techo de hasta 13 metros. Asimismo, está equipada con el sistema de control RCS de Atlas Copco para posicionamiento, perforación y bulonado. Incorpora el martillo hidráulico COP 1132 o COP 1435, diseñados para este proceso de fortificación. Igualmente, cuenta con un chasis articulado electrónico con tracción a las cuatro ruedas y plataforma integrada para un brazo de manejo de pantalla.

Otro equipo es el Roboshot Normet Alpha 20, que se utiliza para la inyección de shotcrete y bombeo de hormigón. Asimismo, permite mezclar el hormigón con los diferentes aditivos para el shotcrete según lo requiera el proyecto, los cuales, entre otras cosas, mejoran su adherencia y aceleran su fraguado. Alcanza alturas de inyección de aproximadamente de  9 m, su brazo tiene un rango de giro cercano a 270° y posee un estanque de almacenamiento de 400 litros. Según Esteban Aste, gerente de operaciones de Tromax, la maquina tiene una capacidad máxima teórica es de 25 litros/minuto, “pero su rendimiento real dependerá de la logística de suministro del hormigón durante la operación”. Su diseño le consiente trabajar en superficie para fortificación de taludes y también en túneles y piques subterráneos.

Finalmente, el mercado también cuenta con la perforadora hidráulica JUNJIN JD800E, la cual permite perforar en pequeño y mediano diámetro desde 38 mm hasta 102 mm y alcanza profundidades de perforación de hasta 20 m. Aste afirma que “los diámetros menores son ideales para la perforación de pozos realizada durante la instalación de pernos de anclaje”. También, es posible utilizarlo para la instalación de pernos autoperforantes. Su peso (11.900 Kg) le admite ser izado con grúas para acceder a piques y lugares difíciles para realizar sus tareas de perforación. Su funcionamiento es en base a combustible diésel.

Resinas
Los cartuchos para anclajes P 610 de IVS son formulados en base a una mezcla de resinas de poliéster, cargas y adiciones, que le confieren propiedades mecánicas. Su catalizador en estado sólido, permite una adecuada homogenización. La utilización de este sistema depende del tipo de cartucho, lo que consiente obtener entre 4 a 20 minutos, resistencias al arrancamiento del perno superiores a 9,8 toneladas para longitudes de anclaje superiores o iguales  a 1 m, gracias a que se produce un confinamiento radial del material.

Post Author: Fabiola Garcia Sanders