La construcción de túneles mineros requiere de mucho estudio, planificación, preparación y recursos, tanto económicos, laborales y tecnológicos. La ejecución parte de estudios preliminares que permitirán determinar los métodos y técnicas de construcción más idóneos para lograr un producto final exitoso.
En la actividad minera, un túnel es un paso subterráneo, compuesto por dos extremos que dan hacia el exterior (bocas), un techo curvado llamado bóveda, el pavimento y sus frentes de ataque o contraataque. Su construcción se da esencialmente para cumplir 4 fines: explotación, exploración, drenaje y ventilación. Además, implica una serie de etapas, comenzando con un estudio detallado del lugar donde se ejecutará la obra.
Christian Quiroga, jefe de Proyectos en Subterra Ingeniería y miembro de la mesa directiva de la Asociación Peruana de Túneles y Obras Subterráneas (APTOS) en el área de finanzas, explica que para construir un túnel minero, normalmente, se pasa por un proceso en el que la ingeniería de diseño va siendo más detallada y, por ende, más precisa en términos de su definición técnica y de la estimación de su presupuesto.
“Por ello, suele partirse de un estudio de prefactibilidad, para luego pasar a la factibilidad, donde ya se decide su ejecución. En esta fase los estudios trade-off son imprescindibles para determinar la alternativa óptima a desarrollar”, añade.
Este análisis o estudio de prefactibilidad debe estar fundamentado principalmente en 3 factores que determinan la productividad de la actividad minera. Estos son el volumen de reservas económicas del yacimiento, el capital disponible para sacar adelante el proyecto, y los métodos de trabajo y la calidad de la mano de obra.
Este análisis de prefactibilidad constará, por lo general, de dos etapas generales:
- Establecer los costos totales del túnel y sus alternativas al largo, mediano y corto plazo, considerando los factores de productividad de la mina
- Determinar las ventajas y desventajas que ofrecerá el túnel, y las alternativas, teniendo en cuenta la vida de la mina, las futuras exploraciones que se vayan a ejecutar, la ubicación de la planta concentradora, y los campamentos.
ESTUDIOS PRELIMINARES
Antes de iniciar la ejecución de la obra, primero se debe realizar un estudio detallado del terreno donde se desarrollarán las actividades constructivas. Este estudio debe incluir una investigación geológica y geotécnica, para determinar las cualidades del suelo que será excavado, pues este se verá afectado directa o indirectamente por la obra.
También se deben ejecutar sondeos, perforaciones que se realizan en el terreno para tomar conocimiento de lo que se encuentra en el subsuelo. Esto, por ejemplo, permitirá conocer las condiciones hidrogeológicas del lugar.
Asimismo, se deben realizar galerías de reconocimiento, excavaciones que tienen como objetivo obtener información sobre el tipo de terreno en el que se llevará a cabo la obra. Esto permitirá obtener datos como la velocidad de avance, la dureza del suelo, la presencia de fallas, entre otros.
Luego de realizar estos estudios preliminares es importante tener en cuenta 2 criterios. La primera es que el tiempo que debe transcurrir entre la ejecución de la galería de reconocimiento y la construcción del túnel debe ser mínima, pues el terreno puede presentar posibles alteraciones a causa de la perforación de la galería.
La segunda consideración que se debe tener presente es que todos los resultados que arrojen estos estudios son solo probabilidades, que se deben tomar en cuenta, claro está, en el desarrollo de la obra. Empero, se debe tener prudencia y prestarles mucha atención a los factores de seguridad.
DISEÑO
Quiroga subraya que hay que diferenciar los factores funcionales de los constructivos. Entre los primeros, indica, lo fundamental es hacer un análisis de la funcionalidad del túnel, pues dependiendo si se trata de un túnel de transporte, de acceso, de ventilación, los requerimientos funcionales varían notablemente.
“De un modo simplificado, ello determinará el trazo del túnel, su pendiente, su sección y, si se trata de un túnel de acceso, las condiciones de evacuación y seguridad serán también, primordiales, refiere.
En cuanto al diseño constructivo, sostiene que es imprescindible contar con un adecuado conocimiento del modelo geomecánico del terreno. Esto incluye definir mediante los correspondientes estudios geológicos, hidrogeológicos y geotécnicos, la geología (litologías y estructuras, fallas, etc.), los parámetros geomecánicos, la hidrogeología (piezometría y permeabilidades), los esfuerzos naturales y, en su caso, la sismicidad.
Con estos datos, indica al vocero de la empresa, se está en condiciones de definir el método constructivo más adecuado a las condiciones del terreno y a los riesgos geológicos existentes. “Es el momento de definir el método de excavación, las técnicas de excavación y los sostenimientos a emplear. Con ello además se puede establecer el plan de obra con una estimación de plazos y costos”, resalta.
Asimismo, añade: “Finalmente, se habrá de definir aspectos ligados a las instalaciones, iluminación, ventilación, eléctricas, etc.
MÉTODOS Y ESTRATEGIAS DE CONSTRUCCIÓN
Con los resultados obtenidos en los estudios preliminares se procede a definir el método y la estrategia de construcción más idóneos según los resultados. En esta fase, se identificarán el método de excavación, la cantidad y ubicación de los frentes, las técnicas de perforación y fortificación, el manejo del agua subterránea, las instalaciones de faena, la logística y la ubicación del botadero.
Métodos de Excavación
En el caso de los métodos de excavación, existen dos opciones: el método convencional y el mecanizado.
El convencional consiste en realizar trabajos de perforación y voladura. Se trata de una técnica muy usual en estas obras, ya que puede ser empleado en diversos tipos de rocas y secciones de trabajo. Además, permite la movilidad de los equipos y demanda una inversión inicial bajo.
El jefe de Proyectos en Subterra Ingeniería indica que en este caso, la maquinaria que se utiliza es el jumbo, para ejecutar los trabajos de perforación; las bulonadoras, pata la colocación de pernos; los robots para la proyección de shotcrete; entre otras máquinas auxiliares.
“Por supuesto, resulta también fundamental la maquinaria para
realizar la carga y transporte de los escombros. Dependiendo del tipo de macizo rocoso los jumbos podrían sustituirse por minadores”, agrega.
Por otro lado, el método mecanizado, también conocido como TBM (Tunnel Boring Machine) es un sistema mayormente usado para la construcción de túneles de grandes desarrollos longitudinales. Las condiciones geológicas del terreno deben ser las más óptimas para poder aplicar este método de excavación. Este es ideal cuando se requiere que la longitud de las excavaciones supere los 4.5 km; pero si este es inferior a los 1.5 km, entonces el método idóneo será el convencional.
Sobre el tipo de maquinaria utilizada en este caso, Quiroga indica que si se opta por una TBM, en minería lo más habitual es recurrir a una TBM abierta, “siendo necesario el empleo de dobles escudos o escudos simples, muy restringido”.
“Los grandes suministradores están desarrollando maquinaria tecnológica muy avanzada (mine-bolter, etc.) cuyo uso será cada vez más frecuente”, refiere.
Técnicas de Perforación
La perforación consiste en concentrar una alta energía en una determinada área de la superficie con el fin de vencer su resistencia y perforar. Esta labor está conformada por la
combinación de 4 acciones: percusión, rotación, empuje y barrido.
Las técnicas de perforación son las siguientes:
a) Según el método mecánico de perforación
Rotopercutivo. – Se aplica a todo tipo de roca, utiliza una amplia gama de diámetros de perforación (desde la 1 a la 8) y los equipos presentan una gran movilidad para la perforación mecanizada.
Rotativo. – Esta técnica no implica la técnica de percusión. Se clasifica en 2 dependiendo el tipo de penetración que se realice: trituración, aplicado a rocas muy duras; y corte, empleado para rocas muy blandas.
b) Según el tipo de maquinaria
Manual. – se utilizan equipos ligeros y de pequeñas dimensiones.
Mecanizada. – los equipos vana colocados sobre orugas, desde donde el operador inspecciona todos los parámetros de perforación.
Fortificación
Las fortificaciones tienen el objetivo de garantizar la estabilidad a corto y largo plazo de la obra, así como su funcionalidad durante su vida útil. Además, evita derrumbes, brinda protección a los trabajadores y la maquinaria, evita la deformación del macizo rocoso e impermeabiliza la labor.
Esta fortificación puede ser rígida (no permite ningún movimiento de la roca) o flexible (permite deformaciones en la roca).
Shotcrete
El shotcrete o concreto proyectado es una técnica muy utilizada en la fortificación de túneles, que permite inyectar neumáticamente y a alta presión una mezcla de concreto sobre una superficie.
En ese sentido, Edgar Murphy, gerente de prospección y cuentas clave de la empresa Distribuidora Norte Pacasmayo, sostiene que el shotcrete es necesario para el reforzamiento de túneles y que el concreto utilizado requiere de altas resistencias iniciales, incorporación de fibras y una adecuada proporción de finos para que pueda ser lanzado generando menos brote.
La empresa Chema, además, añade que la aplicación del shotcrete tiene entre sus ventajas: la alta resistencia inicial, el rápido fraguado final; además, no hay necesidad de usar encofrados y requiere solo de dos personas que se encarguen del lanzado del concreto.
Esta aplicación puede ser vía seca, ideal cuando se requiere volúmenes pequeños y a distancias largas; y vía húmeda, para todo trabajo de soporte de rocas
