En los desarrollos de obras subterráneas, se encuentran una gran variedad de tipos y calidades de terrenos. Para controlar esto, se suelen categorizar los terrenos y establecer protocolos de fortificación específicos para cada uno.
En los casos en que la calidad del terreno es muy baja, por lo tanto, se requieren soluciones preventivas para avanzar de manera segura, una opción es la inyección de resina con anclas auto perforantes. Esta técnica se origina del sistema "Pipe Umbrella" utilizado en la ingeniería civil, y del "Spiling", usado en minería.
Los terrenos de calidad extremadamente baja no permiten la colocación de anclas, mayas y concreto después del desarrollo de la galería. En estos terrenos, es necesario utilizar un sistema de fortificación preventivo para evitar sobre excavaciones y posibles cavidades, que incrementa los costos y los tiempos de operación. El método tradicional de Spiling implica el uso de anclas estándar con inyección de cemento. Sin embargo, este proceso presenta desventajas, ya que es un procedimiento largo y requiere que la mina espere hasta 72 horas para que el cemento fragüe antes de continuar con la excavación. Además, el cemento, al ser un producto rígido, tiende a romperse con el impacto de la voladura, lo que finalmente deja expuestas las anclas y el terreno con fisuras nuevamente.
Figura 1: Spilling con cemento en terreno inestable
La Figura 1 muestra los problemas que surgen al utilizar el método de Spiling con cemento. Tras la voladura, el cemento se fisura, dejando las anclas expuestas y sin soporte, este tiende a fracturarse con el impacto de la explosión.
En terrenos de mala calidad, donde se requiere la implementación de métodos preventivos, estos problemas pueden llevar a una excavación excesiva o incluso al colapso de la galería.
A continuación, se detalla cómo una mina pudo implementar con éxito este sistema de Spiling con inyección de resina y anclas autoperforantes en el proceso de excavación de una galería.
Inicialmente, se realizó un patrón de perforación de 7 barrenos en el techo de una galería, cada uno de 6 metros de longitud y separados por 80 cm entre sí. Los autoperforantes se instalaron en el perímetro exterior del frente de excavación, paralelos a la geometría a excavar posteriormente, formando un soporte en Pipe Umbrella sobre el área de trabajo.
El uso de anclas autoperforantes permite realizar los barrenos con las mismas anclas en un solo paso, evitando problemas de colapso del terreno. Este método de instalación proporciona un soporte inmediato a la pared del barreno, resultando en deformaciones moderadas y relajación de tensiones.
Después de instalar la columna de anclas autoperforantes, se inyecta la resina bombeable a través de ellos, llenando el barreno desde la parte posterior hasta el cuello. La resina migra en las fisuras alrededor del barreno y enlaza los autoperforantes a lo largo de toda la línea, dando lugar a un techo consolidado para la galería.
Debido al patrón de perforación y la migración de resina, todas estas anclas quedan unidas por la resina de las anclas circundantes, formando una matriz alrededor del futuro frente de excavación. La resina se endurece en 2 a 3 minutos, lo que permite una actuación rápida y sectorizada de la inyección. La segmentación es crucial en este proceso debido a la alta presencia de fisuras en el terreno, es necesario que la resina migre en todas estas grietas del techo de la galería. Sin embargo, si la resina tarda mucho en fraguar podría extenderse más allá de la zona que se avanzará posteriormente. La segmentación, por tanto, nos permite limitar el flujo de la resina para que solo alcance las áreas que nos interesan.
La inyección de cada barreno puede realizarse de 15 a 30 minutos. Con el rápido fraguado de la resina, la mina puede preparar su voladura inmediatamente después de la inyección. Adicionalmente, la resina, siendo un producto flexible que mantiene su cohesión frente a los movimientos del terreno, no se ve afectada por la voladura. Esto significa que la mina no necesita cambiar sus parámetros de voladura.
Dado que la aplicación se realizó sobre 6 metros, se pudo avanzar 5 metros antes de tener que repetir el método preventivo de fortificación, dejando 1 metro de margen entre el terreno consolidado y el terreno sin fortificar.
Las oficinas de Weber Mining & Tunnelling se encuentran ubicadas en Francia, Polonia, Turquía, Australia, México y Sur África y están disponibles para asistir globalmente a minas con soluciones químicas para dar soluciones de soporte de terreno.
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