Evolución Tecnológica en la Excavación

Antigüedad

  • Excavación manual: Uso de herramientas básicas como manos, picos y cinceles.
  • Técnica del fuego: Calentamiento de la roca seguido de un enfriamiento brusco con agua para fracturarla.

Era Moderna

  • Roca dura: El objetivo principal es la fracturación, excavación y extracción del macizo rocoso.
  • Terreno blando: El desafío principal no es la excavación, sino el sostenimiento para evitar derrumbes.
  • 1825: Invención de perforadoras neumáticas, uso de explosivos, brocas y taladros en Europa y EE. UU.

Métodos de Construcción de Túneles

Métodos Tradicionales

Se basan en excavación manual o semimecanizada, trabajando por fases y adaptándose al terreno.

Método de Madrid (MTM)

  • Bóveda: Parte crítica; se avanza en anillos de ~2.5 m usando madera o acero.
  • Destroza: Excavación de la parte central con retroexcavadora.
  • Hastiales: Laterales excavados de forma alterna.
  • Solera: Base del túnel (plana o con contrabóveda).
  • Ventajas: Adaptable, permite mini-mecanización y seguimiento continuo.
  • Desventajas: Mano de obra costosa; rendimiento promedio de 60 m/mes.

Método Alemán

Utilizado en cavernas grandes; se ejecutan los hastiales antes de cerrar la bóveda.

Perforación y Voladura

Ideal para roca abrasiva de alta resistencia. El ciclo de trabajo incluye: replanteo, perforación, carga de explosivos, conexión, voladura, ventilación, retiro de escombro y saneo.

  • Esquema de tiro: Cuele (espacio inicial), contracuele, destroza, zapateras y contorno.
  • Maquinaria: Martillos neumáticos y Jumbos hidráulicos de rotopercusión.

Métodos Mecanizados

Cortadoras (Rozadoras)

Para roca blanda o media. Utilizan cabezas con dientes (axiales o transversales). Ventajas: Sin explosivos, mayor precisión y menor vibración.

Tuneladoras (TBM)

  • En suelos (escudos): EPB (presión de tierras), lodos presurizados o aire comprimido.
  • En roca: Abiertas, escudadas o de doble escudo.
  • Ventajas: Continuidad, alto rendimiento y seguridad.
  • Desventajas: Alta inversión, sensibilidad a cambios geológicos y limitación en pendientes (máx. 4%).

Topografía y Modelado 3D

Herramientas esenciales como drones, GPS diferencial y estaciones totales permiten el control de estabilidad y diseño. El software Civil 3D es fundamental para el diseño de pozas de lixiviación, botaderos y gestión de taludes.

Geotecnia y Gestión de Residuos Mineros

Caracterización de Residuos

  • Propiedades físicas: Granulometría, densidad, porosidad, límites de Atterberg y humedad.
  • Propiedades mecánicas: Resistencia al corte, permeabilidad, compresibilidad y licuefacción.

Estabilidad de Taludes

Se evalúa mediante parámetros críticos (cohesión, ángulo de fricción, nivel freático) utilizando métodos de equilibrio límite (Fellenius, Bishop) o métodos numéricos. La instrumentación mediante piezómetros, inclinómetros y radares es vital para prevenir fallas.