Gestión de los impactos de aguas ácidas durante la construcción, operación y cierre de túneles

Abstract

El drenaje ácido es un proceso natural o inducido por la construcción del túnel, debido a la oxidación de sulfuros que genera acidificación del agua y altas concentraciones de sulfatos y metales disueltos. En el área de estudio, el túnel intercepta agua que ya presenta características de drenaje ácido por un proceso natural de meteorización de minerales sulfurados en superficie o en una formación permeable. En este trabajo se identifican los impactos de las aguas ácidas en la estabilidad del túnel y en el medio ambiente durante la vida útil, con el fin de proponer medidas de prevención y control o alternativas para tratar las aguas del túnel minero del caso de estudio. Las aguas que salen del túnel son ácidas, de tipo sulfatadas cálcicas, con valores de pH inferiores a 5, con altas concentraciones de sulfatos y metales disueltos, principalmente hierro, aluminio, manganeso, cobre, arsénico y zinc. Se utilizó la herramienta ABATES V.1.41 desarrollada por Earth Systems para estimar la acidez total del drenaje a tratar, la carga de acidez y el porcentaje de error del balance de carga iónico. Durante la construcción del túnel, el drenaje ácido está asociado a la meteorización de las marinas, fuera del túnel y se trata igual que cualquier botadero generador de drenaje ácido. En este caso, la roca es potencial generadora y al excavar o perforar el túnel queda expuesta a la meteorización. Al interior del túnel, la presencia de aguas ácidas oxida los pernos, la malla, los marcos metálicos y deteriora el shotcrete, por esta razón es necesario seleccionar materiales resistentes a la corrosión en toda la vida útil del túnel. Se propone la instalación de pernos de fibra de vidrio que no se corroen con las aguas ácidas, la instalación de mallas electrosoldadas fabricadas con acero de carbono de alta resistencia y el empleo de shotcrete fabricados con cementos que tengan alta resistencia a los sulfatos. Para gestionar el agua, se propone la perforación y habilitación de drenes horizontales con tubería de PVC. Respecto al tratamiento del drenaje ácido del túnel durante la operación, se plantean dos alternativas de tratamiento pasivo y una alternativa de tratamiento activo. La primera alternativa consiste en un pozo de desviación de caliza seguido de una balsa de decantación. La segunda alternativa es un canal de aireación, seguido de un sistema sucesivo de producción de alcalinidad (SAPS) con una balsa de decantación y un lecho de lixiviación de caliza (LLB). La tercera alternativa es la neutralización con cal hidratada mediante el proceso de lodos de alta densidad (HDS). Finalmente, la medida de cierre propuesta para un túnel con pendiente del 5% y con una alta carga hidráulica es la instalación de un tapón de hormigón de alta resistencia (UCS de 50 MPa) con drenaje permanente de agua. Los resultados obtenidos del dimensionamiento muestran que se requiere una longitud del tapón de 39 m para soportar una carga estática de 550 m, una longitud del tapón de 42 m para soportar una carga hidráulica total de 590,28 m y una la longitud del tapón para el contacto concreto/roca con inyección de 6 m. Otra opción viable es la instalación de varios tapones intermedios para distribuir la presión total a lo largo del túnel y evitar el tratamiento de agua a perpetuidad.