Geosintéticos en minería: retos en condiciones extremas

Una mina no le da tregua a sus materiales. A 4,000 metros de altura, en pleno desierto de Sonora o debajo de una montaña de mineral de 150 metros, los geosintéticos trabajan con sol intenso, calor, frío, químicos y un peso que ninguna obra común les pide cargar. Un material que en otra aplicación dura siglos, en una mina mal especificada puede fallar en pocos años.

En este artículo explicamos, reto por reto, qué le pasa a una geomembrana, un geotextil o un GCL en esas condiciones, y qué conviene pedir al comprarlos para que el sistema de contención dure lo mismo que la operación.

¿Por qué se desgasta una geomembrana?

Una geomembrana de polietileno (HDPE) no se rompe de un día para otro: envejece, igual que una silla de plástico que se deja años al sol. El plástico viene de fábrica con antioxidantes, aditivos que lo protegen como un escudo. Mientras el escudo dura, el material conserva sus propiedades casi intactas.

El problema empieza cuando esos antioxidantes se agotan. A partir de ahí el plástico comienza a oxidarse, se vuelve quebradizo y pierde resistencia hasta que deja de cumplir su función (Lavoie et al., 2020).

Por eso, más que preguntar "¿cuánto aguanta?", la pregunta correcta es: ¿qué tan rápido se va a gastar el escudo en mi mina? En minería hay cinco factores que lo aceleran, y casi siempre actúan al mismo tiempo.

Reto 1: el sol de las minas de altura

Los rayos ultravioleta (UV) del sol dañan la superficie del plástico: poco a poco la resecan y le abren microfisuras que después pueden convertirse en grietas. Y en la montaña el sol pega más fuerte.

Según la Organización Mundial de la Salud, la radiación UV aumenta alrededor de 10% por cada 1,000 metros de altura. Una mina andina a más de 4,000 m recibe cerca de 40% más radiación que una obra a nivel del mar.

La geomembrana se defiende de dos formas. La primera es el negro de humo, el pigmento que le da su color negro: absorbe los rayos UV antes de que lleguen a dañar el plástico. La segunda es un paquete de antioxidantes especialmente resistente al sol. La norma de referencia para geomembranas HDPE, GRI-GM13, fija mínimos para ambos, y para una mina de altura conviene pedir al proveedor el certificado de esos resultados, no solo la ficha comercial.

Reto 2: calor de desierto y frío de montaña

El calor acorta la vida útil mucho más de lo que parece

Con el calor, el escudo de antioxidantes se gasta más rápido. La diferencia no es pequeña: los estudios del Geosynthetic Institute estiman que una geomembrana HDPE cubierta puede durar unos 550 años a 20 °C, pero solo alrededor de 90 años a 40 °C (citado en Lavoie et al., 2020). Veinte grados de diferencia pueden pasar la vida útil de siglos a décadas.

Además, una geomembrana negra al sol se calienta mucho más que el aire: puede superar los 70 °C en su superficie. Por eso, al diseñar, importa la temperatura real del material (sol, soluciones calientes, calor del propio proceso), no la temperatura promedio de la región. Una geomembrana más gruesa también ayuda, porque trae más antioxidantes de reserva: en un estudio a 35 °C, el escudo de una de 2.5 mm duró unos 21 años contra 16 de una de 1.5 mm (Rowe et al., 2014).

El sol la estira y se forman arrugas

El plástico crece con el calor y se encoge con el frío, mucho más que la tierra que tiene debajo. Para darse una idea: un tramo de 100 metros de geomembrana puede crecer unos 60 centímetros entre la madrugada fría y el mediodía caliente. Ese sobrante no desaparece; se acumula en arrugas.

Las arrugas parecen un detalle, pero no lo son. Cuando se coloca el mineral o la tierra encima, una arruga puede aplastarse y formar un doblez con tensión permanente, justo el tipo de punto donde después nace una grieta. Además, la geomembrana deja de estar pegada a la capa de abajo, y si hubiera una perforación, el líquido se escurre con más facilidad. La solución práctica es cubrir en horas frescas, usar geomembranas con cara blanca (se calientan menos) y revisar las arrugas antes de tapar.

En el frío, el reto es soldar bien

En la montaña o en invierno, el problema se traslada a la instalación. Con el frío el plástico se pone más rígido, y la humedad del suelo puede condensarse justo donde se está soldando, lo que debilita la unión. La guía GRI-GM9 para soldadura en clima frío recomienda, por debajo de unos 4 °C, precalentar el material, soldar más despacio, trabajar sobre tablas de apoyo, proteger la zona del viento y hacer más soldaduras de prueba durante el turno.

Reto 3: químicos agresivos

En minería las geomembranas contienen soluciones fuertes: cianuro en minas de oro y plata, ácido sulfúrico en minas de cobre. La buena noticia es que el HDPE resiste muy bien a ambos; no se "disuelve". El riesgo real es más silencioso: la solución va lavando los antioxidantes y el escudo se gasta antes de tiempo.

Los investigadores Abdelaal y Rowe probaron geomembranas en soluciones muy ácidas, como las que se usan para extraer cobre, níquel o uranio, y encontraron que con calor los antioxidantes se perdían más rápido (citado en Lavoie et al., 2020). Cuando se juntan ácido y temperatura alta, lo recomendable es hacer una prueba de compatibilidad con la solución real de la mina antes de comprar.

El GCL también tiene su punto débil. Funciona porque la bentonita que lleva dentro se hincha con el agua y sella como un tapón. Pero en soluciones muy ácidas se hincha menos y puede volverse miles de veces más permeable que en soluciones con cianuro, donde sella muy bien (Athanassopoulos y Smith, Geosynthetics Magazine). Por eso, en lixiviación ácida el GCL se coloca siempre debajo de la geomembrana y se hidrata con agua antes de que llegue la solución.

Reto 4: el peso de una montaña de mineral

Ninguna obra carga tanto a un geosintético como una pila de lixiviación. Hay pilas de hasta 240 metros de altura, y la presión sobre el revestimiento puede equivaler a más de 400 toneladas por metro cuadrado (Lupo, 2010). Con ese peso, cada piedra con filo que queda encima de la geomembrana presiona como un punzón y puede perforarla o dejarle un punto débil.

La respuesta no es un solo material, sino un "sándwich" bien armado. Encima de la geomembrana se coloca un geotextil grueso de protección, que funciona como colchón y reparte la presión de las piedras. Debajo, un GCL da una cama más suave: en pruebas con cargas muy altas, la geomembrana con GCL debajo sufrió menos daño que la geomembrana sola, y la ventaja crecía mientras más peso había (Athanassopoulos et al., 2009).

El peso también afecta la estabilidad. Mientras más carga hay, más fácil resbalan las capas entre sí, sobre todo en los taludes. Por eso en pendientes se usa geomembrana texturizada, con una superficie rugosa que agarra mejor, y se hacen pruebas de fricción con la carga real del proyecto.

Reto 5: grietas que aparecen con los años

Hay una falla que no avisa: el agrietamiento bajo tensión. Cuando una parte de la geomembrana queda estirada de forma permanente, aunque sea poco, el plástico se va "cansando" lentamente hasta que se abre una grieta limpia, sin haberse estirado ni deformado antes. Es parecido a una liga que se deja tensa mucho tiempo y un día se revienta.

Esto suele pasar donde se juntan los otros retos: arrugas aplastadas, bordes de soldadura, marcas de piedras y zonas calientes. La norma GRI-GM13 pide que la geomembrana pase una prueba mínima de resistencia a este tipo de grieta. En minas con condiciones severas conviene pedir el resultado certificado de cada lote, porque el calor acelera mucho este desgaste.

Resumen: qué pedir para cada reto

Instalar bien cuando el clima no ayuda

Una buena compra se pierde con una mala instalación. En condiciones extremas, cada turno debe empezar con soldaduras de prueba, y repetirlas cuando cambian la temperatura o el viento. Las soldadoras de cuña caliente hacen una doble costura con un canal de aire en medio que se infla para comprobar que no hay fugas; los parches y detalles hechos con extrusora se revisan con caja de vacío.

Al final, la detección eléctrica de fugas encuentra perforaciones que no se ven a simple vista, incluso con la geomembrana ya cubierta. En una pila de gran altura, donde reparar después de cargar el mineral es prácticamente imposible, esta revisión vale lo que cuesta. Si te interesa la contención de relaves, lee nuestro artículo sobre impermeabilización de presas de jales según NOM-141 e ICOLD.

Conclusión

En minería, lo que dura un geosintético no lo decide la ficha técnica, sino la mina: su altura, su clima, sus químicos y el peso que va a cargar. Elegir bien es traducir cada una de esas condiciones en algo que se pueda pedir y comprobar: protección contra el sol, espesor según la temperatura, pruebas con la solución real, capas de protección contra el peso y certificados contra el agrietamiento.

La otra mitad es pensar en sistema. Geomembrana, geotextil, GCL y georred trabajan en equipo, y una instalación bien revisada es la que convierte una buena compra en una contención que dura toda la vida de la operación.

En LDM somos Distribuidores de geosintéticos, geomembranas HDPE y LLDPE, geotextiles, GCL y georredes para minería, junto con equipos de soldadura y pruebas de hermeticidad. Atendemos proyectos de contención en México, Centroamérica, Colombia, Perú y Chile, con asesoría técnica para elegir materiales según las condiciones reales de cada operación: altura, temperatura, químicos de proceso y peso del mineral.