Hormigón con relave y fibras de acero: análisis de resistencia y rigidez para aplicaciones de refuerzo en minería subterránea

Abstract

La creciente generación de residuos mineros y los desafíos de estabilidad en excavaciones profundas han impulsado el análisis de soluciones sostenibles. Esta investigación evalúa el comportamiento de parámetros mecánicos para aplicaciones de hormigón modificado con relave de cobre (8% de sustitución) y reforzado con fibras de acero (0.4% y 1.2% en peso), proponiendo un modelo de economía circular que transforma pasivos ambientales en materiales de refuerzo minero. Mediante una campaña experimental estandarizada, se fabricaron probetas cúbicas (102 mm) con cuatro configuraciones: hormigón, hormigón con sustitución parcial de áridos por relave minero y hormigón con relave reforzadas con dos porcentajes de fibras de acero (0.4% y 1.2%). Las muestras fueron sometidas a ensayos de compresión uniaxial a 7, 14, 28 y 100 días de curado por inmersión en agua. Se midieron los parámetros mecánicos relevantes resistencia a la compresión uniaxial y módulo de deformación, analizando su evolución temporal y la influencia sinérgica de los aditivos. El estudio de estos parámetros mecánicos permite evaluar la resistencia ante esfuerzos y la capacidad de deformarse, aspectos clave para entornos mineros subterráneos donde la estabilidad estructural es prioritaria. Los resultados demostraron que la incorporación de relave mejora el desempeño significativamente a largo plazo. A los 100 días de curado, el hormigón con relave alcanzó una resistencia de 41.6 MPa (±4.51), superando en un 5% al hormigón convencional. Por otro lado, la adición de fibras de acero mostró un comportamiento diferente. Se redujo la resistencia inicial (31.2 MPa a 7 días vs. 33.1 MPa del convencional), debido a posibles discontinuidades en la zona de unión entre fibras de acero y la matriz de hormigón. La adición de fibras redujo la rigidez inicial en un 27%, pero a los 100 días de curado la diferencia fue del 15% (12,500 MPa vs 14,685 MPa), conservando el 85% de la rigidez del hormigón convencional. El análisis económico demuestra que la incorporación de relave incrementa los costos de materiales en un 1% debido al procesamiento del residuo y la adición de fibras de acero con relave aumenta el costo de los materiales en un 19%. Estos hallazgos se alinean con estudios previos que destacan el potencial de pasivos mineros como material de construcción de alto desempeño en mezclas de hormigón y amplían el conocimiento al cuantificar su interacción con refuerzos metálicos en condiciones extendidas de curado. Este trabajo no solo valida la viabilidad técnica del hormigón con relave y fibras, sino que aporta un marco metodológico replicable para futuras investigaciones.