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Domo de 95m para Barrick Zaldivar, Chile.

Cuando la mina Zaldivar, de Barrick, necesitaba un domo para cubrir su pila mineral, seleccionó a Geométrica por varias razones: Primero, tenía considerable experiencia con este tipo de domos en Chile (Mantos Blancos, Escondida, Pucobre, y otros). En segundo, Geométrica ofreció un menor precio en relación al tiempo de vida, que otras estructuras. En tercer lugar, el programa de instalación fue rápido aún cuando la pila continuó en operación

Por Juan Pablo Jijena and Francisco Castaño, Geometrica, Inc.

La Compañía Minera Zaldivar, de Barrick, es una operación minera  a cielo abierto, de lixivación de cobre en la segunda región de Chile.  Con una elevación de 3.300 metros sobre el nivel del mar, se localiza aproximadamente a 1.400 kilómetros al norte de Santiago y a 175 kilómetros al sureste de la ciudad portuaria de Antofagasta.
En 2006, La Cía. Minera Zaldívar produjo 307 millones de libras de cobre, y tiene reservas estimadas en 5.7 mil millones de libras.

La mina utiliza métodos convencionales de explotación minera a cielo abierto: el cátodo de cobre puro  es producido en tres etapas de molido y apilamiento de mineral, seguidas por lixiviación y actividad bacteriana para obtener el cobre del mineral a una solución.  Luego, la extracción por solvente y un proceso de electrodeposición separa el cobre de la solución y produce finalmente el cátodo de cobre de alta pureza.  Además, una planta de flotación recupera el cobre contenido en la fracción fina del mineral chancado.

En el año 2006, colapsó la estructura de marco rígido que entonces cubría el mineral de cobre de la operación de chancado secundario de la mina.

Se debía encontrar una solución que garantizara el servicio requerido y en forma rápida, principalmente porque los estándares de producción de la Cía. Minera Zaldivar no permiten emisiones de partículas al medio ambiente sin un adecuado control, lo cual a su vez coincide con la opinión de la Comisión Chilena de Medio Ambiente (CONAMA) que no permite pilas de este tipo descubiertas, puesto que el material extremadamente fino conduce a problemas serios de contaminación.  Además, la Cía. Minera Zaldivar es una empresa muy preocupada de la seguridad de sus trabajadores y la cantidad de polvo originada por la pila descubierta no era aceptable.  

Así mismo, no debemos de dejar de lado el hecho de que todo el material en suspensión producto de la pila descubierta finalmente precipita, afectando otras instalaciones cercanas con el consiguiente programa de mantenimiento asociado.

Y como si lo expuesto anteriormente no fuera suficiente justificación para cubrir nuevamente la pila de acopio, las partículas en suspensión también lleva cobre que se debe producir.

Los principales criterios que la Cía. Minera Zaldivar enfrentó para diseñar una nueva estructura incluyeron:

  • Desafíos de ubicación: La condición desértica, con altas temperaturas durante las horas de trabajo, sequedad y altura geográfica sumado a fuertes vientos predominantes durante gran parte de la jornada de trabajo plantearían desafíos especiales a la salud y a la seguridad de los instaladores durante la construcción.
  • Desafíos ambientales: La operación de la pila de mineral sumado a los fuertes vientos crea grandes cantidades de polvo, haciendo de esto un ambiente potencialmente inhóspito para trabajar en él.
  • Desafíos de diseño: Enmarcado en el programa de “mejora continua” que viene desarrollando Minera Zaldivar, la nueva estructura además de adaptarse a la operación de la pila de acopio debería ser de mayor tamaño que su predecesora, resultando  inédita para la Ingeniería y Construcción Chilena. Además, la nueva estructura  debería ser construida mientras que la pila de mineral permanecía en operación, haciendo imposible utilizar apoyos o grúas interiores temporales durante el proceso de construcción.  El diseño tendría que eliminar cualquier riesgo de que el mineral cayera sobre la estructura y debería minimizar la acumulación de material de la pila en los elementos estructurales.
  • Desafíos de operación: La pila de acopio debería estar cubierta nuevamente en el menor plazo posible.
  • Barrick Zaldivar contrató a SKM-Minmetal, compañía lider en ingeniería de explotación minera y con  fuerte presencia en Chile. En conjunto evaluaron una serie de alternativas, como silos metálicos y de hormigón, estructuras tradicionales de planta rectangular, estructura tradicional en forma de A y octogonales, domos de acero, domos de concreto y otras.
  • SKM Minmetal tenía cierta experiencia previa exitosa con domos metálicos y la evaluación de alternativas simplemente disparó las posibilidades del Domo de acero como solución para cubrir tanto los desafíos de ubicación, ambientales, de diseño y operacionales.

 De esta forma SKMMINMETAL elaboró las especificaciones para un domo de grandes dimensiones para cubrir toda el área de la pila y a la vez encapsular la cabeza de la cinta trasportadora.

Con los antecedentes conceptuales claros, comenzó la búsqueda de un proveedor idóneo para llevar adelante la ingeniería de detalle, la fabricación, el suministro y  la asistencia técnica en obra que permitiera levantar exitosamente y en el menor tiempo posible la colosal estructura.

Solución Seleccionada

Finalmente la empresa norteamericana Geométrica Inc. fue la que mejor cumplió con los requerimientos impuestos por Cía Minera Zaldivar, por diversas razones:

  • Geometrica Inc. tiene vasta experiencia en estructuras tipo domo, habiendo construido varias para mineras Chilenas (Mantos Blancos, Escondida, Pucobre, El Tesoro, Cerro Colorado, Codelco El Teniete, etc) además, de gran experiencia fuera de Chile con Domos de dimensiones y condiciones medio ambientales superiores al requerido.
  • La propuesta Técnica y Económica de Geométrica proporcionó un precio menor que estructuras competitivas equivalentes.
  • Geometrica proporcionó un programa rápido de diseño, fabricación e instalación en estrecha concordancia con las políticas medio ambientales y de seguridad de la Cía. Minera Zaldivar
  • La habilidad de llevar adelante la instalación del Domo mientras la pila de acopio se encuentra en operación y bajo fuertes vientos.
Área cubierta 12,155 m2
Área en planta 7,088 m2
Diámetro 95 m
Altura desde la base al ápice del domo 40.22 m
Peso de elementos estructurales de domo 207,639 kg
Peso de revestimiento de domo 78,944 kg
Material de domo Acero galvanizado con conectores de aluminio
Número de tubos 34,17
Número de conectores 9,848
Instalación de estructura (Jul 02 – Sept 30) 90 días
Instalación de revestimiento (Oct 03 – Nov 30) 59 días

Tabla 1. Especificaciones de domo para cubrir almacén de mineral secundario para Barrick Zaldivar en Chile

El sistema Geométrica consistió en estructura y revestimiento. La estructura se fabricó de tubos prefabricados de acero galvanizado unidos por conectores de aluminio ranurados. No se requirió soldadura por la fuerte conexión mecánica entre los tubos y los conectores. (Ver Figura 1.)

 

Geometrica Articulación Estructural
Figura 1. Conectores de aluminio ranurados unen los tubos en un sistema eficiente que no requiere soldadura.

Los tubos se deslizan fácilmente en los conectores y  las partes se aseguran luego con arandelas de acero atornilladas en una varilla roscada de acero que pasa a través del centro del conector.
Para compensar los extremos anchos de los tubos y proporcionar una superficie plana para la colocación del revestimiento, se colocaron polines sobre la parte externa de los tubos según se muestra en la figura 2.  Igual que los tubos, los polines fueron prefabricados para el diseño del domo.  Eran tubos cuadrados de acero galvanizado pre-perforados y unidos a los tubos con tornillos auto-taladrantes.

Purlins en la estructura de Geometrica
Figura 2. Los polines suministran una superficic uniforme para el soporte de revestimiento.

 

El revestimiento consistía de páneles de lamina corrugada de acero galvanizado más páneles de lámina traslúcida (FRP) para permitir la entrada de luz natural al interior. Además de otros componentes incluyendo molduras, flashings y canalones.
Los domos Geométrica son siempre galvanizados, lo cual elimina el mantenimiento en relación a estructuras de acero pintado. Como sucede con todas las estructuras Geométrica, las partes son individualmente marcadas y empacadas en cajas en orden reversito, de manera que, en campo, las partes estuviesen accesibles en la secuencia exacta en que se fueran requiriendo.
Las cajas pesaron menos de tres toneladas cada una para facilitar su manejo con montacargas o patines hidráulicos.  Este proyecto requirió de 15 contenedores que se recibieron en cinco embarques durante Abril y Mayo del 2007.  Los embarques salieron de Monterrey, México y llegaron vía Puerto de Altamira, México a Puerto de Iquique en Chile.

Construcción

La estructura del domo fue completamente instalada por personal local bajo la guía de dos consultores técnicos de Geométrica, uno para la estructura y otro para el revestimiento. Debido a que mucho del personal ya había trabajado en domos de Geométrica en las minas de El Tesoro o Escondida, entre otras, su experiencia ayudó a que el proyecto avanzara más rápido.
Como se observó, uno de los desafíos principales durante la instalación fue que la pila de mineral estaba en uso y las operaciones eran extremadamente polvorientas. Los trabajadores utilizaron máscaras para el polvo, y los operadores del transportador cooperaron retrasando el transportador cuando el viento ocasionaba condiciones especialmente inhóspitas.

Sin soldadura requerida, el trabajo avanzó ágilmente. La geometría del domo de Geometrica es intrínsecamente fuerte incluso antes de que la construcción se terminara, lo cual probó algo importante: En cierto momento un terremoto interrumpió la instalación del revestimiento, pero no ocasionó ningún percance o daño.
Los componentes estructurales de Geométrica fueron revisados por el departamento de calidad en planta, y los supervisores de calidad de Geométrica visitaron el sitio de obra para entrenar al personal de Cía Minera Zaldivar en la elaboración de sus propios exámenes de calidad de la estructura terminada.  Las 9848 "arañas" fueron examinadas.

Resultados

Aunque las bajas temperaturas (un promedio de 14°C) y el polvo dificultaron la construcción, el domo completo fue terminado en 149 días, dentro del programa previsto. Cía Minera Zaldivar está contento con los resultados. Todos reconocen la estrecha relación de trabajo entre Cía Minera Zaldivar, Skmminmetal y Geométrica - así como las ventajas inherentes de este tipo de domos estructurales - para el éxito del proyecto.

Inicio de construcción de cúpula
Figura 3. La construcción comenzó encima de una fundación de cemento. Los trabajadores utilizaron máscaras como protección contra el polvo de la operación de la pila de mineral.
Interior, vista, tragaluz, bóveda
Figura 4. El domo fue construido sin parar operaciones. Esta foto muestra la cantidad de polvo generada
Inicio de construcción de cúpula
Figura 5. La construcción comenzó encima de una fundación de cemento. Los trabajadores utilizaron máscaras como protección contra el polvo de la operación de la pila de mineral.
Construcción de edificios de cúpulas
Figura 6. El domo fue construido sin parar operaciones. Esta foto muestra la cantidad de polvo generada.
Interior, vista, tragaluz, bóveda
Figura 7. Dentro del domo, el revestimiento traslúcido proporciona iluminación estética y suficiente
Zaldivar Dome Finalizado
Figura 8. El domo terminado cubre el transportador de modo que cualquier mineral que se deslice por sus lados caerá dentro del domo o resbalará inofensivamente hacia el exterior sobre el piso. Este domo puede también soportar las cargas pesadas de nieve típicas en esta localidad alta de los Andes.