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Construcción de Botaderos de Gran Altura Ing° Fredy Mamani Compañía Minera Antamina S.A.
Resumen
Antamina está ubicado en el corazón de la
cordillera de los Andes, con una topografía
muy difícil, con un espacio limitado por
quebradas y picos; esto representa una
dificultad grande para la ubicación de
infraestructuras como: Instalaciones y
principalmente botaderos.
Esta dificultad para nosotros ha
representado retos como hacer botaderos
de gran altura como de 430m a 300m, los
más altos del Perú.
Para preparar la fundación y diseño de
estos mega botaderos se ha realizado
estudios geotécnicos por los más expertos
del mundo, aplicando diseños de ingeniería
en botaderos no convencionales.
En el área de influencia del botadero
realizamos técnicas de manejo de agua
superficiales y manejo de suelos para
garantizar la estabilidad del mega botadero
a construir.
Durante la construcción de los botaderos
establecemos técnicas de monitoreo de
taludes en material de relleno muy
estrictos.
El diseño, el plan de desarrollo de los
botaderos y la secuencia de construcción
es controlado por el grupo de Ingeniería de
Mina, bajo el asesoramiento del grupo de
Geotecnia Mina, desarrollando nuevas
técnicas.
Toda estas técnicas y experiencias nos has
permitido desarrollar botaderos de gran
altura, para Antamina significa la
continuidad de la operación por el tiempo
de la vida del yacimiento.
1. Introducción Desde sus inicios de operación hasta la actualidad Antamina cuenta con 02 Botaderos principales:
- Botadero Este y
- Botadero Tucush
La disposición de estos botaderos obedece básicamente al tipo de material de desmonte que recepcionan; de acuerdo a la clasificación geológica tenemos 3 tipos de desmontes: Figura 1 Clasificación Desmonte
1.1 Botadero Este
Este botadero recepciona los 3 tipos de material de desmonte, tiene 3 etapas de construcción, la 1ra y 2da etapa ya están completados con capacidades de 750 y 165 millones de toneladas respectivamente y la 3ra etapa actualmente en ejecución tiene una su capacidad de 1410 millones de toneladas, la altura máxima de descarga fue de 430m. Características Geométricas: Tabla 1 Geometría Botadero Este
Largo Ancho Nivel Max. Nivel Min. 5950m 1650m 4710 4195m
Nota: Datos de diseño final del botadero.
1.2 Botadero Tucush
Botadero que recepciona material de desmonte tipo B y C, consta de 2 etapas de construcción con capacidades de 640 y 165 millones de toneladas, la altura máxima de descarga es de 230m.
TT-129
Características Geométricas: Tabla 2 Geometría Botadero Tucush
Largo Ancho Nivel Max. Nivel Min. 2800m 910m 4658 4223m
Nota: Datos de diseño final del botadero.
Figura 2 Diseño Final Botadero Este
Figura 3 Diseño Final Botadero Tucush
2. Objetivo
El principal objetivo de este documento es transmitir las experiencias que hemos tenido en la construcción de nuestros botaderos de gran altura, desde la etapa de diseño, preparación de la fundación y construcción del mismo.
3. Desarrollo
Lo particular que tiene Antamina en construir sus botaderos es el área donde serán construidos, las características geomorfológicas del terreno, las características y propiedades geotécnicas del material de fundación no son favorables, típicamente encontramos los siguientes tipos de suelo: orgánico, coluvial, morrénico, fluvial y lacustre en capas de diferentes espesores, en algunas áreas se presentan afloramientos de rocas. Los taludes naturales están entre 25° y 40° o más empinados, adicionales a estos factores tenemos la limitación de espacio horizontal y por este factor se debe el crecimiento vertical; esto hace diferente a Antamina con otras operaciones Mineras. La coordinación estrecha que debe existir entre Ingeniería con los diseños, desarrollo de planes y secuencias de construcción, y geotecnia con los análisis de estabilidad y monitoreo es muy importante. Tenemos 3 etapas a desarrollar:
- Estudios de Fundación y Análisis de
Estabilidad
- Diseños y Secuencias de
Construcción
- Construcción y Monitoreo
3.1 Estudios de Fundación y Análisis de
Estabilidad
Los estudios de fundación es el primer paso que se realiza para ejecutar un proyecto adecuado de construcción de un botadero de gran magnitud, en Antamina se aplican métodos directos como calicatas, perforaciones, tomas de muestras y pruebas de laboratorio;
métodos indirectos como refracción sísmica. Estos estudios nos permiten determinar las propiedades geotécnicas, el perfil estratigráfico y el nivel freático de la fundación. En los laboratorios las muestras son sometidos a ensayos de clasificación, identificación, contenido de humedad y comportamiento mecánico, básicos para realizar los análisis de estabilidad. Figura 4 Desarrollo de una Calicata
Figura 5 Estudio Geofísico por el método de Refracción Sísmica
Figura 6 Proceso de Perforación
Figura 7 Ejemplo de un resultado de ensayo Triaxial Consolidado no Drenado (CU)
Dónde: Prof. = Profundidad SUCS=Sistema Unificado de Clasificación de Suelos Dens. = Densidad Cont. Hum. = Contenido de Humedad C = Cohesión ɸ = Angulo de Fricción para Mohr Coulomb El siguiente paso es desarrollar Los Análisis de Estabilidad, se analizan secciones (Geometrías) propuestos por el área de Ingeniería, estos análisis se realizan con la información obtenida de los estudios de la fundación: las características geomorfológicas del terreno, las propiedades geotécnicas de la fundación y adicionalmente se considera el material a depositar sobre la fundación. Los análisis de estabilidad se realizan en condiciones Estáticas y Pseudoestáticas; se analizan diferentes geometrías con el objetivo de
obtener un factor de seguridad que garantice la estabilidad global del botadero. Para los análisis pseudoestáticos se utiliza una aceleración horizontal del terreno de 0.14g, lo que equivale a un evento sísmico de 0.28g con un periodo de retorno de 1:475 años para el sitio con el 50% de reducción; por la gran consecuencia que tendría una falla del Botadero, impactando a otras infraestructuras se llevan a cabo análisis pseudoestáticos utilizando un valor mucho más conservador de aceleración horizontal de 0.24g esto corresponde al 50% de la aceleración máxima de un MCE (Valor que se utilizó para el diseño de la presa de relaves). La metodología aplicada es realizar análisis de estabilidad bidimensionales suponiendo un modelo de tensión efectiva equilibrio límite y utilizando el software Slide V.6.02, se realizan análisis utilizando el método de rebanadas de Equilibrio Límite General (GLE); se consideran modos de fallas circulares y no circulares, se utilizan rutinas de búsqueda para determinar las superficies de las fallas críticas (superficies de fallas con los valores de Factor de Seguridad computados más bajos). Asimismo se realizan análisis tridimensionales, se emplean rutinas de búsqueda para determinar las superficies de fallas críticas (superficies de fallas con el factor de seguridad más bajos), suponiendo una superficie de falla elipsoidal idealizada y una superficie de falla combinada, con una superficie de falla plana en la fundación del Botadero. Para estos análisis se utiliza una versión generalizada 3D del método Bishop Simplificado de rebanadas. Figura 8 Condiciones Estáticas – Análisis de Falla Circular
Figura 9 Condiciones Pseudoestáticas – Análisis de Falla Fundación
Figura 10 Modelo Tridimensional de Análisis de Estabilidad de Taludes
3.2 Diseños y Secuencias de
Construcción
Tenemos diseños finales y parciales, los factores que se utilizan se muestran en la tabla 3. Tabla 3 Criterios de Diseño Final
Altura Ancho Angulo Angulo Banco Plataforma Talud Talud Final 60m 50m 37° 26°
Nota: Datos de diseño final del botadero.
El primer diseño se realiza sin considerar la fundación, con las geometrías del primer diseño se realiza los estudios de fundación y análisis de estabilidad, con los estudios finalizados se hace un reajuste al diseño final del botadero tomando en consideración sus recomendaciones, para el diseño final operativo se considera rampas con 10% de gradiente; en las figuras 2 y 3 se muestran los diseños finales del botadero Este y Tucush respectivamente.
Los diseños parciales y secuencia de construcción se desarrollan en función a los Planes de Minado, en Antamina tenemos los siguientes planes de Minado:
- Plan Diario
- Plan Semanal
- Plan de 90 Días
- Plan Anual (Presupuesto)
- Plan de 5 años
En la secuencia de construcción un criterio muy importante a considerar es el número de descargas o las toneladas a descargar, mucho depende del talud del botadero, la altura, la calidad del material y la fundación. Figura 11 Diseño Parcial en Botadero Este
Figura 12 Secuencia Construcción Botadero Tucush
3.3 Construcción y Monitoreo
La construcción de un Botadero se Inicia con la elaboración de un PMAO (Programa de Manejo Ambiental Operativo) que consiste en la evaluación del a área a impactar, en el PMAO se describe las actividades de prevención y mitigación que
se deben de ejecutar antes de intervenir el área para no afectar el medio ambiente, para el caso de manejo de aguas se construyen drenes de conducción, pozas sedimentadoras, uso de materiales geosintéticos entre otros. Una vez implementado el PMAO se inicia con la recuperación y acopio del material orgánico posterior a esta actividad se procede con la preparación de la fundación, este proceso de estabilización se realiza teniendo en cuenta las recomendaciones de estudio. Figura 13 Recuperación Material Orgánico
Figura 14 Construcción Botadero Tucush
El Monitoreo durante la construcción es una Actividad muy importante, se realiza con la supervisión y la instrumentación en los frentes de descarga. El supervisor realiza una evaluación visual de las condiciones del Botadero, tanto activos como inactivos, para la recolección de información se ha implementado un sistema de caracterización de botaderos; el objetivo es clasificar al Botadero en malo,
regular o bueno, mediante la valorización de sus características físicas como:
- Asentamientos en la Plataforma
- Condición de Bermas
- Presencia de Grietas
- Condición de la Plataforma
- Presencia de Agua
- Ratio de Descarga
- Tipo de Material
- Distribución del Material
- Angulo del Talud
- Condiciones del Pie y Fundación
Figura 15 Ejemplo de Asentamiento
Figura 16 Ejemplo de Falla por Fundación
La Instrumentación consiste en el uso de herramientas que nos ayudan a predecir en que momento un Botadero puede fallar, en Antamina usamos los extensómetros manuales y digitales, esta herramienta sirve para medir el movimiento relativo superficial entre dos puntos en cm/hr. El extensómetro manual consiste de un trípode, polea, cable, cinta métrica, pesa y
estaca o varilla. El extensómetro digital a diferencia del manual posee un sensor y la información es enviada por señal de radio a la sala de control de Geotecnia. La instalación de los extensómetros lo realiza el área operativa bajo la supervisión de geotecnia. Figura 17 Extensómetro Manual
Figura 18 Extensómetro Digital
Para el monitoreo de estabilidad de los botaderos también se hace uso de los inclinómetros y prismas, estos son instalados en áreas con diseño final o en caso se requiera. De acuerdo a las estadísticas de movimiento de Botaderos se ha definido parámetros de control. Figura 19 Parámetros Control Movimiento
4 Conclusiones
Considerar los estudios de fundación y análisis de estabilidad es vital para la construcción de un Botadero En el diseño y planeamiento es necesario realizar un análisis de sensibilidad sobre cuántas toneladas puede recibir un botadero, considerando todo los factores ya mencionados. En el monitoreo de estabilidad de botaderos se debe tener un estricto control en la supervisión y en la implementación y seguimiento de la instrumentación. Para el proceso constructivo es necesario la implementación de procedimientos. Hacer factible la construcción de un botadero de gran altura es garantizar la continuidad de la operación. REFERENCIAS Piteau Engineeing Latin Amarica SAC Estudios de Fundación y Análisis de Estabilidad Botadero Este a nivel Factibilidad (2000, 2001 y 2003). Piteau Engineeing Latin Amarica SAC Estudios de Fundación y Análisis de Estabilidad Botadero Tucush (2001, 2003, 2004 y 2014). Klohn Crippen Consultant Ltd. Estudio Hidrogeológico (1997, 2005). Procedimientos para Botaderos Geotecnia Mina – Antamina (2014) Parámetros de Diseños Ingeniería Mina – Antamina (2014)