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)