Domos en minería: Estructuras versátiles

Gentileza Codelco
Gentileza Codelco

El uso de domos en minería responde a diversas necesidades, como el cuidado del medio ambiente y del entorno. Una metodología para desarrollarlos con hormigón, por ejemplo, consiste en un sistema que permite la construcción de estructuras laminares de hormigón armado mediante el uso de una membrana de PVC presurizada de alta resistencia que actúa como encofrado exterior.

También existen domos construidos sobre la base de estructuras de acero reticulado y cubiertas metálicas que se emplean para encapsular acopios de mineral de cualquier tipo, forma y tamaño, lo que incide directamente en los procesos mineros bajo los aspectos de control definitivo del polvo en suspensión y minimización en procesos de manutención global de plantas mineras, entre otros beneficios.

Los domos para uso de bodegaje, permiten la ejecución de estructuras especialmente adecuadas para la resolución de grandes luces y potentes cargas horizontales, lo que, unido a su hermeticidad, las hace una alternativa para la construcción de grandes almacenes.

Alfredo Saavedra L.
Periodista Construcción Minera

Con diversos tamaños, materiales y una forma singular, los domos se han utilizado en el sector minero para cumplir una serie de funciones, que van desde el cuidado del medio ambiente hasta tareas de bodegaje y campamentos. Y es que, dependiendo el caso, su forma y estructura, entregan diversos beneficios tanto en eficiencia de la tarea como del proceso constructivo en sí. Algunos, en línea con la idea de una minería sostenible, tienen la finalidad de proteger al medio ambiente de la contaminación y/o polución producida por distintos procesos propios de la actividad, mientras que otros se utilizan para proteger elementos como maquinaria o bien a los mismos trabajadores de faenas. La elección del tipo y el método constructivo dependerá de varios elementos, incluyendo las necesidades propias del mandante y la función para lo que se requieren estas estructuras, entre otras.

Domos de hormigón

Una metodología para desarrollar domos con hormigón consiste en un sistema que permite la construcción de estructuras laminares de hormigón armado mediante la utilización de una membrana de PVC presurizada de alta resistencia que actúa como encofrado exterior. En términos generales y de acuerdo a información de empresas que realizan este tipo de metodologías (como Estructuras DOMO S.A.), la construcción se lleva a cabo sobre una cimentación donde se fija la membrana de PVC y se procede a su presurización. Interiormente y sobre la membrana, se proyecta espuma de poliuretano para luego ejecutar un proceso conjunto de colocación paulatina de armaduras de acero y proyección de hormigón, hasta la total construcción de la estructura de hormigón armado. En el caso de esta empresa, a través de su sitio web, se indica que la membrana exterior es por sí misma impermeable, lo que refuerza la capacidad impermeabilizante del poliuretano (por no hablar de la espesa capa de hormigón que supone la propia bóveda). En el proceso constructivo se proyecta el hormigón en sucesivas capas de entre 3 y 4 cm, lo que disminuye las retracciones y mejora la impermeabilidad. Además y por la naturaleza del sistema, permite adoptar soluciones con diversas geometrías y un óptimo aprovechamiento de la superficie en planta disponible, junto a una reducción del volumen de la construcción con un ajuste máximo a la capacidad de almacenamiento requerida.

Un ejemplo de domo de hormigón es el del yacimiento Ministro Hales, que cuenta con un domo acumulador de concentrado, cuyo objetivo es ser hermético para que no libere los polvos finos con contenido de arsénico al ambiente. La estructura, cuyo proyecto de construcción estuvo a cargo de la empresa chilena PUMA S.A. en conjunto con Domtec (empresa dedicada a la construcción de cúpulas de almacenamiento para minería en el extranjero) y representada en Chile por HRI S.A., tiene una capacidad de 30.000 toneladas móviles (constante entrada y salida de material) y en su interior posee dos equipos: uno denominado Stacker (apilador) que hace una semicircunferencia dentro del domo con el almacenamiento de concentrado proveniente de la concentradora, y el otro llamado Reclaimer (reclamador) que toma ese concentrado y lo va desplazando y depositando en las tolvas de alimentación a la correa transportadora tubular que va hacia el tostador.

En términos constructivos, el domo consiste en una “cúpula” de hormigón armado de 56 metros de base por 30 metros de alto, con un radio interior de 26,95 metros. Posee una abertura lateral ubicada a aproximadamente 18 metros de altura por donde ingresa una correa tubular que alimenta al apilador de concentrado de cobre.

Para su construcción se utilizó una membrana inflable que fue fijada al anillo de fundación delimitando el tamaño de la cúpula. Luego de ser inflada, se aplicó una espuma aislante en su interior, para así continuar con la instalación y montaje de la enfierradura. Finalmente, fue proyectado el hormigón de manera manual. En la superficie exterior, se dejó la membrana a la vista, puesto que esta sería, según indicó su proveedor, impermeable y resistente al medio ambiente.

La construcción de la estructura demandó cerca de 2.000 m3 de hormigón, preparados con una granulometría especial de áridos que restringía la cantidad de finos y con una resistencia a los 28 días que asegurara los 350 kg/cm² necesarios para el proyecto. Además, el hormigón debía mantener una relación de agua/cemento controlada que permitiera conservar la docilidad adecuada para un bombeo constante.  Esto implicó una serie de pruebas de la dosificación y composición de la mezcla hasta cumplir con los requerimientos exigidos.

El domo no considera aisladores sísmicos; sin embargo, fue proyectado en función de exigentes criterios de diseño y sometido a la aprobación de revisores sísmicos para verificar el total cumplimiento con la normativa existente.

Domos con estructura reticulada de acero y cubierta metálica

Los domos permiten la ejecución de estructuras especialmente adecuadas para la resolución de grandes luces y potentes cargas horizontales y verticales, lo que unido a su hermeticidad, los hace una alternativa para la construcción de grandes encapsulamientos. Además, la respuesta a las solicitaciones que presentan estas estructuras resulta eficiente, ya que, debido a la forma parabólica, la distribución de cargas permite trabajar con perfiles de dimensiones menores que en el caso de las estructuras con marcos rígidos para lograr los volúmenes de acopio deseados. La estructura se diseña para soportar las cargas de uso y las solicitaciones debido al ambiente, de modo que se presenta como una solución viable al problema de encapsulamiento de grandes volúmenes de graneles.

“El aporte para la industria minera contempla el diseño y suministro de un sistema estructural que permite encapsular acopios de mineral de cualquier tipo, forma y tamaño, lo que incide directamente en los procesos mineros bajo los aspectos de control definitivo del polvo en suspensión. También hay una minimización en procesos de manutención global de plantas mineras al no haber polvo que decante; un beneficio directo en la salud de trabajadores y comunidades locales y control de pérdida de mineral”, explica Juan Pablo Jijena, representante en Chile de Geométrica, empresa norteamericana especialista en este tipo de soluciones. Otra característica de este sistema, es que es autosoportante en su etapa de construcción, lo que permite el montaje del domo sin detener o alterar la operación minera.

Un ejemplo en el que participó Geométrica, fue en la construcción del domo de almacenaje de mineral de cobre en la compañía minera Zaldívar, de Barrick Chile. Esta operación minera de lixiviación de cobre, ubicada en la región de Antofagasta, 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 la lixiviación y la 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 produciendo el cátodo de cobre de alta pureza.  Además, una planta de flotación recupera el cobre contenido en la fracción fina del mineral chancado. Por tal motivo, necesitaban una solución que diera las garantías de serviciabilidad requeridas y en forma rápida, principalmente porque los estándares de producción de la compañía minera no permitían emisiones particuladas al medio ambiente sin un adecuado control.

Las especificaciones de la estructura para cubrir el almacén de mineral secundario que se armó con acero galvanizado con conectores de aluminio, indicaban que el área cubierta era de 12.155 m², el área en planta era de 7.088 m² y un diámetro de 95 metros. Por su parte, la altura desde la base al ápice del domo llegaba a 40,22 metros. “La estructura se armó con tubos prefabricados de acero galvanizado unidos por conectores de aluminio ranurados. No se requirió soldadura porque la conexión entre los tubos y los conectores es mecánica”, señala Jijena.

Los tubos se deslizan en los conectores y luego las partes se aseguran con arandelas de acero atornilladas en una varilla roscada de acero que pasa a través del centro del conector. Según explican desde la empresa, para compensar los extremos anchos de los tubos y proporcionar una superficie plana para la colocación del revestimiento metálico, se usaron costaneras sobre la parte externa de los tubos. Por su parte, los polines (tubos cuadrados de acero galvanizado preperforados y unidos a los tubos con tornillos auto-roscantes) fueron prefabricados para el diseño del domo, suministrando una superficie uniforme para el soporte del revestimiento, el que a su vez consistía en paneles de lámina corrugada de acero galvanizado más paneles de lámina traslúcida (FRP) para permitir la entrada de luz natural al interior. Otros componentes incluyeron molduras, flashings y canalones.

La estructura del domo fue instalada por personal local bajo la guía de dos consultores técnicos de Geométrica, uno para la estructura y otro para el revestimiento. Desde la empresa indicaron que uno de los principales desafíos 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 retrasándolo cuando el viento ocasionaba condiciones especialmente inhóspitas”, cuenta Jijena.

Otro ejemplo de uso de este tipo de domos, son las dos estructuras circulares diseñadas para mina Sierra Gorda en Antofagasta, que tienen por finalidad proteger a la localidad circundante de polución del aire, por partículas y en el agua. De acuerdo a Geométrica, una aplicación alcanza 122 m de claro sobre mineral de cobre, mientras la otra, 62 m sobre concentrado (este último tiene revestimiento interno que protege la estructura de acero galvanizado de cualquier ataque corrosivo por el concentrado de cobre en el edificio).

Gentileza Geométrica
Gentileza Geométrica

Por su parte, mina Caserones también cuenta con estas estructuras. Caserones, parte de la japonesa Pacific Copper and Mitsui and Co. Ltd., es una planta de mineral de cobre y concentrado localizada a 4.000 m sobre el nivel del mar, en la Cordillera de Los Andes, a 160 km al sureste de Copiapó, en la región de Atacama. Según indican desde Geométrica, los dos domos de este proyecto están diseñados para tolerar ambientes duros, con cargas de nieve de hasta 800 kg/m² y presiones de viento de hasta 300 kg/m². El más grande (para chancado) tiene 145 m de diámetro y 94 m de altura, mientras que el otro (para el concentrado de cobre) es de 52 metros de diámetro. Ambas construcciones son domos geodésicos de forma libre, realizados bajo la marca registrada Freedome®. Este sistema  utiliza la forma como un elemento estructural y permite a domos y bóvedas ser diseñados sin columnas intermedias, eliminando el desperdicio de espacios y maximizando la administración sin obstrucciones de inventario, equipo y personal.

En casos internacionales, destaca el proyecto en minera San Cristóbal en Bolivia; mina a cielo abierto cuya producción se compone de plata, zinc y plomo. Acá se buscaba prevenir la emisión de polvos de su pila de almacenamiento, al proteger el material en espera de transportación a la planta procesadora de minerales. Para esto se armó una estructura de 140 m de diámetro y 59 m de altura, anclado en concreto. La base se realizó en función de un cambio de 9 m en elevación sobre 140 m, firme sobre el terreno. “El domo está diseñado para soportar velocidades de viento de hasta 150 km/h y cargas de hielo de 110 kg por metro cuadrado”, agrega Jijena. Además, la estructura está compuesta por más de 88.000 tubos de acero galvanizado, organizados e insertados en conectores de aluminio. Al igual que en el caso de minera Zaldívar, no se requirió soldadura ya que los tubos prefabricados entraban fácilmente en los conectores, debido al sistema constructivo de la empresa. En la parte superior del domo se colocó una linterna de ventilación y un armazón adicional a un costado, mismo que puede soportar equipo de remoción de polvos. El interior incluye un sistema para bajar la polea del conveyor con fines de mantenimiento y un paso alrededor del interior del domo. Tres puestas de 13 m x 10 m permiten acceso simultáneo por hasta dos vehículos al interior del domo. “El edificio completo está cubierto por planchas de acero galvanizadas y pintadas y tragaluces translúcidos que proveen luz natural. El material es transportado del domo a la planta procesadora de la mina mediante un túnel bajo tierra”, explican desde Geométrica.

Domos soportados por aire

Con diversos usos dentro del sector, los domos soportados por aire resultarían más simples de instalar y pueden entregar soluciones de espacios cubiertos en condiciones extremas. “Una de las ventajas de estos domos, es su bajo costo de implementación en relación a una estructura de las mismas dimensiones pero de características rígidas, todo ello sumado a la versatilidad y su larga duración en instalaciones de tipo permanentes”, explica Andrés Sierra, director de DUOL Chile, empresa representante de DUOL en el país, que ofrece este tipo de soluciones. “En nuestro caso, contamos con domos diseñados a partir de dimensiones menores hasta grandes que cubren 15.000 m² (“Megadomos”), logrando mantener en su interior condiciones de temperatura y permeabilidad  100% controladas. Estos domos para la minería están diseñados por un equipo multidisciplinario de ingenieros y especialistas con 20 años de experiencia y más de 1.100 proyectos realizados en el mundo, con el objeto de entregar soluciones personalizadas a cada cliente en su faena”, agrega. Para el diseño, se utilizan domos de doble membrana,  que puede tener una vida útil de entre 35 y 40 años y que evitan su caída debido a que entre pared y pared hay aire que reduce ese riesgo. “Además, se pueden diseñar para filtrar el aire que entra o sale con máximos para partículas de hasta 2.5 micrones, evitando contaminación de ambientes”, detalla Sierra.

Según indican desde la empresa, otra característica de estas estructuras es su disminución de costos en traslado de materiales ya que, por ejemplo, un domo de 4.000 m² necesitaría de 3 contenedores para ser trasladado en su totalidad (membranas, ventiladores, generadores, iluminación, anclajes, fijaciones, puertas y túneles). “También implica disminución de riesgos por trabajo en altura y de costos por armado de bodegas”, agrega Sierra, señalando además que los domos no necesitan iluminación durante el día gracias a su traslucidez, contando con filtro UV.

Estas estructuras pueden utilizarse para diversas actividades mineras, como por ejemplo la encapsulación de procesos contaminantes que generen contaminación y polución, ya que gracias a sus sistemas de filtro de aire conservan los contaminantes al interior del domo, así como también pueden usarse para cumplir requerimientos de bodegaje, de carácter temporal o permanente. “Nuestros domos pueden suministrar plantas libres de hasta 60 m de ancho y 250 m de largo, sin pilares ni soportes internos y cumplen con las más estrictas normas antisísmicas y contra vientos”, explica Sierra, agregando que en el caso de los Megadomos para la minería y para uso como talleres de maquinaria y camiones, son diseñados con todos los elementos necesarios para las faenas de trabajo y manipulación de carga, tales como puertas industriales, puertas túneles con las dimensiones apropiadas para ingresar camiones con contenedores completos y puertas de acceso de personal, todos con aire acondicionado/ventilación. “Estos megadomos están construidos con materiales altamente resistentes si se instalan en sitios industriales con elevados índices de corrosión”, indica. Otro uso de estas estructuras es para campamentos mineros ya que pueden proporcionar hermeticidad y protección en condiciones climáticas extremas, gracias a la doble membrana y tecnología de aislamiento, más el aire acondicionado, generando condiciones óptimas para facilitar el trabajo y estadía de cada uno de los ocupantes.

En cuanto al proceso de instalación, Sierra indica que se preparan las fundaciones, excavando e insertando anclajes, los que se ponen cuando se está rellenando con concreto. “Se deben realizar los cálculos necesarios para contrarrestar las rachas máximas de viento y poder construir las fundaciones que se necesiten para que el domo permanezca siempre anclado”, agrega. Tras esto, la membrana se junta y estira, proceso para lo cual se necesita la ayuda extra de entre 10 a 15 personas. Los pallets que contienen la membrana son ubicados en la posición correcta por una grúa. Antes de colocar las puertas, las bases deben estar listas. El siguiente paso es la instalación de la unidad de inflado caliente, para lo cual la base debe estar lista con todos los cables eléctricos y cañerías de combustible o gas necesarias. Así se realiza entonces el anclaje de la membrana, sistema que depende del tipo y del tamaño del domo de aire. “Habitualmente se usan cañerías o barras L para ensamblarla”, detalla Sierra. Por su parte, la membrana (DMS Sistema de Doble Membrana – Barniz PVDF) se caracteriza por su aislación térmica de 3,05 W/m2k, por no condensar, ser autolimpiable, traslúcida, tener filtros UV y propiedades ignífugas y soportar vientos de 240 km/h y nieve de hasta 15 kilos por metro cuadrado.

El inflado del domo se realiza en condiciones sin viento, tomando entre 20 a 50 minutos, dependiendo el tamaño de la estructura. Un detalle importante a destacar es que para instalar luces directas, el domo debe estar desinflado. Una vez finalizado lo anterior, se realizan pruebas para verificar la correcta instalación. “Para proteger al domo de contaminantes externos y al medio ambiente de procesos internos contaminantes, se utiliza un sistema de filtrado de aire. En cuanto a los ingresos, cuentan con puertas de alta resistencia provistas de interruptores y llaves a control remoto. Las paredes del túnel están recubiertas con láminas de metal”, detalla Sierra.

Domos geodésicos para campamentos

Otro tipo de domo que también se utiliza en minería, aunque a diferencia de los anteriores es más para funciones de bodegaje o en campamentos, son los denominados geodésicos, cuyas “caras” triangulares generan hexágonos o pentágonos y cuyos vértices coinciden o tocan la superficie de una esfera imaginaria que lo circunscribe. Dependiendo de los requerimientos estructurales, los componentes del sistema geodésico pueden ser elaborados en distintos diámetros empleando principalmente aluminio. Están cubiertos por mallas formadas por una cantidad de barras, teniendo en cuenta el alcance de toda la estructura. Las barras se conectan entre sí por sus vértices, creando triángulos, que conforman pentágonos y hexágonos formando así una red tridimensional. De acuerdo a la empresa AndesDomo en el caso de campamentos, se entrega una solución de alojamiento de corto y mediano plazo para grupos de trabajo en terreno, con todo el apoyo logístico y servicios que requiera el proyecto, llegando a zonas remotas y de difícil accesibilidad. Dentro de las características de estos elementos, desde la empresa destacan su flexibilidad, ya que son capaces de crecer y cambiar su configuración respecto a la capacidad de alojamiento durante las distintas etapas de los proyectos, así como su rapidez de montaje y desmontaje y su facilidad de traslado, lo que elimina necesidad de vehículos de gran envergadura. En el caso de AndesDomo, además, producirían un bajo impacto ambiental ya que son abastecidos mediante energía fotovoltaica, lo cual permite disminuir emisiones atmosféricas y cuentan con gestión ambiental en el manejo de residuos (reducción, reutilización y reciclaje).

Así, los domos en general, gracias a su característica forma estructural (compuesta ya sea por hormigón, estructuras de aluminio, inflados con aire) entregan variados usos al sector. Son una estructura versátil que ayuda a cuidar el medio ambiente, almacenar elementos y entregar instalaciones de campamentos para trabajadores.

Post Author: Fabiola Garcia Sanders