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TESINA DE SUSTENTACIÓN DE DIPLOMADO
TSD
NOMBRE DEL DIPLOMADO
DIPLOMADO DE GEOMECÁNICA SUBTERRÁNEA Y
SUPERFICIAL
TITULO DE LA TESINA
CATEGORIZACIÓN DE LA INFORMACIÓN GEOMECÁNICA
PARA LAS ETAPAS DE INGENIERÍA DE FACTIBILIDAD Y
DE DETALLES DE UN PROYECTO MINERO
SUBTERRÁNEO POR PANEL CAVING
ALUMNO: DANIEL IGNACIO MIRANDA SOTO
ASESOR: ING. GUILLERMO RODRÍGUEZ CAYLLAHUA
SANTIAGO – CHILE, AGOSTO 2018
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RESUMEN EJECUTIVO
El presente trabajo surge por la necesidad de la Superintendencia de
Geomecánica (SGM) de la División El Teniente de Codelco de establecer una
estructura ordenada para el desarrollo de las etapas de ingeniería de factibilidad y
detalles, que permita definir con claridad los alcances y objetivos a cumplir para
generar los productos y/o entregables de cada etapa de ingeniería geomecánica,
los cuales se deben ajustar a las necesidades particulares de un proyecto.
La estructura de trabajo desarrollada consiste en cuatro procesos (inicio,
planificación, ejecución y entrega), cada uno con un propósito bien definido. En el
proceso de inicio se definen los alcances y entregables de la etapa, se crea un
programa de actividades y se elabora un plan de trabajo. En planificación, se
asignan los recursos a las actividades y los compromisos de entrega para los
productos, los cuales son incorporados al plan trabajo. En la ejecución se llevan a
cabo las actividades definidas en el plan de trabajo, y en el proceso de entrega se
formaliza el término de la etapa con la revisión y aprobación del informe de
ingeniería que proporciona el área de geomecánica.
Para evaluar la implicancia de la estructura de trabajo elaborada en el presente
estudio, se llevó a cabo una adaptación de ésta a un proyecto desarrollado en la
División en su fase de ingeniería de detalles, concluyendo que este nuevo sistema
de gestión permite disminuir el presupuesto estimado de la etapa en
aproximadamente un 16%, y en el detalle de la planificación de actividades (Carta
Gantt), efectuando su concreción dentro de los plazos establecidos e, inclusive,
pudiendo extenderla en un mes sin superar el costo estipulado.
Palabras claves: División El Teniente, Codelco, SGM, ingeniería de factibilidad,
ingeniería de detalles, plan de trabajo, procesos, gestión, plazos, costo.
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ABSTRACT
The present work arises from the need of the Superintendency of Geomechanics
(SGM) of Codelco's El Teniente Division to establish an orderly structure for the
development of feasibility and detail engineering stages, to clearly define the scope
and objectives of comply to generate the products and / or deliverables of each
stage of geomechanical engineering, which must be adjusted to the particular
needs of a project.
The work structure developed consists of four processes (initiation, planning,
execution and delivery), each with a well-defined purpose. In the start-up process,
the scope and deliverables of the stage are defined, a program of activities is
created and a work plan is drawn up. In planning, resources are assigned to the
activities and delivery commitments for the products, which are incorporated into
the work plan. In the execution, the activities defined in the work plan are carried
out, and in the delivery process, the end of the stage is formalized with the review
and approval of the engineering report provided by the geomechanics area.
In order to evaluate the implication of the work structure elaborated in the present
study, an adaptation was made to a project developed in the Division in its detailed
engineering phase, concluding that this new management system allows to reduce
the estimated budget of the stage in approximately 16%, and in the detail of the
planning of activities (Gantt Chart), effecting its concretion within the established
deadlines and, even, being able to extend it in a month without exceeding the
stipulated cost.
Keywords: Codelco’s El Teniente Division, SGM, feasibility and detail engineering
stages, work structure, processes, management, deadlines, cost.
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INDICE
RESUMEN EJECUTIVO ......................................................................................... 2
ABSTRACT 3
CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN ........................................................................ 10
CAPITULO 2. METODOLOGÍA DE ESTUDIO .................................................. 11
2.1. Planteamiento del problema ................................................................. 11
2.2. Objetivos .............................................................................................. 11
2.2.1. Objetivos Generales ....................................................................... 11
2.2.2. Objetivos Específicos ..................................................................... 11
2.3. Justificación .......................................................................................... 12
2.4. Alcances ............................................................................................... 12
2.5. Muestra de estudio ............................................................................... 12
2.6. Ubicación .............................................................................................. 15
2.7. Geología ............................................................................................... 17
2.7.1. Geología Regional ......................................................................... 17
2.7.2. Geología Local ............................................................................... 19
2.7.3. Geología Estructural....................................................................... 20
2.8. Geotecnia ............................................................................................. 21
CAPITULO 3. MARCO TEÓRICO ..................................................................... 24
3.1 Definición de Proyecto según PMI3 .......................................................... 24
3.1.1 Ciclo de Vida de un Proyecto ........................................................... 25
3.1.2 Aspectos Generales de la Ingeniería Básica .................................... 28
3.1.3 Aspectos Generales de la Ingeniería de Detalles ............................. 29
3.2 Ingeniería Geomecánica en los Proyectos Mineros ................................. 30
3.2.1 Perfil de la SGM en los Proyectos .................................................... 30
3.2.2 Ingeniería Geomecánica en la Actualidad ........................................ 32
3.2.3 Evaluación de la Ingeniería Geomecánica en los Proyectos ............. 35
3.2.4 Aspectos Claves a Mejorar en la Ingeniería Geomecánica ................ 38
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CAPITULO 4. INVESTIGACIONES BÁSICAS .................................................. 39
4.1 Estructura General de Trabajo para las Etapas de Ingeniería .................. 39
4.1.1 PROCESO DE INICIO ....................................................................... 41
4.1.2 PROCESO DE PLANIFICACIÓN ...................................................... 43
4.1.3 PROCESO DE EJECUCIÓN ............................................................. 45
4.1.4 PROCESO DE ENTREGA ................................................................ 46
4.2 Procesos de la Ingeniería Geomecánica de Factibilidad .......................... 47
4.2.1 Proceso de Inicio de la Ingeniería de Factibilidad .............................. 48
4.2.2 Proceso de Planificación de la Ingeniería de Factibilidad .................. 53
4.2.3 Proceso de Ejecución de la Ingeniería de Factibilidad ....................... 54
4.2.4 Proceso de Entrega de la Ingeniería de Factibilidad .......................... 54
4.3 Procesos de la Ingeniería Geomecánica de Detalles ............................... 55
4.3.1 Proceso de Inicio de la Ingeniería de Detalles ................................... 56
4.3.2 Proceso de Planificación de la Ingeniería de Detalles ....................... 60
4.3.3 Proceso de Ejecución de la Ingeniería de Detalles ............................ 60
4.3.4 Proceso de Entrega de la Ingeniería de Detalles ............................... 61
4.4 Entregables de las Etapas de Ingeniería Geomecánica ........................... 61
4.5 Parámetros y Criterios Geomecánicos de los Entregables para Ingeniería
de Factibilidad ................................................................................................... 63
4.5.1 Evaluación de la Sismicidad .............................................................. 64
4.5.2 Evaluación de la Subsidencia ............................................................ 70
4.5.3 Descripción Cualitativa y Cuantitativa de Riesgos Geomecánicos del
Sector 73
4.5.4 Implementación del Preacondicionamiento ....................................... 77
4.5.5 Fortificación y Soporte ....................................................................... 81
4.5.6 Estabilidad de Pilares ........................................................................ 84
4.5.7 Instrumentación Geomecánica .......................................................... 88
4.5.8 Ubicación de Accesos ....................................................................... 92
4.5.9 Parámetros Geomecánicos para Planificación .................................. 98
4.5.10 Entregable Final de la Ingeniería Geomecánica de Factibilidad ... 102
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4.6 Parámetros y Criterios Geomecánicos de los Entregables para Ingeniería
de Detalles ...................................................................................................... 102
4.6.1 Diseño Geométrico de Preacondicionamiento ................................. 103
4.6.2 Análisis de Subsidencia e Impacto en Infraestructura Subterránea . 106
4.6.3 Planos de Fortificación y Soporte .................................................... 112
4.6.4 Plan de Instrumentación y Monitorización Geomecánica ................ 115
4.6.5 Parámetros Geomecánicos para Planificación ................................ 118
4.6.6 Entregable Final de la Ingeniería Geomecánica de Detalles............ 120
CAPITULO 5. METODOLOGÍA DE ANÁLISIS ............................................... 122
5.1 Proceso de Inicio para el Caso de Estudio ............................................. 123
5.2 Proceso de Planificación para el Caso de Estudio ................................. 124
5.2.1 Definición de los Compromisos de Entrega ..................................... 125
5.2.2 Asignación de Recursos Humanos a las Actividades ...................... 126
5.3 Proceso de Ejecución Para el Caso de Estudio ..................................... 128
5.4 Proceso de Entrega para el Caso de Estudio ......................................... 129
CAPITULO 6. RESULTADOS ......................................................................... 131
6.1 Evaluación de Costos para el Caso de Estudio ...................................... 131
CAPITULO 7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................ 135
BIBLIOGRAFÍA. ................................................................................................. 141
INDICE DE TABLAS
Tabla 2-1: Características generales del caso de estudio. .................................................. 13
Tabla 2-2: Programa de actividades de un proyecto desarrollado en la División. .............. 14
Tabla 2-3: Sectores en explotación Mina El Teniente. ........................................................ 17
Tabla 2-4: Clasificación de estructuras según su continuidad y espesor. .......................... 20
Tabla 3-1: Principales Inconvenientes que se presentan en la SGM en los Proyectos. .... 35
Tabla 4-1: Resumen de la Ingeniería Geomecánica de Factibilidad. .................................. 63
Tabla 4-2: Entrega de Información de Evaluación de Sismicidad. ...................................... 69
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Tabla 4-3: Entrega de Información de Subsidencia, Ingeniería de Factibilidad. ................. 72
Tabla 4-4: Clasificación del Riesgo de Colapso. ................................................................. 74
Tabla 4-5: Clasificación Riesgo de Estallido de Roca. ........................................................ 74
Tabla 4-6: Clasificación del Riesgo de Sobre-Excavación. ................................................. 74
Tabla 4-7: Entrega de Datos de Evaluación de Riesgo del Sector. .................................... 77
Tabla 4-8: Entrega de Datos Uso de Preacondicionamiento. ............................................. 81
Tabla 4-9: Información de Entrada y Salida, Fortificación y Soporte Ingeniería Básica. .... 82
Tabla 4-10: Detalle de Fortificación y Soporte para la Ingeniería Básica. .......................... 84
Tabla 4-11: Parámetros Geomecánicos para Evaluar la Estabilidad de los Pilares. .......... 85
Tabla 4-12: Factor de Seguridad y Probabilidad de Falla Pilares Nivel de Producción. .... 87
Tabla 4-13: Detalle Plan de Instrumentación Ingeniería Básica.......................................... 89
Tabla 4-14: Plan de Instrumentación para la Ingeniería Básica. ......................................... 91
Tabla 4-15: Entrega de Datos Ubicación y Diseño de Accesos. ......................................... 98
Tabla 4-16: Entrega de Parámetros Geomecánicos para Planificación en Ingeniería
Básica. ................................................................................................................................ 101
Tabla 4-17: Resumen de la Ingeniería Geomecánica de Detalle. ..................................... 103
Tabla 4-18: Información para el diseño Geométrico del Preacondicionamiento. ............. 106
Tabla 4-19: Resultado Análisis de Subsidencia sobre Infraestructura Minera Subterránea.
............................................................................................................................................ 112
Tabla 4-20: Información de Entrada y Salida, Fortificación y Soporte Ingeniería de
Detalles. .............................................................................................................................. 113
Tabla 4-21: Características del Plan de Instrumentación en Ingeniería de Detalles. ....... 117
Tabla 4-22: Entrega de Parámetros Geomecánicos para Planificación en Ingeniería de
Detalles. .............................................................................................................................. 120
Tabla 4-23: Ficha Técnica Entregables Ingeniería Geomecánica de Detalles. ................ 121
Tabla 5-1: Asignación de Recursos a las Actividades y Costo Asociado (USD$). ........... 127
Tabla 5-2: Desglose Costos de los Recursos para la Ingeniería de Detalles. .................. 128
Tabla 6-1: Asignación de Recursos a las Actividades y Costo Asociado (USD$), ........... 133
Tabla 6-2: Desglose Costos de los Recursos para la Ingeniería de Detalles ................... 134
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INDICE DE FIGURAS
Ilustración 2-1: Ubicación regional y provincial de la División El Teniente. ........................ 15
Ilustración 2-2: Sectores productivos Mina El Teniente. ...................................................... 16
Ilustración 2-3: Geología regional Mina División El Teniente. ............................................. 18
Ilustración 2-4: Unidades litológicas Mina El Teniente. ....................................................... 20
Ilustración 2-5: Vistas isométricas del CBB desde la superficie al nivel El Teniente 8. A la
izquierda, se destaca la cavidad El Teniente (1998) y a la derecha partes de las actuales y
futuras áreas de explotación. ............................................................................................... 22
Ilustración 3-1: Etapa del ciclo de vida de un proyecto minero. .......................................... 26
Ilustración 3-2: Aporte de las etapas en el resultado del proyecto. ..................................... 27
Ilustración 3-3: Propósito de la SGM de Proyectos. ............................................................ 30
Ilustración 3-4: Esquema Organizacional y Rol de la SGM en los Proyectos..................... 33
Ilustración 4-1: Procesos de las Etapas de un Proyecto. .................................................... 39
Ilustración 4-2: Diagrama de Flujo Proceso de Inicio de la Etapa de Ingeniería. ............... 41
Ilustración 4-3: Elaboración del Plan de Trabajo en el Proceso de Inicio. .......................... 42
Ilustración 4-4: Diagrama de Flujo del Proceso de Planificación. ....................................... 44
Ilustración 4-5: Proceso de Ejecución para una Etapa de Proyecto. .................................. 45
Ilustración 4-6: Proceso de Entrega de una Etapa de Ingeniería. ....................................... 46
Ilustración 4-7: Plan de Trabajo de la Ingeniería Básica. .................................................... 48
Ilustración 4-8: Perfil de Explotación de un Panel Caving con Implementación de PA. ..... 52
Ilustración 4-9: Plan de Trabajo de la Ingeniería de Detalles. ............................................. 56
Ilustración 4-10: Entregables de las Etapas de Ingeniería Geomecánica. ......................... 62
Ilustración 4-11: Índice de Minería Sector Esmeralda. ........................................................ 66
Ilustración 4-12: Relación Gutemberg-Richter. .................................................................... 67
Ilustración 4-13: Metodología para Estimar el Riesgo Sísmico en El Teniente. ................. 68
Ilustración 4-14: Evaluación Subsidencia Ingeniería Básica. .............................................. 71
Ilustración 4-15: Metodología para el Manejo de Riesgos................................................... 75
Ilustración 4-16: Efecto Esperado de la Implementación de PA en Sector Pilar Norte. ..... 78
Ilustración 4-17: Evaluación de la Implementación de PA................................................... 80
Ilustración 4-18: Evaluación Estabilidad de Pilares. ............................................................ 86
Ilustración 4-19: Proceso para Definir un Plan de Instrumentación. ................................... 90
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Ilustración 4-20: Orientaciones Favorables y Desfavorables para una Galería respecto de
las Estructuras Presentes. .................................................................................................... 93
Ilustración 4-21: Evaluación de Criterios para Orientar Accesos. ....................................... 94
Ilustración 4-22: Evolución del Daño Generado en Galerías Dispuestas en Forma Paralela
y Perpendicular al Frente de Socavación. ........................................................................... 95
Ilustración 4-23: Emplazamiento del Acceso según el Estado del Macizo Rocoso. ........... 96
Ilustración 4-24: Definición de Parámetros Geomecánicos para Planificación y Estimación
del Peligro Sísmico. ............................................................................................................ 100
Ilustración 4-25: Definición de Parámetros Técnicos para Preacondicionamiento. .......... 105
Ilustración 4-26: Caso de Envolvente de Fracturamiento y Efecto de Subsidencia en
Superficie. ........................................................................................................................... 108
Ilustración 4-27: Caso de la Envolvente de la Frente en Quiebre y Frente de Desplome.
............................................................................................................................................ 108
Ilustración 4-28: Evaluación de la Subsidencia sobre la Infraestructura Afectada. .......... 110
Ilustración 4-29: Envolventes de Subsidencia Finales para el Proyecto Pacífico Superior
(Año 2020). ......................................................................................................................... 111
Ilustración 4-30: Diagrama de Proceso de Elaboración de Planos Fortificación y Soporte,
Ingeniería de Detalles. ........................................................................................................ 114
Ilustración 4-31: Definición del Plan de Instrumentación para la Ingeniería de Detalles. . 116
Ilustración 4-32: Evaluación de Parámetros Geomecánicos para Planificación. .............. 119
Ilustración 5-1: Programa de Actividades en el Proceso de Inicio del Caso de Estudio. . 123
Ilustración 5-2: Plan de Trabajo del Caso de Estudio, Ingeniería de Detalles. ................. 124
Ilustración 5-3: Principales Definiciones del Proceso de Planificación (Rojo) y Elaboración
del Plan de Trabajo Final (Negro). ..................................................................................... 125
Ilustración 5-4: Carta Gantt para las Actividades de la Ingeniería de Detalles del Proyecto.
............................................................................................................................................ 126
Ilustración 5-5: Plan de Trabajo Ingeniería de detalles Caso de Estudio. ........................ 129
Ilustración 5-6: Proceso de Entrega de la Ingeniería de Detalles del Caso de Estudio. .. 130
Ilustración 6-1: Resumen de Costos Ingeniería de Detalles Caso de Estudio.................. 131
Ilustración 6-2: Carta Gantt de Actividades para Ingeniería de Detalles Extendida en un
Mes...................................................................................................................................... 132
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CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN
El desarrollo de los proyectos mineros involucra distintas etapas de ingeniería,
cada una con un propósito y alcance bien definido. En las instancias más
tempranas, se toman las decisiones que generan mayor aporte al valor del
negocio, siendo fundamental identificar los aspectos principales que deberán ser
abordados a lo largo de la vida del proyecto, puesto que en las etapas más tardías
existe menor flexibilidad en la toma de decisiones.
Las etapas de ingeniería en los proyectos mineros de la División El Teniente de
Codelco incluyen un conjunto de estudios de variadas disciplinas, a fin de
concretar los productos y entregables con los alcances y propósitos requeridos.
Dentro de las materias que deben ser abordadas en los proyectos mineros, la
Superintendencia de Geomecánica (SGM) es la encargada de proporcionar el
soporte de especialidad en las disciplinas de ingeniería de rocas y geomecánica,
definiendo los aspectos claves que deben ser investigados según las necesidades
requeridas.
Si bien la ingeniería geomecánica engloba muchos aspectos dentro de sus
estudios, las restricciones de tiempo y presupuesto sugieren que los contenidos a
tratar en las etapas de ingeniería definan un alcance alineado con los objetivos del
proyecto, identificando los aspectos relevantes a ser tratados con un nivel de
detalle acorde a la etapa de ingeniería que se estudia y definiendo los productos y
entregables que serán de utilidad para concretar cada fase.
En consecuencia, el presente estudio consiste en determinar los entregables
geomecánicos necesarios que deben ser proporcionados por la SGM para las
etapas ingeniería de factibilidad y de detalles de un proyecto minero subterráneo
desarrollado por Panel Caving, con el objetivo de describir ordenadamente su
estructura y analizar el impacto en sus costos.
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11
CAPITULO 2. METODOLOGÍA DE ESTUDIO
2.1. Planteamiento del problema
El estado actual de la ingeniería geomecánica en los proyectos mineros de
la División El Teniente muestra una estructura de trabajo no consolidada, en
donde se reconocen deficiencias a nivel organizacional, funcional, de
gestión y de comunicación interna dentro de la misma área.
Por esta razón, el presente estudio se enfocará en desarrollar una
estructura de trabajo que permita alinear los objetivos del área
geomecánica con el desarrollo de los proyectos mineros, para así definir los
entregables geomecánicos que debe contener el informe final en las etapas
de ingeniería de factibilidad y de detalles.
2.2. Objetivos
2.2.1. Objetivos Generales
Determinar los entregables geomecánicos necesarios que deben ser
proporcionados por la Superintendencia de Geomecánica (SGM) de
la División El Teniente para las etapas de ingeniería de factibilidad y
de detalles de un proyecto minero subterráneo desarrollado por
Panel Caving.
2.2.2. Objetivos Específicos
Describir el estado actual de la ingeniería geomecánica en los
proyectos mineros de la División.
Establecer una estructura de trabajo para la concreción de los
objetivos en la etapa de ingeniería geomecánica.
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12
Indicar los criterios y parámetros geomecánicos que deben ser
considerados en la elaboración de cada uno de los entregables.
Evaluar económicamente una ingeniería geomecánica de detalles
desarrollada en la División, la cual se ajustará a la nueva
estructura de trabajo a modo de evaluar el impacto económico de
implementar la propuesta.
2.3. Justificación
Se evidencia que los entregables contenidos en los informes de ingeniería
geomecánica resultan, a veces, poco relevantes para la etapa del proyecto
que se está estudiando y, por lo general, estos aspectos son evaluados
nuevamente en la etapa posterior sin mostrar una profundización
significativa. Por ende, surge la necesidad de evaluar los contenidos
tratados en las etapas de ingeniería geomecánica de factibilidad y de
detalles de un proyecto minero subterráneo, reconociendo la información
relevante y la considerada poco significativa, con el fin de establecer los
requerimientos precisos que se ajustan a las necesidades del nivel de
estudio que se desarrolla.
2.4. Alcances
Los recursos a emplear para el desarrollo del presente documento son de
carácter académicos, puesto que su elaboración corresponde a una Tesina
de Investigación Documental (Teórica). Sin embargo, la evaluación
económica de la ingeniería geomecánica de detalles se aplica sobre un
proyecto real desarrollado en la División El Teniente.
2.5. Muestra de estudio
El proyecto por evaluar se encuentra en la etapa de ingeniería de detalles
en donde se ha definido el programa de actividades para el desarrollo de la
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13
ingeniería en la etapa de inicio, con los entregables a desarrollar, los
recursos necesarios y el presupuesto estimado.
Dentro de las actividades y/o entregables que se han planteado para la
concreción de la etapa de ingeniería de detalles, se tienen:
Diseño Geométrico de Preacondicionamiento
Diseño de los Sistemas de Fortificación y Soporte
Parámetros Geomecánicos para Planificación
Verificación de los Ángulos de Subsidencia
Diseño del Plan de Instrumentación y Monitorización
Geomecánica
Control Geomecánico en Terreno
En la Tabla 2.1 se muestran las características generales del proyecto a
evaluar:
Tabla 2-1: Características generales del caso de estudio.
CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL PROYECTO
Etapa de Proyecto Ingeniería de Detalles
Duración del Estudio 7 meses
Presupuesto Estimado USD$ 265.000
Recursos Humanos del Proyecto
Internos Externos
Jefe de Ingeniería
Ingeniero de proyectos
Proyectista
Ingeniero de terreno
Asesorías externas específicas
Contrato con empresas externas
Fuente: Espinosa, 2014.
En la Tabla 2.2 se aprecian las actividades para la ingeniería de detalles del
caso de estudio, con el desglose respectivo de los ítems y productos
generados, los recursos necesarios, el costo estimado y la duración de
cada una de las actividades y/o entregables de la etapa:
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Tabla 2-2: Programa de actividades de un proyecto desarrollado en la División. DISEÑO GEOMÉTRICO DE PREACONDICIONAMIENTO
Ítem/Producto Recursos Necesarios Costo
Estimado Duración
Diseño de Pruebas y Diseño del P.A con
F.H
Ingeniero de proyectos, elaboración de planos
USD$12000
3 meses
Instrumentación para Pruebas
Contrato de SGM para instrumentación geomecánica, ingeniero de proyecto, accesorios
USD$35000
DISEÑO DE LOS SISTEMAS DE FORTIFICACIÓN Y SOPORTE
Ítem/Producto Recursos Necesarios Costo
Estimado Duración
Elaboración de Planos Ingeniero de proyectos, proyectista y recursos
de ingeniería del proyecto (planos de excavaciones)
USD$45000
4 meses
DEFINICIÓN DE LOS PARÁMETROS GEOMECÁNICOS PARA EL PLAN MINERO
Ítem/Producto Recursos Necesarios Costo
Estimado Duración
Informe Ingeniero de proyectos, proyectista, modelo
numérico USD$22000 1,5 meses
VERIFICACIÓN DE LOS ÁNGULOS DE SUBSIDENCIA
Ítem/Producto Recursos Necesarios Costo
Estimado Duración
Informe Ingeniero de proyectos, proyectista, modelo
numérico USD$16000
1,5 meses
InSAR1 para cráter Fortuna (medición de
ángulos)
Contrato con ALTAMIRA (se hace solicitud de informe)
USD$22000
Ortofoto2 para Línea Base
Contrato con Geosupport USD$15000
DISEÑO DEL PLAN DE INSTRUMENTACIÓN Y MONITORIZACIÓN GEOMECÁNICA
Ítem/Producto Recursos Necesarios Costo
Estimado Duración
Informe Ingeniero de proyectos, proyectista, asesoría
externa especializada USD$33000 2,5 meses
CONTROL GEOMECÁNICO EN TERRENO
Ítem/Producto Recursos Necesarios Costo
Estimado Duración
Informes Periódicos Ingeniero de proyectos, proyectista, Ingeniero
de Terreno USD$65000 6 meses
Fuente: Espinosa, 2014.
1 InSAR: radar interferométrico de apertura sintética, es un elemento radiométrico
usado en geodesia y teledetección. Este método geodésico usa imágenes de dos o
más radares de apertura sintética, para generar cartas de deformación de superficie y
elevaciones digitales. La técnica tiene aplicaciones para el monitoreo geofísico de
peligros naturales como la vigilancia de la subsidencia y la estabilidad estructural.
2 Ortofoto: Presentación fotográfica de una zona de la superficie terrestre en la que
todos los elementos presentan la misma escala, libre de errores y deformaciones, con
la misma validez de un plano cartográfico.
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2.6. Ubicación
El Yacimiento El Teniente es el depósito de Cu-Mo más grande del mundo,
el cual se ubica en la Cordillera de los Andes a 76 km al sureste de
Santiago y a 42 km al noroeste de Rancagua. Su localización a nivel
regional y provincial se muestra en la siguiente ilustración:
Ilustración 2-1: Ubicación regional y provincial de la División El Teniente.
La División El Teniente es uno de los complejos minero-metalúrgicos de la
Corporación Nacional del Cobre de Chile (CODELCO) y considera entre sus
activos principales la mina subterránea El Teniente y otras instalaciones
productivas y de infraestructura necesarias para la concentración y
fundición de minerales de cobre y molibdeno que comercializa.
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El plan minero de los próximos 25 años estima extraer 1.400 Mt, siendo las
reservas de cobre reconocidas de este yacimiento las mayores en el
mundo.
Actualmente, la mina cuenta con varios sectores en operación, los cuales
se encuentran rodeando a la Pipa Braden y se explotan por distintos
métodos de hundimiento. El carguío de mineral se realiza con equipos LHD,
los cuales llevan el material a los puntos de vaciado que conectan con el
nivel de acarreo, en donde el material es transportado en ferrocarriles hasta
las plantas de chancado y molienda Colón y Sewell para producir el
concentrado que se trata posteriormente en la planta de fundición y
refinación en Caletones. Los productos comercializables que se obtienen de
estos procesos son ánodos de cobre, cátodos de cobre, concentrado de
cobre, concentrado de molibdeno y ácido sulfúrico. El esquema de la Figura
2.2 muestra los sectores productivos de la División el Teniente:
Ilustración 2-2: Sectores productivos Mina El Teniente. Fuente: Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo, 2014.
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17
Por último, en la siguiente tabla se muestran los sectores que se
encuentran actualmente en operación, especificando el método de
explotación empleado, el aporte en la producción y el año de término de la
operación, entre los aspectos más relevantes:
Tabla 2-3: Sectores en explotación Mina El Teniente.
Sector Método de
Explotación Cota NP
(m.s.n.m) Producción 2015 (t/d)
Año Término
(PND 2015)
Ley Media Cu (%) PND 2015
Reservas Norte PCHC y PCHA (FH) 2102 34.786 2025 1,28
Panel Reservas Norte Tipo Paneles 2084 3.410 2016 0,97
Corbata PCHC 2102 3.561 2016 1,08
Pilar Norte PCHC con SA 2102 1.182 2019 1,3
Dacita PCHC (FH + DDE) 2102 2.872 2025 1,75
Esmeralda Sur PCHC (FH) 2193 30.797 2028 1,05
Panel 1 Esmeralda Tipo Paneles 2179 5.545 2018 1,15
Diablo Regimiento PCHA (FH) 2191 28.532 2024 0,82
Fuente: Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo, 2014.
2.7. Geología
2.7.1. Geología Regional
El mega-yacimiento de cobre y molibdeno El Teniente forma parte de
la Franja Cuprífera del Mioceno Superior-Plioceno, ubicada en los
Andes Centrales y que también incluye a los yacimientos Los
Pelambres y Río Blanco-Los Bronces.
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Está ubicado en la franja cordillerana de Chile Central, comprendida
entre los 33°45’-34°45’ latitud sur y los 70°00’-71°00’ longitud oeste,
en donde afloran principalmente potentes secuencias estratificadas
de rocas volcánicas intercaladas con secuencias sedimentarias
(marinas y continentales) depositadas desde el Triásico Superior.
Estas unidades han sido intruidas por cuerpos hipabisales y
plutónicos Cenozoicos, y en conjunto forman parte del Ciclo
Orogénico Andino (Klöhn, 1960). Se presenta su distribución espacial
en el mapa geológico regional de la figura 2.2:
Ilustración 2-3: Geología regional Mina División El Teniente.
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2.7.2. Geología Local
La geología del yacimiento en conjunto con su mineralización de
cobre y molibdeno, dan un indicio de una génesis relacionada a una
evolución compleja dada por la intrusión de cuerpos subvolcánicos
máficos y félsicos, los cuales están estrechamente asociados con
brechas magmáticas e hidrotermales.
Estos cuerpos poseen una extensión de tres kilómetros de largo por
dos kilómetros de ancho y una expresión vertical aproximadamente
de dos mil metros, debido a esto, el yacimiento está clasificado
dentro de lo que se conoce en la literatura geológica como “Depósito
Gigante de Mineral”.
La litología del yacimiento El Teniente, está compuesta, en su
mayoría, por rocas máficas que están intruídas por cuerpos félsicos
de composición, forma y dimensiones variables. En la Figura 2.4 se
aprecia cómo se distribuyen las distintas unidades litológicas que
conforman este depósito:
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Ilustración 2-4: Unidades litológicas Mina El Teniente.
Fuente: González, 2006.
2.7.3. Geología Estructural
Las estructuras geológicas en la Mina El Teniente se clasifican de
acuerdo con dos parámetros: continuidad y espesor típico, tal como
se muestra en la tabla 2.4:
Tabla 2-4: Clasificación de estructuras según su continuidad y espesor.
TIPO DE ESTRUCTURA CONTINUIDAD ESPESOR TÍPICO
Estructuras Distritales Traza > 1 Km > 1 m
Estructuras Maestras Traza > 500 m Entre 5 y 120 cm
Estructuras Mayores 100 m < Traza < 500 m > 7 mm
Estructuras Intermedias 4 m < Traza < 100 m < 5 mm
Estructuras Menores Traza < 4 m ≤ 2 mm
Fuente: González, 2006.
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En la mena primaria, las estructuras se caracterizan por encontrarse
selladas y con gran número de estructuras menores, con trazas que
alcanzan los 4 metros y conforman un denso enrejado (“stockworks”),
por sobre las estructuras de mayores trazas.
2.8. Geotecnia
Antecedentes de ensayos geotécnicos de laboratorio realizados en
diferentes sectores del CBB (Complejo Brechas Braden), indican en general
un amplio rango de variación en las propiedades de estas rocas. Karzulovic
(1993) analiza estadísticamente una serie de datos de este tipo, mostrando
fluctuaciones, por ejemplo, en el peso unitario (PU): 2,4-2,7 ton/m³, la
resistencia en compresión uniaxial (UCS): 20-160 MPa, y la resistencia en
tracción (TS): 1-6 MPa, entre otros; con valores medios similares a los de
un concreto de buena calidad (PU: 2,53 ton/m³; UCS: 70 MPa; TS: 2 MPa).
Los análisis de datos de ensayos de carga puntual permiten demostrar una
reducción en la resistencia cercana al 40% en muestras de brechas
saturadas respecto de aquellas con humedad natural. Adicionalmente,
ensayos realizados recientemente en el sector Sala de Chancado del
Proyecto Pipa Norte, en donde predominan rocas pertenecientes a las
unidades Brecha Braden Sericita, Brecha Braden Turmalina, y Brecha
Braden Sericita Fina, han permitido a Pereira et al. (2003) caracterizar con
más detalle dichas variedades litológicas, concluyendo que las dos primeras
presentan propiedades geotécnicas equivalentes a las de un concreto de
muy buena calidad, en tanto que la última, a las de un concreto de regular
calidad.
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Por su parte, las rocas que conforman el CBB son, en su mayor parte,
materiales de elevada dureza, con escaso a bajo nivel de fracturamiento, y
durante la fase de excavaciones subterráneas en el complejo, las rocas
históricamente han exhibido un aceptable grado de estabilidad. Localmente,
sin embargo, se reconocen sectores de menor calidad asociados a la
ocurrencia de sistemas de vetillas de yeso y fallas, o conformados por rocas
de más baja dureza relativa y/o mayor grado de argilización, materiales
potencialmente más degradables en el tiempo ante condiciones de
filtraciones y humedad. Existen escasos antecedentes sobre el desarrollo
de deformaciones importantes en el CBB hacia los niveles más profundos
de la mina. No obstante, en algunos sectores, rocas consideradas como de
buena calidad geotécnica y sin aparente anisotropía, han presentado
deformaciones tales como levantamiento de pisos, cuyo origen no ha sido
aun completamente establecido y es actualmente motivo de futuros análisis.
Por último, es importante destacar que el proceso de explotación inicial de
Block Caving desarrollado en El Teniente formó con el tiempo una cavidad
en los alrededores del CBB, tal como se muestra en la siguiente imagen:
Ilustración 2-5: Vistas isométricas del CBB desde la superficie al nivel El Teniente 8. A la izquierda, se destaca la cavidad El Teniente (1998) y a la derecha partes de las
actuales y futuras áreas de explotación. Fuente: Uribe, 2000.
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Esta cavidad se rellena por subsidencia con material fragmentado
directamente por la explotación y con el proveniente de áreas adyacentes
en superficie.
El desarrollo subterráneo de la mina va profundizando y ampliando la
cavidad, aumentando progresivamente el desconfinamiento del CBB. Esto
se verifica por el colapso de bloques en su parte superior y deformaciones
en las labores subterráneas adyacentes al área de subsidencia en
profundidad, todo lo cual ha obligado, entre otras medidas, a abandonar
definitivamente los sectores que ya no son productivos y al traslado o
modificaciones de infraestructura con riesgo de ser afectada por este
fenómeno.
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CAPITULO 3. MARCO TEÓRICO
En el presente capítulo se hará un alcance a las etapas de ingeniería que
comprometen el ciclo de vida de un proyecto minero, abarcando desde la
ingeniería de perfil, en donde se establece la existencia de un potencial negocio,
hasta la ingeniería de detalles que define con mayor profundidad lo establecido en
la ingeniería básica. Se describen, a modo genérico, las etapas de un proyecto
minero y su influencia en el resultado final de éste. Además, se describirá el
estado actual de la ingeniería geomecánica, su rol dentro de los proyectos mineros
y la forma en cómo se abordan las ingenierías en un contexto donde la
Superintendencia de Geomecánica (SGM) debe alinearse con las áreas afines
para cumplir con los compromisos de entrega de información dentro de los plazos
y presupuestos establecidos, destacando los aspectos positivos que otorgan valor
al negocio e identificando tareas o actividades en las cuales sea posible gestionar
para su mejora.
3.1 Definición de Proyecto según PMI3
Según la guía para la dirección de proyectos (Guía PMBOK4) se define
proyecto como “un esfuerzo temporal que se lleva a cabo para crear un
producto, servicio o resultado único”. Su carácter temporal indica que
poseen un principio y un final definidos.
Los proyectos de minería subterránea son de carácter temporal, en donde
el inicio está marcado por la recepción de los antecedentes necesarios para
llevar a cabo los estudios, y el final cuando se proporcionan los
entregables/productos para comenzar la puesta en marcha de un sector
productivo.
3 PMI: Project Management Institute, Guía de los Fundamentos para la Dirección de
Proyectos.
4 PMBOK: Project Management Body of Knowlegde.
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Los productos, servicios o resultados de los proyectos mineros son los
entregables de los estudios de ingeniería que definen los lineamientos
necesarios para que el proyecto se desarrolle acorde a lo establecido,
dentro de los márgenes definidos, en los plazos proyectados y que a futuro
generen la rentabilidad esperada por sus interesados.
3.1.1 Ciclo de Vida de un Proyecto
La Guía PMBOK define lo siguiente: “El ciclo de vida del proyecto es
un conjunto de fases del mismo, generalmente secuenciales y en
ocasiones superpuestas, cuyo nombre y número se determinan por
las necesidades de gestión y control de la organización u
organizaciones que participan en el proyecto, la naturaleza propia del
proyecto y su área de aplicación”.
En base a la definición anterior, el ciclo de vida del proyecto está
compuesto por fases que corresponden a las etapas de estudio
(ingeniería de perfil, ingeniería de prefactibilidad, ingeniería de
factibilidad, ingeniería de detalle), las cuales poseen un carácter
secuencial. El final de cada etapa o fase está marcado por la
transferencia de productos o entregables que sirven de antecedentes
para iniciar la ingeniería posterior.
La Figura 3.1 muestra las etapas del ciclo de vida de un proyecto
minero:
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Ilustración 3-1: Etapa del ciclo de vida de un proyecto minero. Fuente: Vives, 2017.
Las tres primeras (perfil, prefactibilidad y factibilidad) desarrollan el
estudio del proyecto, y la ingeniería de detalles se desenvuelve en un
contexto de inicio de inversión.
La ingeniería de perfil debe ser respaldada con los antecedentes de
la exploración geológica, de mercado e información referencial, y en
base a ello se establece la existencia de un potencial negocio. En
esta etapa, el nivel de certidumbre de los datos es bajo o escaso,
pero el aporte al valor del proyecto es alto. En la ingeniería de
prefactibilidad, se efectúa un análisis de alternativas para desarrollar
el proyecto, debiendo seleccionar aquella que califique como la mejor
dentro de un marco técnico-económico, la cual se evaluará
posteriormente en la etapa de factibilidad. En esta etapa, la precisión
de los datos es mayor que en perfil y el aporte al valor del proyecto
es alto.
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En factibilidad, se debe optimizar la alternativa seleccionada y se
establecen los presupuestos para el financiamiento del proyecto, en
donde la precisión de los datos es alta y el aporte al Valor Presente
Neto es menor que en prefactibilidad. En la ingeniería de detalles se
elabora el diseño final del proyecto, se establecen los lineamientos
para la construcción y operación de la mina y se define con mayor
exactitud las cotizaciones y licitaciones del estudio.
La Figura 3.2 muestra las distintas etapas que conforman el ciclo de
vida del proyecto, en donde se distingue el aporte de cada etapa al
resultado final del proyecto y el costo asociado a cada una:
Ilustración 3-2: Aporte de las etapas en el resultado del proyecto. Fuente: Vives, 2017.
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Se puede observar que las etapas más tempranas generan un aporte
mayor al resultado final y su costo asociado es bajo, por lo cual es de
suma importancia establecer tempranamente una correcta definición
del proyecto, dado que un cambio en estas fases de ingeniería tiene
una implicancia significativa para las etapas futuras.
La curva de riesgo que se muestra en la anterior es decreciente en el
tiempo, ya que el nivel de incertidumbre disminuye conforme se
avanza en el ciclo de vida del proyecto.
De esta manera, la toma de decisiones en las primeras etapas es
fundamental, dado el alto riesgo que involucran y, en gran medida, su
aporte al resultado final. Por su parte, los costos asociados a las
fases de ingeniería son crecientes en el tiempo, puesto que las
necesidades de inversión son mayores en las instancias más tardías
del proyecto.
Dentro del alcance del presente estudio, se abordan ingenierías
comprendidas en las fases preinversional e inversional.
Específicamente, las etapas de factibilidad e ingeniería de detalles,
las cuales se proceden a describir a continuación.
3.1.2 Aspectos Generales de la Ingeniería Básica
La ingeniería básica o factibilidad es la última instancia en el período
preinversional y se preocupa de optimizar la propuesta seleccionada
en la etapa previa de prefactibilidad, vale decir, es un estudio
refinado para determinar la viabilidad del proyecto.
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El estudio de factibilidad realiza un análisis detallado de todos los
factores que afecten la viabilidad del proyecto, por lo que permite
tomar la decisión de “seguir” o “no seguir” con éste y es requerido
para obtener respaldo financiero.
En esta instancia se ha completado aproximadamente el 25% de la
ingeniería y el costo de la etapa bordea el 12% del proyecto
completo. En lo que respecta a la precisión de la información, se
tiene un bajo nivel de incertidumbre en los datos. Adicionalmente, en
esta etapa se realizan múltiples cotizaciones (equipos, suministros de
materiales y construcción) con precios verificados.
3.1.3 Aspectos Generales de la Ingeniería de Detalles
La ingeniería de detalles es la instancia posterior a la etapa de
factibilidad y su inicio está marcado por un hito de decisión
inversional, en donde se ha logrado la aprobación financiera del
proyecto. En esta etapa, el alcance es completo y detallado, se
desarrolla el diseño final del proyecto y se elaboran los planes para la
ejecución del mismo. La flexibilidad en las decisiones es baja, debido
a que el proyecto ha sido aprobado para el financiamiento y es poco
factible gestionar cambios a estas alturas.
En esta instancia se ha completado entre un 30% a un 70% de la
ingeniería del proyecto (este porcentaje dependerá de cómo se ha
gestionado el proyecto en las etapas anteriores). El nivel de
incertidumbre de los datos es bajo y el costo de la etapa corresponde
a un 10% a 25% de la ingeniería del proyecto.
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3.2 Ingeniería Geomecánica en los Proyectos Mineros
En los siguientes puntos se hace una descripción del perfil de la
Superintendencia de Geomecánica (SGM) dentro de los proyectos mineros,
destacando la forma en que se hace partícipe, las tareas que lleva a cabo y
los principales inconvenientes que se presentan en el ámbito
organizacional, funcional, de gestión y de comunicación interna entre las
unidades que la conforman, de tal manera que sea posible identificar los
aspectos claves para mejorar el desempeño de la ingeniería geomecánica
en la División El Teniente.
3.2.1 Perfil de la SGM en los Proyectos
La SGM de Proyectos es una de las áreas de la División El Teniente
que participa en las etapas de ingeniería, aportando las bases
técnicas de las disciplinas de geomecánica e ingeniería de rocas
para la implementación de sistemas y control en terreno en las
etapas posteriores de construcción y puesta en marcha. En la Figura
3.3 se observa un diagrama de flujo con el propósito que persigue la
SGM de Proyectos en los proyectos mineros.
Ilustración 3-3: Propósito de la SGM de Proyectos. Fuente: Codelco Chile, División El Teniente, 2017.
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Dentro de los objetivos que debe cumplir la SGM a fin de satisfacer
los requisitos de cada una de las etapas del proyecto, se mencionan:
Definir los estudios, evaluaciones y desarrollos de ingeniería,
que deben ser incorporados en cada etapa del proyecto, así
como los objetivos de deben ser cumplidos en cada una.
Asegurar que los aspectos de geomecánica e ingeniería de
rocas cumplan con los requisitos de calidad, completitud,
alcances y aplicabilidad que requiere cada etapa del desarrollo
de los proyectos mineros.
El rol que desempeña la SGM en los proyectos mineros es actuar
como garante de la Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo
(GRMD) frente a las decisiones de diseño minero, calidad en la
ejecución de los desarrollos e interferencias de los proyectos con los
sectores en producción. Dentro de las responsabilidades de la SGM
se mencionan:
Proporcionar un modelo descriptivo de comportamiento
geomecánico (esfuerzos in-situ, pre- minería e inducidos),
basado en los antecedentes disponibles (caracterización
geológica/geotécnica y topografía actualizada en el sector de
interés) según cada etapa de un proyecto.
Elaborar bases técnicas para la adjudicación de contratos,
adquisición de instrumentación geomecánica y asesorías
especializadas.
Emitir los documentos que dan cuenta de las actividades de
las disciplinas de geomecánica e ingeniería de rocas
realizadas en cada etapa de los proyectos mineros.
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3.2.2 Ingeniería Geomecánica en la Actualidad
Ámbito Organizacional y Funcional
En el ámbito organizacional, la estructura para el desarrollo de las
tareas que desempeña la SGM dentro de los proyectos mineros en la
actualidad, se aprecia en la Figura 3.4. A lo largo del proyecto existe
una comunicación entre la SGM y la GRMD, en donde esta última se
preocupa de revisar y evaluar las propuestas emitidas por el área de
geomecánica en términos de bases técnicas para contratación de
servicios, reportes de avance, entre otros aspectos.
El comienzo de la etapa de ingeniería de perfil, está marcado por una
instancia de traspaso de información, en donde la Superintendencia
de Innovación y Desarrollo (SID) entrega los antecedentes del
proyecto que se está evaluando a la SGM, la cual participa en la
entrega de antecedentes tales como: estimación del campo de
esfuerzos, revisión del diseño de la malla de extracción, Crown Pillar,
interacción con otras cavidades, expectativa de estallidos de roca,
colapsos y otros tipos de riesgos. La concreción de esta etapa
culmina con un Informe Geomecánico de Perfil que se gestiona a
través de reuniones con la Superintendencia de Planificación (SPL),
la Superintendencia de Geología (SGL) y otras unidades de la SGM
(SGM-Operaciones y SGM-Mediano y Largo Plazo). A su vez, se
elabora un programa de trabajo y se estiman los presupuestos para
la ingeniería geomecánica de prefactibilidad.
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Ilustración 3-4: Esquema Organizacional y Rol de la SGM en los Proyectos.
Fuente: Codelco Chile, División El Teniente, 2012.
El vínculo de la SGM-Proyectos en las etapas de ingeniería
conceptual, básica y detalles, ocurre a través del director del
proyecto sin una estructura definida, pero si basada en el
cumplimiento de los programas de trabajo propuestos por la SGM-
Proyectos. En general, estos programas de trabajo no son
modificados en lo temático, pero la asignación de recursos para su
ejecución ocurre desplazado del programa estimado para su
realización.
Por su parte, las actividades de la SGM se realizan de acuerdo a los
requerimientos del proyecto, y la programación de actividades que
proporciona el área de geomecánica no es incorporada en el
programa de la ingeniería, lo que obliga a modificar los planes en
términos de metodología, alcances y fundamentalmente tiempos para
ejecución.
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Tareas que Desempeña la SGM
Dentro de las tareas que realiza la SGM en los proyectos mineros de
la División, se distinguen tres etapas:
Identificar: en esta instancia se revisan los antecedentes
disponibles del proyecto (base de datos geológica y
geotécnica), los cuales, en su mayoría, provienen de
información extrapolada desde sectores que presentan una
característica litológica-estructural similar al sector en estudio.
Dentro de los aspectos más relevantes, se identifican y
analizan los eventuales peligros geomecánicos, se realiza una
evaluación cualitativa de los riesgos geomecánicos, se hace
una descripción del estado tensional del sector y se estudia el
potencial de subsidencia que involucra el proyecto.
Evaluar – Diseñar: se realizan análisis de estabilidad para las
excavaciones en ambiente de minería (esfuerzos, sismicidad,
condición geotécnica), se establecen los requerimientos de
soporte para las labores, ubicación de niveles con sus
respectivas geometrías de excavación, se definen los
lineamientos geomecánicos para producción, se hacen los
diseños de Preacondicionamiento (PA) en función del estado
tensional y calidad geológica y geotécnica del macizo, se
especifica el plan de monitorización a implementar y se
realizan las estimaciones de subsidencia.
Materializar: se concretan los planos de fortificación y soporte,
se realiza control geomecánico sobre los trabajos en terreno,
se implementa el plan de monitorización geomecánica y se
evalúan las actividades para la realización del punto de inicio
de caving y el crecimiento de la cavidad.
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3.2.3 Evaluación de la Ingeniería Geomecánica en los
Proyectos
Las principales debilidades que se presentan en el desarrollo de los
proyectos se exponen en la Tabla 3.1, estos corresponden al ámbito
organizacional, funcional, de gestión y de comunicación interna entre
las unidades del área de la geomecánica de proyectos.
Tabla 3-1: Principales Inconvenientes que se presentan en la SGM en los Proyectos.
ÁMBITO PROBLEMA O CARENCIA
ORGANIZACIONAL
Falta de instancias formales de comunicación entre la SGM-Proy y las
Gerencias de Proyecto (Prefactibilidad, Factibilidad e Ing. Detalles)
FUNCIONAL
No existe una estructura que ponga a la vista las funciones de la SGM de manera explícita y anticipada al inicio de cada etapa de ingeniería
GESTIÓN No se identifican indicadores objetivos que puedan dar cuenta del cumplimiento de expectativas, aportes al negocio y calidad de la
ingeniería
COMUNICACIÓN ENTRE UNIDADES DE SGM
Los canales de comunicación se crean sobre la necesidad o sobre la “aparición” de problemas
Fuente: Codelco Chile, División El Teniente, 2013.
En los siguientes puntos se realiza un diagnóstico de los problemas
antes mencionados y las consecuencias que se generan en cada
ámbito.
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Ámbito Organizacional
La falta de una estructura organizacional entre las Gerencias de
Proyectos con la SGM de Proyectos que permita guiar las acciones
de trabajo por medio de instancias formales de comunicación que
definan las responsabilidades correspondientes y el plan de trabajo
que se desarrollará en cada una de las etapas del proyecto, puede
conllevar las siguientes consecuencias:
Planificación basada en el tiempo y los recursos disponibles
en cada etapa y no en las necesidades de la ingeniería
geomecánica del proyecto, dado que la definición de
prioridades para las actividades (definidas por la
administración del proyecto) se realiza durante el desarrollo de
la etapa de ingeniería.
La falta de un plan acordado por ambas partes al inicio de
cada etapa de ingeniería favorece que la resolución de
conflictos se haga en un escenario asimétrico, debido a que
los “compromisos del proyecto” resultan superiores
jerárquicamente frente a las “recomendaciones de
geomecánica”. La única excepción formalmente establecida la
constituye el diseño de los sistemas de soporte que está
regulado por un reglamento interno.
Ámbito Funcional
La SGM Proyectos ejerce roles de proveedor de antecedentes,
garante, consultor y ejecutor, según las actividades de cada etapa de
ingeniería.
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37
Sin embargo, no está disponible una estructura que ponga a la vista
estas funciones de manera explícita y anticipada al inicio de cada
etapa de ingeniería. Esto ha tenido como consecuencias, entre las
más relevantes:
Demoras en el inicio de actividades que ocasiona la revisión
de los alcances en los estudios y evaluaciones que solicita la
administración del proyecto.
Alta dependencia en el acceso a los recursos solicitados, lo
que resulta en extender el plazo del inicio de actividades.
Cada jefe de proyecto tiene su propia “visión” y “expectativas”
del rol de la SGM- Proyectos en el proyecto que dirige.
Ámbito de Gestión
En lo que respecta a la gestión sobre las actividades de la SGM-
Proyectos, no existen indicadores que den cuenta del cumplimiento
de expectativas, aportes al negocio y calidad de la ingeniería. Por lo
mismo, se hace difícil evaluar el desempeño de los productos de la
ingeniería geomecánica durante la operación del sector minero. Dado
lo anterior, sería razonable establecer procedimientos de post-
evaluación, orientados a capturar y difundir documentalmente el ciclo
desde las etapas de proyectos hasta el resultado en la operación
minera.
Comunicación entre las Unidades de la SGM
A la fecha, no se ha definido una estructura de comunicaciones,
establecida y funcional entre las SGM-Proyectos con la SGM-
Operaciones y SGM – Mediano y Largo Plazo, es más, los canales
de comunicación se crean sobre la necesidad de problemas.
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38
Tampoco se ha desarrollado un plan de comunicaciones interno que
facilite anticipar efectivamente (con el tiempo suficiente como para
definir y realizar las acciones que se necesiten) la compatibilidad
entre los proyectos, los planes mineros y los antecedentes de
terreno.
Luego, si bien las consecuencias no son cuantificadas, éstas han
tenido impacto sobre las actividades planificadas y especialmente en
la repetición de tareas de la Superintendencia de Planificación (SPL)
y la Superintendencia de Gestión de la Producción (SGP).
3.2.4 Aspectos Claves a Mejorar en la Ingeniería
Geomecánica
A continuación, se enumeran las propuestas orientadas a mejorar la
gestión de la ingeniería geomecánica dentro de los procesos minero
de la División:
Formalizar los procesos de solicitud y entrega de productos
entre la SGM- Proyectos y las Gerencias de Proyectos.
Establecer los roles de la SGM-Proyectos en las actividades
de cada etapa de ingeniería entre la Prefactibilidad y Detalles.
Implementar indicadores que den cuenta del cumplimiento.
Generar las instancias de comunicación efectiva entre las
distintas unidades de que componen a la SGM.
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CAPITULO 4. INVESTIGACIONES BÁSICAS
En el capítulo anterior se realizó una descripción del contexto en el cual se
desenvuelve la ingeniería geomecánica en las distintas etapas de los proyectos
mineros, describiendo el rol que desempeña dentro del proceso, las
responsabilidades, objetivos y propósitos que persigue.
En este capítulo, se propone una estructura de trabajo ordenada con las
consideraciones y modificaciones que se han estimado pertinentes, y se realiza
una categorización de la información para comenzar cada uno de los estudios de
ingeniería. A su vez, se establecen los análisis a ser desarrollados en cada una de
las etapas a fin de generar los entregables necesarios para la siguiente ingeniería.
4.1 Estructura General de Trabajo para las Etapas de Ingeniería
Con el propósito de lograr una estructura de trabajo ordenada para cada
estudio de ingeniería, se han considerado cuatro etapas secuenciales para
su desarrollo. En la Figura 4.1 se muestra los procesos que comprometen a
cada etapa de ingeniería y las tareas que se desarrollan en cada una.
Ilustración 4-1: Procesos de las Etapas de un Proyecto.
Fuente: Elaboración Propia, 2015.
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40
Antes de comenzar una etapa, se debe disponer de los antecedentes del
proyecto y de la nueva información geomecánica disponible, en donde se
ha realizado la captura de datos recientes que servirán para el desarrollo
del estudio de ingeniería. La recepción de éstos antecedentes marcará la
entrada al proceso de inicio.
Una vez finalizada una etapa de ingeniería, se entrega el documento formal
por parte del área de geomecánica que contiene los entregables del
estudio, además de las actividades necesarias para la captura de nueva
información necesaria para el comienzo de la próxima etapa. Dentro de las
actividades de captura de información se mencionan, entre algunas:
Realización de campaña de sondajes para mejorar el reconocimiento
geológico y geotécnico del sector.
Mediciones de esfuerzos en terreno o en lugares relativamente
cercanos a la nueva explotación, que reflejen de manera más
representativa el estado tensional del sector.
Realización de pruebas de fracturamiento hidráulico en el sector o en
alguna zona con condiciones geológicas y geotécnicas similares a
las del proyecto.
La decisión de llevar a cabo actividades para la captura de nueva
información geomecánica dependerá exclusivamente de la calidad de la
información que se maneja en el proyecto minero, siendo necesario la
ejecución de alguna de éstas cuando existe poca confiabilidad de los datos
que se manejan.
En los puntos siguientes, se hace una descripción a modo genérico de cada
uno de los procesos involucrados en el desarrollo de las ingenierías.
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41
4.1.1 PROCESO DE INICIO
En esta instancia se reciben los antecedentes del proyecto, se
establecen los alcances de la etapa en función de los requerimientos
del proyecto y se crea un plan de trabajo. En la Figura 4.2 se observa
un diagrama de flujo del proceso de inicio.
Ilustración 4-2: Diagrama de Flujo Proceso de Inicio de la Etapa de Ingeniería.
Fuente: Elaboración Propia, 2015.
Como se observa en el diagrama, debe existir interacción entre la
SGM con las áreas afines y las gerencias de proyecto, en este hito
(reunión de inicio) se analiza el escenario actual del proyecto y se
determinan las necesidades del mismo, para posteriormente evaluar
el alcance que tendrá la SGM en función de las vulnerabilidades
geomecánicas que se presenten.
-
42
En consecuencia, se evaluarán los requerimientos específicos de
geomecánica para la ingeniería, por medio de la revisión de los
aspectos más relevantes desde la perspectiva de la SGM y se
definen los alcances.
Una vez definido el alcance de la SGM, se debe establecer un
programa de actividades para elaborar los entregables de la etapa de
ingeniería. Este programa de actividades se determina en conjunto
con las unidades de la SGM y se asigna el presupuesto para el
desarrollo de las tareas a concretar en la etapa.
En función de las actividades que determina la SGM, se elabora un
plan de trabajo. En la Figura 4.3, se observan las principales tareas
que componen dicho plan.
Ilustración 4-3: Elaboración del Plan de Trabajo en el Proceso de Inicio.
Fuente: Elaboración Propia, 2015.
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43
En el desarrollo del plan de trabajo se consideran tres etapas
principales, en un inicio se deben consolidar los antecedentes del
proyecto y se debe definir cuáles serán los tipos de estudios/análisis
que se llevarán a cabo para la confección de los entregables
geomecánicos. Posteriormente, se realizan los análisis pertinentes
del estudio a modo de obtener resultados cuantificables, los que
serán evaluados para obtener las conclusiones respectivas y los
entregables de la etapa. Finalmente se definen las actividades,
productos y entregables, y se confecciona el “Informe de Ingeniería
Geomecánica” de la etapa del proyecto.
Cada uno de los entregables que proporcionará la Superintendencia
de Geomecánica en la ingeniería, se elaboran en base a distintos
aspectos, criterios y parámetros geomecánicos, los cuales se
estiman de acuerdo a metodologías y al juicio experto del
geomecánico. En el capítulo siguiente (Capítulo 5), se hace una
descripción de los principales entregables de las etapas de ingeniería
y se evalúan los principales criterios y parámetros geomecánicos a
tomar en cuenta.
4.1.2 PROCESO DE PLANIFICACIÓN
En esta instancia se define el modo en que se llevará a cabo el plan
de la ingeniería, aquí se elaboran las bases técnicas
(especificaciones) para la contratación de servicios, se describe en
forma detallada las actividades a desarrollar, se asignan las
responsabilidades y se establecen vínculos y relaciones con
SGM/GRMD/GMIN4/GDR, entre algunos.
4 GMIN: Gerencia de Minas.
-
44
La Figura 4.4 muestra un diagrama de flujo con las actividades que
se desarrollan a lo largo del proceso de planificación.
Ilustración 4-4: Diagrama de Flujo del Proceso de Planificación. Fuente: Elaboración Propia, 2015.
En el diagrama anterior, se muestra el desglose para el desarrollo del
plan de trabajo con la incorporación de recursos y los compromisos
de entrega para los productos (entregables) de la etapa de
ingeniería. La SGM debe emitir un comunicado a través de una nota
interna (NI) para solicitar la contratación de servicios (recursos),
como también declarar por el mismo medio el plan de trabajo
actualizado para su revisión y aprobación. El resultado final del
proceso de planificación es la elaboración del Plan de Trabajo para
Ejecución y Entregas.
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4.1.3 PROCESO DE EJECUCIÓN
En este proceso se lleva a cabo el desarrollo de las tareas
comprometidas en el plan de trabajo, con el fin de asegurar el
cumplimiento de plazos y calidad de los productos. La Figura 4.5
muestra un diagrama de flujo del proceso de ejecución para una
etapa del proyecto.
Ilustración 4-5: Proceso de Ejecución para una Etapa de Proyecto. Fuente: Codelco Chile. División El Teniente, 2013.
Una vez definido el plan de trabajo, la SGM gestiona la ejecución de
las tareas en conjunto con la consultoría. Como se observa en el
diagrama de la Figura 4.5, la SGM-Proyectos debe cumplir con
tareas específicas al igual que la asesoría externa, como también, se
ejecutan tareas en forma conjunta entre estas dos áreas.
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Al terminar el proceso de ejecución, se hace difusión de los
productos finales a las áreas afines y las unidades de la SGM para
su revisión antes de la entrega.
4.1.4 PROCESO DE ENTREGA
El proceso de entrega es donde culmina la etapa de ingeniería y
corresponde a un conjunto de informes que responden a las
necesidades de la disciplina de geomecánica en el proyecto, los
cuales son emitidos a través de notas internas, en adjunto con los
entregables correspondientes y que serán recibidos directamente por
el director del proyecto. La Figura 4.6 muestra el proceso de entrega
para una etapa de ingeniería geomecánica.
Ilustración 4-6: Proceso de Entrega de una Etapa de Ingeniería. Fuente: Elaboración Propia, 2015.
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4.2 Procesos de la Ingeniería Geomecánica de Factibilidad
En la ingeniería básica, el área de geomecánica se preocupa de elaborar un
estudio en el cual sea posible materializar la alternativa seleccionada para
llevar a cabo el proyecto.
Se realiza una optimización de la alternativa, se definen las variables con un
mayor grado de exactitud y se incorporan actividades para el control y
monitoreo en terreno.
Para el desarrollo de ésta etapa de ingeniería es necesario que se disponga
de la siguiente información:
Antecedentes de la ingeniería geomecánica conceptual.
Reconocimiento de zonas donde existe poca confiabilidad respecto
de la distribución litológica y estructural, y límite entre material
primario y secundario. Esta información puede ser obtenida a través
sondajes de auscultación o a través del reconocimiento de galerías
cercanas a la zona.
Caracterización geotécnica de las unidades litológicas presentes en
el sector, a fin de evaluar la necesidad de implementar
preacondicionamiento en zonas que presenten baja hundibilidad.
Definición de un programa de producción mes a mes proporcionado
por el área de planificación del proyecto.
Mediciones de esfuerzos, tomadas en obras tempranas o en lugares
aledaños al sector.
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4.2.1 Proceso de Inicio de la Ingeniería de Factibilidad
En el inicio de la etapa de factibilidad, la SGM recibe la
documentación actualizada de la ingeniería de prefactibilidad y los
avances del proyecto. Se establecen instancias formales de
comunicación con el objeto de definir los alcances de la ingeniería
geomecánica y las actividades del plan de trabajo. A su vez, se
estima un presupuesto para el desarrollo de las actividades de la
etapa de factibilidad.
El plan de trabajo para la ingeniería geomecánica de factibilidad es el
que se muestra en la Figura 4.7.
Ilustración 4-7: Plan de Trabajo de la Ingeniería Básica.
Fuente: Elaboración Propia, 2015.
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El plan de trabajo de la ingeniería de factibilidad se enfoca en
optimizar la alternativa de explotación definida en la etapa de
ingeniería conceptual y en profundizar los aspectos que requieren un
mayor nivel de detalle.
A continuación, se describen los análisis y evaluaciones realizados
para generar los entregables de esta etapa:
Análisis de Riesgos Geomecánicos: Se realiza una
reevaluación de los riesgos asociado a los peligros
geomecánicos (estallido de rocas, colapsos, planchoneo y
sobre-excavación de labores), a modo de establecer una
valoración cualitativa y cuantitativa de los riesgos asociados a
la sismicidad, subsidencia, disposición de accesos y sistemas
de fortificación y soporte. Adicionalmente, se realiza una
descripción detallada de los principales riesgos y las medidas
de control y mitigación.
Análisis Geomecánico de Estabilidad: Se evalúa la estabilidad
de los aspectos de diseño minero e infraestructura, con un
nivel de detalle mayor al realizado en la ingeniería de
prefactibilidad. Dentro de los aspectos evaluados se considera
el efecto de la subsidencia sobre la topografía de superficie y
la infraestructura de la mina, fundamentos para la definición de
los sistemas de fortificación y soporte, estabilidad de pilares y
análisis de estabilidad a los parámetros de diseño
considerados en la planificación.
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Desarrollo de Criterios de Aceptabilidad: Determinar en
función de la experiencia empírica y juicio de experto las
condiciones que ocasionan fallas funcionales en los aspectos
de fortificación y soporte y ubicación de accesos.
Revisión de Casos: Se realiza un análisis de causa efecto
para evaluar el impacto del diseño y/o procesos mineros sobre
los aspectos de geomecánica, tales como: diseño de
preacondicionamiento, ubicación de los accesos e
implementación de los sistemas de fortificación y soporte.
Necesidad de Monitoreo y Control en Terreno: Se define un
plan de instrumentación en donde se establezcan los
parámetros a medir, el propósito de la medición, los sectores
en donde se realizarán las mediciones, la forma de realizarlas
y la programación para el monitoreo.
Recomendaciones de la Auditoría Externa: Se considera la
participación de la asesoría externa en la toma de decisiones
del área de geomecánica respecto de las actividades
específicas que esta desempeña.
Los entregables de la ingeniería de factibilidad son los siguientes:
Evaluación Sismicidad: Se determina la probabilidad de
ocurrencia de eventos capaces de producir daños a las
labores (eventos con liberación de energía superior a 1x107
J). Para llevar a cabo lo anterior es preciso aplicar la
metodología que desarrolla La División El Teniente para
categorizar el riesgo sísmico.
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Descripción Cualitativa y Cuantitativa de Riesgos
Geomecánicos del Sector: Se describen y categorizan los
riesgos, y se explicitan las medidas de mitigación y control de
los mismos en función de su gravedad y probabilidad de
ocurrencia.
Evaluación Subsidencia: Se describe cómo será el avance de
la subsidencia provocada por la explotación y su evolución en
el tiempo, identificando la infraestructura que se verá afectada,
los sectores con los cuales habrá interferencia y el período en
que eso ocurrirá. Además se establecen medidas preventivas
de abandono de operaciones y salvataje.
Ubicación de Accesos: Se establece el lugar físico para los
accesos, señalando las razones con justificación basada en
criterios y parámetros geomecánicos.
Fortificación y Soporte: Se describe el sistema de fortificación
y soporte a implementar en el sector, especificando los
distintos tipos de excavaciones, su funcionalidad y el sistema
de fortificación que requiere.
Estabilidad de Pilares: Se elabora un estudio respecto a la
estabilidad de los pilares en los niveles principales (UCL y
producción) con justificación basada en criterios y parámetros
geomecánicos, además, se especifican zonas en donde
existan condiciones desfavorables al auto-soporte de los
mismos.
Diseño de Pre-Acondicionamiento: Se evalúa la
implementación de esta tecnología en sectores donde el
macizo presente dificultades para el quiebre natural.
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La técnica de preacondicionamiento que se emplea en la División El
Teniente es el Fracturamiento Hidráulico (FH), esta consiste en crear
fracturas en las paredes de perforación por medio de un fluido a alta
presión el cual genera la propagación de planos de debilidad
realizados dentro de la perforación. Vale decir, se induce una fractura
cuando los esfuerzos de corte en las paredes de la perforación
alcanzan en magnitud la resistencia a la tracción de la roca in situ. El
equipo principal consiste en una bomba de inyección de alta presión
y caudal en forma simultánea.
Con esta técnica se puede producir varias fracturas desde una sola
perforación, cubriendo una gran extensión, que va del orden de los
40 a 50 metros alrededor del pozo de inyección.
En la Figura 4.8 se aprecia las fracturas generadas por el método de
preacondicionamiento en un Panel Caving con Hundimiento
Avanzado.
Ilustración 4-8: Perfil de Explotación de un Panel Caving con Implementación de PA.
Fuente: Cavieres, 2009.
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Además, se deben considerar los siguientes puntos:
Instrumentación Geomecánica: En ingeniería básica se debe
tener definido un plan de instrumentación, en donde se
establezcan los parámetros a medir, el propósito de la
medición, los sectores en donde se realizarán las mediciones,
la forma de realizarlas y la programación para el monitoreo.
Parámetros Geomecánicos para Planificación: Se confirman
los parámetros geomecánicos que se emplean para realizar la
planificación minera y se evalúa la implicancia de estos en el
comportamiento sísmico esperado del sector. Los parámetros
geomecánicos a evaluar son: velocidades de extracción,
ángulos de extracción y tasa de incorporación.
4.2.2 Proceso de Planificación de la Ingeniería de
Factibilidad
En esta instancia se define la modalidad para cumplir con el plan de
ingeniería básica, se elaboran las bases técnicas para la contratación
de servicios, se describe de manera detallada las actividades a
realizar y se asignan las responsabilidades correspondientes.
Para llevar a cabo el plan de trabajo la SGM solicita los recursos a la
gerencia del proyecto y se establecen las especificaciones de plazos
de entrega de productos, finalizando el proceso con la elaboración de
un plan de trabajo para ejecución y entregas.
La logística que sigue el proceso de planificación es la misma que se
muestra en la Figura 4.4.
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4.2.3 Proceso de Ejecución de la Ingeniería de Factibilidad
La ejecución del trabajo en la etapa de factibilidad, debe ser dirigida
por la SGM de Proyectos en conjunto con las unidades de la misma.
Una vez definidos los roles y responsabilidades correspondientes, la
SGM se encarga de administrar y elaborar los entregables y la
asesoría externa se preocupa de la construcción del marco teórico y
conceptual de la ingeniería. A su vez, se desarrollan tareas en
conjunto a fin de concretar los entregables geomecánicos de la
etapa.
El proceso de ejecución finaliza con la documentación y entregables
para ser difundidos y evaluados por las áreas de SGM, SPL, SGL y
SGP (ver Figura 4.5).
Adicionalmente se requiere una revisión independiente por parte de
auditoría externa que permita definir las fallas que podría presentar el
proyecto e incluirlas dentro del informe, de modo que sean
consideradas en el desarrollo de la siguiente fase de ingeniería de
detalles.
4.2.4 Proceso de Entrega de la Ingeniería de Factibilidad
La finalización de la ingeniería geomecánica de factibilidad
corresponde a la entrega oportuna del “Informe Geomecánico de
Factibilidad” luego de su difusión, revisión y aprobación por parte de
las unidades de la SGM, la auditoría externa y la administración del
proyecto.
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4.3 Procesos de la Ingeniería Geomecánica de Detalles
En esta etapa de ingeniería se debe materializar la información a través de
informes técnicos y planos de fortificación y soporte para los niveles que
involucra el sector en estudio antes de la puesta en marcha del proyecto. A
su vez, se establecen las pautas para el control geomecánico sobre los
trabajos en terreno y la implementación del plan de monitorización
geomecánica.
En lo que respecta a los parámetros geomecánicos para planificación, éstos
se corroboran / modifican en función de los nuevos antecedentes
disponibles tales como la experiencia adquirida en proyectos con
características similares a las del sector y nuevos antecedentes de geología
obtenidos desde mapeos en labores y sondajes.
Para el desarrollo de ésta etapa de ingeniería es necesario que se disponga
de la siguiente información:
Antecedentes de la ingeniería geomecánica de factibilidad.
Pruebas de preacondicionamiento en el sector o en alguna zona
donde las características litológicas y estructurales sean similares.
Definición de la instrumentación necesaria para llevar a cabo el plan
de instrumentación y monitorización geomecánica.
Determinación de los elementos de fortificación y soporte a utilizar.
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4.3.1 Proceso de Inicio de la Ingeniería de Detalles
En el inicio de la ingeniería de detalles, la SGM recibe la
documentación actualizada de factibilidad y los avances del proyecto.
Posteriormente, se definen los alcances los cuales están orientados
al desarrollo de informes técnicos de geomecánica y elaboración de
planos de fortificación.
El programa de actividades debe considerar el plan de ingeniería del
proyecto y los alcances que establece previamente la SGM a fin de
elaborar el plan de trabajo de la ingeniería geomecánica.
La Figura 4.9 muestra el plan de trabajo de la ingeniería de detalles
con los entregables, productos y actividades a concretar.
Ilustración 4-9: Plan de Trabajo de la Ingeniería de Detalles. Fuente: Elaboración Propia, 2015.
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A continuación, se describen los análisis y evaluaciones realizados
para generar los entregables de la ingeniería de detalles.
Evaluación de Diseños: Se debe hacer una revisión de los
layout actualizados para incorporar la fortificación a las
excavaciones y las especificaciones pertinentes según
corresponda.
Por otro lado, se debe evaluar los factores que inciden en la
hundibilidad del sector a modo de determinar una adecuada
configuración de pozos de preacondicionamiento para lograr el
caving.
Análisis de Riesgos Geomecánicos: se evalúan la condición
de riesgo sísmico, de colapso y riesgos de carácter local.
Estos antecedentes son relevantes en el diseño de los
sistemas de fortificación / soporte, como también, en la
definición de la instrumentación geomecánica que será
implementada en el sector. A su vez, se analiza el efecto de la
subsidencia para identificar la infraestructura que se verá
afectada por el hundimiento.
Necesidad de Control y Monitoreo en Terreno: para los
peligros en el ámbito de geomecánica que han sido
identificados, se debe evaluar cuáles serán las medidas de
control y monitoreo en terreno a implementar.