Caso de Estudio Spence Mine: Domo Minero Tipo Bóveda para Planta de Filtración en el Desierto de Atacama

En el desierto de Atacama, en el norte de Chile, una planta de filtración opera dentro de un domo minero de bajo perfil, en una de las regiones más secas del planeta. Completado en 2020 a una altitud de 1,750 metros sobre el nivel del mar, este domo industrial diseñado a medida protege la infraestructura minera crítica mientras cumple con exigentes requisitos estructurales y sísmicos.

El alcance del proyecto fue mucho más allá de suministrar una cubierta. Incluyó ingeniería estructural completa, certificación sísmica, planos de diseño detallados, fabricación de todos los componentes de acero, sistemas de revestimiento, envío al sitio y supervisión de la instalación en terreno. El resultado es una estructura tipo bóveda que combina la eficiencia de los space frames con la resistencia necesaria para operar en condiciones extremas en una faena minera activa.

Este caso de estudio muestra cómo los domos mineros de Triodetic pueden adaptarse a plantas de filtración en ubicaciones desérticas remotas, donde la confiabilidad y la facilidad de montaje son tan importantes como la geometría y el análisis estructural.

La cubierta de la planta de filtrado se basa en una huella rectangular de 60 metros por 80 metros, con muros perimetrales de concreto reforzado de 3 metros de altura que forman el anillo de soporte. Sobre esta base, el techo es una estructura de bóveda de cañón de doble curvatura diseñada con geometría Schwedler. Estas transiciones curvas en las esquinas introducen una geometría localizada de forma libre dentro del sistema más amplio de bóveda de cañón Schwedler, permitiendo que el techo se adapte a la huella rectangular sin perder continuidad estructural. Esta configuración proporciona la rigidez frecuentemente asociada con las estructuras de domos geodésicos, mientras se adapta a la distribución rectangular del proceso inferior.

Con una altura de solo 16.5 metros, el domo industrial mantiene un perfil bajo que reduce la exposición al viento y el consumo de materiales, aunque incrementa las exigencias sobre el sistema estructural. La geometría fue refinada mediante análisis de ingeniería estructural para lograr grandes luces libres sobre los equipos de la planta de filtración sin columnas interiores, controlar la deformación y asegurar un comportamiento compatible con los muros de hormigón de soporte.

Como se esperaba que los muros altos se flexionaran bajo carga, se incorporaron cerchas reforzadas en áreas clave del marco espacial para gestionar los movimientos diferenciales. Esta combinación de geometría Schwedler en bóveda de cañón y miembros reforzados selectivamente permitió que la estructura se mantuviera estable y funcional mientras el sistema de soporte se deforma dentro de los parámetros de diseño.

La estructura principal está formada por tubos de acero galvanizado que aportan resistencia, durabilidad e integridad estructural a largo plazo en el ambiente desértico. Los diámetros de los tubos van de 2.5 a 4.5 pulgadas, con un espesor de pared de 0.148 pulgadas, optimizados para responder a las cargas locales y mantener un sistema estructural relativamente liviano, dadas sus dimensiones.

La envolvente de techo y muros utiliza revestimiento de acero corrugado de 0.6 milímetros de espesor (calibre 24), pintado por ambas caras con un sistema premium de recubrimiento protector. Esta especificación de recubrimiento mejora la resistencia a la corrosión y el desempeño frente a la radiación UV, un aspecto crítico para estructuras de acero galvanizado expuestas a la intensa radiación solar y al polvo en suspensión del desierto de Atacama.

Aproximadamente el 6 por ciento del revestimiento fue reemplazado por paneles de FRP translúcidos. Estos paneles distribuyen luz natural en el interior del edificio y reducen la dependencia de la iluminación artificial durante el día, mejorando la visibilidad en las áreas de proceso sin comprometer la integridad del cerramiento.

El sistema de revestimiento también incluye paneles corrugados de cubierta y laterales para tres marcos de acceso vehicular y tres salientes de cubierta destinadas a los sistemas colectores de polvo. El detalle de estas uniones es esencial para mantener un cerramiento sellado y asegurar que la cubierta de la planta de filtración funcione como un entorno controlado para el procesamiento de material a granel en un clima desértico severo.

La cubierta fue diseñada para integrarse desde el inicio con la logística de la mina y la disposición de la planta de filtración. Tres grandes marcos de acceso vehicular proporcionan aberturas dimensionadas para equipos pesados y vehículos de mantenimiento. Dos puertas ofrecen aberturas libres de 8,5 metros de ancho por 3 metros de alto, mientras que una tercera alcanza 16.0 metros de ancho por 7.0 metros de alto para un acceso sobredimensionado.

Una entrada para correa transportadora de 5.5 metros de ancho por 9 metros de largo conecta el flujo del proceso a través del edificio, y tres salientes de cubierta más pequeñas soportan sistemas colectores de polvo que controlan la calidad del aire y las emisiones. Los marcos de acceso vehicular soportan puertas enrollables, integrando las operaciones industriales con una estructura tipo bóveda completamente cerrada.

Estas aberturas, combinadas con la geometría de doble curvatura y los altos muros de hormigón, exigieron soluciones estructurales cuidadosas para mantener la rigidez, evitar sobreesfuerzos locales y preservar la continuidad de los sistemas de revestimiento frente al viento y a la infiltración de polvo.

Detrás del exterior limpio de la bóveda hay una red densa de elementos que demuestra la capacidad de las estructuras Triodetic para resolver aplicaciones industriales complejas. La cubierta de la planta de filtración incluye:

• 10,542 elementos estructurales en total
• 9,452 tubos
• Un peso total aproximado de 450,000 libras, incluyendo el revestimiento

Muchas áreas requirieron miembros estructurales únicos debido a restricciones geométricas y a la necesidad de acomodar aberturas, deflexiones de muros y condiciones de soporte. Este nivel de personalización es típico de los domos mineros y cubiertas industriales relacionadas, donde los módulos estándar suelen tener que adaptarse a la geometría específica del proceso y a las demandas estructurales locales. En este caso, la combinación de geometría Schwedler, transiciones localizadas de forma libre y condiciones de miembros no repetitivos creó una estructura que se comporta con la eficiencia de un domo mientras responde a una huella industrial rectangular.

La logística de construcción en el desierto de Atacama exige planificación en torno a las ventanas de tiempo, la altitud y las condiciones del sitio. Para este proyecto, Triodetic proporcionó 97 días de supervisión de la instalación en terreno para guiar el montaje y asegurar que el space frame y los sistemas de revestimiento se instalaran conforme a las hipótesis de diseño.

La secuencia comenzó con un levantamiento detallado de las placas de apoyo embebidas en los muros de hormigón para confirmar la geometría real construida. Dentro del edificio se instalaron diez torres temporales de apuntalamiento, cada una diseñada para una capacidad máxima de 150 kN. Secciones de la estructura tipo bóveda fueron preensambladas en el suelo y luego izadas con grúa, manteniendo los pesos de levante por debajo de 50,000 libras para asegurar maniobras seguras y evitar sobrecargas en la estructura parcialmente completada.

En varias zonas, las secciones preensambladas se atornillaron entre sí una vez izadas, lo que requirió una modelación estructural coordinada para confirmar la estabilidad en las etapas intermedias de montaje. Se diseñaron e instalaron puntos temporales de izaje para facilitar estas operaciones, y las torres de apuntalamiento se retiraron en una secuencia controlada una vez confirmada la estabilidad global de la estructura y establecidos por completo los caminos de carga.

Para acelerar el trabajo en la cubierta, se fabricaron cuatro vigas separadoras para agilizar la instalación del revestimiento en la superficie curva de la bóveda. Este enfoque refleja la capacidad de preensamblaje y la atención a la facilidad de construcción que caracterizan a las estructuras Triodetic en faenas mineras remotas.

Chile es uno de los países con mayor actividad sísmica del mundo, y la cubierta de la planta de filtración de Spence fue diseñada como una estructura para ambientes extremos que cumple con las normas locales tanto para acciones de viento como para acciones sísmicas. El diseño sísmico se realizó en zona sísmica 2 para una estructura industrial de categoría C2 sobre suelo tipo III, con un factor de modificación R igual a 1 para el anclaje a los muros de hormigón.

Se utilizó el método de combinación cuadrática completa (CQC) para el análisis modal, con el fin de capturar el comportamiento dinámico de la estructura tipo bóveda y su interacción con los muros de soporte. Las placas base fueron detalladas con llaves de corte para resistir fuerzas laterales, tanto perpendiculares como paralelas, a los apoyos en el muro, asegurando una transferencia confiable de cargas bajo los efectos combinados del viento y el sismo.

El diseño se desarrolló de acuerdo con normas chilenas clave, entre ellas:

• NCh 432 para el diseño por cargas de viento
• NCh 433 para el diseño sísmico de edificios
• NCh 1537 para cargas permanentes y de uso
• NCh 2369 para el diseño sísmico de estructuras e instalaciones industriales
• NCh 3171 para disposiciones generales y combinaciones de carga.

Las reacciones de apoyo calculadas con combinaciones LRFD variaron aproximadamente entre -50 y 80 toneladas métricas, o entre -110 y 191 kips, reflejando la combinación de demandas verticales, de levantamiento y laterales. Se desarrollaron decenas de modelos de análisis para verificar el desempeño de la estructura bajo cargas operacionales y extremas, lo que demuestra la profundidad de la ingeniería estructural que sustenta este proyecto de infraestructura minera.

Para el operador de la planta de filtración, la cubierta de Spence proporciona un entorno controlado que protege los equipos críticos de proceso y las operaciones de la planta frente al viento, al polvo y a la exposición solar. Al encerrar la línea de proceso en un domo industrial tipo bóveda, el proyecto mejora las condiciones de trabajo, protege los sistemas mecánicos y permite una operación más predecible de la planta de filtración.

La combinación de estructuras de acero galvanizado, sistemas de revestimiento robustos con recubrimiento en ambas caras e interfaces cuidadosamente resueltas para puertas, transportadores y sistemas colectores de polvo favorece la integridad estructural a largo plazo con mantenimiento mínimo. El uso de paneles translúcidos reduce la dependencia de la iluminación artificial durante el día, mejorando la eficiencia energética y la visibilidad interior.

Este case study ilustra cómo las estructuras Triodetic y el diseño de marcos espaciales pueden adaptarse para crear estructuras diseñadas a medida que responden a códigos locales, geometría del sitio, transiciones de forma libre y restricciones operativas, mientras siguen siendo prácticas de fabricar, transportar e instalar en entornos mineros remotos.