La ingeniería en la remodelación de la mina Savuka mediante modelado 3D

Sudáfrica es el hogar de las más profundas minas subterráneas en el mundo, siendo la causa principal por la cual la nación está dentro de las grandes economías mundiales. Hay que recordar que el país es el mayor productor de platino del mundo, el quinto de oro y uno de los mayores exportadores de diamantes. Muchos ingenieros de minas de todo el mundo, han sido contratados por las empresas de explotación nacional para abastecer la creciente demanda de este tipo de profesionales en las últimas décadas.

Con una profundidad cercana a los 4 kilómetros bajo la superficie de la tierra, la mina de oro Savuka será la protagonista en nuestro artículo de hoy.

La extracción de materiales en estas profundidades aumenta los desafíos de la minería subterránea, como la ventilación y los altos niveles de consistencia en la instalación de una infraestructura adecuada. Los ingenieros de la empresa AngloGold, dueña de la mina, tuvieron que enfrentarse ante un grave problema cuando un sismo de medición 2,7 en la escala de Richter, junto con dos réplicas graves, golpeó los conductos de la mina Savuka en mayo de 2009. El epicentro de la actividad sísmica ocurrió alrededor de 2 kilómetros de profundidad bajo la mina, y el daño que causó fue catastrófico.

El suceso produjo víctimas humanas, generando una paralización en los trabajos de explotación debido a los fragmentos de rocas que causaron graves daños en las infraestructuras y presas subterráneas, provocando simultáneamente una inundación en la mina con más de 130 millones de litros de agua. Y por si esto fuera poco, Savuka sirve de apoyo a sus minas vecinas Mponeng y Tau Tona, por lo que el repentino cierre de la mina, también interrumpió las operaciones en otros activos locales de la empresa.

Transcurrido varios años después del terremoto, los ingenieros de AngloGold comenzaron a trabajar para que la mina, de 50 años de edad, vuelva a cobrar vida a través de un “rescate”. Los fragmentos de roca y la presencia de agua en el interior de la mina, junto con los estrechos puntos de entrada y las inmensas distancias a cubrir, hizo de este proyecto de renovación de 23 millones de euros, una tarea de titanes y potencialmente peligrosa para cualquier ingeniero que afronte el reto.

En este caso, la ingeniería informática tomó un papel clave para afrontar el problema. Mediante el uso de un software de modelado en 3D especialmente diseñado para tales fines, permitió a los trabajadores trazar los contornos de la mina y minimizar las demoras de reconstrucción, convirtiendo una tarea que parecía improbable en un objetivo alcanzable.

Los pasos técnicos en la solución al problema

Al fracturarse las presas y todas las torres de enfriamiento, alrededor de 135 millones de litros se dispersaron por los diferentes conductos y túneles. Por lo tanto hubo que enfrentarse a inundaciones a nivel general, sobre unos 100 metros de agua. El primer reto para los ingenieros: establecer una forma segura de bombear todo el agua.

Todas las tuberías se habían dañado, así que sólo tuvieron a disposición una sección de 150 metros que podrían usarse. Tomó cerca de dos meses bombear todo el agua. Además de eso, se reinundó una parte de la galería mediante unos sistemas especiales de chorro a presión, garantizando la eliminación de algunas obstrucciones producidas por diversos bloques de piedras, mientras que a la misma vez el agua era utilizada como un amortiguador que hizo posible reducir la probabilidad de generar más daños en la roca.

Una vez finalizado, hubo que realizar un nuevo bombeo de agua que tomó otros dos meses, por lo que antes de que los ingenieros pudieran adentrarse en los aspectos de diseño, ya habían pasado cuatro meses desde que se inició el proyecto de renovación minera.

Posteriormente del drenaje, era necesario bajar y nadar bajo 6 metros de agua para alcanzar los silos, así que con mucho valor, y un equipo formado por tres técnicos de minería con mucha experiencia y dos diseñadores, fueron a evaluar todos los daños subterráneos. Encontraron por tanto, una gran cantidad de zonas aún inaccesibles o potencialmente peligrosas que eran necesarias asegurar.

Realizado el estudio preliminar, los ingenieros se pusieron manos a la obra con el software Structural Modeler v8 y su paquete de diseño 3D. Una vez preparado el modelo, pudieron idear tres o cuatro posibles opciones de ejecución, que se mostraron en la sala de juntas. Con el dibujo en 2D, algunos de técnicos no pueden ver realmente el problema o la forma de actuar, pero si se tiene un modelo real de la zona tridimensional, es mucho más fácil de explicar lo que los propios ingenieros tenían planeando hacer.

Lo que hace que el 3D sea tan valioso es su posibilidad de modelar todos los sistemas de contención, transporte y extracción. Esto hizo posible diseñar las instalaciones estructurales, utilizando acero pre-ensamblado en la superficie, mientras que a la misma vez se modelaban las áreas subterráneas para asegurarse de que encajaría todo a la perfección en el interior de las galerías.

Finalmente Savuka se dispuso en un sistema de tres galerías, las aberturas fueron de aproximadamente 2,8 por 1,6 metros, trasladando todo este acero a través de esas áreas. Por lo tanto, el software de modelado diseñado por los ingenieros informáticos de Bentley, permitió pre-encajar el acero en la superficie, garantizando posteriormente la correcta instalación y encaje en las entradas hasta las zonas más interiores.

Este proceso fue crítico, ya que permitió la reapertura de la explotación minera de oro, la cual, sin el modelado en 3D, posiblemente hubiese acontecido en un mayor tiempo y gasto para afrontar la reconstrucción. Una vez más, el diseño tridimensional no sólo tiene aplicaciones válidas para la industria del cine y el entretenimiento, en la ingeniería es una herramienta fundamental en nuestro trabajo.