APNDICE 5.3Diseo Cobertura Pad Cuajone

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MODELAMIENTO NUMRICO PARA LA COBERTURA DEL CIERRE DEL PAD DE

LIXIVIACION CUAJONE

MODELAMIENTO DE COBERTURA

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PROYECTO REV. POR JMF EMITIDO PARA FECHA P300-026-12-03 0 JAS/DT Informe Final 05/09/12 P300-026-12-03 A JAS /DT Revisin y comentarios 29/08/12

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Modelamiento Numrico para la Cobertura del Pad Lixiviacin Cuajone Pg. i

MODELAMIENTO NUMRICO PARA LA COBERTURA DEL CIERRE DEL PAD

DE LIXIVIACION CUAJONE

MODELAMIENTO DE COBERTURA

TABLA DE CONTENIDO

1 INTRODUCCIN ........................................................................................ 1 2 DISEO DE LA COBERTURA .................................................................... 1

2.1.Modelamiento numrico 2 2.1.1. Criterios de diseo ......................................................................... 2 2.1.2. Condiciones climticas .................................................................. 2 2.1.3. Caractersticas de los materiales ................................................... 3 2.1.4. Caractersticas geomtricas y malla de elementos finitos .............. 3

2.2.Resultados 3 3. CONCLUSIONES ........................................................................................ 6 4. REFERENCIAS ........................................................................................... 7

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LISTA DE CUADROS CUADRO 2.1 Temperatura promedio mensual CUADRO 2.2 Propiedades de los materiales CUADRO 2.3 Diseo de la cobertura CUADRO 2.4 Balance Hdrico de la cobertura para 730 das

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1 Esquema del balance de agua en una cobertura (Wilson et al. 2007). FIGURA 2 Distribucin de 730 das de precipitacin con inicio el 1 de enero del 2001

(Estacin Mina Cuajone). FIGURA 3 Modelo geomtrico de columna, materiales y mallas de elementos finitos

para el diseo de la cobertura. FIGURA 4 Vectores de velocidad de agua y saturacin para 60 das de anlisis. FIGURA 5 Perfil de coeficiente de difusin de gas para el diseo de la cobertura.

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MODELAMIENTO DE COBERTURA

1 INTRODUCCIN La cobertura final es una tcnica que tiene por objetivo mitigar la produccin de drenaje cido mediante la disminucin del ingreso de agua y oxgeno. Estos agentes qumicos que reaccionan con la masa contaminada del depsito del Pad de Lixiviacin produciendo efluentes con elevado potencial de contaminacin de aguas y suelos. El drenaje cido es un problema ambiental de ndole mundial que la minera enfrenta y donde estn involucrados varios cientficos e ingenieros (Cabral et. al. 2004).

El presente informe disea la cobertura para el Pad de lixiviacin y estima el caudal de salida.

Cabe mencionar, que para el caso de pilas de lixiviacin es requerido el lavado de la pila antes de la etapa de colocacin de la cobertura.

El diseo de la cobertura esta basado en el balance hdrico (ver Figura 1). Es decir que los factores de diseo estn ntimamente vinculados a la precipitacin, evapotranspiracin, infiltracin, escorrenta, almacenamiento y percolacin. Estas coberturas en la literatura son llamadas tambin de coberturas evapotranspirativas.

El clculo del caudal de salida simula el flujo interno hasta la salida del mismo Pad de lixiviacin hacia el subsuelo natural.

Ambos anlisis numricos de flujo son realizados con el software VADOSE/W (GEO-SLOPE, 2007). Este programa es una herramienta que nos ayuda a modelar numricamente un flujo transitorio de un medio saturado y no saturado, considerando las condiciones climticas de precipitacin, temperatura, humedad relativa, evaporacin, velocidad del viento, entre otros.

2 DISEO DE LA COBERTURA Esta seccin relata el diseo de la cobertura del Pad de Lixiviacin, con materiales naturales de canteras cercanas al lugar del proyecto. El flujo de agua en la cobertura es modelada numricamente usando un modelo de columna unidimensional, bajo las condiciones climticas de la Estacin Mina Cuajone prxima a proyecto.

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2.1. Modelamiento numricoEl diseo de la cobertura se realiza con sucesivas simulaciones numricas de flujo unidimensionales usando el programa comercial VADOSE/W (GEO-SLOPE, 2007). El mismo que utiliza el mtodo de elementos finitos incluyendo las condiciones climticas y la vegetacin.

2.1.1. Criterios de diseo Fueron adoptados como criterios de diseo los siguientes puntos:

Percolacin de agua hasta 3% de la precipitacin media (Criterio propuesto por Hauser 1999). El criterio de ACAP para clima ridos y semi-ridos es de 10mm por ao (Berson et al 2002).

Perodo de precipitacin de 730 das, considerando el ao de mayor precipitacin.

No se considera la presencia de vegetacin en la cobertura, de manera que se adopta la peor condicin en el diseo.

Los anlisis consideran en todos los casos pendientes mayores o iguales a 2.5 % para favorecer el drenaje superficial (escorrenta).

Reducir la migracin de gas (oxgeno) que ingresa al Pad de lixiviacin. Mantener bajos niveles de coeficiente de gas como mximo 0.03.

2.1.2. Condiciones climticas Fueron revisados los datos histricos de precipitacin de los aos 1985 a 2002 de la Estacin Mina Cuajone, escogindose los aos 2001 y 2002 como modelo climtico. Esto debido a las elevadas precipitaciones del ao 2001 que alcanza un acumulado anual de 311.4 mm. El ao 2002 tiene una precipitacin anual de 139.2 mm. Ambos aos (2001-2002) hacen un acumulado de 450.6 mm en 730 das. La distribucin de la precipitacin en ese perodo se muestra en la Figura 2. Estos aos presentan precipitaciones regulares en los cuatro primeros meses de cada ao y el resto del ao prcticamente es seco con aisladas precipitaciones. Las temperaturas medias mensuales no superan los 13 grados centgrados y estn indicadas en el Cuadro 2.1. La evaporacin actual fue estimada por el programa VADOSE/W (GEO-SLOPE, 2007), considerando -17o de Latitud Sur, con datos promedios de humedad relativa, temperatura, y velocidad del viento.

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Cuadro 2.1 Temperatura promedio mensual

ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC 9.6 9.2 10.1 12.1 11.2 9.1 8.7 6.1 8.6 9.2 7.9 8.9

2.1.3. Caractersticas de los materiales En el Cuadro 2.2 se presenta los parmetros de cada material considerados para el diseo de la cobertura. Los materiales SP-SM y GC-GM fueron encontrados prximos al lugar del proyecto. El material superficial y el material de relleno tienen las mismas caractersticas granulomtricas SP-SM, sin embargo cumplen diferentes funciones en la cobertura. La funcin de permeabilidad de cada material fue determinada usando el modelo de de Fredlund et al (1994).

Cuadro 2.2 Propiedades de los materiales

Material Smbolo n VEA VEW

Ks

(cm/s)

Material superficial SP-SM 0.35 3 200 1.0E-04

Material de baja permeabilidad GC-GM 0.40 30 4000 1.0E-05 Material de relleno SP-SM 0.35 3 200 1.0E-04

Pad de Lixiviacin SC 0.30 0.7 10 1.0E-03 n: Porosidad efectiva (vol/vol) VEA: Valor de Entrada de Aire (kPa) VEW: Valor de Entrada de Agua (kPa) Ks: Conductividad Hidrulica Saturada (cm/s) La permeabilidad del Pad de Lixiviacin fue estimada a partir de su clasificacin granulomtrica (SC) El dice de Plasticidad (IP) del Material de baja permeabilidad es 19.

2.1.4. Caractersticas geomtricas y malla de elementos finitos El modelo geomtrico considerado es el de columna. Un esquema del mismo esta mostrado en la Figura 3. La malla de elementos finitos consta de 122 nudos y 60 elementos rectangulares y paralelos a la superficie. La condicin de contorno climtica est basada en los datos de la seccin 2.1.2 y se localiza en la superficie del modelo de columna.

2.2. Resultados El diseo de la cobertura consiste en tres capas de materiales naturales. De la superficie hasta el contacto con el Pad de lixiviacin tenemos: un material superficial SP-SM de 0.35 m, un material de baja permeabilidad GC-GM de 0.30 m, y finalmente el mismo material de relleno SP-SM de 0.20 m. Mayores detalles y especificaciones

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Modelamiento Numrico para la Cobertura del Pad Lixiviacin Cuajone Pg. 4

estn mostrados en el Cuadro 2.3. El material SP-SM debe ser proyectado para recibir la implantacin de vegetacin bajo las condiciones ambientales del lugar.

Cuadro 2.3 Diseo de la cobertura

Los resultados diarios de flujo muestran direcciones de vectores de velocidad de flujo vertical hacia abajo y arriba. La direccin depende del nivel de precipitacin y evaporacin impuesto cada da. Por ejemplo, en la Figura 4 los vectores de velocidad y saturacin para el da 60 tienen una direccin descendente debido a las intensas precipitaciones de ese da.

Los resultados de las simulaciones indican una velocidad de percolacin anual de 6.85 mm/ao. Para el tiempo analizado de 730 das, el volumen de agua percolado representa el 3.0% de la precipitacin (Cuadro 2.4). Estos valores estn por debajo de los limites mximos recomendados por ACAP y por Hauser (2009) y garantizan el cumplimento del criterio de diseo establecido. Adems el flujo de oxgeno se encuentra entre 0.01 y 0.05 lo cual garantiza el criterio de 0.03 de migracin de oxgeno.

Los perfiles de coeficiente de difusin en funcin del tiempo son mostrados en la Figura 5. En estos perfiles se puede apreciar los bajos niveles de difusin de gas (oxgeno) en la zona del material de baja permeabilidad. Estos valores satisfacen el criterio establecido y garantizan un reducido flujo de oxgeno al interior de la cobertura.

Capa Material SmboloEspesor

(cm)Funcin

1 Material superficial SP-SM 35 Permite el desarrollo de vegetacin nativa ayuda proteger a la cobertura contra la erosin de agua y viento. Sirve para proteger el material GC-GM.

2 Material de baja permeabildad

GC-GM 30 Sirve como un almacn para las aguas de percolan de la capa de material de relleno.

3 Material de relleno SP-SM 20

Forma una barrera capilar con el material de baja permeabilidad reduciendo la percolacin. Sirve tambin como cimentacin de la cobertura.

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Modelamiento Numrico para la Cobertura del Pad Lixiviacin Cuajone Pg. 5

Cuadro 2.4 Balance Hdrico de la cobertura para 730 das

Balance de agua mm %

Precipitacin 450.6 100

Evaporacin actual 591.1 131.2

Escorrenta 0.0 0.0

Almacenamiento 14.2 3.2

Percolacin 13.7 3.0

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3. CONCLUSIONES

El diseo final de la cobertura consiste en una capa superficial de material SP-SM de 0.35 m, seguido de 0.30 m de material de baja permeabilidad GC-GM y finalmente un material de relleno SP-SM de 0.20 m.

El modelo de cobertura cumple con los criterios establecidos para el diseo de un cobertor, reduciendo la percolacin a valores menores que 3% de la precipitacin y manteniendo valores reducidos de coeficientes de difusin.

El caudal de salida, debido a la infiltracin de 3.3E-005 m/dia, estimado para el Pad de Lixiviacin Cuajone es de 1.95 lt/s (para una longitud de corona del dique de 160m).

Antes de las obras de cierre se debe realizar el lavado de la pila de lixiviacin.

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4. REFERENCIAS CABRAL A., TREMBLAY P.., LEFEBVRE G. (2004). Determination of the

diffusion coefficient of oxygen for cover system including a pulp and paper by-product. Geotechnical Testing Journal, Vol, 27, No. 2.

FREDLUND D. G., XING A. & HUANG S. (1994). Predicting the permeability function for unsaturated soil using the soilwater characteristic curve, Canadian Geotechnical Journal 31, 533546.

GEO-SLOPE International Ltd (2007). Vadose Zone Modeling with VADOSE/W 2007.

WILSON W., BRUSSIERE, B, GUERRERO, J. (2007). Gua para el diseo de coberturas de depsitos de residuos mineros. Ministerio de energa y minas del Per, Direccin General de asuntos Ambientales.

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