diseño de presas de relaves

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Diseño de presas de relavesDiseño de presas de relavesSeguridad y Ambiente

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Diseño de presas de relaves

Contenido

Seguridad

•Estabilidad – muro y relave

•Manejo de escorrentías

•Manejo de agua embalsada

Ambiente

•Generación de agua ácida

•Descarga de aguas superficiales y subterráneas

•Emisión de polvo

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Seguridad

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Comentario General

• La presencia de agua es un elemento clave en la estabilidad de la mayoría de las estructuras de tierra.

• El agua puede actuar tanto a nivel interno como externo:

• Presión de poros

• Presión externa o erosión

• En general los materiales finos son mucho más sensibles a la acción del agua que los gruesos

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Estabilidad - muro y relave

Factores claves en la estabilidad del muro

Material

•Tipo (fino/grueso)

•Densidad

•Humedad / napa

•Sistema de drenaje

Agua

•Ubicación de laguna

•Control de filtraciones

Método de construcción

•Aguas abajo

•Línea central

Geometría (taludes)

Sismicidad

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Material

•Tipo:

•arena de relave Quillayes

•empréstito Andaychagua

•estéril Candelaria

•Densidad

•Humedad y nivel de napa

•Sistema de drenaje


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Agua

•Ubicación de laguna

•Control de filtraciones (impermeabilización)

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Método de construcción

•Aguas abajo

•Línea central

Torito

Tortolas

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Geometría (taludes)

Sismicidad

La geometría (taludes) es consecuencia del material de construcción, método constructivo y de las solicitaciones dinámicas del muro

La sismicidad define las solicitaciones dinámicas del área a través de métodos determinísticos y probabilísticos

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Métodos de cálculo de estabilidad

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Manejo de escorrentías


•Desvío de escorrentías normales

•Quebradas principales

•Canales de contorno

•Criterio de dimensionamiento de desvío

Cuenca aportante

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Quillayes

El Chinche

Embalse Cola

Vertedero abandono

Vertedero Existente

Vertedero Proyectado

Túnel de Desvío

Vertedero Operación

Laguna


Muro

Obras de Manejo de

Avenidas

• Evacuador

• Canales de Contorno

• Túnel de desvío

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Manejo de escorrentías


•Evacuador

•Crecida de diseño

•Criterios (desvío no funciona)

•Borde libre mínimo

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Manejo de laguna


•Manejo de laguna de clarificación

•Ubicación / Esquema de depositación

•Control de filtraciones (impermeabilización)

•Variación estacional

•Borde libre mínimo

•Evacuador: ubicación y dimensionamiento

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Ambiente

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Comentario General

• La presencia de agua es un elemento clave en el impacto ambiental de los relaves.

• El agua actúa principalmente como:

• Agente de transporte de soluciones

• Inhibidor o excitador de reacciones

• Agente de erosión

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Generación de agua ácida

Inhibición de la generación mediante

•Control de acceso del oxígeno (agente oxidante)

•Eliminación del medio de transporte

Medidas de diseño

•Cubierta del relave con agua o material de baja permeabilidad (evita ingreso de O2 ó H2O)

•Adición de elementos básicos para neutralizar la reacción

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Descarga de aguas

superficiales y subterráneas

Control

•Ingreso de aguas naturales al depósito (mediante canales de coronación, bocatomas, drenes, etc.)

Cuenca aportante

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Descarga de aguas

superficiales y subterráneas

Control

•Egreso descontrolado de aguas de contacto y tratamiento de efluentes a cursos naturales (superficial y subterráneo)

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Emisión de polvo

Causas típicas

•Presencia en superficie de relaves gruesos con pocos finos (arena) o relaves remoldeados

•Ambiente seco

•Viento

Medidas de diseño

•Cubierta del relave con material granular o cohesivo (solución definitiva)

•Adición de elementos químicos para generar una superficie resistente al viento (solución temporal)

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Gracias

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Relaveras

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Concentrate Plant

Planta Concentradora

Water Diversión

Embankment Dam

Muro de Cola

El Chinche Tailings Dam

Presa de Relaves El Chinche

Los Quillayes Tailings Dam

Depósito de Relaves Quillayes

Aerial View of Quillayes Tailings Dam

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Lay Out of Quillayes Tailings DamArreglo General del Depósito de Relaves

25Quillayes under Construction

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Partial View of Quillayes Tailings DamPartial View of Quillayes Tailings Dam

27 27

Quillayes Tailings DamCross Section of Sand Dam Embankment

Material: Tailings sandUltimate height: 198 m

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Quillayes Tailings DamQuillayes Tailings DamSand Dam Embankment at the beginningSand Dam Embankment at the beginning

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Seepage cutoff

CANDELARIA TSFCANDELARIA TSFTailings deposit

Flotation Plant

Waste Dump

Open pit

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CANDELARIA TSF

31 31

-Material: Waste rockUltimate height: ∼188 m

CANDELARIA TSF Cross Section

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Insertar figura de balsas de recuperación u otra característica del depósito

Mina Los Bronces Mina Los Bronces Las Tórtolas DepositLas Tórtolas Deposit

33

Las Tórtolas Tailings EmbankmentCross Section

Material: Tailings sandUltimate height: 190 m

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Las Tortolas Tailings EmbankmentLas Tortolas Tailings EmbankmentSand Embankment under ConstructionSand Embankment under Construction

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El Soldado MineEl Soldado MineEl Torito DepositEl Torito Deposit

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Mina YauriMina YauriAndaychagua, PerúAndaychagua, Perú

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Tranque Quillayes

RELAVES

LAGUNA

DRENAJE

PISCINAS

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LAGUNA

MURO DE ARENA

RELAVES

Tranque Mauro

DRENAJE

Estero Pupío

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¿Por qué es seguro el muro de contención?

CoronamientoRelaves/lamas

Arena de relave

Drenaje basal

Revancha

3,5 metros

1 metro

Piscina de recolección de aguas

• Control en el proceso constructivo de un muro (materiales)• Sistemas de monitoreo en la operación (condiciones diseño)• Sistemas de evacuación de emergencia. (eventos extremos)• Estado del arte en el diseño – Lecciones Aprendidas.

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Piezómetro

Rodillo compactador de10 ton

Relleno en capas

Control en la Construcción de un muro

• Densidad (nivel de compactación)

• Granulometría (% de finos).

• Nivel de agua.

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Los muros de contención son estables debido a:• Permeabilidad de la arena

(%finos <18)

• Drenaje basal

• Densidad de la arena en la parte basal (> 55% DR)

Monitoreo de variables claves:

•Nivel piezométrico

•% de finos

•Densidad

Control operacional es clave para la regulación de las variables

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Sistemas de instrumentación y control durante la operación• Presiones de poros,(presión del agua durante un sismo)

• Niveles freáticos (nivel de agua al interior del muro),

• Desplazamientos,

• Asentamientos,

• Filtraciones,

• Aceleraciones sísmicas

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Quillayes

El Chinche

Embalse Cola

Vertedero abandono

Vertedero Existente

Vertedero Proyectado

Túnel de Desvío


Laguna


Muro

Obras de Manejo de Avenidas

• Evacuador

• Canales de Contorno

• Túnel de desvío

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Tranques que han Resistido Grandes Terremotos en Zona Central

Las Tórtolas

Carén

Ovejería

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Métodos de Análisis de Estabilidad

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Análisis de Estabilidad

• Métodos de Equilibrio Límite

• Métodos Dinámicos

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• Únicos aplicados hasta la década del 70

• Considerados suficientes para presas con alturas < 40 m y capacidades < a 50 Mm3 (referencial)

• Un punto crítico es la determinación o selección del coeficiente sísmico horizontal, kh

• FS = Fuerzas Resistentes Fuerzas Solicitantes

Surface of firm stratumDrain

Homogeneous Embankment

Surface of firm stratumDrain

Homogeneous Embankment

MÉTODO DE EQUILIBRIO LÍMITE

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Algunos “Criterios” para estimar kh

Autor kh Observación

Terzaghi (1950)kh =0.1, kh =0.2 y kh =0.5

Para sismos severos, violentos y destructivos,y sismos catastróficos respectivamente,

Noda & Uwave (1976)

kh=amax/g Si amax ≤ 2 m/s2

kh=0.33·(amax/g)0.33 Si amax > 2 m/s2

Seed (1979)

kh=0.10, FSsísmico ≥ 1.15

Grandes deslizamientos y sitios cercanos a la fuente sísmica, capaz de generar un sismo de Magnitud 6.5

kh=0.15, FSsísmico ≥ 1.15

Grandes deslizamientos y sitios cercanos a la fuente sísmica, capaz de generar un sismo de Magnitud 8.5

Seed (1980)kh=0.15FSsísmico ≥ 1.15

Siempre que no exista una pérdida significativa de resistencia de los materiales durante el sismo (suelos arcillosos, arenas drenadas y suelos no-cohesivos densos). Además, sugiere verificar deformaciones con método de Newmark (1965)

Marcuson (1981)kh=0.33·amax/g, a kh=0.5·amax/g

Considera posible amplificación ó amortiguamiento

Krinitzsky et.al (1993), Taniguchi & Sasaki (1986)

kh=0.65·amax/g Recomendada para deslizamiento de magnitud intermedia,

Seed & Martin (1966), Dakuolas & Gazetas (1986)

kh=amax/g Para un talud pequeño.

kh=0.65·amax/g Deslizamiento de magnitud intermedia,

Idem Seed (1979) Grandes deslizamientos,

Hynes-Griffin & Franklin (1984)

kh=0.5·amax/gPara presas y con FS=1, concluyó que la presa no estará sujeta a deformaciones

importantes.

Saragoni (1993)kh=0.3·amax/g Si amax ≤ 6.6 m/s2

kh=0.22·(amax/g)0.33 Si amax > 6.6 m/s2

Kramer (1996) kh=0.5·amax/g Apropiado para muchos taludes, pero acota que no es una regla general.

Division of Mines and Geology, California (1997)

kh=0.15 -

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ANALISIS DINAMICO

Métodos utilizados

• Método Lineal Equivalente ⇒ Programa QUAD4

• Método no lineal directo ⇒ Programa FLAC

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ANALISIS DINAMICOCódigo QUAD4

• Método de Elementos Finitos (MEF)

• Respuesta asignando valores de módulo de corte (G) y razón de amortiguamiento (D), en función del nivel de deformación de cada elemento, utilizando el método lineal equivalente.

Ejemplo de curvas de variación G/Gmax y D con la deformación angular.

- - Arenas Seed & Idriss __ Arenas Viña del Mar (Bard et all)

- - Arenas Seed & Idriss __ Arenas Viña del Mar (Bard et all)

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Código FLAC• Diferencias finitas (MDF) y no linealidad de materiales.

• En general se usa un modelo elasto-plástico perfecto para representar el comportamiento de los materiales constitutivos.

• El amortiguamiento (D) se incorpora implícitamente cuando hay plastificación, y, en forma directa, al incorporar un valor adicional por amortiguamiento viscoso (valor que depende del confinamiento y del material).

• Los siguientes parámetros se requieren: densidad, cohesión, fricción interna, resistencia no drenada, módulo de deformación y volumétrico. Según el material también se requiere: presión de poros por cargas cíclicas, coeficiente de consolidación, etc.

ANALISIS DINAMICO

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Zonas susceptibles de presentar licuación.

Desplazamientos horizontales remanentes por sismo de diseño.

EJEMPLO SALIDA FLAC

ANALISIS DINAMICO

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PRACTICA CHILENA

Pasos a seguir para el análisis de estabilidad de una presa de relaves

diseño de presas de relaves

Engineering