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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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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
Estabilidad - muro y relave
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Estabilidad - muro y relave
Agua
•Ubicación de laguna
•Control de filtraciones (impermeabilización)
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Estabilidad - muro y relave
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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Manejo de escorrentías
Factores claves en la estabilidad del muro
•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
Vertedero Operación
Muro
Obras de Manejo de
Avenidas
• Evacuador
• Canales de Contorno
• Túnel de desvío
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Manejo de escorrentías
Factores claves en la estabilidad del muro
•Evacuador
•Crecida de diseño
•Criterios (desvío no funciona)
•Borde libre mínimo
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Manejo de laguna
Factores claves en la estabilidad del muro
•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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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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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
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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Insertar figura de balsas de recuperación u otra característica del depósito
Mina Los Bronces Mina Los Bronces Las Tórtolas DepositLas Tórtolas Deposit
34
Las Tortolas Tailings EmbankmentLas Tortolas Tailings EmbankmentSand Embankment under ConstructionSand Embankment under Construction
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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
Vertedero Operación
Laguna
Vertedero Operación
Muro
Obras de Manejo de Avenidas
• Evacuador
• Canales de Contorno
• Túnel de desvío
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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