INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓN AL DISEN AL DISEÑÑO DE O DE PRESAS DE RELAVEPRESAS DE RELAVE

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

SECCIÓN DE POSTGRADO

Dr. Ing. Jorge E. Alva Hurtado

03 y 04 de Febrero del 200603 y 04 de Febrero del 2006

UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN DE TACNA

CONTENIDOCONTENIDO

• INTRODUCCIÓN

• ESTUDIOS BÁSICOS : GEOFÍSICA, GEOTÉCNIA Y RIESGO SÍSMICO

• SISTEMA DE DRENAJE EN DEPÓSITOS DE RELAVE

• DISEÑO SÍSMICO DE PRESAS DE RELAVE

• FALLAS OCASIONADAS POR SISMOS

• CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

ESTABILIDAD FESTABILIDAD FÍÍSICA DE RESIDUOSSICA DE RESIDUOS

• INTRODUCCIÓN

• ESTUDIOS E INVESTIGACIONES BÁSICAS

• DEPÓSITOS DE RELAVES

• BOTADEROS DE DESMONTE

• PILAS DE LIXIVIACIÓN

• TOPOGRAFÍA

• MEDIO AMBIENTE

• GEOLOGÍA/HIDROGEOLOGÍA

• HIDROLOGÍA

• GEOFÍSICA

• RIESGO SÍSMICO

• EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA

ESTUDIOS E INVESTIGACIONES BESTUDIOS E INVESTIGACIONES BÁÁSICASSICAS

• PREOCUPACIONES AMBIENTALES

• ORIGEN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS RESIDUOS

• CONFIGURACIÓN DE LOS DEPÓSITOS

• CRITERIOS DE UBICACIÓN Y DISEÑO

INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓNN

• ESTABILIDAD

• IMPACTOS SOCIO-ECONÓMICOS Y CULTURALES

• DESCARGAS A AGUAS SUPERFICIALES

• FILTRACIONES A AGUAS SUBTERRÁNEAS

• EROSIÓN EÓLICA

• PREVISIONES PARA EL CIERRE Y ABANDONO

PREOCUPACIONES AMBIENTALESPREOCUPACIONES AMBIENTALES

• TALUDES DE PRESA DE CONTENCIÓN

• TALUDES ADYACENTES

• CIMENTACIÓN

• SISMOS

• TUBIFICACIÓN

• REBOSE (OVERTOPPING)

ESTABILIDADESTABILIDAD

Procedimiento Generalizado para el AnProcedimiento Generalizado para el Anáálisis de Estabilidad de lisis de Estabilidad de Taludes en Presas de Relave (Taludes en Presas de Relave (VickVick,1983),1983)

(1) Seleccione la configuración tentativa del talud.

(2) Determine la ubicación de la línea freática en base a drenaje interno, permeabilidad y condiciones de frontera.

(3) Establezca si resultarán excesos de presión de poros iniciales con elevación de la presa.

(4) Ejecute los cálculos de estabilidad para las condiciones aplicables.

(5) Retorne al paso (1) y modifique la configuración tentativa si los factores de seguridad no son adecuados.

Experiencia y criterio

Redes de flujoModelos numéricosSoluciones publicadas

Compare la velocidad de elevación con la velocidad de disipación para relaves y suelos blandos de cimentaciónUse cualquiera de los métodos disponibles después de definir condiciones de carga, casos de análisis y resistencia cortante drenada y no drenada

PASO MÉTODO

Resumen de las Condiciones de AnResumen de las Condiciones de Anáálisis de Estabilidad para Presas lisis de Estabilidad para Presas de Relave (de Relave (VickVick, 1983), 1983)

(1) Final de la construcción

(2) Construcción por etapas

(3) Largo plazo

(4) Desembalse rápido

Dique inicial en cimentación blanda. Elevación de línea central en relave fino.

Terraplenes de cualquier tipo en cimentación blanda.

Terraplenes aguas arriba levantados rápidamente.

Terraplén a máxima altura cuando las elevaciones se construyen lentamente.

Terraplén a máxima altura cuando pueden ocurrir cambios rápidos en carga de material suelto.

Ninguno.

Condición de Análisis

Análisis de resistencia no-drenada y ∅ =0

Análisis incremental tomando en cuenta cambiosen el exceso de presión de poros y presión deporos estáticas en función del tiempo. Use ∅ T óSu/σc para considerar la presión de porosdurante el corte.

Análisis en esfuerzos efectivos utilizando ∅, y

línea freática de infiltración constante.

Análisis en esfuerzos totales tomando en cuentala presión de poros durante el corte generalmenteusando ∅ T

Aplicabilidad Resistencia y Condiciones de Presión de Poros Usuales

Factores MFactores Míínimos de Seguridad para el Talud de Aguas Abajonimos de Seguridad para el Talud de Aguas Abajo(Modificado de COE, 1970)(Modificado de COE, 1970)

Empleando parámetros de resistencia pico al corte

Empleando parámetros de resistencia residual al corte

Incluyendo la carga para el mayor terremoto que puede ocurrir en un período de 100 años

Para el deslizamiento horizontal sobre la base de depósitos de retención de relaves en áreas sísmicas, asumiendo que la resistencia al corte de los relaves detrás de la presa se reduzca a cero.

I* II*

1.5

1.3

1.2

1.3

1.3

1.2

1.2

1.3

* I Si se anticipa que se producirán daños severos como consecuencia de una falla en el depósito.

**II Si se anticipa que no se producirán daños severos como consecuencia de una falla en el depósito.

Suposiciones

CaracterCaracteríísticas de Msticas de Méétodos de Antodos de Anáálisis Comlisis Comúúnmente Empleados para nmente Empleados para la Estabilidad de Taludes (Segla Estabilidad de Taludes (Segúún TRB, 1996)n TRB, 1996)

Limitaciones, Suposiciones, y Condiciones de Equilibrio Satisfechas

Factores bajos de seguridad-muy inexactos para taludes de poca pendiente con presiones altas de poros, sólo para superficie circulares de derrumbes; se asume que la fuerza normal sobre la base de cada rebanada es W cos a; una ecuación (equilibrio de momento de toda la mas), una incógnita (factor de seguridad).

Método Modificado de Bishop Método preciso; sólo para superficie circulares de derrumbe, satisface el equilibrio vertical y el equilibrio de momento total, asume que las fuerzas laterales sobre rebanadas son horizontales.

Método Simplificado de Janbu Método de equilibrio de fuerzas; aplicable a cualquier forma de superficie de derrumbe; asume que las fuerzas laterales son horizontales (las mismas para todas las rebanadas); generalmente los factores de seguridad son considerablemente más bajos que los calculados empleando métodos que satisfacen todas las condiciones de equilibrio.

Método Sueco Modificado Método de equilibrio de fuerzas, aplicable a cualquier forma de superficie de derrumbe; asume que las inclinaciones de las fuerzas laterales son iguales a la inclinación del talud (las mismas para todas las rebanadas); los factores de seguridad a menudo son considerablemente más altos que los calculados empleando los métodos que satisfacen todas las condiciones de equilibrio.

Procedimiento Generalizado deJanbu

Satisface todas las condiciones de equilibrio; aplicable a cualquier forma de superficie de derrumbe, asume alturas de fuerzas laterales por encima de la base de rebanada (variando de rebanada en rebanada); problemas de convergencia numéricos más frecuentes que en algunos otros métodos.

Método

Método Ordinario de Dovelas

CaracterCaracteríísticas de Msticas de Méétodos de Antodos de Anáálisis Comlisis Comúúnmente Empleados para nmente Empleados para la Estabilidad de Taludes (Segla Estabilidad de Taludes (Segúún TRB, 1996)n TRB, 1996)

Método de Morgenstern y Price

Método Limitaciones, Suposiciones, y Condiciones de Equilibrio Satisfechas

Satisface todas las condiciones de equilibrio; aplicable a cualquier forma de superficie de derrumbe; asume que las inclinaciones de las fuerzas laterales siguen un patrón prescrito, llamado f(x); las inclinaciones de las fuerzas laterales pueden ser las mismas o pueden variar de rebanada en rebanada; las inclinaciones de fuerzas laterales son calculadas en el proceso de solución de modo que se satisface todas las condiciones ; método preciso.

Método de Spencer Satisface todas las condiciones de equilibrio; aplicable a cualquier forma de superficie de derrumbe, asume que la inclinación de fuerzas laterales es la misma para todas las rebanadas; la inclinación de la fuerza lateral es calculada en el proceso de solución de modo que se satisface todas las condiciones de equilibrio; método preciso.

• EVITAR FORMACIÓN DE AGUAS ÁCIDAS

• CONTROL DEL INGRESO DE ESCORRENTÍA

• CONTROL/TRATAMIENTO DE DESCARGAS

PROTECCIPROTECCIÓÓN DE LAS AGUASN DE LAS AGUAS

• DESVÍO AGUAS ARRIBA

• CANALES DE INTERCEPCIÓN (CORONACIÓN)

CONTROL DEL INGRESO DE AGUA DECONTROL DEL INGRESO DE AGUA DEESCORRENTESCORRENTÍÍAA

MMÉÉTODOS DE MANEJO DE ESCORRENTTODOS DE MANEJO DE ESCORRENTÍÍA EXTERNAA EXTERNA

(Vick, 1983)

(a) Almacenamiento (b) Paso a través de aliviadero

Aliviadero

MMÉÉTODOS DE MANEJO DE ESCORRENTTODOS DE MANEJO DE ESCORRENTÍÍA EXTERNAA EXTERNA

(Vick, 1983)

(d) Almacenamiento y desvío por tajos y desmonte

Canal de desvío

(c) Desvío por canales

Desmonte

Tajo de mina

MMÉÉTODOS DE MANEJO DE ESCORRENTTODOS DE MANEJO DE ESCORRENTÍÍA SUPERFICIALA SUPERFICIAL

(Vick, 1983)

(f) Almacenamiento y desvío por presa aguas arriba y aguas arriba y conducto

Canal de desvíoDesmonte

(e) Desvío por canales

Conducto

Relaves

• CONOCER BALANCE DE AGUAS

• RECOLECTAR DRENAJE

• INTERCEPTAR FILTRACIONES

• TRATAMIENTO

CONTROL DE DESCARGASCONTROL DE DESCARGAS

• RELAVES

• RESIDUOS DE LIXIVIACIÓN

• DESMONTE DE ROCA

ORIGEN Y CARACTERORIGEN Y CARACTERÍÍSTICASSTICAS

• PRESAS DE CONTENCIÓN

• EMBALSE DE RELAVES

• SISTEMA DE CICLONEO

• SISTEMA DE DECANTACIÓN

• SISTEMA DE DRENAJE

• FILTROS

• SISTEMA DE CONTROL DE FILTRACIONES

• SISTEMA DE RETORNO DEL AGUA

• SISTEMA DE RECIRCULACIÓN

• SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUA

DEPDEPÓÓSITOS DE RELAVESSITOS DE RELAVES--ELEMENTOSELEMENTOS

• CARACTERÍSTICAS DEL RELAVE

• CAUDAL (PASTA)

- SÓLIDOS

- AGUA

• CAPACIDAD REQUERIDA/DISPONIBLE

• TOPOGRAFÍA

• HIDROLOGÍA

• CIMENTACIÓN

• RIESGO SÍSMICO

PARPARÁÁMETROS DE DISEMETROS DE DISEÑÑOO

• TIPO RETENCIÓN DE AGUA

- MATERIAL DE PRÉSTAMO

- DESMONTE DE MINA

• RELAVE CICLONEADO

- AGUAS ARRIBA

- AGUAS ABAJO

- LÍNEA CENTRAL

TIPO DE PRESATIPO DE PRESA

RiprapNúcleo impermeable Filtro

Zona de drenaje

Agua decantada

Relave

PRESA DE MATERIAL DE PRPRESA DE MATERIAL DE PRÉÉSTAMOSTAMO

(Vick, 1983)

MMÉÉTODOS DE DESCARGA PERIFTODOS DE DESCARGA PERIFÉÉRICARICA

Poza de Decantación

Poza de Decantación

Playa

Playa

GrifosTubería de descarga de relave

Terraplén

Descarga activa

Segmentos desconectados de tubería

Deltas de relave de descarga previa

(a) Por Grifos

(b) Descarga en un solo punto

(Vick, 1983)

MODELO CONCEPTUAL DE LA VARIACIMODELO CONCEPTUAL DE LA VARIACIÓÓN DE LA N DE LA PERMEABILIDAD DE UN DEPPERMEABILIDAD DE UN DEPÓÓSITO DE RELAVESITO DE RELAVE

Zona 1Arenas de alta Permeabilidad

Zona 2

intermediaLamas de bajapermeabilidad

Zona 3

permeabilidad

Descarga de relave

(Kealy y Busch, 1971))

MMÉÉTODO DE DESCARGA ESPESADOTODO DE DESCARGA ESPESADO

(Robinsky, 1979)

Descarga permanente

(a)

Poza de aguas de relave

Poza de aguas de recuperación

• VALLE• LADERA• ANILLO

CONFIGURACICONFIGURACIÓÓN GENERALN GENERAL

(a) Simple

EMBALSE A TRAVEMBALSE A TRAVÉÉS DE VALLES DE VALLE

(b) Múltiple

(Vick, 1983)

(a) Simple

(b) Múltiple

EMBALSE EN LADERAEMBALSE EN LADERA (Vick, 1983)

(a) Simple

EMBALSE EN FONDO DE VALLEEMBALSE EN FONDO DE VALLE

(b) Múltiple

(Vick, 1983)

Canal de desvío

• GRANULOMETRÍA DEL RELAVE ENTERO

• DILUCIÓN

• UNDERFLOW (ARENA)- SÓLIDOS- AGUA- GRANULOMETRÍA

• OVERFLOW (LAMA)- SÓLIDOS- AGUA- GRANULOMETRÍA

SISTEMA DE CICLONEOSISTEMA DE CICLONEO

SECUENCIA DE ELEVACISECUENCIA DE ELEVACIÓÓN, PRESA AGUAS ARRIBAN, PRESA AGUAS ARRIBA(Vick, 1983)

Poza decantadora Playa de relave depositado congrifos

Línea dedescarga derelave

Dique de inicio

Diqueperimental

(a)

(b)

(c)

(d)

Condición de poza baja

Condición de poza alta

Segregación de playa baja

Efecto de la segregación de playa y variación lateral de la permeabilidad

Cimentaciónpermeable

Segregación de playa alta

Cimentaciónimpermeable

Efecto de la permeabilidad de la cimentación

Efecto de localización del agua en la poza(a)

(b)

(c)

FACTORES QUE INFLUENCIAN LA LOCALIZACIFACTORES QUE INFLUENCIAN LA LOCALIZACIÓÓN DE LAN DE LALLÍÍNEA FRENEA FREÁÁTICA PRESA AGUAS ARRIBATICA PRESA AGUAS ARRIBA

(Vick, 1983)

SECUENCIA DE ELEVACISECUENCIA DE ELEVACIÓÓN, PRESA AGUAS ABAJON, PRESA AGUAS ABAJO(Vick, 1983)

Dique de inicio

Dren interno

Zona impermeableAgua almacenada

(a)

(b)

(c)

(d)

Poza decantadoraPlaya de relavedepositada por grifos

Línea de descargade relave

Dique de inicio

Dren interno

(a)

(b)

(c)

SECUENCIA DE ELEVACISECUENCIA DE ELEVACIÓÓN, PRESA LN, PRESA LÍÍNEA CENTRALNEA CENTRAL(Vick, 1983)

H

H = H

H = H = H

2

3 2 1

1

1

A1

A = 3A2 1

1A = 2A2

(a) Aguas arriba

(b) Aguas abajo o presa de tierra

(c) Línea central

COMPARACICOMPARACIÓÓN DE VOLN DE VOLÚÚMENES DE RELLENO PARA MENES DE RELLENO PARA VARIOS TIPOS DE PRESASVARIOS TIPOS DE PRESAS

(Vick, 1983)

• TORRE

• QUENAS

• BALSAS

SISTEMA DE DECANTACISISTEMA DE DECANTACIÓÓNN

MMÉÉTODOS DE DECANTACITODOS DE DECANTACIÓÓNN

(Vick,1983)

Balsa ybomba o sifón

Pontones

Línea de retornode agua

A la planta

A la planta

Presa

PresaConducto

RelavePuntos Sellados

Puntos abiertos

a) Balsa flotante

b) Torre de decantación

de apoyo

Relave

• DEPRIMIR NIVEL FREÁTICO

• PREVENIR AFLORAMIENTO EN TALUD DE AGUAS ABAJO

• REDUCIR FUERZAS DE FILTRACIÓN

• DIRIGIR FILTRACIONES A PUNTOS CONTROLADOS

SISTEMA DE DRENAJESISTEMA DE DRENAJE

(a) Aguas abajo

(b) Línea central

USO DE NUSO DE NÚÚCLEO DE BAJA PERMEABILIDAD EN PRESAS DE RELAVECLEO DE BAJA PERMEABILIDAD EN PRESAS DE RELAVE

(Vick,1983)

a) Aguas arriba con dique de inicio y carpeta

b) Aguas abajo con dren y carpeta

c) Línea central con dren y carpeta

USOS DE ZONAS DE DRENAJE INTERNO EN PRESAS DE RELAVEUSOS DE ZONAS DE DRENAJE INTERNO EN PRESAS DE RELAVE

(Vick,1983)

(a) Aguas arriba

(b) Aguas abajo

(c) Línea central

Lama

Lama

Lama

Arena

Arena

Arena

USO DE RELAVE PARA DRENAJE INTERNO EN PRESAS DE RELAVEUSO DE RELAVE PARA DRENAJE INTERNO EN PRESAS DE RELAVE

(Vick,1983)

• PREVENIR MIGRACIÓN DE PARTÍCULAS (TUBIFICACIÓN)

• SUELOS GRANULARES

• GEOTEXTILES

FILTROSFILTROS

• RELAVE PRESA • RELAVE DRENES• RELAVE SUELOS NATURALES• PRESA DRENES

FILTROSFILTROS--UBICACIONESUBICACIONES

• DESCARGA “CERO”

• INTERCEPCIÓN GRADIENTE ABAJO

• CORTINA IMPERMEABLE

• POZOS

• RETORNO DE POZA DE DECANTACIÓN

CONTROL DE FILTRACIONESCONTROL DE FILTRACIONES

• TOPOGRAFÍA Y CAPACIDAD• UBICACIÓN RESPECTO A CONCENTRADORA• TECTÓNICA LOCAL• IMPACTOS SOCIO-ECONÓMICOS• RÉGIMEN HIDROGEOLÓGICO• ESTABILIDAD• CONTROL Y MANEJO DE AGUAS DE ESCORRENTÍA• CONTROL Y MANEJO DEL EXCESO DE AGUA• CONTROL Y MANEJO DE FILTRACIONES

CRITERIOS DE UBICACICRITERIOS DE UBICACIÓÓN Y DISEN Y DISEÑÑOO