5.1.3 Estabilidad Física de Botaderos de Desmontes.doc

“Plan de Cierre de Pasivos Ambientales Ambientales de la Compañía Minera Aruntani S.A.C. “Unidad Santa Rosa”

Estabilidad Física de Botaderos de Desmontes 1. Generalidades

Como Como conse consecue cuenci ncia a de las las activ activida idades des miner mineras as realiz realizada adass por la Unid Unidad ad Minera Santa Rosa, ubicado en la localidad de Santa Rosa, provincia del Collao-P Collao-Puno, uno, se ha generado generado botadero botadeross de desmonte desmontes, s, provocan provocando do áreas áreas impac impactad tadas, as, con volúme volúmenes nes y restos restos miner mineros os de gran gran consid considera eraci cin, n, de carac caracter ter!st !stica icass diver diversas sas en su minera mineralo log!a g!a,, como como son "os "os botade botaderos ros de desmo desmonte nte,, #ue $ueron $ueron origin originad ados os por divers diversas as labore laboress minera minerass tanto tanto de e%plotacin e%plotacin a ta&o abierto, as! como cateos y traba&os de e%ploracin super$icial' (n el prese presente nte !tem !tem se e%pon e%ponen en los criter criterio ioss utiliz utilizado adoss para para asegur asegurar ar la estabi estabililidad dad $!sica $!sica de los dise) dise)os os #ue #ue se propo propone ne con $ines de cierre cierre'' "a estabi estabililidad dad $!sica $!sica impli implica ca el acondi acondicio cionam namien iento to de la estruc estructur tura a median mediante te traba& traba&os os de cortes cortes,, relle relleno no y cober cobertur tura a los los cuales cuales garan garantic ticen en estabi estabililidad dad duradera, para ello es su&eto de análisis en $uncin a sus caracter!sticas $!sicas y de resistencia'

2. Objetivos de Cierre

"os ob&etivos de cierre correspondientes correspondientes a los botaderos de desmonte dirigidos dirigidos a asegurar la estabilidad $!sica son* 

(vitar el ingreso de aguas de escorrentia #ue puedan generar un proceso de inestabilidad, mediante la saturacin y la generacin de presiones de poro en el talud, en la cimentacin y en las super$icies de contacto'



+segurar la estabilidad estabilidad de los taludes asumiendo las condiciones condiciones más des$avora des$avorables bles e%istent e%istentes es durante durante el per!odo per!odo post-cie post-cierre, rre, como eventos eventos s!smicos y climáticos'



+segurar la estabilidad estabilidad de las las coberturas a colocar' colocar'



+segurar, +segurar, con pe#ue)as obras de contencin, el pie de los taludes t aludes contra la in$luencia de las escorrent!as o $lu&os #ue puedan ocurrir en la base de los botaderos de desmontes'

Por ello, los estudios de estabilidad $!sica se orientan a la estabilidad contra deslizamientos, corrimientos o problemas de derrumbes ya sea super$iciales o pro$undos'

Informe Final – Rev. A "var"###"a$$s"conversion"tm$"scratc%&'"()*)+),)-.doc "var"###"a$$s"conversion"tm $"scratc%&'"()*)+),)-.doc

CESE In!enieros a/o -**0

“Plan de Cierre de Pasivos Ambientales de la Compañía Minera Aruntani S.A.C. “Unidad Santa Rosa”

3. Criterios de Cierre a)

Re1bicaci2n de los Botaderos de Desmonte

Se de$ine si la ubicacin actual del botadero o depsito de desmonte es adecuada o no, teniendo en cuenta los criterios siguientes* 

Se ubica en el cauce de una #uebrada'



(stá en una zona donde no permite hacer las obras de proteccin de las escorrent!as' (ste criterio es muy importante si se trata de un botadero de desmonte generador de acidez'



Causa una contaminacin visual, con un paisa&e no acorde a la zona'



(conmicamente es muy costoso hacer las obras de cierre por no tener la topogra$!a adecuada'

Si el botadero de desmonte debe ser reubicado entonces, se tendrá #ue sacar todo el material de dicho botadero de desmonte y $inalmente limpiar completamente la zona, per$ilar y revegetar si las condiciones lo permiten' Si el botadero de desmonte no será reubicado se tendrá #ue evaluar si es $!sicamente estable o no, y establecer un dise)o de estabilidad para el cierre, tomando en cuenta cortes y rellenos'

b) Estabilidad Física

"os criterios utilizados en el dise)o se basan en la aplicacin de metodolog!as de análisis y dise)o, para obras de ingenier!a geotcnica' "as pruebas y ensayos para la obtencin de la in$ormacin de sitio y de los materiales e%istentes cumplen procedimientos estandarizados internacionalmente' "os criterios de dise)o se basan en la aplicacin de modelos, procedimientos de análisis y dise)o #ue son actualizados permanentemente a la luz de los resultados obtenidos en proyectos similares' (n los análisis de estabilidad de taludes se considera un valor m!nimo de .actor de Seguridad .S de /'0 en la condicin estática, sin sismo' Para la condicin pseudo-estática se considera un coe$iciente s!smico e#uivalente a 1 de la aceleracin s!smica de dise)o' (l per!odo de e%posicin s!smica es de 022 a)os' (l valor del .actor de Seguridad m!nimo para la condicin Pseudoestático es de .S3/'2'

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"os criterios de estabilidad mencionados, aseguran un adecuado comportamiento de los taludes desde el punto de vista de la resistencia de los suelos y materiales involucrados, as! como el nivel de de$ormacin de los taludes ante un evento s!smico, condiciones recomendables para el e%tenso per!odo de e%posicin s!smica' 4e$ormaciones no controladas pueden poner en riesgo los elementos de cobertura, encapsulamiento o revegetacin' "os análisis de estabilidad asumen super$icies de $alla tipo circular, planar o $allas del tipo blo#ue' Se utiliza los mtodos de e#uilibrio l!mite de 5ishop Simpli$icado y de 6anbu' Para la realizacin de los análisis de estabilidad se utiliza el programa de cmputo S7+5" versin 0'2 de la Universidad de Purdue, (('UU y el programa M+C'S7'+'R'S 8222-Rel 8'/ de Macca$erri Stability +nalisis o$ Rein$orced Soils "os análisis de estabilidad consideran el comportamiento drenado mediante el uso de los parámetros de resistencia e$ectivos de suelos, materiales granulares y drenantes, #ue con$orman los botaderos de desmontes' "a evaluacin con M+C'S7'+'R'S 8222-Rel 8'/ incluye estabilidad interna, estabilidad global, análisis de deslizamiento, veri$icacin de estabilidad de muro y cálculo de asentamientos' Si el botadero de desmonte es $!sicamente estable, siguiendo los criterios anteriores, entonces solo se hará traba&os de per$ilado para poder colocar una cobertura adecuada, y si las condiciones lo permiten s revegetará' Si el botadero de desmonte no es $!sicamente estable se proponen tres mtodos de cierre*

i)

3todo de Ban41etas

(s un mtodo en el #ue se usa el mismo material del botadero de desmonte, material de corte como relleno se llega a estabilizar $!sicamente, pues se #uita la sobrecarga #ue genera un gran volumen de masa en la parte superior' Para poder usar el mtodo del ban#ueteo, muchas veces se necesita tener una topogra$!a de pendiente ba&a en la parte del pie de talud' 9ste es el mtodo más econmico, pero a veces no se puede utilizar por las condiciones del entorno'




ii)

3todo de Gaviones

(l mtodo de :aviones es muy usado para la contencin del pie de talud, se utiliza como muros de contencin lo cual ayuda a no desplazar el desmonte, dándole una altura adecuada para lograr el ángulo de estabilidad, esto permite tener alturas de taludes mayores a las #ue se puede obtener con el mtodo de ban#uetas' (ste mtodo puede ser tambin mi%to, es decir, usar gaviones y ban#uetas esto depende de las caracter!sticas del desmonte y del entorno #ue lo rodea' (conmicamente es a veces muy costoso pues los insumos re#ueridos como las piedras #ue con$orman los gaviones no se encuentran en la cercan!a' 3todo de Gaviones




iii)

3todo de S1elo Refor5ado

(l mtodo del suelo re$orzado nos permite utilizar ángulos mucho mayores #ue los mtodos anteriores, ya #ue el uso de la geomalla lo permite, esto nos lleva a contener me&or el pie de talud evitando #ue ste se prolongue más' (conmicamente es el mtodo menos recomendado por el costo de sus insumos' 3todo de S1elo Refor5ado

4. Alternativas de Cierre

Se evalúa el procedimiento a seguir para la toma de decisin del cierre de los botaderos de desmontes para ello, un diagrama de .lu&o nos muestra la metodolog!a a seguir, teniendo #ue escoger entre el uso de tres alternativas, si el deposito de desmonte no esta $!sicamente estable y no será reubicado'




5otadero de 4esmonte

Si

Bo

K(s $isicamente estableJ

KReubicacin del 4esmonteJ

Si

Si

Bo

KReubicacin del 4esmonteJ

Reubicar desmonte

Bo

(valuar +lternativa /' 5an#uetear 8' Colocar :aviones <' Usar suelos re$orzdos

Per$ilar y revegetar

(stabilizar taludes

"a Matriz de Seleccin de +lternativas nos muestra el ran;ing a utilizar, ste se usará teniendo en consideracin las caracter!sticas de cada botadero de desmonte y el entorno topográ$ico en el #ue se encuentre' +"7(RB+7D+S .A6RI7 DE SEECCI89 DE A6ER9A6I:AS

C+R+C7(RES7C+S, +7R5U7FS G 5FB4+4(S / Costos 8 Sistema constructivo < Iurto de materiales colocados > Control y monitoreo 0 7iempo de e&ecucin ? nsumos @ mpacto Disual A +porte Social = +dherencia con la cobertura /2 :arantia de perpetuidad 7otal

PFB4(R+C B

0 > < 8 8 < > 8 > >

/

8

<

s a t e u # n a 5

s e n o i v a :

o d o a l e z r u o S $ e R

= < / / < < < / < < //0

< < < < < < / / < < A@

< / < < < < < / < / @=

"a me&or alternativa para el cierre de botaderos de desmontes es el uso de ban#uetas, seguido por usar gaviones en pie de talud y como ultima opcin usar el sistema de suelos re$orzados' Informe Final – Rev. A "var"###"a$$s"conversion"tm$"scratc%&'"()*)+),)-.doc



5. Obras de Cierre

"a dimensiones de los botaderos en esta zona, amerita solo la estabilizacin en su propio emplazamiento, teniendo en cuenta #ue e%isten estudios para su disposicin #ue son mencionados seguidamente* - (studio de ngenier!a 5otadero de 4esmonte de Mina Bo 8 Unidad Minera Santa Rosa - Fptimizacin del 4ise)o del 5otadero Sur de la Mina Santa Rosa - Plan de restauracin +mbiental del 5otadero Borte a)

Estabili5aci2n física de botaderos de desmontes

"os botaderos de desmontes #ue serán estabilizados $!sicamente en su ubicacin inicial, se hará por las siguientes causas* 

Bo estar ubicados en zonas de cauce de #uebradas'



7ener volúmenes muy considerables'



(star ubicados en zonas estables'

i)

An;lisis de estabilidad

(l análisis de estabilidad se ha realizado considerando el tipo de material, para el caso de depsitos del material,la seccin más cr!tica, de los depsitos de desmonte, utilizando los criterios ingenieriles, hiptesis y un modelo matemático' lo #ue ha posibilitado estudiar detalladamente una gran variedad de con$iguraciones de $alla' (ste modelo analiza la estabilidad de taludes tomando en cuenta las propiedades del suelo Lcohesin y $riccin, las caracter!sticas geomtricas del talud, las variables desencadenantes interactuando con las condiciones reales del dise)o' Para el cálculo de los $actores de seguridad al corte se ha empleado el mtodo simpli$icado de de 5ishop simpli$icado L/=00 y de 6anbu L/=0@ basado en la determinacin, mediante el análisis de e#uilibrio l!mite, de la relacin entre la resistencia disponible del suelo al corte y el es$uerzo cortante re#uerido para mantener el e#uilibrio l!mite a lo largo de super$icies #ue de$inan un mecanismo potencial de $alla Lc!rculos de $alla' Utilizando los criterios, hiptesis y modelo matemático antes indicados, los cálculos relativos al análisis de estabilidad de taludes se realizaron empleando un programa de cmputo geotcnico de reconocida con$iabilidad Lprogramas S7+5" >, >M, 0, 0M, ? y ?I lo #ue posibilita estudiar, detalladamente una gran Informe Final – Rev. A "var"###"a$$s"conversion"tm$"scratc%&'"()*)+),)-.doc



variedad de con$iguraciones alternativas para obtener una seccin ptima, aceptable tanto desde el punto de vista de la seguridad como de econom!a de la obra' (l programa analiza la estabilidad de taludes tomando en cuenta las propiedades del suelo Lcohesin y ángulo de $riccin, las caracter!sticas geomtricas del talud y las variables desencadenantes de deslizamiento Lnivel de agua' "os parámetros correspondientes a las propiedades de los materiales #ue componen la el talud, re#ueridos para el análisis de estabilidad, son los siguientes*    

Peso unitario húmedo L γ h Peso unitario saturado L γ sac Cohesin Nngulo de resistencia al corte

"os valores de estos parámetros se han seleccionado teniendo en consideracin los resultados de los diversos ensayos de campo y de laboratorio, la evaluacin de las condiciones geolgicas y geotcnicas de la cimentacin'

ii)

etodolo!ía de an;lisis

Para el análisis de estabilidad de taludes se ha empleado e%clusivamente el mtodo simpli$icado de 5ishop, debido a #ue, en general, los valores de los $actores de seguridad obtenidos mediante dicho mtodo para super$icies de $alla circulares di$ieren en un 0O a /2O por de$ecto Les decir, dando un margen conservador de seguridad de los valores obtenidos empleando mtodos rigurosos de análisis Ltales como el de Spencer o el de Morgenstern  Price' Por tanto, para $ines prácticos, el mtodo simpli$icado de 5ishop es satis$actorio' (l cálculo utiliza el mtodo de las dovelas' (ste mtodo asume #ue no hay $uerzas de corte entre dovelas adyacentes y #ue la geometr!a de cada una #ueda de$inida por su altura, h, medida a lo largo de su l!nea central, su ancho, ∆%, y por las inclinaciones de su base y de su parte superior, α y β respectivamente' (l mtodo satis$ace el e#uilibrio de $uerzas verticales para cada dovela' Por lo tanto, de acuerdo con el diagrama de cuerpo libre se tiene* ∑ F v = ( ∆ N ! + ∆U α ) os α + ∆S sen α − ∆W (1 − k v )

L/ Informe Final – Rev. A "var"###"a$$s"conversion"tm$"scratc%&'"()*)+),)-.doc



− ∆U β

os

β − ∆Q

os δ

="

+simismo, este mtodo satis$ace el e#uilibrio de momentos de toda la porcin del talud susceptible de $alla, tomados con respecto al centro de la super$icie circular de $alla analizada por lo tanto* n

∑ $∆W (1 − k v ) + ∆U β os β + ∆Q os δ # ( R sen α )

∑ M o =

i =1 n

− ∑ $ ∆U β sen β + ∆Q sen δ # ( R os α − h) i =1

−

n

n

i =1

i =1

∑ $∆S # ( R ) + ∑ $ k h

∆W # ( R os α − haq ) = "

(n la anterior e%presin L8, R es el radio de la super$icie circular de $alla, h es la altura promedio de cada dovela y h e# es la altura vertical entre el centro de la base y el centroide de cada dovela' Por otro lado, considerando #ue el $actor de seguridad es el mismo para todas las dovelas, la resistencia al corte Mohr  Coulomb movilizada L ∆S a lo largo de la base de cada dovela está dada por* ∆C + ∆ N ! t% φ

∆S =

F

(n base a las relaciones anteriores, $inalmente se deduce la $rmula #ue permite hallar el $actor de seguridad al deslizamiento, #ue es la siguiente* n

∑ $∆C + ∆ N ! t% φ # i =1 n

F =

n

n

i =1

i =1

∑ A1 − ∑ A' + ∑ A& i =1

en donde* A1 = $ ∆W (1 − k v ) + ∆U β os β + ∆Q os δ # (sen α ) A' = $ ∆U β sen β + ∆Q sen δ # (os α − h  R )

A& = $k h ∆W # (os α −

heq R

L>a

)

y la $uerza normal L ∆BQ es* L>b ∆ N ! =

1 mα

$∆W (1 − k v ) −

∆C sen α

F

− ∆U α os α + ∆U β os α + ∆U β os β + ∆Q os δ #

donde* Informe Final – Rev. A "var"###"a$$s"conversion"tm$"scratc%&'"()*)+),)-.doc



mα = os α $1 +

t% α t% φ F

#

L>c

"as ecuaciones L>, L>a, L>b y L>c son las e%presiones programadas en el programa S7+5" para calcular el $actor de seguridad al deslizamiento de super$icies de $alla circulares según el mtodo simpli$icado de 5ishop' (l estudio Probabil!stico, determina, para un per!odo de retorno de >@0 a)os la aceleracin de dise)o de 2'<> g, considerando como vida útil de 02 a)os y un nivel de e%cedencia del /2O' (n base a la comparacin de resultados de los estudio 4etermin!stico y Probabil!stico, en el emplazamiento del proyecto se recomienda los siguientes valores 

+celeracin má%ima 3 2'<> g



+celeracin e$ectiva 3 2'80 g

Para el análisis pseudo-estático se considera #ue la masa involucrada en la $alla está sometida a una aceleracin horizontal igual a un coe$iciente s!smico multiplicado por la aceleracin de la gravedad, de modo de tomar en cuenta el e$ecto de las $uerzas inerciales producidas por el terremoto de dise)o' (l coe$iciente s!smico horizontal utilizado $ue de 2'/@ g' "os criterios de dise)o establecidos para el presente análisis $ueron los siguientes*   

M!nimo $actor de seguridad estático a largo plazo igual a /'8 y M!nimo $actor de seguridad pseudo-estático a largo plazo igual a /'2 , 4esplazamientos inducidos por sismo #ue no comprometan la seguridad del apilamiento  la integridad del sistema de revestimiento'

Se debe indicar #ue un $actor de seguridad pseudo-estático mayor #ue /'2 no signi$ica #ue el apilamiento de mineral no se moverá durante un terremoto' "o #ue probablemente ocurrirá es #ue los desplazamientos serán m!nimos y no se producirán da)os permanentes en el sistema de revestimiento, asociados al terremoto de dise)o'




iii) Soft#are em$leado $ara el an;lisis

(l programa realiza los análisis de estabilidad según e#uilibrio l!mite bidimensional, calculando el $actor de seguridad de un talud con varios estratos empleando el mtodo simpli$icado de 5ishop o el mtodo modi$icado de 6anbu' (l programa permite analizar tanto una super$icie única de $alla como una gran cantidad de super$icie de $alla circulares y no circulares' Para los cálculos realizados en el presente estudio, se han considerado /22 y >22 c!rculos de $alla por cada análisis' Se obtiene as! el m!nimo $actor de seguridad, gra$icando las super$icies de $alla con menores $actores de seguridad' (ste programa o$rece, entre otras, las siguientes opciones* • • • •

• • • •

• • •

Sistemas de suelos heterogneos' Suelos con caracter!sticas de resistencia anisotrpicas (nvolvente no lineal de es$uerzos, según Mohr Coulomb Presiones de poros calculados de diversas maneras* + partir del coe$iciente de presin de poros ru de una super$icie $reática, de una super$icie piezomtrica o de una malla de presiones de poros de$inida previamente' Cálculo de los $actores de seguridad Lcorregidos según el mtodo de 6anbu Deri$icacin de errores de entrada de datos Disualizacin preliminar de la geometr!a del talud analizado +rchivos independientes de datos de entrada, salida de resultados y grá$icos, los cuales pueden ser inicialmente grabados y posteriormente recuperados e impresos' +nálisis de taludes tanto con pendientes' Sistema de unidades mtricas o inglesas Menú de ayuda para todas las opciones del programa




4atos :eomtricos del 7alud

Contornos mostrando la variacin espacial de los .actores de Seguridad para un 7alud'

4ibu&o 7ri 4imensional mostrando la variacin espacial del los .actores de Seguridad para un 7alud Informe Final – Rev. A "var"###"a$$s"conversion"tm$"scratc%&'"()*)+),)-.doc



iv)

Res1ltados del an;lisis de estabilidad de tal1des de los botaderos de desmonte de mina

(n el Cuadro a-/ se muestra los resultados del análisis evaluado a los botaderos en el estado pseudo estático, por ser sta, la condicin más des$avorable' "as soluciones para estabilizar los taludes, consisten en darles un per$ilado e inclinacin adecuada hasta llegar a valores .S estables' Se muestra en el cuadro a-/, el resumen de los Pad de li%iviacin #ue se estabilizará in situ, $!sicamente* C1adro a<'

5otadero Sur

Nrea LIas' Dolumen Lm<

Sec' +-+Q

.actor de Seguridad Pseudo-(stático (stático /'2/= /'020 /'/??

/'??<

/'28?

/'0/>

/'/@>

/'@8A

/'2@8

/'?/0

Sec' 5-5Q Sec' C-CQ




6. Concl1siones / Recomendaciones

-

-

-

-

-

4e acuerdo a las alternativas de cierre planteadas, la me&or alternativa y la más viable es la estabilidad $!sica (l mtodo mas adecuado para la estabilizacin $!sica, de acuerdo a las caracter!sticas $!sicas volumen, emplazamiento y costo de e&ecucin' "a alternativa de solucin idnea es el Mtodo de 5an#uetas, mtodo en el cual se usa el mismo material para su estabilizacin, con movimientos de material, aliviando la carga superior y tendiendo la pendiente del talud para adoptar una inclinacin estable en condiciones estáticas y pseudo estáticas' "a solucin adoptada es la más econmica y viable, puesto #ue la zona carece de canteras y materiales #ue generan costos poco econmicos en las otras alternativas de solucin "a solucin adoptada implica un tendido del talud e%istente en dos tramos* el primer tramo #ue es la zona in$erior adoptara un ángulo de 8= L/'AI*/D, y el segundo tramo la parte superior adoptara un ángulo de <2 L/'@


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