UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD FACUL TAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA CIVIL SECCIÓN DE POSTGRADO
03 y 04 de Febr Febrero ero del 20 2006 06
INTRODUCCIÓN AL A L DI DIS S EÑO DE DISE SE PRES PR ESA A S DE DE REL RELA A VE Dr. Ing. Jorge Jor ge E. E. Alva Hurtado UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN DE TACNA
CONTENIDO •
INTRODUCCIÓN
•
ESTUDIOS ESTUDIOS BÁ B Á SICOS : GEOFÍSICA, GEOFÍSICA, GEOTÉCNIA GEOTÉCNIA Y RIESGO SÍSMICO SÍSMICO
•
SISTEMA SISTEMA DE DRENA DRENA J E EN DEPÓSITOS DEPÓSITOS DE DE RELAVE RELA VE
•
DISEÑO SÍSMICO DE PRESAS DE RELAVE
•
FALLA FAL LAS S OCASIONADAS OCASIONADAS POR SISM SISMOS OS
•
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CONTENIDO •
INTRODUCCIÓN
•
ESTUDIOS ESTUDIOS BÁ B Á SICOS : GEOFÍSICA, GEOFÍSICA, GEOTÉCNIA GEOTÉCNIA Y RIESGO SÍSMICO SÍSMICO
•
SISTEMA SISTEMA DE DRENA DRENA J E EN DEPÓSITOS DEPÓSITOS DE DE RELAVE RELA VE
•
DISEÑO SÍSMICO DE PRESAS DE RELAVE
•
FALLA FAL LAS S OCASIONADAS OCASIONADAS POR SISM SISMOS OS
•
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
ESTABILID ESTAB ILIDA A D FÍSICA DE RESIDUOS •
INTRODUCCIÓN
•
ESTUDIOS ESTUDIOS E INVESTIGACIONES INVESTIGACIONES BÁ B Á SICAS
•
DEPÓSITOS DE RELAVES
•
BOTADEROS BOTA DEROS DE DESMONTE DESMONTE
•
PILAS DE LIXIVIACIÓN
ESTUDIOS E INVESTIGACIONES ESTUDIOS INVESTIGA CIONES B Á SICAS INVESTIGACIONES •
TOPOGRAFÍA
•
MEDIO AMBIENTE
•
GEOLOGÍA/HIDROGEOLOGÍA
•
HIDROLOGÍA
•
GEOFÍSICA
•
RIESGO SÍSMICO
•
EXPLORACIÓN EXPLORA CIÓN GEOTÉCNICA GEOTÉCNICA
INTRODUCCIÓN •
PREOCUPACIONES AMBIENTALES
•
ORIGEN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS RESIDUOS
•
CONFIGURACIÓN DE LOS DEPÓSITOS
•
CRITERIOS DE UBICACIÓN Y DISEÑO
PREOCUPACIONES AMBIENTALES •
ESTABILIDAD
•
IMPACTOS SOCIO-ECONÓMICOS Y CULTURALES
•
DESCARGAS A AGUAS SUPERFICIALES
•
FILTRACIONES A AGUAS SUBTERRÁNEAS
•
EROSIÓN EÓLICA
•
PREVISIONES PARA EL CIERRE Y ABANDONO
ESTABILIDAD •
TALUDES DE PRESA DE CONTENCIÓN
•
TALUDES ADYACENTES
•
CIMENTACIÓN
•
SISMOS
•
TUBIFICACIÓN
•
REBOSE (OVERTOPPING)
Procedimiento Generalizado para el An álisis de Estabilidad de Taludes en Presas de Relave ( Vick ,1983) PASO
MÉTODO
(1) Seleccione la configuración tentativa del talud.
Experiencia y criterio
(2) Determine la ubicación de la línea freática en base a drenaje interno, permeabilidad y condiciones de frontera.
Redes de flujo Modelos numéricos Soluciones publicadas
(3) Establezca si resultarán excesos de presión de poros iniciales con elevación de la presa.
Compare la velocidad de elevación con la velocidad de disipación para relaves y suelos blandos de cim entación Use cualquiera de los métodos disponibles después de definir condiciones de carga, casos de análisis y resistencia cortante drenada y no drenada
(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 so n adecuados.
Resumen de las Condiciones de An álisis de Estabilidad para Presas de Relave (Vick , 1983) Condición de Análisis (1) Final de la const rucci ón
Ap licab il id ad
Dique inicial en cimentación blanda. Elevación de An áli si s de resis ten cia no-dr enad a y línea central en r elave fino.
(2) Constr ucci ón po r etapas Terraplenes de cualquier tipo en cimentación blanda. Terraplenes aguas arriba levantados rápidamente.
(3) Largo pl azo
Resistencia y Condiciones d e Presión de Poros Usuales =0
An áli sis inc rement al tomand o en cuent a cambi os en el exceso de presión d e poros y presión d e poro s estáticas en función d el tiempo. Use T ó Su / c para considerar la presión de poros durante el corte.
Terraplén a máxima altura cuando las elevaciones se An áli sis en esfuer zos efectivos u tili zand o construyen lentamente. línea freática de infil tración c onstante.
,y
Terraplén a máxima altura cuando pueden ocurrir An áli sis en esfuer zos total es tomand o en cuent a cambios r ápidos en carga de material suelto. la presión de por os dur ante el corte generalmente usando T (4) Desembalse rápido
Ninguno.
Factores Mínimos de Seguridad para el Talud de Aguas Abajo (Modificado de COE, 1970) I*
II*
Empleando parámetros de resistencia pico al c orte
1.5
1.3
Empleando parámetros de resistencia residual al corte
1.3
1.2
Incluyendo la carga para el mayor terremoto que puede ocurrir en un período de 100 años
1.2
1.2
1.3
1.3
Suposiciones
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
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.
Caracter ísticas de Métodos de An álisis Com ú nmente Empleados para la Estabilidad de Taludes (Seg ú n TRB, 1996) Método
Limitaciones, Suposiciones, y Condiciones de Equilibrio Satisfechas
Método Ordinario d e Dovelas
Factores bajos de seguridad-muy inexactos para taludes de poca pendiente con presion es 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 (equili brio de momento d e toda la mas), una incó gnit a (factor de seguridad).
Método Modificado de Bishop
Método preciso; sólo para superficie circulares de derrumbe, satisface el equilibrio vertical y el equilib rio d e momento total, asume que las fuerzas laterales sobr e rebanadas son h orizontales.
Método Simp lificado de Janbu
Método d e equil ibrio de fuerzas; aplicable a cualqui er 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 Modifi cado
Método d e equil ibrio de fuerzas, aplic able a cualquier fo rma de superfici e de derrum be; 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 d e 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 Janbu rebanada en rebanada); problemas de convergencia numéricos más frecuentes que en algunos otros métodos.
Caracter ísticas de Métodos de An álisis Com ú nmente Empleados para la Estabilidad de Taludes (Seg ú n TRB, 1996) Método Método de Spencer
Limitaciones, Suposiciones, y Condiciones de Equilibrio Satisfechas 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.
Método de Morgenstern y Price Satisface todas las condiciones de equilibrio; aplicable a cualquier forma de superficie de derrumb e; asume que las inclin aciones de las fuerzas laterales sig uen un patró n prescr ito, llamado f(x); las inclin aciones de las fuerzas laterales pueden ser las mism as o pu eden 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.
PROTECCIÓN DE LAS AGUAS •
EVITAR FORMACIÓN DE AGUAS ÁCIDAS
•
CONTROL DEL INGRESO DE ESCORRENTÍA
•
CONTROL/TRATAMIENTO DE DESCARGAS
CONTROL DEL INGRESO DE AGUA DE ESCORRENT A Í A •
DESVÍO AGUAS ARRIBA
•
CANALES DE INTERCEPCIÓN (CORONACIÓN)
Aliviadero
(a) Almacenamiento
(b) Paso a través de aliviadero
MÉTODOS DE MANEJO DE ESCORRENT A Í A EXTERNA (Vick, 1983)
Tajo de mina Canal de desvío Desmonte
(c) Desvío por canales
(d) Almacenamiento y desvío por
tajos y desmonte
MÉTODOS DE MANEJO DE ESCORRENT A Í A EXTERNA (Vick, 1983)
Canal de desvío Desmonte
Conducto
Relaves
(e) Desvío por canales
(f) Almacenamiento y desvío por presa aguas arriba y aguas arriba y conducto
MÉTODOS DE MANEJO DE ESCORRENTÍ A A SUPERFICIAL (Vick, 1983)
CONTROL DE DESCARGAS •
CONOCER BALANCE DE AGUAS
•
RECOLECTAR DRENAJE
•
INTERCEPTAR FILTRACIONES
•
TRATAMIENTO
ORIGEN Y CARACTERÍSTICAS •
RELAVES
•
RESIDUOS DE LIXIVIACIÓN
•
DESMONTE DE ROCA
DEPÓSITOS DE RELAVES-ELEMENTOS •
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
PAR Á METROS DE DISEÑO •
CARACTERÍSTICAS DEL RELAVE
•
CAUDAL (PASTA) - SÓLIDOS - AGUA
•
CAPACIDAD REQUERIDA/DISPONIBLE
•
TOPOGRAFÍA
•
HIDROLOGÍA
•
CIMENTACIÓN
•
RIESGO SÍSMICO
TIPO DE PRESA •
TIPO RETENCIÓN DE AGUA - MATERIAL DE PRÉSTAMO - DESMONTE DE MINA
•
RELAVE CICLONEADO - AGUAS ARRIBA - AGUAS ABAJO - LÍNEA CENTRAL
Núcleo impermeable
Filtro
Riprap Zona de drenaje
Agua decantada
Relave
PRESA DE MATERIAL DE PRÉSTAMO (Vick, 1983)
Grifos Tubería de descarga de relave
Poza de Decantación
Playa Terraplén
(a) Por Grifos
Descarga activa Segmentos desconectados de tubería
Playa Poza de Decantación Deltas de relave de descarga previa
(b) Descarga en un solo punto
MÉTODOS DE DESCARGA PERIFÉRICA (Vick, 1983)
Descarga de relave
Zona 1 Arenas de alta permea bilidad
Zona 2 Perme abilidad intermedia
Zona 3 Lamas de baja perme abilidad
MODELO CONCEPTUAL DE LA VARIACIÓN DE LA PERMEABILIDAD DE UN DEPÓSITO DE RELAVE (Kealy y Busch, 1971))
Descarga permanente
(a)
Poza de aguas de relave
Poza de aguas de recuperación
MÉTODO DE DESCARGA ESPESADO (Robinsky, 1979)
CONFIGURACIÓN GENERAL •
VALLE • LADERA • ANILLO
(a) Simple
(b) Múltiple
EMBALSE A TRAVÉS DE VALLE
(Vick, 1983)
(a) Simple
(b) Múltiple
EMBALSE EN LADERA
(Vick, 1983)
Canal de desvío
(a) Simple
(b) Múltiple
EMBALSE EN FONDO DE VALLE (Vick, 1983)
SISTEMA DE CICLONEO •
GRANULOMETRÍA DEL RELAVE ENTERO
•
DILUCIÓN
•
UNDERFLOW (ARENA) - SÓLIDOS - AGUA - GRANULOMETRÍA
•
OVERFLOW (LAMA) - SÓLIDOS - AGUA - GRANULOMETRÍA
Playa de relave depositado con grifos
Poza deca ntadora
Línea de descarga de relave
Dique de inicio
(a) Dique perimental
(b)
(c)
(d)
SECUENCIA DE ELEVACIÓN, PRESA AGUAS ARRIBA (Vick, 1983)
Condición de poza alta
Condición de poza baja
(a) Efecto de localización del agua en la poza
Segregación de playa alta
Segregación de playa baja
(b) Efecto de la segregación de playa y variación lat eral de la permeabilidad
Cimentación impermeable Cimentación permeable
(c) Efecto de la permeabilidad de l a cimentación
FACTORES QUE INFLUENCIAN LA LOCALIZACIÓN DE LA L ÍNEA FRE Á TICA PRESA AGUAS ARRIBA (Vick, 1983)
Zona impermeable Agua almacenada
Dique de inicio Dren interno
(a)
(b)
(c)
(d)
SECUENCIA DE ELEVACIÓN, PRESA AGUAS ABAJO (Vick, 1983)
Playa de relave depo sitad a por grifos
Poz a d ecantadora
Línea de descarga de relave Dique de inicio Dre n interno
(a)
(b)
(c)
SECUENCIA DE ELEVACIÓN, PRESA L ÍNEA CENTRAL (Vick, 1983)
A1
H1
(a) Aguas arr iba
A2= 3A 1 H2 = H 1
(b) Aguas abajo o p resa de tierra
A 2= 2A
1
H3 = H 2= H 1
(c) Línea central
COMPARACIÓN DE VOL ÚMENES DE RELLENO PARA VARIOS TIPOS DE PRESAS (Vick, 1983)
SISTEMA DE DECANTACIÓN •
TORRE
•
QUENAS
•
BALSAS
Balsa y bomba o sifón
Pontones de apoyo Línea de retorno de agua
Relave Presa
A la planta a) Bal sa flotante
Puntos abi ertos
Puntos Sellados
Relave Presa Conducto
b) Torre de decantación
A la planta
MÉTODOS DE DECANTACIÓN (Vick,1983)
SISTEMA DE DRENAJE •
DEPRIMIR NIVEL FREÁTICO
•
PREVENIR AFLORAMIENTO EN TALUD DE AGUAS ABAJO
•
REDUCIR FUERZAS DE FILTRACIÓN
•
DIRIGIR FILTRACIONES A PUNTOS CONTROLADOS
(a) Aguas abajo
(b) Línea central
USO DE NÚCLEO 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 RELAVE (Vick,1983)
Arena Lama
(a) A guas arriba
Lama
Arena
(b) Aguas abajo
Lama
Arena
(c) Lín ea central
USO DE RELAVE PARA DRENAJE INTERNO EN PRESAS DE RELAVE (Vick,1983)
FILTROS •
PREVENIR MIGRACIÓN DE PARTÍCULAS (TUBIFICACIÓN)
•
SUELOS GRANULARES
•
GEOTEXTILES
FILTROS-UBICACIONES •
RELAVE
PRESA
•
RELAVE
DRENES
•
RELAVE
SUELOS NATURALES
•
PRESA
DRENES
CONTROL DE FILTRACIONES •
DESCARGA “ CERO”
•
INTERCEPCIÓN GRADIENTE ABAJO
•
CORTINA IMPERMEABLE
•
POZOS
•
RETORNO DE POZA DE DECANTACIÓN
