El documento describe los factores clave para el diseño seguro y ambientalmente responsable de presas de relaves. Explica que la estabilidad de la presa depende del material, control de agua, método de construcción y geometría. También cubre el manejo de escorrentía, agua embalsada y emisiones, así como métodos para evaluar la estabilidad y monitorear las presas.

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1
Diseño de presas de relavesDiseño de presas de relaves
Seguridad y Ambiente
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2. 2
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

3. 3
Seguridad

4. 4
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

5. 5
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

6. 6
Material
•Tipo:
•arena de relave  Quillayes
•empréstito  Andaychagua
•estéril  Candelaria
•Densidad
•Humedad y nivel de napa
•Sistema de drenaje
Estabilidad -
muro y relave

7. 7
Estabilidad -
muro y relave
Agua
•Ubicación de laguna
•Control de filtraciones (impermeabilización)

8. 8
Estabilidad -
muro y relave
Método de construcción
•Aguas abajo
•Línea central
Torito
Tortolas

9. 9
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

10. 10
Estabilidad -
muro y relave
Métodos de cálculo de estabilidad

11. 11
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

12. 12
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

13. 13
Manejo de
escorrentías
Factores claves en la estabilidad del muro
•Evacuador
•Crecida de diseño
•Criterios (desvío no funciona)
•Borde libre mínimo

14. 14
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

15. 15
Ambiente

16. 16
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

17. 17
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

18. 18
Descarga de
aguas
superficiales y
subterráneas
Control
•Ingreso de aguas naturales al depósito
(mediante canales de coronación, bocatomas,
drenes, etc.)
Cuenca aportante

19. 19
Descarga de
aguas
superficiales y
subterráneas
Control
•Egreso descontrolado de aguas de contacto y
tratamiento de efluentes a cursos naturales
(superficial y subterráneo)

20. 20
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)

21. 21
Gracias

22. 22
Relaveras

23. 23
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

24. 24
Lay Out of
Quillayes
Tailings Dam
Arreglo General
del Depósito de
Relaves

25. 25Quillayes under Construction

26. 26
Partial View of Quillayes Tailings DamPartial View of Quillayes Tailings Dam

27. 27
27
Quillayes Tailings Dam
Cross Section of Sand Dam Embankment
Material: Tailings sand
Ultimate height: 198 m

28. 28
Quillayes Tailings DamQuillayes Tailings Dam
Sand Dam Embankment at the beginningSand Dam Embankment at the beginning

29. 29
Seepage cutoff
CANDELARIA TSFCANDELARIA TSFTailings
deposit
Flotation Plant
Waste Dump
Open pit

30. 30
CANDELARIA TSF

31. 31
31
-Material: Waste rock
Ultimate height: ∼188 m
CANDELARIA TSF
Cross Section

32. 32
Insertar figura
de balsas de
recuperación u
otra
característica
del depósito
Mina Los BroncesMina Los Bronces
Las Tórtolas DepositLas Tórtolas Deposit

33. 33
Las Tórtolas Tailings Embankment
Cross Section
Material: Tailings sand
Ultimate height: 190 m

34. 34
Las Tortolas Tailings EmbankmentLas Tortolas Tailings Embankment
Sand Embankment under ConstructionSand Embankment under Construction

35. 35
El Soldado MineEl Soldado Mine
El Torito DepositEl Torito Deposit

36. 36
Mina YauriMina Yauri
Andaychagua, PerúAndaychagua, Perú

37. 37
Tranque Quillayes
RELAVES
LAGUNA
DRENAJE
PISCINAS

38. 38
LAGUNA
MURO DE
ARENA
RELAVES
Tranque Mauro
DRENAJE
Estero Pupío

39. 39
¿Por qué es seguro el muro de
contención?
Coronamiento
Relaves/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.

40. 40
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.

41. 41

42. 42

43. 43
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

44. 44
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

45. 45
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

46. 46
Tranques que han Resistido
Grandes Terremotos en
Zona Central
Las Tórtolas
Carén
Ovejería

47. 47
Métodos
de Análisis de Estabilidad

48. 48
Análisis de Estabilidad
• Métodos de Equilibrio Límite
• Métodos Dinámicos

49. 49
• 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

50. 50
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
=0.15
FSsísmico
≥ 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
/g Para 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 -

51. 51
ANALISIS DINAMICO
Métodos utilizados
• Método Lineal Equivalente ⇒ Programa
QUAD4
• Método no lineal directo ⇒ Programa
FLAC

52. 52
ANALISIS DINAMICO
Código 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)

53. 53
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

54. 54
Zonas susceptibles de presentar licuación.
Desplazamientos horizontales remanentes por sismo de diseño.
EJEMPLO SALIDA FLAC
ANALISIS DINAMICO

55. 55
PRACTICA CHILENA
Pasos a seguir para el análisis de estabilidad de una
presa de relaves