Este documento presenta una introducción al diseño de presas de relave. Cubre temas como estudios básicos, sistemas de drenaje, diseño sísmico, fallas ocasionadas por sismos, estabilidad física de residuos, métodos de análisis de estabilidad, y métodos para el manejo de escorrentía y descargas. El objetivo es proporcionar conocimientos sobre los principios de diseño e ingeniería de presas de relave para el almacenamiento seguro de residuos mineros.

1. INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓN AL DISEN AL DISEÑÑO DEO DE
PRESAS DE RELAVEPRESAS DE RELAVE
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULTAD 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

2. 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

3. ESTABILIDAD FESTABILIDAD FÍÍSICA DE RESIDUOSSICA DE RESIDUOS
• INTRODUCCIÓN
• ESTUDIOS E INVESTIGACIONES BÁSICAS
• DEPÓSITOS DE RELAVES
• BOTADEROS DE DESMONTE
• PILAS DE LIXIVIACIÓN

4. • TOPOGRAFÍA
• MEDIO AMBIENTE
• GEOLOGÍA/HIDROGEOLOGÍA
• HIDROLOGÍA
• GEOFÍSICA
• RIESGO SÍSMICO
• EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA
ESTUDIOS E INVESTIGACIONES BESTUDIOS E INVESTIGACIONES BÁÁSICASSICAS

5. • PREOCUPACIONES AMBIENTALES
• ORIGEN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS RESIDUOS
• CONFIGURACIÓN DE LOS DEPÓSITOS
• CRITERIOS DE UBICACIÓN Y DISEÑO
INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓNN

6. • 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

7. • TALUDES DE PRESA DE CONTENCIÓN
• TALUDES ADYACENTES
• CIMENTACIÓN
• SISMOS
• TUBIFICACIÓN
• REBOSE (OVERTOPPING)
ESTABILIDADESTABILIDAD

8. Procedimiento Generalizado para el AnProcedimiento Generalizado para el Anáálisis de Estabilidad delisis 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 flujo
Modelos numéricos
Soluciones publicadas
Compare la velocidad de elevación con la
velocidad de disipación para relaves y
suelos blandos de cimentación
Use cualquiera de los métodos disponibles
después de definir condiciones de carga,
casos de análisis y resistencia cortante
drenada y no drenada
PASO MÉTODO

9. Resumen de las Condiciones de AnResumen de las Condiciones de Anáálisis de Estabilidad para Presaslisis 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 cambios
en el exceso de presión de poros y presión de
poros estáticas en función del tiempo. Use ∅ T ó
Su/σc para considerar la presión de poros
durante el corte.
Análisis en esfuerzos efectivos utilizando ∅, y
línea freática de infiltración constante.
Análisis en esfuerzos totales tomando en cuenta
la presión de poros durante el corte generalmente
usando ∅ T
Aplicabilidad
Resistencia y Condiciones de Presión
de Poros Usuales

10. 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

11. CaracterCaracteríísticas de Msticas de Méétodos de Antodos de Anáálisis Comlisis Comúúnmente Empleados paranmente 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 de
Janbu
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

12. CaracterCaracteríísticas de Msticas de Méétodos de Antodos de Anáálisis Comlisis Comúúnmente Empleados paranmente 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.

13. • EVITAR FORMACIÓN DE AGUAS ÁCIDAS
• CONTROL DEL INGRESO DE ESCORRENTÍA
• CONTROL/TRATAMIENTO DE DESCARGAS
PROTECCIPROTECCIÓÓN DE LAS AGUASN DE LAS AGUAS

14. • DESVÍO AGUAS ARRIBA
• CANALES DE INTERCEPCIÓN (CORONACIÓN)
CONTROL DEL INGRESO DE AGUA DECONTROL DEL INGRESO DE AGUA DE
ESCORRENTESCORRENTÍÍAA

15. MMÉÉTODOS DE MANEJO DE ESCORRENTTODOS DE MANEJO DE ESCORRENTÍÍA EXTERNAA EXTERNA
(Vick, 1983)
(a) Almacenamiento (b) Paso a través de aliviadero
Aliviadero

16. 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

17. 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 desvío
Desmonte
(e) Desvío por canales
Conducto
Relaves

18. • CONOCER BALANCE DE AGUAS
• RECOLECTAR DRENAJE
• INTERCEPTAR FILTRACIONES
• TRATAMIENTO
CONTROL DE DESCARGASCONTROL DE DESCARGAS

19. • RELAVES
• RESIDUOS DE LIXIVIACIÓN
• DESMONTE DE ROCA
ORIGEN Y CARACTERORIGEN Y CARACTERÍÍSTICASSTICAS

20. • 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

21. • CARACTERÍSTICAS DEL RELAVE
• CAUDAL (PASTA)
- SÓLIDOS
- AGUA
• CAPACIDAD REQUERIDA/DISPONIBLE
• TOPOGRAFÍA
• HIDROLOGÍA
• CIMENTACIÓN
• RIESGO SÍSMICO
PARPARÁÁMETROS DE DISEMETROS DE DISEÑÑOO

22. • TIPO RETENCIÓN DE AGUA
- MATERIAL DE PRÉSTAMO
- DESMONTE DE MINA
• RELAVE CICLONEADO
- AGUAS ARRIBA
- AGUAS ABAJO
- LÍNEA CENTRAL
TIPO DE PRESATIPO DE PRESA

23. Riprap
Núcleo impermeable Filtro
Zona de drenaje
Agua decantada
Relave
PRESA DE MATERIAL DE PRPRESA DE MATERIAL DE PRÉÉSTAMOSTAMO
(Vick, 1983)

24. MMÉÉTODOS DE DESCARGA PERIFTODOS DE DESCARGA PERIFÉÉRICARICA
Poza de
Decantación
Poza de
Decantación
Playa
Playa
Grifos
Tubería 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)

25. MODELO CONCEPTUAL DE LA VARIACIMODELO CONCEPTUAL DE LA VARIACIÓÓN DE LAN DE LA
PERMEABILIDAD DE UN DEPPERMEABILIDAD DE UN DEPÓÓSITO DE RELAVESITO DE RELAVE
Zona 1
Arenas de alta Permeabilidad
Zona 2
intermedia
Lamas de baja
permeabilidad
Zona 3
permeabilidad
Descarga de relave
(Kealy y Busch, 1971))

26. MMÉÉTODO DE DESCARGA ESPESADOTODO DE DESCARGA ESPESADO
(Robinsky, 1979)
Descarga permanente
(a)
Poza de aguas
de relave
Poza de aguas de
recuperación

27. • VALLE
• LADERA
• ANILLO
CONFIGURACICONFIGURACIÓÓN GENERALN GENERAL

28. (a) Simple
EMBALSE A TRAVEMBALSE A TRAVÉÉS DE VALLES DE VALLE
(b) Múltiple
(Vick, 1983)

29. (a) Simple
(b) Múltiple
EMBALSE EN LADERAEMBALSE EN LADERA (Vick, 1983)

30. (a) Simple
EMBALSE EN FONDO DE VALLEEMBALSE EN FONDO DE VALLE
(b) Múltiple
(Vick, 1983)
Canal de desvío

31. • GRANULOMETRÍA DEL RELAVE ENTERO
• DILUCIÓN
• UNDERFLOW (ARENA)
- SÓLIDOS
- AGUA
- GRANULOMETRÍA
• OVERFLOW (LAMA)
- SÓLIDOS
- AGUA
- GRANULOMETRÍA
SISTEMA DE CICLONEOSISTEMA DE CICLONEO

32. SECUENCIA DE ELEVACISECUENCIA DE ELEVACIÓÓN, PRESA AGUAS ARRIBAN, PRESA AGUAS ARRIBA
(Vick, 1983)
Poza decantadora
Playa de relave depositado con
grifos
Línea de
descarga de
relave
Dique de inicio
Dique
perimental
(a)
(b)
(c)
(d)

33. Condición de poza baja
Condición de poza alta
Segregación de playa baja
Efecto de la segregación de playa y variación lateral de la permeabilidad
Cimentación
permeable
Segregación de playa alta
Cimentación
impermeable
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 LA
LLÍÍNEA FRENEA FREÁÁTICA PRESA AGUAS ARRIBATICA PRESA AGUAS ARRIBA
(Vick, 1983)

34. SECUENCIA DE ELEVACISECUENCIA DE ELEVACIÓÓN, PRESA AGUAS ABAJON, PRESA AGUAS ABAJO
(Vick, 1983)
Dique de inicio
Dren interno
Zona impermeable
Agua almacenada
(a)
(b)
(c)
(d)

35. Poza decantadora
Playa de relave
depositada por grifos
Línea de descarga
de relave
Dique de inicio
Dren interno
(a)
(b)
(c)
SECUENCIA DE ELEVACISECUENCIA DE ELEVACIÓÓN, PRESA LN, PRESA LÍÍNEA CENTRALNEA CENTRAL
(Vick, 1983)

36. 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 PARAMENES DE RELLENO PARA
VARIOS TIPOS DE PRESASVARIOS TIPOS DE PRESAS
(Vick, 1983)

37. • TORRE
• QUENAS
• BALSAS
SISTEMA DE DECANTACISISTEMA DE DECANTACIÓÓNN

38. MMÉÉTODOS DE DECANTACITODOS DE DECANTACIÓÓNN
(Vick,1983)
Balsa y
bomba o sifón
Pontones
Línea de retorno
de agua
A la planta
A la planta
Presa
Presa
Conducto
RelavePuntos Sellados
Puntos abiertos
a) Balsa flotante
b) Torre de decantación
de apoyo
Relave

39. • DEPRIMIR NIVEL FREÁTICO
• PREVENIR AFLORAMIENTO EN TALUD DE AGUAS ABAJO
• REDUCIR FUERZAS DE FILTRACIÓN
• DIRIGIR FILTRACIONES A PUNTOS CONTROLADOS
SISTEMA DE DRENAJESISTEMA DE DRENAJE

40. (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)

41. 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)

42. (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)

43. • PREVENIR MIGRACIÓN DE PARTÍCULAS (TUBIFICACIÓN)
• SUELOS GRANULARES
• GEOTEXTILES
FILTROSFILTROS

44. • RELAVE PRESA
• RELAVE DRENES
• RELAVE SUELOS NATURALES
• PRESA DRENES
FILTROSFILTROS--UBICACIONESUBICACIONES

45. • DESCARGA “CERO”
• INTERCEPCIÓN GRADIENTE ABAJO
• CORTINA IMPERMEABLE
• POZOS
• RETORNO DE POZA DE DECANTACIÓN
CONTROL DE FILTRACIONESCONTROL DE FILTRACIONES

46. • 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