Tranques de Relave en Chile

CURSO DINÁMICA DE SUELO CON APLICACIÓN AL DISEÑO SÍSMICO DE TRANQUES DE RELAVES Sección 1: Tranques de Relaves en Chile Javier Ubilla, Ph.D. Ingeniero Geotécnico Senior, Senior, Golder Associates S.A. Presidente SOCHIGE 23 - 25 de abril, 2014 Pontificia Universidad Católica de Chile Campus San Joaquín

Tabla de Contenido Parte 1: Conceptos Básicos de Tranques de Relaves Parte 2: Fallas Históricas de Tranques en Chile Parte 3: Normativa Vigente en Chile

Parte 1: Conceptos Básicos de Tranques de Relaves Introducción  Acerca de los Relaves Relaves ves  Depósitos de Rela  Tranques de Relaves  Grandes Tranques de Relaves en Chile  Diseño de Tranques de Relaves  Licuación en Tranques de Relaves



Introducción Mina/Rajo

Roca Estéril

Mineral

Planta de Procesos Botadero

Agua Concentrado

Relaves

$$$

Depósito

Introducción Grandes mineras advierten caída de casi 50% en leyes de mineral de cobre en 20 años. En las últimas dos décadas, el porcentaje de metal rojo extraído por cada tonelada de material pasó de 1,61% a 0,87%...la reducción en la cantidad de cobre que se saca por tonelada seguirá su tendencia a la baja en los próximos años, proyectando para Chile una ley de 0,67% para el final de esta década (Fuente: El Mercurio - Junio, 2012). Chile alcanzó un récord mundial en la producción de cobre del 2013, al anotar 5,7 millones de toneladas (Fuente: Sociedad Nacional de Minería SONAMI). -

5.700.000 toneladas de cobre en el 2013…

Cuán Cuánta tass to tone nela lada dass de Rela elaves? es?

Introducción Mineral: Material sin valor económico Cobre (Asume 1% de ley)

-

5.70 5.700. 0.00 000 0 ton tonel elad adas as de de cob cobrre en en el el 2013 2013 Alre Alrede dedo dorr del del 40% 40% es pr producc oducció ión n en pil pilas as de lixi lixivi viac ació ión n 5.700. 5.700.000 000 to ton n x 0,6 0,6 = 3.420. 3.420.00 000 0 ton de cobr cobree (flot (flotació ación) n) 3.420. 3.420.000 000 to ton n x 100 100 = 342.00 342.000.0 0.000 00 to ton n de rela relave vess (asume (asume 1% 1% ley) ley) 342.00 342.000.0 0.000 00 ton / 1,5 1,5 ton/m ton/m³³ = 228.00 228.000.0 0.000 00 m³ de de rela relave vess Cuánto volumen es eso?

Introducción

Cuántos Estadios Nacionales podríamos llenar con relaves en 1 año?

Introducción Volumen Estadio Nacional ~ 1.340.000 m³ Lo que implica que la producción de relaves del año 2013 equivale al llenado de: 228.000.000 / 1.340.000 = 170

170 Estadios Nacionales (en el año 2013)

Introducción Región en Chile

Región

Nombre

Activo

Inactivo

Total

XV

Arica y Parinacota

0

0

0

I

Tarapacá

1

0

1

Antofagasta

13

8

21

III

Atacama

45

72

117

IV

Coquimbo

39

166

205

II

Zona

Depósitos de Relave

Norte

RM

Central

Metropolitana, Valparaíso y Rancagua

24

75

99

VII y XI

Sur

Maule y Aysén

3

3

6

Parte 1: Conceptos Básicos de Tranques de Relaves Introducción  Acerca de los Relaves Relaves ves  Depósitos de Rela  Tranques de Relaves  Grandes Tranques de Relaves en Chile  Diseño de Tranques de Relaves  Licuación en Tranques de Relaves 

Acerca de los Relaves •

Los relaves son un material que usualmente clasifica como arena limosa o limo arenoso, con baja o nula plasticidad.

Acerca de los Relaves Malla #200

Malla #4

Rango típico de relaves totales de cobre


Sus propiedades pueden variar en el tiempo.

Traque Las Palmas (Falla 27-02-2010)

Acerca de los Relaves De acuerdo al Decreto Supremo 248: –

Relave: Relave: suspensión de sólidos en líquidos, formando una pulpa, que se generan y desechan en las plantas de concentración húmeda de especies minerales que han experimentado experimentado una o varias etapas en circuito de molienda fina. El vocablo se aplicará, también, a la fracción sólida de la pulpa que se ha descrito precedentemente.

El relave sale de la planta de proceso como una pulpa, y usualmente se implementa un sistema de recuperación de agua.


La recuperación de agua puede ocurrir en el depósito de relaves:

Tranque Ovejería

Acerca de los Relaves


Manejo del depósito Laguna

Playa

Descarga

Muro

MAYO 2010 2

FECHA AÑO Item Toneladas Totales

Unidad

Valor

Mt

68.7

Muro de Arena Elevación

msnm

837.3

3

6.1

Volumen

Mm

Masa

Mt

9.7

Revancha Oper.

m

12

Revancha Hidr.

m

14

Elevación

msnm

823.7

Volumen

Mm

Laguna de Operación

Profundidad Máx.

3

9.5

m

17

Cubeta Elevación Relave en Muro

msnm

Volumen

Mm

Masa

Mt

Puntos de Descarga

825.5

3

40.8 59.0

Muro

Balsa Operando

4

Vertedero Operando

I

Gentileza

Muro

AÑO

NOVIEMBRE 2010 2

Item

Unidad

Valor

Mt

97.1

FECHA

Toneladas Totales Muro de Arena Elevación

msnm

848.5

3

9.2

Volumen

Mm

Masa

Mt

14.7

Revancha Oper.

m

13

Revancha Hidr.

m

18

Elevación

msnm

830.5

Volumen

Mm


Profundidad Máx.

3

7.0

m

16


msnm

Volumen

Mm

Masa

Mt

Puntos de Descarga

835.4

3

58.9 82.4

Muro

Balsa Operando

4

Vertedero Operando

I

Gentileza

Muro

JUNIO 2011 3


Unidad

Valor

Mt

133.5

Muro de Arena Elevación Volumen

E2Masa

msnm Mm

859.6

3

12.5

Mt

20.1

Revancha Oper.

m

15

Revancha Hidr.

m

20

Laguna de Operación Elevación Volumen Profundidad Máx.

msnm Mm

839.1

3

7.0

m

18


msnm

Volumen

Mm

Masa

Mt

Puntos de Descarga

845.0

3

81.0 113.4

Muro

Balsa Operando

5

Vertedero Operando

II

Gentileza

Muro

ENERO 2012 4


Unidad

Valor

Mt

170.2


msnm

868.2

3

15.7

Volumen

Mm

Masa

Mt

25.2

Revancha Oper.

m

15

Revancha Hidr.

m

22


msnm Mm

846.4

3

7.0

m

14


msnm

Volumen

Mm

Masa

Mt

Puntos de Descarga

853.0

3

103.6 145.0

Muro-C1 Muro

Balsa Operando

5

Vertedero Operando

II

Gentileza

Muro C1

AGOSTO 2012 4


Unidad

Valor

Mt

209.5


msnm

875.5

3

19.2

Volumen

Mm

Masa

Mt

30.7

Revancha Oper.

m

15

Revancha Hidr.

m

22

Elevación

msnm

853.4

Volumen

Mm


Profundidad Máx.

3

7.0

m

14


msnm

Volumen

Mm

Masa

Mt

Puntos de Descarga

860.2

3

127.7 178.8

Muro-C1-C2 Muro + C1

Balsa Operando

6

Vertedero Operando

II

Gentileza

Muro C1

JUNIO 2013 5

FECHA AÑO Item

C2

Toneladas Totales

Unidad

Valor

Mt

261.4


msnm

882.8

3

23.2

Volumen

Mm

Masa

Mt

37.1

Revancha Oper.

m

14

Revancha Hidr.

m

21

Elevación

msnm

861.6

Volumen

Mm


Profundidad Máx.

3

7.0

m

14


msnm

Volumen

Mm

Masa

Mt

Puntos de Descarga

868.6

3

160.2 224.3

Muro-C1-C2-C3 Muro + C1 +C2

Balsa Operando

6

Vertedero Operando

II

Gentileza

Muro C1

MAYO 2014 6

FECHA AÑO Item

C2

Toneladas Totales

Unidad

Valor

Mt

318.9


C3

msnm

889.1

3

27.2

Volumen

Mm

Masa

Mt

43.5

Revancha Oper.

m

13

Revancha Hidr.

m

19


msnm Mm

869.9

3

7.0

m

12


msnm

Volumen

Mm

Masa

Mt

Puntos de Descarga

876.6

3

196.7 275.4

Muro-C1-C2-C3

Balsa Operando

7

Vertedero Operando

II

Gentileza

Muro C1

MAYO 2015 7

FECHA AÑO Item

C2

Toneladas Totales

Unidad

Valor

Mt

378.9


C3

msnm

894.9

3

31.4

Volumen

Mm

Masa

Mt

50.2

Revancha Oper.

m

11

Revancha Hidr.

m

18


msnm Mm

877.4

3

7.0

m

12


msnm

Volumen

Mm

Masa

Mt

Puntos de Descarga

884.2

3

234.8 328.7

Muro-C1-C2-C3

Balsa Operando

7

Vertedero Operando

III

Gentileza

Muro

C1

JUNIO 2016 8

FECHA AÑO C2

Item Toneladas Totales

Unidad

Valor

Mt

449.4


msnm

903.7

3

36.3

Volumen

Mm

Masa

Mt

58.1

Revancha Oper.

m

12

Revancha Hidr.

m

19

Elevación

msnm

885.1

Volumen

Mm

C3


Profundidad Máx.

3

7.0

m

11


msnm

Volumen

Mm

Masa

Mt

Puntos de Descarga

892.2

3

279.5 391.3

Muro-C1-C2-C3

Balsa Operando

8

Vertedero Operando

III

Gentileza

Muro

C1

AÑO

SEPTIEMBRE 2017 9

Item

Unidad

Valor

Mt

527.8

FECHA C2


msnm

914.3

3

41.8

Volumen

Mm

Masa

Mt

66.9

Revancha Oper.

m

14

Revancha Hidr.

m

21

Elevación

msnm

892.8

Volumen

Mm

C3


Profundidad Máx.

3

7.0

m

11


msnm

Volumen

Mm

Masa

Mt

Puntos de Descarga

900.2

3

329.2 460.9

Muro-C1-C2-C3

Balsa Operando

9

Vertedero Operando

III

Gentileza

Muro

C1

JUNIO 2019 11

FECHA AÑO C2


Unidad

Valor

Mt

637.2


msnm

923.0

3

49.5

Volumen

Mm

Masa

Mt

79.2

Revancha Oper.

m

13

Revancha Hidr.

m

20

C3


msnm Mm

902.5

3

7.0

m

12


msnm

Volumen

Mm

Masa

Mt

Puntos de Descarga

910.0

3

398.6 558.0

Muro-C1-C2-C3

Balsa Operando

9

Vertedero Operando

III

Gentileza

Muro

C1

AGOSTO 2022 14

FECHA AÑO C2


Unidad

Valor

Mt

833.0


msnm

936.2

3

63.2

Volumen

Mm

Masa

Mt

101.1

Revancha Oper.

m

11

Revancha Hidr.

m

19

C3


msnm Mm

917.5

3

7.0

m

13


msnm

Volumen

Mm

Masa

Mt

Puntos de Descarga

925.1

3

522.8 732.0

Muro-C1-C2-C3-C4

Balsa Operando

10

Vertedero Operando

III

Gentileza

C1 Muro

JULIO 2026 18

FECHA C2

AÑO Item Toneladas Totales

Unidad

Valor

Mt

1,078.3


C3

msnm

956.5

3

79.5

Volumen

Mm

Masa

Mt

127.2

Revancha Oper.

m

15

Revancha Hidr.

m

23

Elevación

msnm

933.2

Volumen

Mm


Profundidad Máx.

3

7.0

m

16


msnm

Volumen

Mm

Masa

Mt

C4

Puntos de Descarga

941.1

3

679.4 951.1

Muro-C1-C2-C3-C4

Balsa Operando

11

Vertedero Operando

III

Gentileza

C1 Muro

AÑO

DIVIEMBRE 2030 22

Item

Unidad

Valor

Mt

1,357.8

FECHA C2


C3

msnm

970.5

3

96.6

Volumen

Mm

Masa

Mt

154.6

Revancha Oper.

m

14

Revancha Hidr.

m

22

Elevación

msnm

948.6

Volumen

Mm


Profundidad Máx.

3

7.0

m

21


msnm

Volumen

Mm

Masa

Mt

C4

Puntos de Descarga

956.1

3

859.5 1,203.3

Muro-C1-C2-C3-C4

Balsa Operando

12

Vertedero Operando

III

Gentileza

C1

Muro

JUNIO 2036 28

FECHA AÑO

C2


Unidad

Valor

Mt

1,702.2


C3

msnm

984.7

3

117.4

Volumen

Mm

Masa

Mt

187.9

Revancha Oper.

m

11

Revancha Hidr.

m

19


msnm Mm

965.3

3

7.0

m

22


C4

msnm

Volumen

Mm

Masa

Mt

Puntos de Descarga

973.4

3

1,081.7 1,514.3

Muro-C1-C2-C3-C4

Balsa Operando

14

Vertedero Operando

III

Gentileza

Acerca de los Relaves La recuperación de agua también puede ocurrir en una planta espesadora.

Acerca de los Relaves Dependiendo de las características características del proceso y de la planta, los relaves pueden ser: - Re Rela lave vess espes espesad ados os:: depó depósi sito to de rela relave vess donde, antes de ser depositados, son sometidos a un proceso de sedimentación, mediante espesadores, eliminándole una parte importante del agua que contienen. El depósito de relaves espesados deberá ser construido de tal forma que se impida que el relave fluya a otras áreas distintas a las del emplazamiento determinado y contar con un sistema de piscinas de recuperación del agua remanente.

Acerca de los Relaves Dependiendo de las características características del proceso y de la planta, los relaves pueden ser: - Rela elave vess en pas pasta ta:: depó depósi sitto de rel relaave vess que presenta una situación intermedia entre el relave espesado y el relave filtrado, corresponde a una mezcla de relaves sólidos y agua –entre 10 y 25% de agua – que contiene partículas finas, menores de 20 μ, en una concentración concentración en peso superior al 15%, muy similar a una pulpa de alta densidad. Su depositación dep ositación se efectúa en forma similar al relave filtrado, filtrado, sin necesidad de compactación, poseyendo consistencia coloidal.

Acerca de los Relaves Dependiendo de las características características del proceso y de la planta, los relaves pueden ser: - Relav elaves es filt filtrrados ados:: dep depós ósit ito o de de relaves donde, antes de ser depositados, son sometidos a un proceso de filtración, mediante equipos especiales de filtros, donde se asegure que la humedad sea menor a un 20%. Deberá asegurarse que el relave así depositado no fluya a otras áreas distintas a las del emplazamiento determinado.

Acerca de los Relaves Los relaves relaves convencionales convencionales tienen entre entre un 30% y un 50% de contenido de sólidos Los relaves espesados tienen entre entre un 60% y un 65% de contenido contenido de sólidos. Los relaves filtrados generalmente generalmente tienen sobre un 80% de contenido de sólidos.


Acerca de los Relaves A medida que se disminuye el contenido de agua de los relaves relaves se obtienen importantes beneficios: - May Mayor rec recup uper erac ació ión n de de agua agua de pr proces ocesos os - Los rela relaves ves pueden pueden ser deposi deposita tados dos en form formaa segur seguraa dándole una pequeña pendiente

Acerca de los Relaves Imagen Satelital Año 2004

CERRO DO LOBO

Neves




Acerca de los Relaves Imagen Satelital Año 2011


Tranque Talabre

Chuquicamata


Parte 1: Conceptos Básicos de Tranques de Relaves Introducción  Acerca de los Relaves Relaves  Depósitos de Relaves  Tranques de Relaves  Grandes Tranques de Relaves en Chile  Diseño de Tranques de Relaves  Licuación en Tranques de Relaves 

Depósitos de Relaves De acuerdo al Decreto Supremo 248: “Depósito de Relaves Relaves es toda obra estructurada en forma

segura para contener los relaves provenientes de una Planta de concentración húmeda de especies de minerales. Además, contempla sus obras anexas. Su función principal es la de servir como depósito, generalmente, generalmente, definitivo de los materiales sólidos proveniente del relave transportado desde la Planta, permitiendo así la recuperación, en gran medida, del agua que transporta dichos sólidos”

Depósitos de Relaves Los elementos principales de un depósito de relaves son: - Muro de de co contención; - Canal de contorno; - Sist Sistem emaa de mane manejo jo de crec crecid idas as;; - Sistem Sistemaa de de manej manejo, o, contro controll y detecc detección, ión, de filtr filtraci aciones ones;; - Instrumentación.

Depósitos de Relaves Muros de Contención - Mate Materia riall Est Estér érilil de la Mina Mina o Emp Empré rést stit ito o

Depósitos de Relaves Muros de Contención - Aren Arenaa de de Rel Relav aves es (Cla (Clasi sifi ficcada) ada)

Depósitos de Relaves Canal de Contorno

Depósitos de Relaves Canal de Contorno

Depósitos de Relaves Sistema de Manejo de Crecidas (aguas de contacto)

Depósitos de Relaves Sistema de manejo, control y detección, de filtraciones

Depósitos de Relaves Respecto de instrumentación y de acuerdo al DS 248 se establece que: Cuando corresponda, descripción de los sistemas de instrumentación y control que se usarán para monitorear el comportamiento estructural, hidráulico del depósito, incluyendo las variables: - Presiones de poros, - Niveles freáticos, - Desplazamientos, - Asentamientos, - Filtraciones, - Aceleraciones sísmicas, y - Otras recomendadas por el proyectista. proyectista.

Depósitos de Relaves De acuerdo al Decreto Supremo 248: “Embalse de relaves es aquel depósito de relaves donde

el muro de contención está construido con material de empréstito y se encuentra impermeabilizado en el coronamiento y en su talud interno. La impermeabilización puede estar realizada con un material natural de baja permeabilidad o de material sintético como geomembrana de alta densidad. También También se llama Embalses de relaves aquellos depósitos ubicados en alguna depresión del terreno en que no se requiere la construcción de un muro de contención”

Depósitos de Relaves Ejemplo Embalse de Relaves Relaves

Depósitos de Relaves De acuerdo al Decreto Supremo 248: “Tranque de d e relaves es aquel depósito de relaves donde

el muro de contención es construido con la fracción más gruesa del relave (arenas)”

Depósitos de Relaves Ejemplo Tranque de Relaves


Tranques de Relaves Aguas Arriba

Aguas Abajo

Ciclón Finos (Lamas) Arena Laguna

Arena Permeable (No Saturada)

Muro de Partida

Sistema de Drenaje

Tranques de Relaves Malla #200

Malla #4

1

3

2

1 – Curva Típica de Lamas (overflow, fracción fina) 2 – Curva Típica de Arenas (underflow – fracción gruesa) 3 – Rango típico de relaves totales de cobre

Tranques de Relaves Relaves desde Procesos Ciclón Arenas

Lamas

Tranques de Relaves Ciclón

Tranques de Relaves

El esfuerzo en la compactación es limitado, por consiguiente los muros de arena de relaves tienden a tener una densidad baja a media.

Tranques de Relaves •

Existen tres configuraciones básicas de muros de contención: AGUAS ARRIBA

AGUAS ABAJO

EJE CENTRAL


Aguas Arriba: PLAYA

MURO DE PARTIDA

ARENA DE RELAVES LAMAS

LAGUNA

LÍNEA DE FLUJO


Aguas Abajo: PLAYA

MURO DE PARTIDA

ARENA DE RELAVES LAMAS

LAGUNA

LÍNEA DE FLUJO


Eje Central: PLAYA

MURO DE PARTIDA ARENA DE RELAVES LAMAS

LAGUNA

LÍNEA DE FLUJO


Grandes Tranques Tranques de Relaves Relaves en Chile Actualmente en Operación •

•

•

•

Ovejería – División Andina (120 m*) Torito – El Soldado (125 m*) Las Tórtolas – Los Bronces (190 m*) Mauro – Los Pelambres (248 m*)

(*) Altura de diseño


Ovejería – División Andina CODELCO OVEJERÍA


Ovejería – División Andina CODELCO





Tranque Minera Ubicación Opera desde Altura Máxima Tranque Tranque (Diseño) Crecimiento Talud Aguas Abajo

OVEJERÍA CODELCO DAND REGIÓN METROPOLITANA 1999 120 m AGUAS ABAJO 4H:1V


El Torito – El Soldado ANGLO ANGLO AMERICAN

EL TORITO


El Torito – El Soldado ANGLO AMERICAN


El Torito – El Soldado ANGLO ANGLO AMERICAN


El Torito – El Soldado ANGLO AMERICAN


EL TORITO ANGLO AMERICAN V REGIÓN 1992 125 m AGUAS ABAJO 4,5H:1V


Las Tórtolas – Los Bronces ANGLO AMERICAN LAS TÓRTOLAS


Las Tórtolas – Los Bronces ANGLO AMERICAN






LAS TÓRTOLAS ANGLO AMERICAN REGIÓN METROPOLITANA 1992 190 m AGUAS ABAJO 4H:1V


El Mauro – Minera Los Pelambres AMSA

EL MAURO







Tranque Minera Ubicación Opera desde Altura Máxima Tranque Tranque (Diseño) Crecimiento Crecimiento Talud Aguas Abajo

EL MAURO AMSA IV REGIÓN 2006 248 m Aguas Abajo 3,5H:1V


Diseño de Tranques Tranques de de Relaves •

Selección de Sitio: – – – – – – –

–

Distancia desde la planta de procesos Distancia desde lugares de empréstito empréstito Capacidad de almacenar la totalidad de los relaves Minimizar los impactos ambientales Minimizar los impactos con terceros terceros Manejar las aguas superficiales Condiciones geológicas (unidades de suelo y roca, riesgos geológicos, existencia de fallas, etc.) Condiciones hidrogeológicas (niveles freáticos, propiedades geo-hidráulicas, etc.)

Diseño de Tranques Tranques de de Relaves


Estudios de Riesgo Sísmico: Estimación cuantitativa de parámetros del movimiento sísmico del terreno. De acuerdo al DS 248: “El sismo de diseño considerado debe obtenerse a partir

de las estadísticas de las zonas sismogénicas de la región y estimar la aceleración a celeración máxima respectiva en la zona de emplazamiento del depósito.” depósito.”

Diseño de Tranques Tranques de de Relaves Estudios Determinísticos

Diseño de Tranques Tranques de de Relaves Estudios Probabilísticos

Diseño de Tranques Tranques de de Relaves Fórmula de atenuación Ruiz y Saragoni (2005) para roca o suelo duro óℎ á =

M: Magnitud R: Distancia hipocentral en kilómetros

2 1,8 ( + 30)1,9

(en cm/seg²)


Caracterización de Sitio y Materiales para Construccoón

Diseño de Tranques Tranques de de Relaves En cuánto a propiedades geotécnicas, el DS 248 requiere: –

–

–

–

–

–

–

Resistencia al corte, Compresibilidad, Permeabilidad, Granulometrías, Pesos unitarios, Pesos específicos, y Plasticidad.


Estudios de Estabilidad –

Análisis de equilibrio límite (Slide, Slope/W, etc.)

Requiere estimar el coeficiente sísmico k h… para lo cual hay varios criterios…


Estudios de Estabilidad –

Análisis de equilibrio límite (Slide, Slope/W, etc.)


Estudios de Deformación –

Métodos Simplificados (Swaisgood, 2013)



Métodos Simplificados (Bray y Travasarou, 2007)

D: Desplazamiento Ky: Coeficiente sísmico de fluencia Ts: Período fundamental de la masa deslizante Sa: Aceleración espectral M: Magnitud del sismo



Métodos Numéricos (FLAC, Opensees, etc.)

Diseño de Tranques Tranques de de Relaves 3D

2D

Gentileza


Licuación en Tranques de Relaves •

Evaluación de Potencial de Licuación de Tranques de Relaves.

“Licuación es la transf t ransformación ormación de un material

granular desde un estado sólido a un estado licuado como consecuencia del aumento de presión de poros y reducción de la tensión efectiva” (Marcuson, 1978)

Licuación en Tranques de Relaves

Arenas Sueltas Saturadas


Evaluación de Potencial de Licuación de Tranques de Relaves. –

–

Licuefacción: Licuefacción: pérdida total de la resistencia resistencia al corte del material de relaves del depósito, por incremento de la presión de poros (DS 248). Presión de poros: presión en el agua, contenida en los intersticios intersticios de las partículas de relaves, ya sea estática por la columna de agua, o dinámica por una reducción brusca de los poros (DS 248).


Licuación de Arenas y Licuación de Lamas AGUAS ARRIBA

AGUAS ABAJO

EJE CENTRAL


Licuación de Arenas


Licuación de Lamas


Licuación de Lamas


Licuación de Lamas


Licuación de Lamas


Licuación de Lamas


Licuación de Lamas


En general, en un sismo de gran magnitud las lamas probablemente van a licuar…lo

importante es asegurar que las arenas del muro no licúen…

Parte 2: Fallas Históricas de Tranques en Chile  Estadísticas

de Fallas  Falla del Tranque Barahona 1928  Falla del Tranque El Cobre 1965 Recientes de Tranques  Fallas Recientes

Estadísticas de Fallas





US: Aguas Arriba CL: Eje Central DS: Aguas Abajo

OP: En Operación AB: Abandonada

LQ+FF: Licuación y Falla Fluida SI+SID: Inestabilidad de Taludes y Deformaciones Sísmicas OT: Rebalse del Muro


US: Aguas Arriba CL: Eje Central DS: Aguas Abajo

OP: En Operación AB: Abandonada

LQ+FF: Licuación y Falla Fluida SI+SID: Inestabilidad de Taludes y Deformaciones Sísmicas OT: Rebalse del Muro



Falla del Tranque Barahona 1928 Tranque Barahona Mina El Teniente

Epicentro Terremoto de Talca 1928

Falla del Tranque Barahona 1928 •

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Terremoto de Talca ocurrió en la madrugada del 1 de diciembre de 1928 ML = 8,2 (Richter) MW = 7,6 Aceleraciones máximas entre 0,12 y 0,19 g (estimadas) Duración 1 minuto y 40 segundos ~300 personas perdieron la vida, ~1000 resultaron heridas


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El Tranque Barahona pertenecía a la Mina El Teniente, propiedad de Braden Copper Company. La construcción del Tranque Barahona (actualmente se le conoce como Barahona N°1) comenzó en 1917. Luego de la falla el tranque fue reparado y abandonado. Otro depósito de pósito llamado Barahona N°2 fue construido. El diseño original del muro contemplaba la utilización de materiales de empréstito arcillosos y una altura de 78 m a ser construido por etapas. Las pendientes del muro muro eran 1,5H:1V y 2H:1V y 5 bermas de 15 m de ancho. La preparación de la fundación comenzó en 1917, los materiales de relleno eran traídos por trenes , transferidos a carros tirados por caballos para distribución en obra. Estos eran compactados con rodillos a vapor.

Falla del Tranque Barahona 1928

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La idea primitiva era ir construyendo por etapas con material impermeable en la parte de aguas arriba y material grueso en la parte de atrás para darle peso. En tranque había sido diseñado para almacenar 190 millones de toneladas de relaves.


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Sin embargo, en mayo 1919, cuando el muro alcanzaba los 7 m, la construcción se detuvo debido a los altos costos y a dificultades constructivas. Se estudió un nuevo diseño. Se cree que el material de empréstito contenía bentonita, dificultando la compactación (Troncoso (Troncoso et al., 1993) 1 993) Se decidió iniciar la construcción de un muro de arenas relaves construido por el método de aguas arriba. Se construyó un pequeño tranque de tierra unos 400 m aguas abajo del original, como muro de partida del nuevo diseño, con un 2% de pendiente en la dirección del eje.

Falla del Tranque Barahona 1928 04 Junio 1920


La clasificación de las arenas se realizó con conos móviles instalados en la cresta del muro. La efectividad efectividad de la separación entre arenas y lamas fue mejorando en el tiempo. El contenido contenido de finos de las arenas pasó de 26% en 1921 a 15% en 1298.




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Antes de la falla la producción de relaves alcanzó alcanzó los 17.000 17.00 0 toneladas diarias. En 1928, almacenaba 27 millones de toneladas de relaves y cubriendo un área de 91 Ha.

Tranque Barahona 1 año antes de la falla


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Al momento del terremoto, el Tranque Barahona tenía una altura de 65 m La cresta tenía un ancho de 12 m y un largo de 1.885 m en una pendiente pendiente del 2% bajando de este a oeste. La revancha con respecto a los relaves era de 17 m. El ancho de playa o la distancia de la laguna al muro era de 400 m.



El Ingeniero G. W. Soady, a cargo de la construcción del tranque Barahona, pudo ver desde su casa ubicada a unos 300 o 400 m del tranque, la falla de éste dos o tres minutos luego de terminado el sismo.


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El tranque falló en la parte más profunda de la quebrada. La longitud afectada alcanzó alrededor de 400 m, siendo la longitud total en su cresta 1.885 m


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El muro del tranque colapsó liberando 314.000 m³ de agua y 4 millones de toneladas de relaves, arrasando con la estación de Barahona. Los relaves destruyeron diversas instalaciones y produjeron produjeron 54 víctimas fatales.





Troncoso en noviembre de 1991 realizó investigaciones de campo en la zona que falló y fue reparada: –

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3 CPTu en el muro 2 CPTu en las lamas SPT en el muro








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Se observa dispersión de los resultados, normal en rellenos hidráulicos con lentes de arenas y limos. La resistencia es mayor en las zonas que no fallaron que en las zonas reparadas. La consolidación y efecto envejecimiento son los responsables del buen comportamiento del Tranque Barahona N°1 hasta nuestros días (Troncoso, (Troncoso, 1993).

Falla del Tranque Barahona 1928 Barahona N°2

Barahona N°1




Falla del Tranque El Cobre 1965 Epicentro Terremoto de La Ligua 1965

30 km

Tranque El Cobre Mina El Soldado

Falla del Tranque El Cobre 1965 HIERRO VIEJO EPICENTRO LOS MAQUIS LA PA PATAGUA TAGUA

CERRO NEGRO EL CERRADO EL COBRE BELLAVISTA

SAUCE

RAMAYANA

Falla del Tranque El Cobre 1965 •

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Terremoto de La Ligua ocurrió después del mediodía del 28 de marzo de 1965 ML = 7,6 (Richter) Intensidad Mercalli IX cerca del epicentro Profundidad entre 50 y 60 km Aceleraciones máximas entre e ntre 0,2 y 0,3 g (estimadas) Duración 1 minuto y 40 segundos


En apariencia, este este temblor no causó muchos daños, sin embargo, éstos alcanzaron un valor de ciento cincuenta millones de dólares. Por ello se le conoce como “el terremoto hipócrita”


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La situación más grave se produjo en el tranque de relaves El Cobre de la mina El Soldado, perteneciente perteneciente a la compañía Disputada de Las Condes. La mina esta en operación desde 1930.


El Tranque de Relaves El Cobre estaba dividido en tres: –

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Tranque Chico (Relleno hidráulico) Tranque Viejo (Relleno hidráulico) Tranque Nuevo (Muro de Arena clasificada)

Falla del Tranque El Cobre 1965

Forma de Construcción de Tranques Viejo y Chico


Forma de Construcción de Tranque Nuevo



Tranque Viejo

Fotografía tomada en 1943

Tranque Chico


P: Planta de Concentración C.F.: Cancha de Futbol I: Iglesia E: Escoria A: Terraza B: Parte superior del Tranque ZS: Laguna L: Separación entre Terrazas

Fotografía tomada en 1961


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En diciembre de 1963 comenzó la construcción del Tranque Nuevo, quedando el Tranque Viejo Viejo como depósito auxiliar auxilia r, y prácticamente abandonándose el Tranque Chico. El día del terremoto el Tranque Viejo estaba en uso, y tenía su laguna central.


Curva granulométrica granulométrica de los relaves depositados en El Cobre entre enero y octubre de 1964


Falla del Tranque El Cobre 1965 Información de Construcción

Forma y Dimensiones

Efector Efect or del Terremoto

Nombre

Opera desde

Método

Uso (1965)

Planta (m)

Altura Máxima (m)

Taludes Exteriores (grados)

Terrazas en Taludes Exteriores

Volumen Almacena do (m³)

Falla

Volumen Liberado (m³)

Tranque Viejo

1930

Depositación Hidráulica

Tranque de Emergencia

350 x 350

32-35

35-40

Si

4.250.000

Falló

1.900.00

Tranque Chico

1930

Depositación Hidráulica

Sin Uso

130 frente 240 prof.

26

35-40

Si

985.000

Deslizam. Locales

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Tranque Nuevo

Dic. 1963

Ciclones

Tranque Operacional

Triángulo 210 prof.

19

15

No

500.000

Falló

500.000


Tranque Viejo Tranque Chico Tranque Nuevo


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El derrame cubrió el poblado de El Cobre ubicado a los pies del Tranque Viejo. En el poblado habitaban unos 150 a 200 mineros y agricultores, agricultores, de los cuales sobrevivieron sobrevivieron no más de 10, encontrándose posteriormente unos 35 cadáveres. Luego de algunos minutos el aluvión llegó a la Carretera Panamericana, unos 12 km valle abajo. En total se derrumbaron derrumbaron 2.400.00 2.400 .00 toneladas dejando más de 200 víctimas.



Tranque Viejo desde el cerro de atrás


Tranque Viejo talud frontal


Antes de la Falla Terrazas Horizontales

Después de la Falla

Perfil del Tranque Viejo antes y después de la falla


Planta de Concentración Tranque Viejo

Tranque Chico

Tranque Tranque Nuevo





Dobry (1965) realizó una serie de estudios en los restos del tranque, incluyendo: –

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3 sondajes: 1 en el Tranque Viejo (S-1), y 2 en el Tranque Chico (S-2 cerca del borde y S-3 en el centro). Toma de muestras en el Tranque Viejo. Toma de muestras a partir de calicatas en el Tranque Chico. Chico. Ensayos de laboratorio.


Variación del % de partículas menores que 0,074 mm con la profundidad profundidad del sondaje S-2 – Tranque Chico cerca del borde.


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Resultados del sondaje S3 – Tranque Chico en el centro.

RELAVE SECO

La capa de “Relave Poco Consolidado” es la capa

que licuó e el Tranque Viejo, arrastrando la costra superior. Se estima que esta capa tenía 10 m de espesor en el Tranque Viejo.

RELAVE POCO CONSOL.

RELAVE CONSOL.

TERRENO NATURAL


Evidencias de Licuación en el Tranque Viejo


Variación del porcentaje de partículas arcillosas (menores que 0,005 mm) con la distancia al borde del Tranque Tranque Chico.


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En el Tranque Nuevo y la parte superior de Tranque Viejo existía material con menos de 1,5 años de depositación, no consolidado y muy húmedo. Se estima que el terremoto causó la licuación de estos relaves aumentando la presión sobre el terraplén exterior de arena. Las presiones del relave licuado, y quizás las aceleraciones sísmicas rompieron el terraplén abriendo un boquete, y produciendo produciendo la falla del los tranques. tranques.




Fallas allas Recientes Recientes de Tranques •

5 tranques de relaves relativamente pequeños fallaron en el terremoto del 27 de febrero del 2010: –

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Las Palmas (120 km)* Alhué (260 km)* Chancón (270 km)* Veta de Agua (390 km)* Bellavista Bellavista (390 km)*

* Distancia Epicentral

Fallas allas Recientes Recientes de Tranques •

Las causas de las fallas son atribuibles a: –

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Construcción aguas arriba sin un diseño adecuado Falta de supervisión experta Falta o falla de drenes Baja compactación de arenas Alto contenido de finos en los muros de arena

Fallas allas Recientes Recientes de Tranques Tranque Las Palmas

Los relaves viajaron una distancia de alrededor de 1 km, matando a 4 personas que habitaban una casa que fue cubierta por varios metros de relaves.

Fallas allas Recientes Recientes de Tranques Tranque Las Palmas

Parte 3: Normativa Vigente en Chile

Normativa Vigente Vigente en Chile •

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Antes de 1965 muchos de los depósitos de relaves en Chile usaban muros muros de arena construidos construidos con el método de aguas arriba. El diseño y construcción de este tipo de muros en general era limitado en términos analíticos. La mecánica de suelos moderna fue desarrollada entre entre 1936 y 1960, y el entendimient entendimiento o de la licuación de suelos comenzó en los años 60.


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Antes de 1970 Chile no contaba con regulaciones o guías para el diseño y construcción de tranques de relaves. Luego del impacto generado por la falla del Tranque El Cobre, en 1970 las autoridades de la época publicaron el Decreto N°86 para regular el diseño, construcción y operación de tranques de relaves.


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El Decreto N° 86 fue un gran avance, por primera vez se contaba con definiciones, criterios y requerimientos que deben cumplirse para la construcción y operación de depósitos de relaves. El Decreto N° 86 sólo se refería a los depósitos cuyo muro estaba construido con arenas de relaves, dejando afuera los muros construidos con material de empréstito o enrocados. Implícitamente se reconocía que los muros de arena constituían un mayor riesgo, además de ser el tipo de muros m uros más comunes en esa época.


Los puntos centrales del Decreto N° 86 fueron: –

– –

La saturación de las arenas en los muros es identificadas como una de las grandes amenazas a la estabilidad, requiriéndose un sistema de drenaje basal, arenas permeables y el e l control del nivel piezométrico en el muro. El método de aguas arriba es prohibido . En mínimo factor de seguridad de 1,2 1 ,2 es establecido para los análisis de estabilidad pseudo-estático que debe considerar un coeficiente coeficiente sísmico determinado en base a la población ubicada aguas abajo del depósito, dentro de la “distancia peligrosa”.

–

La laguna debía estar lejos del muro m uro y el muro debía contar con una revancha apropiada.

Normativa Vigente Vigente en Chile El mérito o contribución del Decreto N°86 fue la identificación y reconocimiento de la importancia de la saturación de las arenas de los muros en la estabilidad. La norma apunta en asegurar que en un tranque de relaves el agua de las lamas no llegue al muro, y en caso que si lo haga, asegurar que el muro tiene la capacidad de eliminar el agua rápidamente. El Decreto N°86 fue válido hasta el 29 de diciembre del 2006, cuándo fue reemplazada por el Decreto Supremo N°248 “Regulaciones para el Diseño, Construcción, Operación, y Cierre del Proyectos de Depósitos de Relaves”.


En Chile actualmente tenemos 2 reglamentos que regulan el diseño civil/geotécnico de tranques de relaves: –

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Decreto Supremo 248 SERNAGEOMIN - Reglamento para la Aprobación A probación de Proyectos de Diseño, Construcción, Operación y Cierre de los Depósitos de Relaves. Artículo 295 de la Dirección General de Aguas del Ministerio de Obras Públicas. Condiciones Condici ones técnicas que deberán cumplirse en el proyecto, proyecto, construcción y operación de las obras hidráulicas.


De acuerdo a la DGA, los embalses o tranques se clasifican en:

a) Cate Catego goría ría A: Peq Peque ueños ños,, de altu altura ra de mur muro o máxi máxima ma ma mayor yor a 5 m e inferior a 15 m, o bien de capacidad superior a 50.000 m³ e inferior a 1.500.000 m³. b) Catego Categoría ría B: Mediano Medianos, s, de altura altura de muro muro máxi máxima ma may mayor or o igual a 15 m e inferior a 30 m, o bien de capacidad igual o superior a 1.500.000 m³ e inferior a 60.000.000 m³. c) Cate Catego goría ría C: Gra Grand ndes es,, de altu altura ra máxi máxima ma de de muro muro igual igual o superior a 30 m, o bien de capacidad igual o superior a 60.000.000 m³.


Normativa – Estudio Sismológico –

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DS 248: “El sismo s ismo de diseño considerado debe obtenerse a partir de las

estadísticas de las zonas sismogénicas de la región y estimar la aceleración máxima respectiva en la zona de emplazamiento del depósito .” Art. 295: •

•

•

1. Embalse Categoría A: Para esta categoría se aceptará la utilización utilizació n de métodos simplificados para la obtención de la aceleración horizontal horizontal máxima del suelo. Por ejemplo, se podrá utilizar la Norma Chilena NCh 433 vigente u otra que sea dictada específicamente específicamente para estos fines. En caso de utilizarse la citada norma, para aquellas presas que se ubiquen en la Zona 1 o Cordillerana, se deberá hacer un estudio sísmico específico para el sector de emplazamiento de las obras. Si el resultado de este estudio determina una aceleración horizontal menor a 0,20 g, se adoptará este valor. 2. Embalse Categoría B: Se deberá desarrollar un estudio sismológico específico para la zona de emplazamiento de las obras el cual deberá considerar aspectos Determinísticos Determinísticos y Determinísticos-Probabilíst Determinísticos-Probabilísticos, icos, para obtener el Sismo Máximo Creíble C reíble y el Sismo de Diseño, respectivamente, y la correspondiente aceleración horizontal del suelo. 3. Embalse Categoría C: Se deberá atender las mismas consideraciones consideraciones hechas para los embalses de Categoría B y, además, aplicar acelerogramas de sismos chilenos para de una magnitud de, al menos, Ms=8,5.


Normativa – Análisis de Estabilidad Estabilidad –

DS 248: •

•

•

•

Fase I: Simulación de estabilidad estática (Análisis pseudo-

estáticos) estáticos) asumiendo licuefacción total de los relaves de la cubeta. Fase II: Simulación de estabilidad estática (Análisis pseudoestáticos) estáticos) con determinación simplificada de las presiones de poros. El factor de Seguridad resultante del cálculo de las fases anteriores, anteriores, no debe ser menor de uno coma dos (1,2). Para el caso de depósitos pequeños (con muros menores de 15 metros de alto) cumplida esta condición, no será necesario cumplir la fase III. Fase III: Análisis dinámicos basados en ensayos de propiedades propiedades dinámicas de los suelos, incluyendo cálculos de desplazamientos. eventos Fase IV: Análisis para condición de Cierre, incluyendo eventos solicitantes máximos y efectos del tiempo en las propiedades de los depósitos.


Normativa – Análisis de Estabilidad –

Art. 295: •

•

•

Embalse Categoría A : Estático y seudoestático, teniendo en consideración el estudio sismológico aplicable a esta Categoría. Embalse Categoría B : Se elaborará, al menos, los análisis estático y seudoestático, seudoestático, para los Sismos Máximo Creíble y de Diseño. Dependiendo de la sismicidad de la zona en que se encuentren las obras, del tipo de presa, de su fundación y de otras particularidades de interés para este tipo de análisis, aspectos que tienen que estar debidamente justificados en el proyecto, se deberá demostrar que no es necesario incluir un análisis dinámico para esta categoría de embalse. Embalse Categoría C : Estático y dinámico, para los Sismos Máximo Creíble y de Diseño.

En la verificación de la estabilidad de los muros, se deben obtener coeficientes coeficientes o factores de seguridad mínimos, según lo que se especifica a continuación: Caso estático : FS ≥ 1,4 Caso seudoestático seudoestático : FS ≥ 1,2 • •

Cuando corresponda, se deberá comprobar la estabilidad en condiciones postsísmicas, justificando adecuadamente los parámetros parámetros utilizados utilizados para este este análisis. En este este caso el factor de seguridad mínimo deberá ser FS>1,0.


Normativa – Licuación –

–

DS 248: “En el caso de los Tranques de Relaves, la laguna de aguas

claras debe mantenerse mantenerse lo más alejada posible del muro de contención con el fin de evitar humectar demasiado el muro, con el objeto de evitar su saturación, y el consecuente aumento de la presión de poros y el eventual colapso. Los relaves saturados son altamente susceptibles a licuefacción sísmica, en especial, si su permeabilidad y densidad son bajas; por esta razón, es necesario mantener una constante recuperación de las aguas claras del depósito.” Art. 295: “El proyecto de embalses o tranques de relaves deberá considerar medidas para evitar la licuefacción, tales como: aumentar al máximo la compactación del muro y disminuir el contenido de humedad de éste, ya sea alejando al máximo la laguna de aguas claras o implementando un sistema eficiente de drenaje basal.”



DS 248: •

“El muro de contención o prisma resistente debe contar con un sistema drenante drenante en su base.”



DS 248: •

“En el caso de un tranque de relaves, la fracción más

gruesa de arena debe estar constituida constituida por no más de un 20% de partículas menores de 200 mallas (74μ.).” Contenido de Finos del Muro (%)

Rango Normal

Máximo

Las Tórtolas

12-15

16

Torito

15-18

20

Ovejería

12-14

15

Mauro

13-16

18



DS 248 y Art. 295: “En el caso de muros de arena, de embalses o tranques de relaves, relaves, se prohíbe el método de crecimiento hacia aguas arriba.” Nivel Freático

Muro Aguas Arriba

Descarga de Lamas Laguna

Sección 1: Tranques de Relaves en Chile

Muchas Gracias

Tranques de Relave en Chile

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