Estabilidadde Botaderos de Desmontes

7/26/2019 Estabilidadde Botaderos de Desmontes

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Plan de Cierre de Pasivos Ambientales de la Compaa Minera Aruntani S.A.C. Unidad Santa Rosa

Informe Final Rev. A CESEL IngenierosC:\Users\Salomon\Downloads\5.1.3 Estabilidad Fsica de Botaderos de Desmontes.doc Mayo 2006

03. Criterios de Cierre

a) Reubicacin de los Botaderos de Desmonte

Se define si la ubicacin actual del botadero o depsito de desmonte esadecuada o no, teniendo en cuenta los criterios siguientes:

Se ubica en el cauce de una quebrada.

Est en una zona donde no permite hacer las obras de proteccin de lasescorrentas. Este criterio es muy importante si se trata de un botadero dedesmonte generador de acidez.

Causa una contaminacin visual, con un paisaje no acorde a la zona.

Econmicamente es muy costoso hacer las obras de cierre por no tener latopografa adecuada.

Si el botadero de desmonte debe ser reubicado; entonces, se tendr que sacartodo el material de dicho botadero de desmonte y finalmente limpiarcompletamente la zona, perfilar y revegetar si las condiciones lo permiten.

Si el botadero de desmonte no ser reubicado; se tendr que evaluar si esfsicamente estable o no, y establecer un diseo de estabilidad para el cierre,

tomando en cuenta cortes y rellenos.

b) Estabilidad Fsica

Los criterios utilizados en el diseo se basan en la aplicacin de metodologasde anlisis y diseo, para obras de ingeniera geotcnica. Las pruebas yensayos para la obtencin de la informacin de sitio y de los materialesexistentes cumplen procedimientos estandarizados internacionalmente. Loscriterios de diseo se basan en la aplicacin de modelos, procedimientos de

anlisis y diseo que son actualizados permanentemente a la luz de losresultados obtenidos en proyectos similares.

En los anlisis de estabilidad de taludes se considera un valor mnimo deFactor de Seguridad FS de 1.5 en la condicin esttica, sin sismo. Para lacondicin pseudo-esttica se considera un coeficiente ssmico equivalente a de la aceleracin ssmica de diseo. El perodo de exposicin ssmica es de500 aos. El valor del Factor de Seguridad mnimo para la condicin Pseudo-esttico es de FS=1.0.


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Los criterios de estabilidad mencionados, aseguran un adecuadocomportamiento de los taludes desde el punto de vista de la resistencia de lossuelos y materiales involucrados, as como el nivel de deformacin de lostaludes ante un evento ssmico, condiciones recomendables para el extensoperodo de exposicin ssmica. Deformaciones no controladas pueden poner en

riesgo los elementos de cobertura, encapsulamiento o revegetacin.

Los anlisis de estabilidad asumen superficies de falla tipo circular, planar ofallas del tipo bloque. Se utiliza los mtodos de equilibrio lmite de BishopSimplificado y de Janbu. Para la realizacin de los anlisis de estabilidad seutiliza el programa de cmputo STABL versin 5.0 de la Universidad dePurdue, EE.UU y el programa MAC.ST.A.R.S 2000-Rel 2.1 de MaccaferriStability Analisis of Reinforced Soils

Los anlisis de estabilidad consideran el comportamiento drenado mediante eluso de los parmetros de resistencia efectivos de suelos, materiales granularesy drenantes, que conforman los botaderos de desmontes.

La evaluacin con MAC.ST.A.R.S 2000-Rel 2.1 incluye estabilidad interna,estabilidad global, anlisis de deslizamiento, verificacin de estabilidad de muroy clculo de asentamientos.

Si el botadero de desmonte es fsicamente estable, siguiendo los criteriosanteriores, entonces solo se har trabajos de perfilado para poder colocar una

cobertura adecuada, y si las condiciones lo permiten s revegetar.

Si el botadero de desmonte no es fsicamente estable se proponen tresmtodos de cierre:

i) Mtodo de Banquetas

Es un mtodo en el que se usa el mismo material del botadero de desmonte,material de corte como relleno; se llega a estabilizar fsicamente, pues se quita

la sobrecarga que genera un gran volumen de masa en la parte superior. Parapoder usar el mtodo del banqueteo, muchas veces se necesita tener unatopografa de pendiente baja en la parte del pie de talud. ste es el mtodoms econmico, pero a veces no se puede utilizar por las condiciones delentorno.


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ii) Mtodo de Gaviones

El mtodo de Gaviones es muy usado para la contencin del pie de talud, seutiliza como muros de contencin; lo cual ayuda a no desplazar el desmonte,dndole una altura adecuada para lograr el ngulo de estabilidad, esto permitetener alturas de taludes mayores a las que se puede obtener con el mtodo debanquetas. Este mtodo puede ser tambin mixto, es decir, usar gaviones ybanquetas; esto depende de las caractersticas del desmonte y del entorno quelo rodea. Econmicamente es a veces muy costoso pues los insumosrequeridos como las piedras que conforman los gaviones no se encuentran enla cercana.

Mtodo de Gaviones


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iii) Mtodo de Suelo Reforzado

El mtodo del suelo reforzado nos permite utilizar ngulos mucho mayores quelos mtodos anteriores, ya que el uso de la geomalla lo permite, esto nos lleva

a contener mejor el pie de talud evitando que ste se prolongue ms.Econmicamente es el mtodo menos recomendado por el costo de susinsumos.

Mtodo de Suelo Reforzado

04. Alternativas de Cierre

Se evala el procedimiento a seguir para la toma de decisin del cierre de losbotaderos de desmontes; para ello, un diagrama de Flujo nos muestra la

metodologa a seguir, teniendo que escoger entre el uso de tres alternativas, siel deposito de desmonte no esta fsicamente estable y no ser reubicado.


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La Matriz de Seleccin de Alternativas nos muestra el ranking a utilizar, ste seusar teniendo en consideracin las caractersticas de cada botadero dedesmonte y el entorno topogrfico en el que se encuentre.

1 2 3

1 5 9 3 32 4 3 3 13 3 1 3 3

4 2 1 3 35 2 3 3 36 3 3 3 37 4 3 1 38 2 1 1 19 4 3 3 3

10 4 3 3 1115 87 79

MATRIZ DE SELECCIN DE ALTERNATIVAS

ALTERNATIVAS

Banquetas

Gaviones

Suelo

Reforzado

CARACTER STICAS, ATRIBUTOS YBONDADES

PONDERACIN

CostosSistema constructivoHurto de materiales colocados

Control y monitoreo

Adherencia con la coberturaGarantia de perpetuidad

Total

Tiempo de ejecucinInsumosImpacto Visual

Aporte Social

La mejor alternativa para el cierre de botaderos de desmontes es el uso debanquetas, seguido por usar gaviones en pie de talud y como ultima opcin

usar el sistema de suelos reforzados.

SiNo

Botadero de Desmonte

Si No

Perfilar yrevegetar

Estabilizartaludes

Evaluar Alternativa1. Banquetear2. Colocar Gaviones3. Usar suelos reforzdos

estable?Es fisicamente

Desmonte?Reubicacin del NoSi

Reubicardesmonte

Reubicacin delDesmonte?


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05. Obras de Cierre

La dimensiones de los botaderos en esta zona, amerita solo la estabilizacinen su propio emplazamiento, teniendo en cuenta que existen estudios para sudisposicin que son mencionados seguidamente:

- Estudio de Ingeniera Botadero de Desmonte de Mina No 2 Unidad MineraSanta Rosa

- Optimizacin del Diseo del Botadero Sur de la Mina Santa Rosa- Plan de restauracin Ambiental del Botadero Norte

a) Estabilizacin fsica de botaderos de desmontes

Los botaderos de desmontes que sern estabilizados fsicamente en su

ubicacin inicial, se har por las siguientes causas:

No estar ubicados en zonas de cauce de quebradas.

Tener volmenes muy considerables.

Estar ubicados en zonas estables.

i) Anlisis de estabilidad

El anlisis de estabilidad se ha realizado considerando el tipo de material, parael caso de depsitos del material,la seccin ms crtica, de los depsitos dedesmonte, utilizando los criterios ingenieriles, hiptesis y un modelomatemtico. lo que ha posibilitado estudiar detalladamente una gran variedadde configuraciones de falla. Este modelo analiza la estabilidad de taludestomando en cuenta las propiedades del suelo (cohesin y friccin), lascaractersticas geomtricas del talud, las variables desencadenantesinteractuando con las condiciones reales del diseo.

Para el clculo de los factores de seguridad al corte se ha empleado el mtodosimplificado de de Bishop simplificado (1955) y de Janbu (1957); basado en ladeterminacin, mediante el anlisis de equilibrio lmite, de la relacin entre laresistencia disponible del suelo al corte y el esfuerzo cortante requerido paramantener el equilibrio lmite a lo largo de superficies que definan un mecanismopotencial de falla (crculos de falla).

Utilizando los criterios, hiptesis y modelo matemtico antes indicados, losclculos relativos al anlisis de estabilidad de taludes se realizaron empleandoun programa de cmputo geotcnico de reconocida confiabilidad (programasSTABL 4, 4M, 5, 5M, 6 y 6H) lo que posibilita estudiar, detalladamente una granvariedad de configuraciones alternativas para obtener una seccin ptima,


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aceptable tanto desde el punto de vista de la seguridad como de economa dela obra.

El programa analiza la estabilidad de taludes tomando en cuenta laspropiedades del suelo (cohesin y ngulo de friccin), las caractersticas

geomtricas del talud y las variables desencadenantes de deslizamiento (nivelde agua).

Los parmetros correspondientes a las propiedades de los materiales quecomponen la el talud, requeridos para el anlisis de estabilidad, son lossiguientes:

Peso unitario hmedo (h)

Peso unitario saturado (sac)

Cohesin ngulo de resistencia al corte

Los valores de estos parmetros se han seleccionado teniendo enconsideracin los resultados de los diversos ensayos de campo y delaboratorio, la evaluacin de las condiciones geolgicas y geotcnicas de lacimentacin.

ii) Metodologa de anlisis

Para el anlisis de estabilidad de taludes se ha empleado exclusivamente elmtodo simplificado de Bishop, debido a que, en general, los valores de losfactores de seguridad obtenidos mediante dicho mtodo para superficies defalla circulares difieren en un 5% a 10% por defecto (es decir, dando un margenconservador de seguridad) de los valores obtenidos empleando mtodosrigurosos de anlisis (tales como el de Spencer o el de Morgenstern Price).Por tanto, para fines prcticos, el mtodo simplificado de Bishop essatisfactorio.

El clculo utiliza el mtodo de las dovelas. Este mtodo asume que no hayfuerzas de corte entre dovelas adyacentes y que la geometra de cada unaqueda definida por su altura, h, medida a lo largo de su lnea central, su ancho,

x, y por las inclinaciones de su base y de su parte superior, y respectivamente.

El mtodo satisface el equilibrio de fuerzas verticales para cada dovela. Por lotanto, de acuerdo con el diagrama de cuerpo libre se tiene:

)1(sencos)'( vv kWSUNF

(1)0coscos QU


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Asimismo, este mtodo satisface el equilibrio de momentos de toda la porcindel talud susceptible de falla, tomados con respecto al centro de la superficiecircular de falla analizada; por lo tanto:

oM)sen(]coscos)1([

1

RQUkWn

i

v

)cos(]sensen[1

hRQUn

i

(2)

0)cos(][)(][1 1

aq

n

i

n

i

h hRWkRS

En la anterior expresin (2), R es el radio de la superficie circular de falla, h esla altura promedio de cada dovela y heqes la altura vertical entre el centro de la

base y el centroide de cada dovela.

Por otro lado, considerando que el factor de seguridad es el mismo para todas

las dovelas, la resistencia al corte Mohr Coulomb movilizada ( S) a lo largode la base de cada dovela est dada por:

F

NCS

tg'

(3)

En base a las relaciones anteriores, finalmente se deduce la frmula quepermite hallar el factor de seguridad al deslizamiento, que es la siguiente:

n

i

n

i

n

i

n

i

AAA

NC

F

1 1

32

1

1

1

]tg'[

(4)

en donde:

)(sen]coscos)1([1 QUkWA v

)/(cos]sensen[2 RhQUA (4a)

)(cos][3R

hWkA

eq

h

y la fuerza normal (N) es:

(4b)

]coscoscoscossen

)1([1

'

QUUUF

CkW

mN v

donde:


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]tgtg

1[cosF

m

(4c)

Las ecuaciones (4), (4a), (4b) y (4c) son las expresiones programadas en el

programa STABL para calcular el factor de seguridad al deslizamiento desuperficies de falla circulares segn el mtodo simplificado de Bishop.

El estudio Probabilstico, determina, para un perodo de retorno de 475 aos laaceleracin de diseo de 0.34 g, considerando como vida til de 50 aos y unnivel de excedencia del 10%.

En base a la comparacin de resultados de los estudio Determinstico yProbabilstico, en el emplazamiento del proyecto se recomienda los siguientesvalores

Aceleracin mxima = 0.34 g

Aceleracin efectiva = 0.25 g

Para el anlisis pseudo-esttico se considera que la masa involucrada en lafalla est sometida a una aceleracin horizontal igual a un coeficiente ssmicomultiplicado por la aceleracin de la gravedad, de modo de tomar en cuenta elefecto de las fuerzas inerciales producidas por el terremoto de diseo. Elcoeficiente ssmico horizontal utilizado fue de 0.17 g.

Los criterios de diseo establecidos para el presente anlisis fueron lossiguientes:

Mnimo factor de seguridad esttico a largo plazo igual a 1.2; y Mnimo factor de seguridad pseudo-esttico a largo plazo igual a 1.0 , Desplazamientos inducidos por sismo que no comprometan la

seguridad del apilamiento la integridad del sistema de revestimiento.

Se debe indicar que un factor de seguridad pseudo-esttico mayor que 1.0 nosignifica que el apilamiento de mineral no se mover durante un terremoto. Loque probablemente ocurrir es que los desplazamientos sern mnimos y no seproducirn daos permanentes en el sistema de revestimiento, asociados alterremoto de diseo.


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iii) Software empleado para el anlisis

El programa realiza los anlisis de estabilidad segn equilibrio lmitebidimensional, calculando el factor de seguridad de un talud con varios estratos

empleando el mtodo simplificado de Bishop o el mtodo modificado de Janbu.El programa permite analizar tanto una superficie nica de falla como una grancantidad de superficie de falla circulares y no circulares. Para los clculosrealizados en el presente estudio, se han considerado 100 y 400 crculos defalla por cada anlisis. Se obtiene as el mnimo factor de seguridad, graficandolas superficies de falla con menores factores de seguridad. Este programaofrece, entre otras, las siguientes opciones:

Sistemas de suelos heterogneos.

Suelos con caractersticas de resistencia anisotrpicas

Envolvente no lineal de esfuerzos, segn Mohr Coulomb

Presiones de poros calculados de diversas maneras: A partir delcoeficiente de presin de poros ru de una superficie fretica, de unasuperficie piezomtrica o de una malla de presiones de poros definidapreviamente.

Clculo de los factores de seguridad (corregidos) segn el mtodo deJanbu

Verificacin de errores de entrada de datos

Visualizacin preliminar de la geometra del talud analizado

Archivos independientes de datos de entrada, salida de resultados ygrficos, los cuales pueden ser inicialmente grabados y posteriormenterecuperados e impresos.

Anlisis de taludes tanto con pendientes.

Sistema de unidades mtricas o inglesas

Men de ayuda para todas las opciones del programa


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Datos Geomtricos del Talud

Contornos mostrando la variacin espacial de los Factores de Seguridad para un

Talud.

Dibujo Tri Dimensional mostrando la variacin espacial del los Factores de Seguridadpara un Talud

iv) Resultados del anlisis de estabilidad de taludes de los botaderos

de desmonte de mina

En el Cuadro a-1 se muestra los resultados del anlisis evaluado a losbotaderos en el estado pseudo esttico, por ser sta, la condicin msdesfavorable.

Las soluciones para estabilizar los taludes, consisten en darles un perfilado einclinacin adecuada hasta llegar a valores FS estables.


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Se muestra en el cuadro a-1, el resumen de los Pad de lixiviacin que seestabilizar in situ, fsicamente:

Cuadro a-1

Botadero Sur rea (Has.) Volumen (m3) Factor de Seguridad

Pseudo-Esttico Esttico

Sec. A-A1.019 1.505

1.166 1.663

Sec. B-B1.026 1.514

1.174 1.728

Sec. C-C 1.072 1.615


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06. Conclusiones y Recomendaciones

- De acuerdo a las alternativas de cierre planteadas, la mejor alternativa y lams viable es la estabilidad fsica

- El mtodo mas adecuado para la estabilizacin fsica, de acuerdo a lascaractersticas fsicas; volumen, emplazamiento y costo de ejecucin. Laalternativa de solucin idnea es el Mtodo de Banquetas, mtodo en el cualse usa el mismo material para su estabilizacin, con movimientos de material,aliviando la carga superior y tendiendo la pendiente del talud para adoptar unainclinacin estable en condiciones estticas y pseudo estticas.

- La solucin adoptada es la ms econmica y viable, puesto que la zonacarece de canteras y materiales que generan costos poco econmicos en las

otras alternativas de solucin

- La solucin adoptada implica un tendido del talud existente en dos tramos: elprimer tramo que es la zona inferior adoptara un ngulo de 29 (1.8H:1V), y elsegundo tramo la parte superior adoptara un ngulo de 30 (1.73H:1V).

- El proceso de tendido con ejecucin de banquetas, implica que la alturamxima de entre banquetas es de 10.00 m.

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