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, 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

Introducción Acerca de los Relaves Depósitos de Relaves Tranques de Relaves Grandes Tranques de Relaves en Chile Diseño de Tranques de Relaves Licuación en Tranques de Relaves

Introducción

Mina/Rajo

Botadero

Planta de Procesos

Concentrado Relaves

Mineral Roca Estéril

$$$ Depósito

Introducción

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).

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).

- 5.700.000 toneladas de cobre en el 2013… - Cuántas toneladas de Relaves?

Introducción

Mineral:

Material sin valor económico

Cobre (Asume 1% de ley)

- 5.700.000 toneladas de cobre en el 2013

- Alrededor del 40% es producción en pilas de lixiviación

- 5.700.000 ton x 0,6 = 3.420.000 ton de cobre (flotación)

- 3.420.000 ton x 100 = 342.000.000 ton de relaves (asume 1% ley)

- 342.000.000 ton / 1,5 ton/m³ = 228.000.000 m³ de relaves

- 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:

170 Estadios Nacionales (en el año 2013)

228.000.000 / 1.340.000 = 170

Introducción

Región en Chile Depósitos de Relave

Región Zona Nombre Activo Inactivo Total

Arica y Parinacota 0 0 0

I Tarapacá 1 0 1

II Antofagasta 13 8 21

III Atacama 45 72 117

IV Coquimbo 39 166 205

RM Central Metropolitana,

Valparaíso y Rancagua 24 75 99

VII y XI Sur Maule y Aysén 3 3 6

SERNAGEOMIN, 2012

Acerca de los Relaves

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

Malla #200 Malla #4

Rango típico de relaves totales de cobre

SERNAGEOMIN, 2007

• Sus propiedades pueden variar en el tiempo.

Traque Las Palmas (Falla 27-02-2010) GEER, 2012

De acuerdo al Decreto Supremo 248:

– 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 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 CODELCO, DAND

• Manejo del depósito

Playa Descarga Laguna

Item Unidad Valor

Toneladas Totales Mt 68.7

Muro de Arena

Elevación msnm 837.3

Volumen Mm3 6.1

Masa Mt 9.7

Revancha Oper. m 12

Revancha Hidr. m 14

Laguna de Operación

Volumen Mm3 9.5

Profundidad Máx. m 17

Cubeta

Elevación Relave en Muro msnm 825.5

Volumen Mm3 40.8

Masa Mt 59.0

Puntos de Descarga

Balsa Operando

Vertedero Operando

MAYO 2010

Gentileza Marco Barrientos

Item Unidad Valor

Muro de Arena

Volumen Mm3 9.2

Masa Mt 14.7

Revancha Oper. m 13

Revancha Hidr. m 18

Volumen Mm3 7.0

Cubeta

Volumen Mm3 58.9

Masa Mt 82.4

Puntos de Descarga

Balsa Operando

Vertedero Operando

NOVIEMBRE 2010

Item Unidad Valor

Muro de Arena

Volumen Mm3 12.5

Masa Mt 20.1

Revancha Oper. m 15

Revancha Hidr. m 20

Volumen Mm3 7.0

Cubeta

Volumen Mm3 81.0

Masa Mt 113.4

Puntos de Descarga

Balsa Operando

Vertedero Operando

JUNIO 2011

Item Unidad Valor

Muro de Arena

Volumen Mm3 15.7

Masa Mt 25.2

Revancha Oper. m 15

Revancha Hidr. m 22

Volumen Mm3 7.0

Cubeta

Volumen Mm3 103.6

Masa Mt 145.0

Puntos de Descarga

Balsa Operando

Vertedero Operando

ENERO 2012

Muro-C1

Item Unidad Valor

Muro de Arena

Volumen Mm3 19.2

Masa Mt 30.7

Revancha Oper. m 15

Revancha Hidr. m 22

Volumen Mm3 7.0

Cubeta

Volumen Mm3 127.7

Masa Mt 178.8

Puntos de Descarga

Balsa Operando

Vertedero Operando

AGOSTO 2012

Muro-C1-C2

Muro + C1

Muro C1

Item Unidad Valor

Muro de Arena

Volumen Mm3 23.2

Masa Mt 37.1

Revancha Oper. m 14

Revancha Hidr. m 21

Volumen Mm3 7.0

Cubeta

Volumen Mm3 160.2

Masa Mt 224.3

Puntos de Descarga

Balsa Operando

Vertedero Operando

JUNIO 2013

Muro-C1-C2-C3

Muro + C1 +C2

Muro C1

Item Unidad Valor

Muro de Arena

Volumen Mm3 27.2

Masa Mt 43.5

Revancha Oper. m 13

Revancha Hidr. m 19

Volumen Mm3 7.0

Cubeta

Volumen Mm3 196.7

Masa Mt 275.4

Puntos de Descarga

Balsa Operando

Vertedero Operando

MAYO 2014

Muro-C1-C2-C3

Muro C1

Item Unidad Valor

Muro de Arena

Volumen Mm3 31.4

Masa Mt 50.2

Revancha Oper. m 11

Revancha Hidr. m 18

Volumen Mm3 7.0

Cubeta

Volumen Mm3 234.8

Masa Mt 328.7

Puntos de Descarga

Balsa Operando

Vertedero Operando

MAYO 2015

Muro-C1-C2-C3

Muro C1

Item Unidad Valor

Muro de Arena

Volumen Mm3 36.3

Masa Mt 58.1

Revancha Oper. m 12

Revancha Hidr. m 19

Volumen Mm3 7.0

Cubeta

Volumen Mm3 279.5

Masa Mt 391.3

Puntos de Descarga

Balsa Operando

Vertedero Operando

JUNIO 2016

Muro-C1-C2-C3

Muro C1

Item Unidad Valor

Muro de Arena

Volumen Mm3 41.8

Masa Mt 66.9

Revancha Oper. m 14

Revancha Hidr. m 21

Volumen Mm3 7.0

Cubeta

Volumen Mm3 329.2

Masa Mt 460.9

Puntos de Descarga

Balsa Operando

Vertedero Operando

SEPTIEMBRE 2017

Muro-C1-C2-C3

Muro C1

Item Unidad Valor

Muro de Arena

Volumen Mm3 49.5

Masa Mt 79.2

Revancha Oper. m 13

Revancha Hidr. m 20

Volumen Mm3 7.0

Cubeta

Volumen Mm3 398.6

Masa Mt 558.0

Puntos de Descarga

Balsa Operando

Vertedero Operando

JUNIO 2019

Muro-C1-C2-C3

Muro C1

Item Unidad Valor

Muro de Arena

Volumen Mm3 63.2

Masa Mt 101.1

Revancha Oper. m 11

Revancha Hidr. m 19

Volumen Mm3 7.0

Cubeta

Volumen Mm3 522.8

Masa Mt 732.0

Puntos de Descarga

Balsa Operando

Vertedero Operando

AGOSTO 2022

Muro-C1-C2-C3-C4

Muro C1

Item Unidad Valor

Toneladas Totales Mt 1,078.3

Muro de Arena

Volumen Mm3 79.5

Masa Mt 127.2

Revancha Oper. m 15

Revancha Hidr. m 23

Volumen Mm3 7.0

Cubeta

Volumen Mm3 679.4

Masa Mt 951.1

Puntos de Descarga

Balsa Operando

Vertedero Operando

JULIO 2026

Muro-C1-C2-C3-C4

Item Unidad Valor

Muro de Arena

Volumen Mm3 96.6

Masa Mt 154.6

Revancha Oper. m 14

Revancha Hidr. m 22

Volumen Mm3 7.0

Cubeta

Volumen Mm3 859.5

Masa Mt 1,203.3

Puntos de Descarga

Balsa Operando

Vertedero Operando

DIVIEMBRE 2030

Muro-C1-C2-C3-C4

Item Unidad Valor

Muro de Arena

Volumen Mm3 117.4

Masa Mt 187.9

Revancha Oper. m 11

Revancha Hidr. m 19

Volumen Mm3 7.0

Cubeta

Volumen Mm3 1,081.7

Masa Mt 1,514.3

Puntos de Descarga

Balsa Operando

Vertedero Operando

JUNIO 2036

Muro-C1-C2-C3-C4

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

Dependiendo de las características del proceso y de la planta, los relaves pueden ser: - Relaves espesados: depósito de relaves

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.

Decreto Supremo 248

Dependiendo de las características del proceso y de la planta, los relaves pueden ser: - Relaves en pasta: depósito de relaves

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 en peso superior al 15%, muy similar a una pulpa de alta densidad. Su depositación se efectúa en forma similar al relave filtrado, sin necesidad de compactación, poseyendo consistencia coloidal.

Decreto Supremo 248

Dependiendo de las características del proceso y de la planta, los relaves pueden ser: - Relaves filtrados: depósito 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.

Decreto Supremo 248

Los relaves convencionales tienen entre un 30% y un 50% de contenido de sólidos

Los relaves espesados tienen entre un 60% y un 65% de contenido de sólidos.

Los relaves filtrados generalmente tienen sobre un 80% de contenido de sólidos.

A medida que se disminuye el contenido de agua de los relaves se obtienen importantes beneficios:

- Mayor recuperación de agua de procesos

- Los relaves pueden ser depositados en forma segura dándole una pequeña pendiente

Neves Corvo

Imagen Satelital Año 2004

CERRO DO LOBO

Imagen Satelital Año 2011

Chuquicamata

Tranque Talabre

Verdugo et al., 2014

Depósitos de Relaves

De acuerdo al Decreto Supremo 248: “Depósito de 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, 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”

Los elementos principales de un depósito de relaves son: - Muro de contención; - Canal de contorno; - Sistema de manejo de crecidas; - Sistema de manejo, control y detección, de filtraciones; - Instrumentación.

Muros de Contención - Material Estéril de la Mina o Empréstito

Antamina, Perú

Muros de Contención - Arena de Relaves (Clasificada)

El Mauro MLP, Chile

Canal de Contorno

Torito (El Soldado), Chile

Canal de Contorno

Sistema de Manejo de Crecidas (aguas de contacto)

Sistema de manejo, control y detección, de filtraciones

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.

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 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”

Ejemplo Embalse de Relaves

Antamina, Perú

De acuerdo al Decreto Supremo 248: “Tranque de relaves es aquel depósito de relaves donde el muro de contención es construido con la fracción más gruesa del relave (arenas)”

Ejemplo Tranque de Relaves

El Mauro MLP, Chile

Tranques de Relaves

Ciclón

Muro de Partida

Arena Permeable

(No Saturada)

Finos (Lamas)

Laguna

Aguas Arriba Aguas Abajo

Sistema de Drenaje

Tranques de Relaves

SERNAGEOMIN, 2007

Malla #200 Malla #4

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

Lamas Arenas

Ciclón

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

EJE CENTRAL

AGUAS ABAJO

Tranques de Relaves

• Aguas Arriba:

PLAYA LAGUNA

LÍNEA DE FLUJO MURO DE PARTIDA

ARENA DE RELAVES

Tranques de Relaves

• Aguas Abajo:

ARENA DE RELAVES

PLAYA LAGUNA

Tranques de Relaves

• Eje Central:

ARENA DE RELAVES

PLAYA LAGUNA

Grandes Tranques de 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

Tranque OVEJERÍA

Minera CODELCO DAND Ubicación REGIÓN METROPOLITANA

Opera desde 1999 Altura Máxima Tranque (Diseño) 120 m

Crecimiento AGUAS ABAJO Talud Aguas Abajo 4H:1V

• El Torito – El Soldado ANGLO AMERICAN

EL TORITO

Tranque EL TORITO

Minera ANGLO AMERICAN Ubicación V REGIÓN

Crecimiento AGUAS ABAJO Talud Aguas Abajo 4,5H:1V

• Las Tórtolas – Los Bronces ANGLO AMERICAN

LAS TÓRTOLAS

Tranque LAS TÓRTOLAS

Minera ANGLO AMERICAN Ubicación REGIÓN METROPOLITANA

Crecimiento AGUAS ABAJO Talud Aguas Abajo 4H:1V

• El Mauro – Minera Los Pelambres AMSA

EL MAURO

Tranque EL MAURO

Minera AMSA Ubicación IV REGIÓN

Crecimiento Aguas Abajo Talud Aguas Abajo 3,5H:1V

Diseño de Tranques de Relaves

• Selección de Sitio: – Distancia desde la planta de procesos – Distancia desde lugares de empréstito – Capacidad de almacenar la totalidad de los relaves – Minimizar los impactos ambientales – Minimizar los impactos con 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.)

• 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 máxima respectiva en la zona de emplazamiento del depósito.”

Estudios Determinísticos

Kramer, 1996

Estudios Probabilísticos

Kramer, 1996

Fórmula de atenuación Ruiz y Saragoni (2005) para roca o suelo duro

𝐴𝑐𝑒𝑙𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛ℎ𝑜𝑟𝑖𝑧𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑚á𝑥 = 2𝑒1,28𝑀

(𝑅 + 30)1,09 (en cm/seg²)

M: Magnitud R: Distancia hipocentral en kilómetros

U. De Chile, 2012

• Caracterización de Sitio y Materiales para Construccoón

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 kh… para lo cual hay varios criterios…

• Estudios de Estabilidad

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

Adrianopoulos (2014)

• 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.)

Gentileza Alfredo Arenas

Licuación en Tranques de Relaves

• Evaluación de Potencial de Licuación de Tranques de Relaves.

“Licuación es la transformación 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)

Arenas Sueltas Saturadas

Castro (1969)

• Evaluación de Potencial de Licuación de Tranques de Relaves.

– Licuefacción: pérdida total de la 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 de las partículas de relaves, ya sea estática por la columna de agua, o dinámica por una reducción brusca de los poros (DS 248).

AGUAS ARRIBA

EJE CENTRAL

AGUAS ABAJO

• Licuación de Arenas y Licuación de Lamas

• Licuación de Arenas

Youd et al. (2001)

Wang (1979), Seed e Idriss (1982)

• Licuación de Lamas

Andrews y Martin (2000)

Polito y Martin (2001)

Seed et al. (2003)

Bray y Sancio (2004a)

Boulanger e Idriss (2004, 2006)

• 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

Fallas Recientes de Tranques

Rico (2008)

ICOLD Bulletin 121 (2001)

Rico (2008)

Azam (2010)

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

Villavicencio et al. (2014)

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

Villavicencio et al. (2014)

Parte 2:

Tranque Barahona Mina El Teniente

Epicentro Terremoto de Talca 1928

• 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

Escala de intensidades de Mercalli

• 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 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 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.

• 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.

Agüero (1929)

• 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 et al., 1993)

• 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.

04 Junio 1920

Troncoso et al., (1993)

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

• Antes de la falla la producción de relaves alcanzó los 17.000 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

Troncoso (1994)

• 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 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.

• 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

• 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 54 víctimas fatales.

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

– 3 CPTu en el muro

– 2 CPTu en las lamas

– SPT en el muro

• 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, 1993).

Barahona N°1

Barahona N°2

Parte 2:

Tranque El Cobre Mina El Soldado

Epicentro Terremoto de La Ligua 1965

EPICENTRO

HIERRO VIEJO

LOS MAQUIS

LA PATAGUA CERRO NEGRO

EL CERRADO

EL COBRE

BELLAVISTA

RAMAYANA

• 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

0,2 y 0,3 g (estimadas) • Duración 1 minuto y 40

segundos

• En apariencia, 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”

• La situación más grave se produjo en el tranque de relaves El Cobre de la mina El Soldado, 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:

– Tranque Chico (Relleno hidráulico)

– Tranque Viejo (Relleno hidráulico)

– Tranque Nuevo (Muro de Arena clasificada)

Forma de Construcción de Tranques Viejo y Chico

Dobry (1965)

Forma de Construcción de Tranque Nuevo

Dobry (1965)

Tranque Viejo Tranque Chico

Fotografía tomada en 1943 Dobry (1965)

Fotografía tomada en 1961

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

Dobry (1965)

• En diciembre de 1963 comenzó la construcción del Tranque Nuevo, quedando el Tranque Viejo como depósito auxiliar, y prácticamente abandonándose el Tranque Chico.

• El día del terremoto el Tranque Viejo estaba en uso, y tenía su laguna central.

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

Dobry y Álvarez (1967)

Dobry (1965)

Información de Construcción Forma y Dimensiones Efector del Terremoto

Nombre Opera desde

Método Uso (1965) Planta (m) Altura Máxima

Taludes Exteriores (grados)

Terrazas en

Taludes Exteriores

Volumen Almacena

do (m³)

Falla Volumen Liberado

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

Tranque Nuevo

Dic. 1963

Ciclones Tranque Operacional

Triángulo 210 prof.

19 15 No 500.000 Falló 500.000

Fotografía tomada el 30 de marzo del 1965

Tranque Viejo

Tranque Nuevo

Tranque Chico

Dobry (1965)

• 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, de los cuales 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 2.400.00 toneladas dejando más de 200 víctimas.

Tranque Viejo desde el cerro de atrás

Dobry (1965)

Tranque Viejo talud frontal

Dobry (1965)

Antes de la Falla

Después de la Falla

Terrazas Horizontales

Perfil del Tranque Viejo antes y después de la falla

Idriss (2003)

Planta de Concentración

Tranque Viejo Tranque Chico Tranque Nuevo

Idriss (2003)

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

– 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.

– Ensayos de laboratorio.

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

• Resultados del sondaje S-3 – Tranque Chico en el centro.

• 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 SECO

RELAVE POCO

CONSOL.

RELAVE CONSOL.

TERRENONATURAL

Evidencias de Licuación en el Tranque Viejo Dobry (1965)

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

• 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 la falla del los tranques.

Parte 2:

• 5 tranques de relaves relativamente pequeños fallaron en el terremoto del 27 de febrero del 2010: – Las Palmas (120 km)*

– Alhué (260 km)*

– Chancón (270 km)*

– Veta de Agua (390 km)*

– Bellavista (390 km)*

* Distancia Epicentral

U. De Chile, 2012

• Las causas de las fallas son atribuibles a:

– 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

Troncoso, 2014

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.

GEER, 2010

Tranque Las Palmas

GEER, 2010

Tranque Las Palmas

Parte 3:

Normativa Vigente en Chile

• Antes de 1965 muchos de los depósitos de relaves en Chile usaban muros de arena 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 1936 y 1960, y el entendimiento de la licuación de suelos comenzó en los años 60.

• 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.

• 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 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 control del nivel piezométrico en el muro.

– El método de aguas arriba es prohibido . – En mínimo factor de seguridad de 1,2 es establecido para

los análisis de estabilidad pseudo-estático que debe considerar un 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 y el muro debía contar con una revancha apropiada.

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: – Decreto Supremo 248 SERNAGEOMIN - Reglamento

para la Aprobación 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 técnicas que deberán cumplirse en el proyecto, construcción y operación de las obras hidráulicas.

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

a) Categoría A: Pequeños, de altura de muro máxima mayor 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) Categoría B: Medianos, de altura de muro máxima mayor 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) Categoría C: Grandes, de altura máxima de muro igual o superior a 30 m, o bien de capacidad igual o superior a 60.000.000 m³.

• Normativa – Estudio Sismológico – 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 máxima respectiva en la zona de emplazamiento del depósito.”

– Art. 295: • 1. Embalse Categoría A: Para esta categoría se aceptará la utilización de métodos

simplificados para la obtención de la aceleración horizontal máxima del suelo. Por ejemplo, se podrá utilizar la Norma Chilena NCh 433 vigente u otra que sea dictada 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 y Determinísticos-Probabilísticos, para obtener el Sismo Máximo Creíble y el Sismo de Diseño, respectivamente, y la correspondiente aceleración horizontal del suelo.

• 3. Embalse Categoría C: Se deberá atender las mismas 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 – DS 248:

• Fase I: Simulación de estabilidad estática (Análisis pseudo-estáticos) asumiendo licuefacción total de los relaves de la cubeta.

• Fase II: Simulación de estabilidad estática (Análisis pseudo-estáticos) con determinación simplificada de las presiones de poros. El factor de Seguridad resultante del cálculo de las fases 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 dinámicas de los suelos, incluyendo cálculos de desplazamientos.

• 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, 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 o factores de seguridad mínimos, según lo que se especifica a continuación: • Caso estático : FS ≥ 1,4 • Caso seudoestático : FS ≥ 1,2 Cuando corresponda, se deberá comprobar la estabilidad en condiciones postsísmicas, justificando adecuadamente los parámetros utilizados para este análisis. En 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 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.”

• Normativa – Licuación

– DS 248:

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

• Normativa – Licuación

– DS 248:

• “En el caso de un tranque de relaves, la fracción más gruesa de arena debe estar 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

Barrera et al., 2011

• Normativa – Licuación – DS 248 y Art. 295: “En el caso de muros de arena, de

embalses o tranques de relaves, se prohíbe el método de crecimiento hacia aguas arriba.”

Laguna

Muro de Partida

Muro Aguas Arriba

Nivel Freático Descarga de Lamas

Relaves Licuables

Sección 1: Tranques de Relaves en Chile

Muchas Gracias

Tranques de Relave en Chile

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