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FONDO DE FOMENTO PONTIFICIA AL DESARROLLO CIENTIFICO TECNOLOGICO UNIVERSIDAD CATOLICA DE VALPARAISO Metodología Integrada para Rehabilitar Rellenos Sanitarios y Tranques de Relave PAGINA WEB GRUPO DE GEOTECNIA P R O Y E C T O http://icc.ucv.cl/fondef/intermedia.htm http://icc.ucv.cl/geotecnia F O N D E F D 0 0 I 1 1 0 1 EFECTO EOLICO EROSIVO EN TRANQUES DE RELAVE. Dr. Ing. Juan H. Palma G. 1 EFECTO EOLICO EROSIVO EN TRANQUES DE RELAVE ESTRUCTURA DE LA PRESENTACION El problema de la erosión eólica en tranques de relave. Evaluación del problema. Mitigación de los efectos de la erosión eólica en tranques de relave. PROYECTO FONDEF D00I1101 EL PROBLEMA DE LA EROSIÓN EÓLICA EN TRANQUES DE RELAVE En Chile, existe un considerable número de tranques de relave en estado de abandono y en operación. Por otra parte, las actividades mineras futuras, requerirán la construcción de nuevos tranques de relave. Estas instalaciones deben considerar en sus etapas de diseño, operación y abandono evitar, entre otros, los impactos asociados a: Riesgo sísmico. Riesgo hidrológico. Contaminación de suelo. Contaminación de aguas. Erosión eólica. PROYECTO FONDEF D00I1101 2 EL PROBLEMA DE LA EROSIÓN EÓLICA EN TRANQUES DE RELAVE EFECTO EOLICO EROSIVO EN TRANQUES DE RELAVE La erosión en tranques de relave corresponde a la pérdida de los materiales que la conforman producto de un proceso de desgaste y arrastre de partículas (relave) a causa de un agente erosivo (viento) generando pérdida de masa y cambios morfogenéticos. VIENTO ∆H PROYECTO FONDEF D00I1101 EL PROBLEMA DE LA EROSIÓN EÓLICA EN TRANQUES DE RELAVE CONTAMINACION AMBIENTAL Características “polvaredas”. Riesgo en salud de las personas por inhalación de material en suspensión. PROYECTO FONDEF D00I1101 3 EL PROBLEMA DE LA EROSIÓN EÓLICA EN TRANQUES DE RELAVE OPERACIONALES Deterioro del coronamiento. Interrupción de faenas. Disminución de la vida útil, por arrastre de material hacia la cubeta. PROYECTO FONDEF D00I1101 EL PROBLEMA DE LA EROSIÓN EÓLICA EN TRANQUES DE RELAVE ESTABILIDAD DEL TALUD Pérdida de la revancha. Presencia planos de falla, por falta de adherencia del relave con las capas erosionadas. Pérdida de material del muro, por formación de cárcavas. PROYECTO FONDEF D00I1101 4 EVALUACIÓN DEL PROBLEMA El Viento es causado por las diferencias de temperaturas existentes al producirse un desigual calentamiento de las diversas zonas de la tierra y de la atmósfera. Entre las variables que influyen en el comportamiento del viento se encuentra la radiación solar y la estabilidad atmosférica. PROYECTO FONDEF D00I1101 EVALUACIÓN DEL PROBLEMA Factores determinantes, que afectan la magnitud de la erosión eólica son : Aridez del clima Velocidad y carácter turbulento del viento Estructura y textura del suelo Humedad del suelo Rugosidad del terreno PROYECTO FONDEF D00I1101 5 EVALUACIÓN DEL PROBLEMA En la cercanía de la superficie terrestre producto de la fricción, el viento reduce su velocidad a cero, por lo que se genera una capa de apenas unos milímetros o fracciones de milímetros conocida como Capa Estacionaria. La distribución vertical de la velocidad del viento está influenciado principalmente por la rugosidad de la superficie. Velocidad del viento (m/s) en función de la altura Fuente. www.wind power.org PROYECTO FONDEF D00I1101 EVALUACIÓN DEL PROBLEMA La incorporación de una partícula a una corriente de aire se produce como resultante de tres fuerzas: Gravedad debido a la masa del grano (a). Empuje o tracción producida por el viento (b). Succión producida por descompresión de la masa de aire en la parte opuesta a la acción del viento (c). c Viento Zona de vacío Grano b a PROYECTO FONDEF D00I1101 6 EVALUACIÓN DEL PROBLEMA La actividad morfogenética del viento se desarrolla por: Accionamiento. Se produce por la deflación y abrasión. Transporte. El viento es un agente erosivo muy eficaz en arenas y polvos, su eficacia se reduce a partículas de pequeño tamaño. Acumulación. Se produce cuando el viento cesa o desciende en los momentos en que la eficiencia necesaria para el transporte de la carga, disminuye o termina. Secuencia de la erosión eólica PROYECTO FONDEF D00I1101 EVALUACIÓN DEL PROBLEMA TRANSPORTE Rango de velocidades para el transporte de partículas según diámetro. Partículas Limo Arena Fina Arena Media Arena Gruesa Diámetro (mm) 0,05 - 0,01 0,1 - 0,5 0,5 - 1 1 PROYECTO FONDEF Velocidad viento (Km/h) 0,36 - 0,18 3,6 - 5,4 16,5 - 21,6 36 - 43,2 D00I1101 7 EVALUACIÓN DEL PROBLEMA VELOCIDAD UMBRAL Se entiende como velocidad umbral, a la velocidad mínima requerida por el viento para romper el equilibrio entre las partículas e iniciar el movimiento de una de éstas. PROYECTO FONDEF D00I1101 EVALUACIÓN DEL PROBLEMA MODELO DE BAGNOLD Ralph Bagnold, en base a experiencias en laboratorio (túneles de viento) y en terreno (desierto libio) planteó una ecuación empírica para determinar la velocidad umbral de las arenas. Ecuación de Bagnold modificada por la variable humedad. (Ec. 1) Vt = (A*[g*d*(ps – p)/p]0,5)*(1,8 + 0,6 * Log10 w) A = coeficiente empírico que relaciona la rugosidad del material y tipo de fluido ≈ 0.1. g = aceleración de gravedad 9,8 m/s2 ps = densidad de la partícula p = densidad del aire 0,00122 t/m3 d = diámetro de la partícula. W = humedad de la partícula en porcentaje PROYECTO FONDEF D00I1101 8 EVALUACIÓN DEL PROBLEMA ¾ Modelo para determinar el perfil de velocidad del viento. V = V ref * ( Z / Z ref ) p Ec. 2 V = es la velocidad del viento a la altura Z Vref = es la velocidad medida a la altura Zref P = es el exponente que depende de la estabilidad atmosférica Aplicaciones: Cálculo de la acción del viento sobre construcciones (Nch 432 of 71). Proyectos de aprovechamientos de Energía eólica. Investigaciones de difusión de contaminantes a la atmósfera. PROYECTO FONDEF D00I1101 EVALUACIÓN DEL PROBLEMA Cálculo del Exponente P Fórmula propuesta por Justus y Mikjail (Ec. 3) Valores exponente P p = 0,37 - 0,088 * ln ( Vref ) 1- 0,088 * ln ( Zref / 10 ) Categoría de estabilidad Descripción Ambiente Rural Ambiente Urbano A Muy Inestable 0,07 0,15 B Inestable 0,07 0,15 C Levemente Inestable 0,10 0,20 D Neutral 0,15 0,25 F Levemente Estable 0,35 0,30 G Estable 0,55 0,30 PROYECTO FONDEF D00I1101 9 ESTUDIO EXPERIMENTAL W Direcciones predominantes del viento NW Zona estabilizada Zona erosionada Tranque de relave Nº 3, Planta M. A. Matta, ENAMI, Copiapó. PROYECTO FONDEF D00I1101 ESTUDIO EXPERIMENTAL Situación en meses de Enero y Febrero del 2003. Tranque de relave Nº 3, Planta Manuel Antonio Matta, ENAMI, Copiapó. Talud Talud Coronamiento Coronamiento Lamas Lamas PROYECTO FONDEF D00I1101 10 ESTUDIO EXPERIMENTAL MEDICIONES IN SITU Termo Anemómetro portátil Modelo 451126 2 operarios PROYECTO FONDEF D00I1101 ESTUDIO EXPERIMENTAL PROCEDIMIENTO DE MEDICION Determinar la dirección del viento con una banderilla o manga. 2 2 m m Ubicar el anemómetro en la dirección en que sopla el viento a una altura de 2 m aproximadamente de la superficie del talud. Medir durante 30 seg a una tasa de muestreo de 3 seg. Corona 2/3 Pie Almacenar los datos de velocidad del viento en el datalogger del anemómetro. PROYECTO FONDEF D00I1101 11 ESTUDIO EXPERIMENTAL DEFICIENCIAS DEL PROCEDIMIENTO EMPLEADO Sistema de monitoreo semi continuo. Mediciones no automáticas efectuadas por personas, lo que puede inducir un grado de error en las lecturas de velocidades. PROPOSICION DE SOLUCION Contar con 3 anemómetros para medir en el mismo instante en Corona, 2/3 y pie de talud. Aplicar un monitoreo continuo y automático las 24 horas del día. PROYECTO FONDEF D00I1101 ESTUDIO EXPERIMENTAL ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS Medidas de Tendencia Central Análisis Estadístico Medidas de Variabilidad A partir de este análisis se pudo determinar: Velocidad máxima del viento a pie, 2/3 talud y coronamiento. Determinación del exponente “p” de la ecuación 3, para la zona en estudio. PROYECTO FONDEF D00I1101 12 ESTUDIO EXPERIMENTAL VALORES DE VELOCIDADES MÁXIMAS PROMEDIO Corona 2/3 Pie Altura (m) 14 9,5 2 Velocidad máxima promedio (m/s) 11,08 9,34 7,73 PROYECTO FONDEF D00I1101 ESTUDIO EXPERIMENTAL Determinación del valor del exponente “p” para la zona de estudio, se utilizó la fórmula propuesta por Justus y Mikjail. Comparción del valor del exponente “p” obtenido IN SITU con valores planteados por bibliografía: Medido IN SITU 0.1674 Norma Chilena 432.Of 71 (Campo abierto y superficie de mar) 0.16 Manual de Marks (Velocidades entre 8 – 56 km/hr) 0.20 PROYECTO FONDEF D00I1101 13 ESTUDIO EXPERIMENTAL Determinación de perfiles de velocidad del viento. Se aplicó el modelo planteado por la Norma Chilena Nch 432 of 71 “Cálculo de la acción del viento sobre construcciones” PERFILES TEÓRICOS PERFIL MEDIDO 25 25 20 20 15 a l tu r a (m ) a lt u r a ( m ) 15 10 10 5 5 0 0 2 4 6 8 10 12 14 0 velocidad (m/s) Perfil 1 Perfil 2 0 1 2 3 Perfil 3 PROYECTO FONDEF 4 5 6 7 velocidad (m/s) 8 9 10 11 12 D00I1101 ESTUDIO EXPERIMENTAL DETERMINACION DE LA VELOCIDAD UMBRAL DE IMPACTO A pesar de lo fluctuante que pueden llegar a ser los resultados de la In Situ Gráfico 5.74 m/s 5.10 m/s medición de la Velocidad Umbral de impacto, que corresponde a la velocidad necesaria para mantener el proceso de saltación, se aprecia una buena tendencia de los valores medido en terreno con los valores planteados por los estudio de Bagnold. Fuente. Australian Nacional University Press, Canberra, basado en R.A.Bagnold, 1954. PROYECTO FONDEF D00I1101 14 ESTUDIO EXPERIMENTAL DETERMINACION DE LA VELOCIDAD UMBRAL DE FLUIDO Aplicando la ecuación 1, modelo de Bagnol, se determinó la velocidad umbral de fluido que corresponde a la velocidad mínima del viento necesaria para mover la partícula de arena en proceso de saltación, bajo presión directa del viento. 1,20 Valores V E L O C ID A D U M B R A L (m / s ) Parámetros 1,00 0,80 A 0.1 g 980 (cm/s2) ps 2.68 (gr/cm3) p 0.00122 (gr/cm3) W 0.44 % 0,60 D(90) = 0.038 cm 0,40 Vt = 0.45 0,20 m/s 0,00 0 0,05 0,1 0,15 TAMAÑO DE PARTÍCULAS (cm) 0,2 PROYECTO 0,25 FONDEF D00I1101 ESTUDIO EXPERIMENTAL DETERMINACIÓN DE LA ALTURA El perfil seleccionado para determinar la altura a la cual se inicia la erosión en el tranque es: GRÁFICO VELOCIDAD V/S ALTURA 21 20 19 18 17 16 15 14 13 Altura (m ) V = 9,34*(Z/9,5)0,1674 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Velocidad (m /s) PROYECTO FONDEF D00I1101 15 ESTUDIO EXPERIMENTAL Si se ingresa con la velocidad umbral a 2 m de altura a la ecuación del perfil definitivo se despeja la altura a la cual se da esa velocidad: 9,10 = 9,34*(Z/9,5)0,1674 Z = 8,05 m Por lo tanto, la altura sobre el tranque a la que se produce la erosión es: 8,05 m – 2 m = 6,05 m El resultado obtenido es cercano al valor observado en terreno que indica que la erosión del talud se inicia aproximadamente a 7 metros de altura. PROYECTO FONDEF D00I1101 MITIGACIÓN DE LOS EFECTOS DE LA EROSIÓN EÓLICA ESTABILIZACIÓN QUÍMICA Cloruro de Sodio. Materiales bituminosos. Polímeros. PROYECTO FONDEF D00I1101 16 MITIGACIÓN DE LOS EFECTOS DE LA EROSIÓN EÓLICA ESTABILIZACIÓN MECÁNICA Enrocado. Cubierta de suelo. Geosintéticos. Cortinas corta vientos. PROYECTO FONDEF D00I1101 MITIGACIÓN DE LOS EFECTOS DE LA EROSIÓN EÓLICA CUBIERTA DE RELAVE, MÁS SECA, CON MAYOR CONTENIDO DE FINOS Y MENOS RUGOSA. PROYECTO FONDEF D00I1101 17 MITIGACIÓN DE LOS EFECTOS DE LA EROSIÓN EÓLICA CORTINAS CORTA VIENTOS Viento Malla Rachell PROYECTO FONDEF D00I1101 MITIGACIÓN DE LOS EFECTOS DE LA EROSIÓN EÓLICA ESTABILIZACIÓN VEGETATIVA Revegetación Sistema Mulch PROYECTO FONDEF D00I1101 18 MITIGACIÓN DE LOS EFECTOS DE LA EROSIÓN EÓLICA Revegetación Viento Cortina de viento natural Vi e PROYECTO FONDEF nto D00I1101 MITIGACIÓN DE LOS EFECTOS DE LA EROSIÓN EÓLICA Revegetación tranque N°2 Planta Matta PROYECTO FONDEF D00I1101 19 MITIGACIÓN DE LOS EFECTOS DE LA EROSIÓN EÓLICA COSTOS REFERENCIALES DE ALGUNAS DE LAS SOLUCIONES PROPUESTAS PRECIOS REFERENCIALES DE ESTABILIZADORES DE SUELOS 1 Riego con Cloruro de Sodio $ 200 /m2 0.012 UF/m2 2 Estabilización Riego Asfáltico (Matapolvo) $ 450 /m2 0.026 UF/m2 3 Cubierta de Suelo (sin costo de suelo) $ 400 /m2 0.024 UF/m2 4 Cubierta de Suelo (incluye costo de suelo) $ 1850 /m2 0.109 UF/m2 5 Estabilización Vegetativa (con adición de suelo) $ 2700 /m2 0.160 UF/m2 6 Estabilización Vegetativa (sin adición de suelo) $ 700 /m2 0.041 UF/m2 PROYECTO FONDEF D00I1101 MITIGACIÓN DE LOS EFECTOS DE LA EROSIÓN EÓLICA PROCEDIMIENTO BÁSICO DE TRABAJO Caracterización de la zona de estudio y ubicación del tranque. Verificación de las características del tranque. Planteamiento del problema y delimitación de la zona erosionada. Estudio de vientos. Análisis de los datos obtenidos en el estudio de vientos. Determinación del grado de erosión. Proposición de soluciones. PROYECTO FONDEF D00I1101 20 FONDO DE FOMENTO PONTIFICIA AL DESARROLLO CIENTIFICO TECNOLOGICO UNIVERSIDAD CATOLICA DE VALPARAISO Metodología Integrada para Rehabilitar Rellenos Sanitarios y Tranques de Relave PAGINA WEB GRUPO DE GEOTECNIA P R O Y E C T O http://icc.ucv.cl/fondef/intermedia.htm http://icc.ucv.cl/geotecnia F O N D E F D 0 0 I 1 1 0 1 21
