Metodología Integrada para Rehabilitar Rellenos Sanitarios y Tranques de Relave

Transcripción

1 F O N D O D E F O M E N T O A L D E S A R R O L L O C I E N T I F I C O T E C N O L O G I C O P O N T I F I C I A U N I V E R S I D A D C A T O L I C A D E V A L P A R A I S O Metodología Integrada para Rehabilitar Rellenos Sanitarios y Tranques de Relave PAGINA WEB GRUPO DE GEOTECNIA EFECTO EOLICO EROSIVO EN TRANQUES DE RELAVE. Dr. Ing. Juan H. Palma G.

2 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. 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.

3 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 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.

4 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. 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.

5 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. 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

6 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. power.org 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 Grano Zona de vacío b a

7 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 EVALUACIÓN DEL PROBLEMA TRANSPORTE Rango de velocidades para el transporte de partículas según diámetro. Partículas Diámetro (mm) Velocidad viento (Km/h) Limo 0,05-0,01 0,36-0,18 Arena Fina 0,1-0,5 3,6-5,4 Arena Media 0,5-1 16,5-21,6 Arena Gruesa ,2

8 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. 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) V t = (A*[g*d*(p s p)/p] 0,5 )*(1,8 + 0,6 * Log 10 w) A= coeficiente empírico que relaciona la rugosidad del material y tipo de fluido 0.1. g = aceleración de gravedad 9,8 m/s 2 p s = densidad de la partícula p = densidad del aire 0,00122 t/m 3 d = diámetro de la partícula. W= humedad de la partícula en porcentaje

9 EVALUACIÓN DEL PROBLEMA 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. EVALUACIÓN DEL PROBLEMA Cálculo del Exponente P Fórmula propuesta por Justus y Mikjail (Ec. 3) p = 0,37-0,088 * ln ( Vref ) 1-0,088 * ln ( Zref / 10 ) Valores exponente P Categoría de estabilidad A B C D F G Descripción Muy Inestable Inestable Levemente Inestable Neutral Levemente Estable Estable Ambiente Rural 0,07 0,07 0,10 0,15 0,35 0,55 Ambiente Urbano 0,15 0,15 0,20 0,25 0,30 0,30

10 ESTUDIO EXPERIMENTAL Zona estabilizada W Direcciones predominantes del viento Zona erosionada NW Tranque de relave Nº 3, Planta M. A. Matta, ENAMI, Copiapó. ESTUDIO EXPERIMENTAL Situación en meses de Enero y Febrero del Tranque de relave Nº 3, Planta Manuel Antonio Matta, ENAMI, Copiapó. Coronamiento Talud Lamas

11 ESTUDIO EXPERIMENTAL MEDICIONES IN SITU Termo Anemómetro portátil Modelo operarios ESTUDIO EXPERIMENTAL PROCEDIMIENTO DE MEDICION Determinar la dirección del viento con una banderilla o manga. 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. Almacenar los datos de velocidad del viento en el datalogger del anemómetro. Pie 2/3 Corona 2 m

12 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. 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.

13 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 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 Norma Chilena 432.Of 71 (Campo abierto y superficie de mar) 0.16 Manual de Marks (Velocidades entre 8 56 km/hr) 0.20

14 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 25 PERFILES TEÓRICOS 25 PERFIL MEDIDO altura ( m ) altura ( m ) velocidad (m/s) Perfil 1 Perfil 2 Perfil velocidad (m/s) ESTUDIO EXPERIMENTAL DETERMINACION DE LA VELOCIDAD UMBRAL DE IMPACTO A pesar de lo fluctuante que pueden llegar a ser los resultados de la 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. In Situ 5.74 m/s Gráfico 5.10 m/s Fuente. Australian Nacional University Press, Canberra, basado en R.A.Bagnold, 1954.

15 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. VELOCIDAD UMBRAL (m /s) 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 D (90) = cm V t = 0.45 m/s 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 TAMAÑO DE PARTÍCULAS (cm) Parámetros A g p s p W Valores (cm/s 2 ) 2.68 (gr/cm 3 ) (gr/cm 3 ) 0.44 % ESTUDIO EXPERIMENTAL DETERMINACIÓN DE LA ALTURA El perfil seleccionado para determinar la altura a la cual se inicia la erosión en el tranque es: V = 9,34*(Z/9,5)0,1674 GRÁFICO VELOCIDAD V/S ALTURA Altura (m) Velocidad (m/s)

16 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. MITIGACIÓN DE LOS EFECTOS DE LA EROSIÓN EÓLICA ESTABILIZACIÓN QUÍMICA Cloruro de Sodio. Materiales bituminosos. Polímeros.

17 MITIGACIÓN DE LOS EFECTOS DE LA EROSIÓN EÓLICA ESTABILIZACIÓN MECÁNICA Enrocado. Cubierta de suelo. Geosintéticos. Cortinas corta vientos. MITIGACIÓN DE LOS EFECTOS DE LA EROSIÓN EÓLICA CUBIERTA DE RELAVE, MÁS SECA, CON MAYOR CONTENIDO DE FINOS Y MENOS RUGOSA.

18 MITIGACIÓN DE LOS EFECTOS DE LA EROSIÓN EÓLICA CORTINAS CORTA VIENTOS Viento Malla Rachell MITIGACIÓN DE LOS EFECTOS DE LA EROSIÓN EÓLICA ESTABILIZACIÓN VEGETATIVA Revegetación Sistema Mulch

19 MITIGACIÓN DE LOS EFECTOS DE LA EROSIÓN EÓLICA Revegetación Viento Cortina de viento natural Viento MITIGACIÓN DE LOS EFECTOS DE LA EROSIÓN EÓLICA Revegetación tranque N 2 Planta Matta

20 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 /m UF/m 2 2 Estabilización Riego Asfáltico (Matapolvo) $ 450 /m UF/m 2 3 Cubierta de Suelo (sin costo de suelo) $ 400 /m UF/m 2 4 Cubierta de Suelo (incluye costo de suelo) $ 1850 /m UF/m 2 5 Estabilización Vegetativa (con adición de suelo) $ 2700 /m UF/m 2 6 Estabilización Vegetativa (sin adición de suelo) $ 700 /m UF/m 2 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.

21 F O N D O D E F O M E N T O A L D E S A R R O L L O C I E N T I F I C O T E C N O L O G I C O P O N T I F I C I A U N I V E R S I D A D C A T O L I C A D E V A L P A R A I S O Metodología Integrada para Rehabilitar Rellenos Sanitarios y Tranques de Relave PAGINA WEB GRUPO DE GEOTECNIA