Ingeniero Civil Mecánico / En la industria minera muchas veces se requiere transportar fluidos a través de grandes distancias, fluidos que tienen una fase líquida (generalmente agua) y una fase sólida. Los canales abiertos o canaletas son bastante utilizados para el transporte de relaves debido a su mayor facilidad para la inspección y mantención. Por este motivo, es importante estudiar el impacto que tienen las curvas en el transporte de relaves y como mejorar el diseño a través del estudio del comportamiento del fluido en éstas. En el presente trabajo se estudia el comportamiento del flujo en canaletas en presencia de curvas y el desgaste producido en ellas debido a las características abrasivas de los relaves, a través de un software CFD (Computational Fluid Dynamics). Para esto se comparan canaletas con distintos radios de curvatura, para analizar la influencia de este parámetro sobre la altura máxima de escurrimiento y la tasa de erosión producida en las paredes de la canaleta. Las simulaciones se llevan a cabo en tres etapas. En primer lugar se efectúa una simulación bifásica para obtener una solución fluidodinámica del problema. Luego a través de una inyección de partículas se puede apreciar la trayectoria de éstas. Finalmente se calcula a través de la simulación la tasa de desgaste producida en las paredes de la canaleta. El análisis de resultados se realiza para cada canaleta en particular, para posteriormente comparar los resultados entre ellas, analizando así las semejanzas o diferencias que existan entre cada uno de los casos. Finalmente se concluye sobre la influencia del radio de curvatura sobre las variables de interés y se plantean recomendaciones para trabajos futuros.

Ingeniero Civil, Mención en Estructuras, Construcción y Geotecnia / El presente trabajo de título consiste en estudiar experimentalmente el efecto de la fábrica y la estructura en la resistencia al corte no drenado de relave integral proveniente del tranque de relaves de cobre Ovejería. Para esto se realizó un modelo experimental que consta de un contenedor de acrílico que permite simular condiciones de depositación, almacenamiento y drenaje. Se desarrolló una metodología de descarga, que permitió fabricar muestras depositadas en laboratorio con densidades mayores al 75% de la densidad máxima compactada seca, simulando los relaves depositados en la cubeta de un tranque de relaves compuesto por uno, dos y tres ciclos de depositación. Este trabajo reporta ensayos de caracterización del relave, ensayos de corte simple y ensayos triaxiales consolidados isotrópicamente no drenados (CIU). Los ensayos de corte simple se realizaron en muestras compuestas por un ciclo de depositación y muestras remoldeadas obtenidas mediante el método de apisonado húmedo (wet tamping), a tensiones verticales entre 0,5 y 4 kg/cm2. Los ensayos triaxiales CIU se realizaron en muestras compuestas por dos y tres ciclos de depositación y en muestras remoldeadas (envejecidas y sin envejecer), obtenidas también mediante el método de apisonado húmedo, a presiones efectivas de cámara entre 1 y 6 kg/cm2. Los resultados de ensayos de corte simple y triaxiales CIU muestran que, tanto las muestras depositadas en laboratorio como las muestras remoldeadas, tienen un comportamiento contractivo. Sin embargo, en ambos ensayos la resistencia de las muestras depositadas en laboratorio es significativamente mayor que las muestras remoldeadas, llegando a diferencias cercanas al 50%. Esta tendencia se produce a pesar de que las muestras remoldeadas presentan un menor índice de vacío (mayor densidad). Este resultado es consistente con la diferencia en las líneas de estado último en el espacio e-p de los ensayos triaxiales CIU para muestras compuestas por dos y tres ciclos de depositación y muestras remoldeadas, lo cual es atribuible a un efecto de fábrica y estratificación.

Ingeniera Civil / El presente trabajo de título tiene como principal objetivo proponer una metodología capaz de determinar el nivel de estabilidad física que tiene un depósito de relaves en Chile, en el contexto del Programa Tranque, iniciativa de CORFO, que busca generar tecnologías que aporten al monitoreo en línea de depósitos de relaves. Para esto se realizó una revisión de normativas nacionales e internacionales, en conjunto con manuales de buenas prácticas y documentos asociados a la operación de un depósito de relaves, con el fin de establecer el estado del arte de la verificación de estabilidad física en estas estructuras de contención. Además, se revisó el estado actual de los depósitos de relave en Chile y se analizaron las fallas ocurridas a nivel mundial, para establecer los mecanismos de falla predominantes, y los parámetros y eventos asociados a su desarrollo. La metodología propuesta consta de tres módulos, donde el nivel de dificultad aumenta en cada uno. El primero, denominado Evaluación Cualitativa, consiste en la asignación de puntaje a características físicas que son de fácil evaluación, donde la suma de estas puntuaciones, sumado a la presencia de factores agravantes, entrega un resultado. Si la evaluación cualitativa es baja, se pasa al siguiente módulo, que corresponde a la Verificación de Parámetros Críticos para cada mecanismo de falla. Si estos parámetros se encuentran dentro del umbral definido, se pasa al módulo final de Determinación del Índice de Estabilidad Física, el cual se calcula a través de un Árbol de Falla para cada mecanismo de falla. Considerando probabilidades conocidas de la bibliografía, se evalúa la sensibilidad del Índice a un cambio en sus causas raíces. La herramienta presentada en este trabajo corresponde a una. Mediante los tres módulos se busca analizar de manera completa la condición de estabilidad física, a partir de lo que se controla en Chile y el mundo, donde el primer módulo tiene características de evaluación similares a los reportes E700, el segundo módulo representa, a través de parámetros críticos, el estado del arte sobre la estabilidad física de depósitos de relaves, mientras que el tercer y último módulo corresponde a una herramienta con capacidad predictiva, lo cual no existe en la actualidad.

La minería es una de las actividades que más contamina y perjudica el medio ambiente. Esto ha provocado grandes daños, ya sea de forma directa o indirecta, en diversas partes del mundo. En Chile, la minería es la actividad de mayor desarrollo productivo y dinámico, constituyéndose de esta forma en el sector de más influencia en el avance económico del país, siendo el cobre el producto estrella. Pero también esto genera algunas particularidades, tales como que del total de material extraído en una mina metálica, sólo el 2% corresponde al metal deseado, el resto es descartado como diferentes desechos: 50% estériles, 44% relaves y 4% escorias. Esto significa que por cada tonelada de material extraído se obtienen 980 Kg de material de residuo. Los residuos llamados relaves se depositan en los llamados tranques de relaves, definidos como “aquel depósito de relaves donde el muro de contención es construido con la fracción más gruesa del relave” (MINISTERIO DE MINERÍA, 2007). Estos tranques, a lo largo de la historia, tanto en Chile como en otras partes del mundo, han provocado la muerte de muchas personas inocentes debido al mal funcionamiento o a causas externas, tales como precipitaciones intensas o fuertes movimientos telúricos. Para el año 1990 en la Región Metropolitana de Santiago se contabilizaban un total de 33 de estas estructuras, siendo el tranque de relave Las Tórtolas uno de los proyectos de mayor envergadura. Este se ubica en la comuna de Colina pero el problema radica en que su funcionamiento estaría afectando a algunos habitantes del pueblo de Huertos Familiares, perteneciente a la comuna de Til-Til pero ubicado a menos de 5 kilómetros de distancia, quienes reclaman por la ampliación del ya mencionado tranque, lo cual traería consigo un empeoramiento de la situación. Para ver si es que esto es efectivamente así, se utiliza de forma general la metodología AIDEP (ONEMI, 2000) y en forma específica se plantea una caracterización ambiental de dicho tranque a través de una metodología canadiense para la clasificación de sitios contaminados (N.C.S.C.S.) y, de esta forma, conocer el nivel de riesgo, obtenido en base a las diferentes situaciones de amenaza y vulnerabilidad. Dicha caracterización ambiental arroja un resultado de 74,5 puntos, lo que significa que dicho tranque presenta un alto riesgo ambiental. Las variables físicas que tienen una mayor importancia, en primera instancia, son aquellas relacionadas con el agua y el viento. Posterior al análisis de gabinete, se realiza una visita a terreno para corroborar, en la medida de lo posible, los datos obtenidos anteriormente. Luego se realiza la elaboración de cartografía a través del Método GOD (FOSTER & HIRATA, 1991), jerarquizando la zona de estudio en baja, media y alta vulnerabilidad. Finalmente se propone, a modo de planificación, algunas medidas de mitigación para aminorar las consecuencias del funcionamiento de este tranque de relave.

Hace aproximadamente 40 años Eli Robinsky propuso un método de depositación de relaves denominado “Disposición de Relaves Espesados” el que consta de la depositación en forma de cono debido a la reducción del contenido de agua. Los defensores del método argumentan la reutilización del agua recuperada de los relaves, la impermeabilización del depósito debido al gran contenido de partículas finas y el nulo potencial de presentar licuación debido a la consolidación por secamiento del material. Sin embargo, no se ha estudiado la respuesta tanto estática como cíclica del material en el caso que estos depósitos se sitúen en zonas lluviosas como por ejemplo la zona central de Chile, en que es posible que se generen zonas saturadas dentro del depósito. Por lo tanto, el principal objetivo y motivación es determinar las resistencias tanto estática como cíclica del relave en estado saturado. Se realizaron ensayos de caracterización geotécnica del material, clasificando como un limo de nula a muy baja plasticidad con un contenido de finos de 52%. Para determinar la resistencia estática en condiciones no drenadas, se realizaron ensayos triaxiales para tensiones de confinamiento efectivas de 1, 2, 3, 4, 5 y 6 kg/cm2. Para determinar la resistencia cíclica se realizaron ensayos triaxiales cíclicos en condiciones no drenadas paras tensiones efectivas de 1, 2, 3, 4 y 5 kg/cm2. Adicionalmente, se realizaron ensayos triaxiales cíclicos no drenados en probetas remoldeadas. En términos de resistencia estática, los resultados arrojaron una relación lineal entre la resistencia última y la presión de confinamiento de Su/0’ = 0,13, presentando un comportamiento contractivo. En términos de resistencia cíclica, se determinó un intervalo de 0,165 – 0,215 para un criterio de falla de un 100% de aumento de presión de poros, con niveles de solicitación cíclica para un sismo de aceleración máxima de 0,4g de aproximadamente 0,5, considerando el depósito totalmente saturado, y de 0,21 con sólo una capa de espesor un metro saturada en el fondo del depósito. A partir de los resultados, se concluye que el depósito es susceptible de presentar falla de flujo debido a la respuesta contractiva del material, pudiéndose evaluar con los resultados presentados en este trabajo de título. En términos de movilidad cíclica, para ambos casos analizados, el material es licuable.

El presente trabajo se enmarca en el estudio del fenómeno de Licuefacción de suelos, en particular, se estudia la influencia del corte estático en la resistencia cíclica de una arena de relaves, para distintos estados iniciales de consolidación anisótropa. Los tranques de relaves son un tipo de presa en que el muro resistente es construido con material granular (arenas limosas principalmente) proveniente de los desechos de los procesos mineros y la cubeta es llenada con la fracción fina del material granular y agua. La literatura registra numerosas fallas de tranques de relaves consecuencia de licuefacción en las arenas del muro, ocasionada principalmente por eventos sísmicos. Estas fallas han causado la pérdida de vidas humanas, sumando grandes costos económicos y ambientales. El estudio de la licuefacción en tranques de relaves, se realiza básicamente mediante ensayes de laboratorio y de terreno en el material arenoso que conforma el muro del tranque. El comportamiento de las arenas de relaves ante cargas cíclicas, es la base del estudio de estabilidad física de los depósitos de relaves ante eventos sísmicos. La práctica usual utiliza ensayes triaxiales cíclicos para estudiar la licuefacción de suelos, y las muestras de suelo suelen ser consolidadas isótropamente, sin embargo, en terreno los suelos generalmente se encuentran bajo estados de consolidación con algún grado de anisotropía. En el presente trabajo se estudia el comportamiento cíclico no-drenado de una arena de relaves, bajo estados de consolidación inicial isótropo y anisótropo. De esta manera se pretende reconocer las diferencias y las consecuencias de considerar los efectos de la anisotropía en la consolidación, considerando datos y estudios generales disponibles en la literatura. El material utilizado en este trabajo es arena de relaves proveniente del muro de confinamiento del tranque de relaves El Torito, de la División El Soldado de Anglo American Chile. Las muestras son compactadas a una densidad relativa de 70%. Los resultados obtenidos bajo las condiciones ensayadas, muestran que para un estado de consolidación general, el aumento de corte estático inicial en la consolidación, induce un aumento en la resistencia cíclica de la arena. Por otra parte, el aumento en la presión media de consolidación inicial, produce una disminución en la resistencia cíclica del suelo.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil de Minas / Uno de los grandes desafíos en Chile y en el mundo es la gestión de desechos generados en la industria minera (relave y material estéril). Problema que se espera que aumente con los años debido a la baja de la ley y al aumento en la profundidad de los yacimientos. De allí nace la necesidad de proveer nuevos métodos para caracterizar y así poder gestionar de manera más sustentable estos residuos. En este contexto, la presente investigación posee como objetivo principal generar una nueva metodología de bajo costo y rápida respuesta para caracterizar y gestionar los desechos en la industria cuprífera. La propuesta se desarrolla mediante la adaptación de pruebas simples, como son: el Sobek para la determinación del Potencial de Neutralización (PN), la Generación Neta de Ácido (NAG) y la Curva Característica de Tamponamiento Ácido (ABCC). El estudio se apoya en un análisis geológico de la química y mineralogía. Además, está basado en la utilización de muestras de diferentes países: Chile, España y Sudáfrica, lo que entrega un carácter internacional a este reporte. El procedimiento consiste en una caracterización de muestras basado en dos pruebas: el ABCC y el NAG, y adicionalmente el método SOBEK y el análisis por florescencia de rayos X (XRF) portátil en algunos casos. Los resultados de esta metodología podrían considerarse como de corto alcance limitados a un rango de predictibilidad rápida. En resumen, esta predice el potencial neto de generación ácido de la muestra. Se concluye, que esta metodología permite la reducción de los tiempos de espera de los resultados a un día y posibilita la correcta gestión de los residuos mineros. Además, se logra una reducción considerable de los costos, aproximadamente 98%, en comparación con la realización de las pruebas en laboratorio, así como la posibilidad de reducir costos futuros de la empresa minera por una mala gestión de estos desechos.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / Debido a la creciente tasa de producción de cobre en Chile junto a una tendencia a la baja de ley del mineral, la producción se traduce en mayores toneladas de material procesado implicando mayores consumos de agua en la industria. Por otra parte, las faenas mineras, que habitualmente se emplazan en zonas áridas del país, se enfrentan a estrictos estándares medioambientales que buscan un mayor control y regulación del uso de agua fresca para propósitos industriales; lo que fomenta el uso de nuevas estrategias y/o tecnologías orientadas a reducir el consumo de agua fresca. El presente trabajo tiene como principal objetivo evaluar posibles mejoras en la recuperación de agua para la gran minería chilena del cobre asociadas a la elección de distintas secuencias de operación de un tranque de relaves convencional dividido en celdas interiores. Este trabajo explora estrategias para la reducción de las pérdidas de agua en la cubeta de los tranques de relaves, de forma de incrementar la recuperación de agua desde la misma. Las pérdidas en la cubeta, que disminuyen la recirculación de aguas, se asocian principalmente al atrapamiento de agua en los poros del relave depositado y la evaporación; fenómenos asociados a la sedimentación, consolidación, secado y resaturación de relaves, y que en este trabajo se evalúan a partir de datos de ensayo de laboratorio de un relave de cobre típico de gran minería Chilena, la modelación en diferencias finitas mediante CONDES0 del fenómeno de consolidación y la modelación en elementos finitos mediante SEEP/W de la etapa de secado y resaturación. La evaluación del caudal potencial a ser recuperado desde la laguna de aguas claras se estudia para un tranque de relaves de 10 km2 dividido en seis celdas de 1.66 km2 para tres secuencias operacionales de depositación que corresponden a una depositación de siete días por celda, 14 días por celda y 28 días por celda para una producción de 100.000 ktpd de relaves durante un periodo de un año. Los resultados obtenidos indican que una operación de depositación con mayor cantidad de días por celda se transforma en una alternativa que permite generar un mayor caudal de recuperación mientras que el agua atrapada se mantiene alrededor del 50% para todos los planes operacionales. Sin embargo, una mayor cantidad de días de depositación por celda requiere una celda más alta y con mayor volumen de obras de contención lo que puede estar asociado a mayores problemas de estabilidad.

Ingeniero Civil / Este estudio es una investigación experimental que examina el comportamiento de arenas de relave a altas presiones; en particular, el efecto de finos no plásticos en el comportamiento de arena de relaves sometidos a esfuerzos efectivos e isotrópicos, de hasta 50 kgf⁄〖cm〗^2 . Esta investigación explora cómo el contenido de finos influye en la rotura de partículas y compresibilidad ante altas presiones isotrópicas de confinamiento. La rotura de partículas es un tema de interés para el diseño de grandes tranques de relave. La gran producción minera y la baja ley de los yacimientos en Chile, requiere que se proyecten estructuras capaces de almacenar grandes volúmenes de desechos, las cuales alcanzan alturas de coronamiento sobre los 300 m, i.e., niveles de carga solicitante sobre los 5 MPa. Estos niveles de carga acentúan el proceso de deformación y pérdida de resistencia, producto de la rotura de partículas asociada. El programa experimental considera ensayos de consolidación isotrópica, en probetas de arena de relave con diferentes porcentajes de contenido de finos no plásticos para caracterizar su comportamiento. Las cargas aplicadas en estos ensayos son isotrópicas y van desde 1MPa a 5MPa. Los resultados experimentales sugieren que la presencia y cantidad de finos influyen aumentando la compresibilidad de las arenas de relave depositadas en estado suelto. Lo anterior se traduce en cambios significativos en el índice de vacíos al ser confinados. El efecto de los finos en la compresibilidad se pierde con el aumento de la densidad relativa de confección de las muestras, incluso rigidizando la muestra para los estados más densos de confección. Los resultados también sugieren que la arena de relave exhibe una leve rotura al ser consolidadas a altas presiones, sobre todo para densidades relativas altas, mostrando diferencias en el contenido de finos de hasta un 4% para la arena lavada (cf=1%). Esta diferencia disminuye al aumentar el contenido de finos no plásticos de la arena, indicando que los finos contribuyen en la distribución de los esfuerzos efectivos, disminuyendo el nivel de rotura.

Memoria para optar al título de Geólogo / El depósito de relaves estudiado ha presentado dificultades operacionales para mantener el contenido de sólidos de diseño, correspondiente a un 65%, por lo que se ha solicitado una extensión del Plan de Adaptación Operacional (PAO). La inquietud se debe a la posible infiltración de flujos provenientes del depósito hacia el suelo subyacente, lo cual podría tener implicancias medioambientales. Esto, debido al mayor contenido de agua al disminuir el porcentaje de sólidos. Por lo anterior, se ha solicitado una evaluación de la actual infiltración de humedad, mediante estudios de terreno y la construcción de un modelo numérico. La campaña de terreno ha incluido geofísica, excavación de calicatas, perforación de sondajes sónicos, mediciones in-situ y toma de muestras para análisis de laboratorio. Una vez caracterizado el depósito de relaves y el suelo subyacente, se ha construido un modelo numérico 1D, el cual mediante una columna representativa busca reflejar la situación actual y validar las observaciones de terreno. Este tipo de modelo fue aplicable en este caso dada la relativa homogeneidad del medio, la ausencia de formación de lagunas de acumulación de agua y dado el objetivo de evaluar la infiltración vertical. El modelo numérico, luego de ser calibrado, constituiría además una herramienta de predicción, con el cual se podrán evaluar distintas estrategias operacionales y disminuir los impactos medioambientales del depósito.