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.

Autor no autoriza el acceso a texto completo de su documento hasta el 3/11/2020. / Magíster en Gestión y Dirección de Empresas / El objetivo de este estudio es desarrollar un modelo de negocio para el tratamiento y beneficio de relaves en la industria minera. Si bien existen depósitos de relaves en prácticamente todo el mundo, para este trabajo el alcance será a nivel nacional dado que se cuenta con información al respecto y la minería chilena es referente a nivel mundial. Este modelo de negocio debe permitir a partir de la caracterización del relave en cuestión definir los métodos de tratamientos aplicables, su escala, variables críticas y modelo económico que permita el beneficio de las partes interesadas. La metodología utilizada en este estudio se divide en cuatro etapas. En la primera etapa se realiza un análisis de la industria minera de donde se desprende la necesidad e importancia de tratar los relaves, las restricciones que aplican y la oportunidad de negocio asociada. En la segunda fase se revisa cómo se entrega valor a través de esta propuesta y se detalla el funcionamiento del negocio. A continuación, se revisa un caso particular a fin de ilustrar la oportunidad y la rentabilidad del negocio mostrando las etapas necesarias para llegar a una propuesta atractiva para las partes. Aquí se revisa también el detalle para llevar adelante la extracción y tratamiento del caso particular, entregando las variables principales a considerar tales como inversión, ingresos y costos. Finalmente se realiza un modelo económico del caso estudiado de forma de conocer sus indicadores de rentabilidad y llegar a conclusiones respecto de estos. El modelo de negocio se basa en la oportunidad de tratar depósitos de relaves que por su antigüedad presentan leyes de cobre que hoy los transforman en yacimientos rentables. El tratamiento de los relaves es realizado por una empresa especialista que realiza los estudios, inversiones y operación. Los ingresos provienen de la venta del cobre y eventualmente otros minerales presentes. La relación contractual entre el dueño de los relaves y la empresa que realiza el tratamiento define como ambas partes se benefician de este negocio: se propone que el producto del tratamiento (normalmente concentrado de cobre) quede en propiedad del dueño del relave y el margen entre el precio de venta de este y el costo de la empresa que realiza el tratamiento se divida entre las partes a través de un factor de distribución que deberá acordarse en cada caso. La evaluación financiera realizada al caso particular desarrollado muestra un VAN de US$ 133.908.237 y una TIR de 32% con una inversión de US$ 103.321.390. Como variables críticas a considerar esta la eficiencia en costos de la operación de forma tal que el costo total para el dueño de un depósito, normalmente una empresa minera, sean siempre lo suficientemente atractivos para preferir este modelo a la extracción y tratamiento con recursos propios.

Ingeniero Civil / En el presente trabajo de título se desarrollaron metodologías para determinar propiedades de suelos parcialmente saturados mediante un equipo triaxial fabricado por GDS Instruments. Una vez establecido el procedimiento correcto, se redactaron manuales que detallan el uso del equipo triaxial para implementar tres distintos ensayos geotécnicos: ensayo triaxial convencional, determinación de la curva característica suelo-agua y ensayo triaxial de suelos parcialmente saturados. Inicialmente, se llevaron a cabo ensayos triaxiales convencionales en el equipo GDS Instruments y en un instrumento equivalente marca Humboldt, con el objetivo de establecer el correcto desempeño del primero, y a su vez, analizar el comportamiento saturado de una arena de relaves. Dicho material, corresponde a la fracción gruesa de un relave integral, con un bajo contenido de finos no plásticos. Se utilizaron probetas confeccionadas por el método de apisonamiento húmedo (wet tamping), a densidades relativas del 40% y 60%; ensayadas a confinamientos isótropicos efectivos de 1, 2 y 4 kgf/cm2, en condición drenada y no drenada. Posteriormente, se ejecutó un primer ensayo parcialmente saturado, correspondiente a la determinación de la curva característica suelo-agua, también denominada curva de succión, que relaciona el contenido de agua en la muestra de suelo, con la succión matricial generada. Se utilizó una probeta fabricada por apisonamiento húmedo, a una densidad relativa del 60% y confinada isotrópicamente a 1 kgf/cm2. Los resultados experimentales fueron comparados con un modelo teórico desarrollado por Fredlund et al. (2002), desarrollado a partir de la curva de distribución granulométrica del material. Por último, se efectuaron ensayos triaxiales parcialmente saturados drenados, utilizando una muestra armada por apisonamiento húmedo a una densidad relativa del 60%. Las muestras fueron sometidas a confinamientos isótropicos de 1, 2 y 4 kgf/cm2 y a una succión matricial de ua-uw = 0,02 kgf/cm2 y 0,2 kgf/cm2, constante durante la etapa de aplicación del esfuerzo desviatórico, cuya duración se estableció en 2 días y 12 hrs, para asegurar el drenaje de las presiones de poro. Los ensayos triaxiales en las muestras parcialmente saturadas de la arena de relave, arrojaron resistencias mayores a las determinadas en las muestras saturadas. Como consecuencia, se puede anticipar que evaluar el comportamiento geomecánico de suelos con saturación parcial, puede resultar favorable para el diseño de tranques de relave.

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.

Químico Ambiental / La minería del cobre es una actividad económica muy importante para el país, sin embargo, presenta diversos riesgos ambientales, principalmente asociados a la disposición de relaves mineros. Uno de los métodos utilizados en la remediación de estos relaves es la fitoestabilización, que se enfoca en generar una cobertura vegetal que permita la estabilización y contención del relave. El presente trabajo tiene por objetivo evaluar la capacidad de Atriplex nummularia, en conjunto con las enmiendas orgánicas Perl Humus y compost, para la fitoestabilización de un relave minero de Chile (Tranque de Relaves Ovejería), con respecto a Cu, Mo y S. Para esto se implementó un ensayo en invernadero con macetas con tres sustratos: T1 (relave), T2 (Relave + Perl Humus) y T3 (Relave + compost). La proporción de la enmienda orgánica fue de 5% m/m. El sustrato fue caracterizado para: CE, pH, N, P, K, entre otros. La determinación de biomasa seca de tejido vegetal (aéreo y radicular) y de las concentraciones de Cu, Mo y S, tanto en sustrato como en tejido vegetal, se realizó a los 60 y 120 días. Con estos resultados, se determinó el índice de translocación (Ti) y el factor de bioconcentración (FBC). Al final del ensayo, se encontró que la biomasa aérea y radicular fue mayor en los tratamientos con enmiendas orgánicas, siendo el tratamiento con Perl Humus (T2) en el que se generó la mayor biomasa de tejido aéreo. Las concentraciones de Cu (7,3–10,2 mg kg-1) y Mo (1,0–3,0 mg kg-1) en tejido aéreo de A. nummularia no presentaron niveles tóxicos (Cu>20 mg kg-1; Mo>1 mg kg-1), excepto en el tratamiento con compost (T3), en que los niveles de Mo fueron 10,2 mg kg.1. En cada tratamiento, las concentraciones de S en tejido aéreo (7319–24452 mg kg-1) superan los valores encontrados en suelos agrícolas. En relación con el índice de translocación (Ti), Cu (0,026–0,19), Mo (0,27–1,11) y S (0,25–0,93) mostraron valores menores a 1 en todos los tratamientos, excepto para Mo en relave (T1). Los valores más bajos de Ti fueron para el tratamiento con Perl Humus. Esto indicaría que en este tratamiento A. nummularia presenta una mayor acumulación de Cu, Mo y S en raíz que en los otros tratamientos, propiedad que favorece la fitoestabilización del relave. Respecto al factor de bioconcentración (FBC), en todos los tratamientos y tanto x para tejido aéreo como para raíz, los valores para Cu (0,0059-0,22) y Mo (0,03-0,36) fueron menores a 1 y los valores para S fueron mayores a 1 (9-57,5). Los resultados del factor de bioconcentración indican que el elemento que más se absorbe por el tejido vegetal es S, siendo el tratamiento con Perl Humus en el que se observa la mayor absorción. Mediante el análisis de los resultados, es posible establecer que la adición de enmiendas orgánicas al relave minero aumenta el potencial de fitoestabilización de A. nummularia, respecto a Cu, Mo y S. La enmienda Perl Humus presentó ventajas sobre el compost, principalmente para la acumulación en raíz de Cu y S. Por esto, se podría recomendar el uso de esta especie vegetal ayudada por la enmienda orgánica Perl Humus para la estabilización química de relaves con alto contenido de Cu y S. / Copper mining is a very important economic activity for the country, however, it presents several environmental risks, mainly associated with the disposal of mine tailings. One of the methods used in the remediation of these tailings is the phytostabilization, which focuses on generating a vegetative cap that allows the stabilization and containment of the tailings. The present work aims to evaluate the capacity of Atriplex nummularia, in conjunction with the organic amendments Perl Humus and compost, to achieve the phytostabilization of a Chilean mine tailings (Tranque de Relaves Ovejería), regarding Cu, Mo and S. For this, a greenhouse experiment was implemented with three substrata: T1 (Tailings), T2 (Tailings + Perl Humus) and T3 (Tailings + compost). The proportion of the amendments was 5% w/w. The substrata was characterized for: EC, pH, N, P, K, among others. The determination of dry biomass of vegetal tissue (aerial and root) and the concentration of Cu, Mo and S, both in substrate and in plant tissue, was carried out at 60 and 120 days. With these results, the translocation index (Ti) and the bioconcentration factor (FBC) were determined. At the end of the experiment, it was found that the aerial and root biomass was higher in the treatments with organic amendments, being the treatment with Perl Humus (T2) in which the highest biomass of aerial tissue was generated. The concentration of Cu (7,3–10,2 mg kg-1) and Mo (1,0–3,0 mg kg-1) in aerial tissue of A. nummularia did not present toxic levels (Cu>20 mg kg-1; Mo>1 mg kg-1), except for the treatment with compost (T3), in which the levels of Mo were 10,2 mg kg.1. In each treatment, the concentrations of S in aerial tissue (7319–24452 mg kg-1) excedes the values found in agricultural soils. Regarding the translocation index (Ti), Cu (0,026–0,19), Mo (0,27–1,11) and S (0,25–0,93) showed values lower than 1 in all treatments, except for Mo in tailings (T1). The lowest Ti values were for the Perl Humus treatment. This would indicate that in this treatment A. nummularia presents a higher acumulation of Cu, Mo and S in root than in the other treatments, property that favors the phytostabilization of the tailings. Concerning the bioconcentration factor (FBC), in all the treatments and for both aerial and xii root tissue, the values for Cu (0,0059-0,22) and Mo (0,03-0,36) were less than 1 and the values for S were greater than 1 (9-57,5). The results of the bioconcentration factor indicate that the element that is more absorbed by the plant tissue is S, being the treatment with Perl Humus in which the greater absorption is observed. By analyzing the results it is possible to establish that the adition of organic amendments to the mine tailings increases the phytostabilization potential of A. nummularia, regarding Cu, Mo and S. The amendment Perl Humus showed advantages over compost, mainly for the acumulation of Cu and S in roots. For this reason, the use of this species, aided by the organic amendment Perl Humus, could be recommended for the chemical stabilization of mine tailings with high content of Cu and S.

Ingeniero Civil / La contaminación de sistemas fluviales, particularmente ríos con lechos de grava, genera múltiples efectos tanto sobre la sustentabilidad de las formas de vida como sobre el régimen sedimentológico y comportamiento hidráulico natural del río. En las últimas décadas han sido diversos los accidentes que ha sufrido la industria de la minería; la rotura de presas de relave tiene directa relación con la contaminación de ríos con lechos de grava. La naturaleza cohesiva de los sedimentos de tranques de relave los hace sumamente nocivos para sistemas fluviales, sumados a los distintos metales pesados que poseen y los largos tiempos de permanencia en los lechos de ríos sobre los que han sido depositados. El objetivo principal del presente trabajo de título es estudiar experimentalmente la respuesta de un canal con lecho de grava bajo presencia de contaminación de relaves mineros, obteniendo un primer acercamiento a los fenómenos de transporte de sedimentos que se desarrollan en sistemas fluviales de este tipo. El estudio se basa en el desarrollo de una serie de experiencias de laboratorio para obtener información necesaria para caracterizar y describir el transporte de sedimentos en la columna de agua, la intensidad de la turbulencia del flujo y estratigrafía depositacional del lecho. Las experiencias se desarrollaron en un canal de acrílico de sección cuadrada de 30 cm de ancho y un largo de 12 m, el que se encuentra ubicado en el Laboratorio de Hidráulica Francisco J. Domínguez, en el Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad de Chile. Sobre éste y en el inicio se ubica una tolva consistente en un tornillo sin fi n que vierte relaves mineros arti ciales fabricados manualmente en base a relaves naturales. Dentro del canal se construye en cada experimento un lecho de grava con un D50 = 0:45 mm. La tolva vierte el sedimento al canal a distintos gastos s olidos de entrada. El per l de velocidad del flujo en la zona estudiada se registra a través de la técnica PIV, por otra parte, el per fil de sedimentos se registra con un arreglo de cámaras fotográ ficas localizadas longitudinalmente, mientras que la concentración del sedimento en suspensión se mide con una instrumentación desarrollada por técnicos especializados. Los resultados muestran una dependencia entre la granulometría de los relaves arti ficiales y el tipo de arrastre que se genera para las condiciones del flujo. Además, se corrobora que no existe arrastre de fondo a lo largo del canal, debido a que operan fenómenos electroquímicos y de adsorción entre las partículas del sedimento vertido y el lecho de grava que impiden que estas se despeguen del fondo y sean transportadas por el flujo. Se calcula el arrastre de sólidos en suspensión y se veri fican las curvas de Rouse de concentración de sedimentos en suspensión. Se desarrollan parcialmente formas de fondo incompletas, tanto meso como microformas. / Esta memoria cuenta con el financiamiento del Proyecto Fondecyt 1140767

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.

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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.

La minería es una de las actividades económicas más importantes de nuestro país. Las pastas de relaves son los principales desechos generados por las faenas mineras, y su disposición suele ser un problema complejo para esta industria. En general, estas pastas tienen un comportamiento reológico no-Newtoniano, tipo plástico de Bingham. Esta memoria de título aborda el problema del comportamiento hidráulico de las pastas de relaves al fluir sobre una superficie inclinada. Las pastas son representadas por mezclas de bentonita con agua, las que se comportan como un plástico de Bingham. Se experimentó con una descarga puntual sobre un plano inclinado, en una instalación experimental especialmente diseñada para este estudio, ubicada en el Laboratorio de Hidráulica del Departamento de Ingeniería Civil. Previo a los experimentos, los lodos bentoníticos fueron caracterizados reológicamente, en ensayos realizados en las dependencias de la empresa Brass Chile S.A., determinándose sus parámetros reológicos, en función de la concentración de bentonita. Los experimentos cubrieron cinco concentraciones de bentonita, cuatro pendientes del plano, y cuatro caudales, sumando alrededor de ochenta experiencias, registrándose perfiles longitudinales y transversales de altura, y el ancho máximo alcanzado por el escurrimiento. Los perfiles fueron determinados a partir de la variación que presenta la intersección de un plano de iluminación láser con la superficie libre, respecto al fondo. El procesamiento y posterior análisis de los resultados permitió identificar las leyes de resistencia del flujo, tanto para la condición estable como con la presencia de ondas rodantes, resultando en una relación entre el número de Froude y el número de Reynolds, este último caracterizado a partir de una viscosidad equivalente, la que incorpora el esfuerzo de fluencia y el coeficiente de consistencia. Se encontró que la condición de inestabilidad está bien representada por el criterio de Coussot. También se determinó que el ancho máximo alcanzado por el flujo escala con la altura máxima de la sección.