Este trabajo puede servir como una ayuda o idea de los procesos para la construcción de una presa de materiales sueltos, realizado en base al marco de la región de Arequipa. Este documento está dividido en cinco capítulos los cuales son: I. En esta parte hare una introducción y mostrare las características generales de la presa II. Organización de obra, los accesos, las instalaciones, obras provisionales, mano de obra de la zona, fuentes de abastecimiento para la construcción de la presa. Indicare las operaciones de las realizadas en las canteras y el equipo necesario para la explotación de las canteras. III. Construcción de la presa indicando sus procesos y etapas. IV. Para el planeamiento de obra indicaremos el marco teórico y todas las herramientas nuevas que se pueden aplicar. V. Estudio de programación de la obra, las variantes, el análisis económico de la programación de la obra y la aplicación de las herramientas nuevas. Por ultimo daré mis recomendaciones y conclusiones.

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.

El departamento de Huancavelica dispone de gran inversión en el sector minero, en el distrito de Córdova (provincia de Huaytará) se ubica la mina Pumacahua cuyo mineral principal es el oro, concretamente en la Quebrada de Huinchulla en la cabecera del Río Grande. La minera COSTEÑA S:A. planea extraer dicho mineral, produciendo durante 10 años de vida útil 945 toneladas de relaves al día. La técnica que se va a emplear de extracción emplea cianuro, un componente altamente contaminante que va a estar mezclado con el relave obligando a tener un especial cuidado con estos residuos. El relave podría contaminar el subsuelo, el aire, la vegetación, la fauna y el agua. Para ayudar al almacenamiento de los deshechos mineros, se va a diseñar una presa de material de préstamo en dos fases con la metodología hacia aguas abajo. La presa de relaves es la alternativa óptima económica y técnicamente y con menos impacto en el entorno. Las actividades mineras suelen llevarse a cabo en el curso alto de los ríos, igual que ocurre en este caso, el agua provoca numerosos impactos en el ecosistema desde el nacimiento de los cursos hídricos y durante todo su cauce hasta la desembocadura en el mar, y esta mina no es la excepción. Para minimizar los daños al entorno se diseña una derivación del cauce del río hasta aguas abajo de la presa, y además, debido al contenido de cianuro hay obligación de implantar una membrana impermeable en la presa y en el terreno. En caso de no disponer de un emplazamiento controlado de almacén, se provocaría un impacto contaminante en el entorno y más este relave con cianuro (Argota et al., 2015). Impactos contaminantes altos suponen que el Estado sancionaría a la empresa minera con multas e incluso con clausurar la planta. Para evitar esta situación, este proyecto se diseñó una presa con un cálculo hidráulico y de estabilidad estática, puesto que la principal causa de colapso de estas obras es el deslizamiento de sus taludes (Oldecop y Rodríguez, 2007). / Tesis

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.

Describe las presas (también llamadas represas), su proceso constructivo y algunos ejemplos de presas construidas en el país.

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.

Normalmente, el estudio de filtraciones en presas ha sido llevado a cabo utilizando soluciones analíticas que consideran geometría y propiedades hidrogeológicas simples, así como programas de modelación numérica que sólo consideran la zona saturada del flujo. Sin embargo, recientemente se han desarrollado nuevas herramientas computacionales que permiten simular tanto la zona saturada como no saturada del flujo lo que hace más completo, y por ende más confiable, este tipo de análisis. El principal objetivo de este trabajo consiste en evaluar filtraciones en presas, comparando los esquemas tradicionales de solución con las nuevas metodologías numéricas que permiten considerar el flujo en la zona saturada y no saturada. Se utilizan 3 modelos numéricos en el desarrollo de este trabajo: MODFLOW, SEEP/W y HYDRUS-2D. En cuanto a las consideraciones de flujo, MODFLOW considera sólo la zona saturada y tanto SEEP/W como HYDRUS-2D consideran la zona saturada y no saturada.Sin embargo, para estudiar el efecto de incorporar la zona no saturada en el análisis sólo se ha utilizado el programa SEEP/W, debido a que la versión utilizada de HYDRUS-2D no permite la generación de mallas generales, por lo que no pudo ser aplicado en todos los casos de estudio. Se estudiaron dos casos simples de flujo en presas: el flujo bajo una presa impermeable y el flujo a través de una presa de tierra con dren al pie. El análisis se centra en el cálculo de caudales pasantes, donde se varían la finura de las mallas utilizadas, geometrías consideradas y las propiedades hidrogeológicas de los suelos utilizados. Además, se estudió un caso real de flujo a través de los muros de un tranque de relaves, en el cual se analiza el efecto en los caudales de incluir la zona no saturada en el análisis y de las propiedades hidrogeológicas no saturadas de los suelos utilizados. En general, los caudales obtenidos con MODFLOW y SEEP/W resultan ser bastante similares, salvo para algunos casos particulares donde pueden presentarse diferencias sustanciales, debido a que MODFLOW no es capaz de incorporar parte de la física del problema. Por esto, como conclusión final, se recomienda la utilización de SEEP/W por sobre MODFLOW para la evaluación de filtraciones en presas, aunque debe notarse que como SEEP/W simula una física más compleja puede ser más difícil interpretar sus resultados, en cuyo caso una revisión previa del problema con MODFLOW puede ser útil. Por último, con el fin de validar los resultados con datos reales, se recomienda la construcción de un modelo físico. Se recomienda también la utilización de nuevos modelos, tales como la versión HYDRUS-2D Standard, la que permite la creación de mallas generales y MODFLOW-SURFACT, un nuevo paquete de MODFLOW que permite simular la zona no saturada del flujo, con lo cual se lograría un trabajo más completo.

La Tesis tiene como objetivo determinar el tipo de presa más adecuado para la Quebrada Palo Redondo, entre las alternativas de Tierra con Núcleo de Arcilla, Enrocado con Cara de Concreto y Concreto Compactado con Rodillo evaluando criterios Técnicos, Económicos y Socio-Ambientales. Primero se presenta una clasificación de los tipos de presa y criterios generales de diseño haciendo énfasis en los tres tipos de presa a evaluar. Luego se calcularon los parámetros hidrológicos de diseño como, volúmenes del reservorio y niveles de operación. Se elaboraron diseños a nivel de anteproyecto realizando primero un pre dimensionamiento y luego un análisis de estabilidad considerando las posibles filtraciones para determinar factores de seguridad al Volteo, Deslizamiento y Estabilidad Interna de los taludes. Se analizó el proceso constructivo; aspectos como la disponibilidad de materiales, mano de obra calificada y maquinaria necesaria fueron considerados. Se calcularon costos de cada alternativa considerando partidas de excavación, relleno, inyecciones de impermeabilización/consolidación y costos aproximado de las obras conexas. Se analiza el impacto socio-ambiental que genera cada alternativa. Finalmente, se presenta una matriz de comparación, se asignó pesos a cada aspecto analizado para obtener un resultado numérico que respalde la alternativa de presa más conveniente, de manera que la elección no esté sujeta a una decisión subjetiva. / The thesis aims to determine the most suitable type of dam for the Palo Redondo gully, among the alternatives Earth with Clay Core, Concrete Face Rrockfill and Roller Compacted Concrete evaluating Technical, Economical and Socio-Environmental criteria. First, a classification of the types of dam and general design criteria are presented, emphasizing the three types of dam to be evaluated. Hydrological design parameters as reservoir volumes and operating levels are then calculated. Baseline level designs were developed, by first a predimensioning was worked up, then a stability analysis, considering possible leaks to determine safety factors to Flip, Slide and Internal Stability of slopes, were developed. The construction process is then analyzed; aspects such as the material availability, skilled manpower aviability and machinery aviability were considered. The costs of each alternative, taking into acount excavations, fillings, waterproofing/consolidation injections and the approximately cost of the related works, were calculated. The socio-environmental impact generated by each alternative is also analyzed. Finally, a comparison matrix is presented, weights were assigned to each analyzed aspect following recommendations of experts to obtain a numerical result that supports the most convenient alternative, so that the choice is not subject to a subjective decision.