EFECTO EOLICO EROSIVO EN TRANQUES DE RELAVE. · con las capas erosionadas. Pérdida de material del...

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EXPOMIN 2004SEMINARIO

“INNOVACIÓN TECNOLÓGICA EN EL CONTROL DE OPERACIÓN Y ABANDONO DE TRANQUES DE RELAVE”

EFECTO EOLICO EROSIVO EN TRANQUES DE RELAVE.

Dr. Ing. Juan H. Palma G.

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.

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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.

EL PROBLEMA DE LA EROSIÓN EÓLICA EN TRANQUES DE RELAVE

EFECTO EOLICO EROSIVOEN 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.

∆H

Viento.


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CONTAMINACION AMBIENTAL

Características “polvaredas”.

Riesgo en salud de las personas por inhalación de material en suspensión.


OPERACIONALES

Deterioro del coronamiento.

Interrupción de faenas.

Disminución de la vida útil, por arrastre de material hacia la cubeta.


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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.


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 vientose encuentra la radiación solar y la estabilidad atmosférica.

EVALUACIÓN DEL PROBLEMA

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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

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 lavelocidad del viento está influenciado principalmente por la rugosidad de la superficie.


Zona de vacíoGrano

Viento

a

b

c

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).


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Secuencia de la erosión eólica

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.


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 - 0,18Arena Fina 0,1 - 0,5 3,6 - 5,4Arena Media 0,5 - 1 16,5 - 21,6Arena Gruesa 1 36 - 43,2


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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.


MODELO DE BAGNOL

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)

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 partículap = densidad del aire 0,00122 t/m3

d = diámetro de la partícula.W = humedad de la partícula en porcentaje

Vt = (A*[g*d*(ps – p)/p]0,5)*(1,8 + 0,6 * Log10 w)


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Modelo para determinar el perfil de velocidad del viento.

V = es la velocidad del viento a la altura ZVref = es la velocidad medida a la altura ZrefP = 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.

V = V ref * ( Z / Z ref ) p Ec. 2


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 )

G

F

D

C

B

A

Categoría de estabilidad

Estable

LevementeEstable

Neutral

LevementeInestable

Inestable

MuyInestable

Descripción

0,300,55

0,300,35

0,250,15

0,200,10

0,150,07

0,150,07

AmbienteUrbano

AmbienteRural


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WWNWNW

Direcciones predominantes Direcciones predominantes del vientodel viento

ESTUDIO EXPERIMENTAL

Tranque de relave Nº 3, Planta M. A. Matta, ENAMI, Copiapó.

Situación en meses de Enero y Febrero del 2003Tranque de relave Nº 3, Planta Manuel Antonio Matta, ENAMI, Copiapó.

CoronamientoCoronamiento

LamasLamas

TaludTalud


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Termo Anemómetro portátil Modelo 451126

2 operarios

MEDICIONES IN SITU


2 m2 m

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.

PROCEDIMIENTO DE MEDICION


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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.


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.

Análisis Estadístico

Medidas de Tendencia Central

Medidas de Variabilidad

ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS


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Valores de velocidades máximas promedio.

7,739,3411,08Velocidad máxima

promedio (m/s)

29,514Altura (m)

PiePie2/32/3CoronaCorona


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:

0.16Norma Chilena 432.Norma Chilena 432.OfOf 7171(Campo abierto y superficie de mar)(Campo abierto y superficie de mar)

0.20Manual de MarksManual de Marks(Velocidades entre 8 (Velocidades entre 8 –– 56 km/hr)56 km/hr)

0.1674Medido Medido IN SITUIN SITU


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Determinación de perfiles de velocidad del viento. Se aplicó elmodelo planteado por la Norma Chilena Nch 432 of 71 “Cálculo de la acción del viento sobre construcciones”

0

5

10

15

20

25

0 2 4 6 8 10 12 14

velocidad (m/s)

altu

ra (m

)

Perfil 1 Perfil 2 Perfil 3

0

5

10

15

20

25

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12velocidad (m/s)

altu

ra(m

)

Perfiles teóricos Perfil medido


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.

5.105.10 m/s5.745.74 m/s

GráficoIn Situ

Fuente. Australian Nacional University Press, Canberra, basado en R.A.Bagnold, 1954.

DETERMINACION DE LA VELOCIDAD UMBRAL DE IMPACTO


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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.

0.44 %W

0.00122(gr/cm3)

p

2.68(gr/cm3)

ps

980 (cm/s2)

g0.1A

ValoresParámetros

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25TAMAÑO DE PARTÍCULAS (cm)

VE

LOC

IDA

D U

MB

RA

L (m

/s)

D(90) = 0.038 cm

Vt = 0.45 m/s


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

0

12

34

56

78

910

1112

1314

1516

1718

1920

21

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Velocidad (m /s)

Altu

ra (m

)

Gráfico velocidad v/s altura


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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.


ESTABILIZACIÓN QUÍMICA

Cloruro de Sodio.

Materiales bituminosos.

Polímeros.

MITIGACIÓN DE LOS EFECTOS DE LA EROSIÓN EÓLICA

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ESTABILIZACIÓN MECÁNICA

Enrocado.

Cubierta de suelo.

Geosintéticos.

Cortinas corta vientos.


CUBIERTA DE RELAVE, MÁS SECA, CON MAYOR CONTENIDO DE FINOS Y MENOS

RUGOSA.

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Viento

Malla Rachell

CORTINAS CORTA VIENTOS


ESTABILIZACIÓN VEGETATIVA

Revegetación

Sistema Mulch


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Cortina de viento natural

Viento

VientoRevegetación


Revegetación tranque N°2 Planta Matta


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$ 700 /m2

$ 2700 /m2

$ 1850 /m2

$ 400 /m2

$ 450 /m2

$ 200 /m2

Estabilización Vegetativa (sin adición de suelo)

Estabilización Vegetativa (con adición de suelo)

Cubierta de Suelo (incluye costo de suelo)

Cubierta de Suelo (sin costo de suelo)

Estabilización Riego Asfáltico (Matapolvo)

Riego con Cloruro de Sodio

PRECIOS REFERENCIALES DE ESTABILIZADORES DE SUELOS

6

5

4

3

2

1

0.109 UF/m2

0.160 UF/m2

0.041 UF/m2

0.024 UF/m2

0.026 UF/m2

0.012 UF/m2

COSTOS REFERENCIALES DE ALGUNAS DE LAS SOLUCIONES PROPUESTAS

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.

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