Análisis geotécnico comparativo de los métodos constructivos aguas abajo y línea central en una presa de relaves cicloneados

Abstract

El diseño y la construcción de grandes presas de relaves cicloneados se ha vuelto más frecuente en los últimos años, incluso en regiones sísmicamente activas como es el caso de estudio que se localiza en Arequipa-Perú. En todo el mundo existen varias presas de relaves que reportan alturas máximas de 250 m, como, por ejemplo: Perú y Chile. Uno de los métodos de construcción de presas de relaves más económico es el denominado método de construcción aguas arriba (upstream method), dado que se utiliza una cantidad minina de arena comparado con otros métodos como el método de línea de central (centerline method) y aguas abajo (downstream method). Sin embargo, el primero (upstream method), representa el tipo de construcción más riesgosa en términos de estabilidad física. La presente tesis presenta la caracterización geotécnica de una presa de arena ciclónica de 165 metros de altura ubicada en una región altamente sísmica. El análisis comparativo está basado en un extenso programa de pruebas de laboratorio que incluye: granulometría por tamizado e hidrómetro, límites de Atterberg, contenido de humedad, gravedad específica, densidad, conductividad hidráulica saturada/no saturada, proctor modificado, proctor estándar, triaxiales consolidado no drenado (CU) y consolidado drenado (CD). Finalmente, la presente investigación detalla un análisis comparativo (estabilidad de taludes, filtraciones, manejo de aguas y costos) de los métodos de construcción de presas de relaves de arenas cicloneadas: línea central (centreline method) y aguas abajo (downstream method). Dado que, considerando los eventos catastróficos suscitados en años recientes, estas estructuras (presas de relaves con el método de construcción en línea central y aguas abajo) sean muy probablemente las únicas permitidas en las regulaciones y normativas en el mundo. Los resultados obtenidos han permitido comparar y analizar los métodos constructivos aguas abajo y línea central de una presa de relaves cicloneados de gran altura con los factores de seguridad obtenidos con el método de equilibrio limite, con el análisis de filtraciones en el cuerpo de la presa de relaves, el manejo de aguas y los costos en ambos casos de estudio.

The design and construction of large cyclone tailings dams has become more frequent in recent years, even in seismically active regions such as the case study located in Arequipa-Peru. Throughout the world there are several tailings dams that report maximum heights of 250 m, such as: Peru and Chile. One of the most economical construction methods for tailings dams is the so-called upstream construction method, since a minimal amount of sand is used compared to other methods such as the centerline method and downstream. However, the first method represents the riskiest type of construction in terms of physical stability. This thesis presents the geotechnical characterization of a 165-meter-high cyclonic sand dam located in a highly seismic region. Comparative analysis is based on an extensive program of laboratory tests including: granulometry by sieving and hydrometer, Atterberg limits, moisture content, specific gravity, density, saturated/unsaturated hydraulic conductivity, modified proctor, standard proctor, consolidated undrained triaxials (CU) and consolidated drained (CD). Finally, this research details a comparative analysis (slope stability, seepage, water management and costs) of the construction methods of cycloneized sand tailings dams: centerline method and downstream method. Given that, considering the catastrophic events that have occurred in recent years, these structures (tailings dams with the centerline and downstream construction method) are most likely the only ones allowed in the regulations and standards in the world. The results obtained have allowed us to compare and analyze the construction methods downstream and center line of a high-altitude cyclone tailings dam with the safety factors obtained with the limit equilibrium method, with the analysis of seepage in the body of the dam of tailings, water management and costs in both case studies.