Anexo 1.1 Diseno de Tapones 2106

DISEÑO DE TAPONES EN EL ZIG/ZAG NIVEL 10 AL NIVEL 0 COLUMNA A5 (S: 1760)

AREA: GEOMECANICA

Cobriza: 19-04-16

Tabla de Contenidos 1.

Introducción........................................................................................................ 3

2.

ASPECTOS GENERALES..................................................................................... 3

3.

CLASIFICACIÒN DEL MACIZO ROCOSO...............................................................5

4.

PELIGRO SISMICO............................................................................................. 6

5.

EVALUACIÒN DE LA ESTABILIDAD DEL TAPON...................................................7 4.1.- Falla por Filtración Excesiva (bajo gradientes hidráulicas adversamente altas)...................7 4.2.- Falla por Corte.................................................................................................. 8 4.3.- Factores de Seguridad......................................................................................... 8 4.4.- Control de Calidad de la Construcción....................................................................9 4.5.- Monitoreos...................................................................................................... 9

6.

METODOLOGIA DE LA CONSTRUCCIÒN DEL TAPON............................................9 6.1.- Métodos de la construcción del tapón....................................................................10 6.2.- Diseño de Tapones de Lados Paralelos..................................................................10 6.3.- Consideraciones.............................................................................................. 15

7.

CONCLUSIONES.............................................................................................. 18

1. Introducción La mina Cobriza es un yacimiento polimetálico, especialmente de cobre,(calcopirita especialmente) su capacidad de producción es 7,500 TMD; actualmente por razones netamente operativos, se viene extrayendo un promedio de 4,200 TMD. Este mineral que es extraído de mina, es tratado en la Planta Concentradora de expansión Cobriza, (capacidad de tratamiento de 8,500 TMD); naturalmente del proceso de tratamiento se obtiene el concentrado de cobre y el relave. El relave es un subproducto, que requiere ser almacenado, una parte en el depósito de relaves de Chacapampa y otra porción en mina. Es así que; mediante el planeamiento de mina (abril 2016), se acordó acumular relave en el Zigzag del Nivel 10 al Nivel 0, columna A5, sección 1760. Para ello es necesario dimensionar un tapón de concreto y fierro estructurado, capaz de soportar el peso total en todo el Zigzag mencionado anteriormente, debido a la posible inestabilidad del tapón, donde puede producirse serios riesgos de inundación especialmente, con posibles pérdidas económicas importantes, incluyendo la pérdida de reservas de mineral y/o la interrupción de la producción de mina. La construcción de estructuras de retención, de agua y relaves en minas subterráneas, está regulada en muchas jurisdicciones mineras en el mundo, donde el personal de la operación mina, debe garantizar que se cumplan las condiciones necesarias, para una operación, especialmente en el diseño del tapón, (materia del presente Estudio Técnico), a lo largo del ciclo de vida de la mina; específicamente para asegurar el cumplimiento de requisitos legales vigentes, tal como el D.S. 055-2010 E.M. Este estudio técnico para el diseño de tapones da una visión general de los aspectos geotécnicos, hidrogeológicos y estructurales relevantes para el diseño del tapón. Como se explica través de este documento, el diseño del tapón de retención de fluidos debe desarrollarse a través de la aplicación de prácticas seguras de ingeniería geotécnica y estructural. Este estudio; ha sido preparado tomando en cuenta, los aspectos básicos que influyen en el diseño, construcción y operación de los tapones, en base a la experiencia del autor, tomando como base; los lineamientos preparados para el Ministerio de Trabajo de Ontario, (Ontario Ministry of Labour 1995) y la Oficina de Minas de los Estados Unidos (Chekan, 1985). También se ha tomado información de la experiencia de Sudáfrica (Garrett y Pitt, 1961) y de Escandinavia, así como de la experiencia de tapones para proyectos Hidroeléctricos y Mineros en otros lugares, (e.g., Auld, 1983 & Lang, 1999). 2. ASPECTOS GENERALES El objetivo del presente Estudio Técnico, es el de proponer una metodología, para el diseño y la construcción del tapón, y que funcione exitosamente, con la finalidad de que en lo posible; se eliminen los riesgos, que por esta infraestructura pueden presentarse. El tapón por diseñar y construir, tendrá la consideración de permanentes y no se prevé que requiera: mantenimiento, operación o monitoreo diario. Para el propósito del presente estudio; el tapón se considerará como estructura de concreto, para contener o retener relaves a presiones que superen significativamente los 100 kPa; es decir, el equivalente a una columna de agua desde 10 m de alto hasta varios cientos.

Puesto que se espera que sean permanentes, y que permanezcan en ese lugar después del cierre de operaciones, su diseño debe tener factores de seguridad más altos y, lo más importante, cumplir especificaciones de control de calidad y de seguridad. En las siguientes figuras 1.1, 1.2 y 1.3, se citan algunos ejemplos de tapón, que pueden ser usados en el proyecto. Posible trayectoria de salida de agua a través del estrato Pres ión de agu Posible trayectoria dea/rel salida de agua a través Fig. del estrato ave

Fig. 1.2

1.1

Fig. 1.3

Pres ión de agu a/rel ave

Presió n de agua/r elave

Debido a la necesidad de estabilidad, a largo plazo de las estructura del tapón de retención, se le considerará como una barrera permanente, o estructura de bloqueo, para retener fluidos bajo presiones elevadas. El objetivo por la cual se construirá el tapón, será el de almacenar los relaves (relave total = relave fino y grueso), en el Zigzag de la columna A5 del Nivel 10 al Nivel 0, sección aproximada 1760, siendo el área aproximada del tapón de 30 m2 (6 metros de ancho por 5 metros de altura*), con perímetro aproximado de 22 metros, este tapón estará ubicado en el extremo Norte de la operaciones actuales, que en caso de falla, por su ubicación no afectará las operaciones en gran magnitud, la geometría adecuada de este tapón será el de lados paralelos (fig. 1.1 o 1.2 o 1.3), el mismo que se definirá de acuerdo al lugar, con dimensiones de acuerdo a la sección de la excavación, asimismo para el diseño, se tomará en cuenta la actividad sísmica de esta zona. *Dimensiones proporcionadas por Servicios mina El Zigzag está construido íntegramente en roca manto de calidad RMR 65, con resistencia a la compresión promedio de 151 Mpa, con densidad promedio de 3.63 ton/m3, y por su cohesión y dureza está catalogado como de baja permeabilidad, con esfuerzos IN SITU

vertical promedio de v = 35.6 Mpa y h = 42.7 Mpa. Con respecto al concreto, su resistencia a la compresión varía de 20-40 Mpa, Unicòn (según contrato) nos provee concreto de 30 Mpa, con resistencia al corte de 4.1 Mpa a los 28 días respectivamente, propiedades del concreto, encofrados, y estructurado de hierro. Siendo el relave con un Ph de aproximadamente 6, se sugiere que el concreto, sea protegido con geomembrana u otro aislante, de alta duración El tapón será íntegramente construido e instalado en subterráneo, en la cota inferior del nivel 0 (2000 msnm). El lugar donde se instalará el tapón, así como también el Zigzag, donde se almacenará el relave total, es totalmente seco. Los cálculos para el diseño del tapón, son realizados en la condición de que el relave, se almacenará dentro del Zigzag, de flujo continuo exclusivamente, mas no así; cuando el relave cae como carga dinámica: por impacto o choque contra el tapón y carga de movimiento sísmico). 3. CLASIFICACIÒN DEL MACIZO ROCOSO Para la clasificación del macizo rocoso del lugar del tapón y el resto del zigzag, se ha elegido lo propuesto por (Bieniawski, de 1989) valores RMR siendo los parámetros: Resistencia a la compresión de la roca Manto, RQD de Deere, espaciado de las juntas, condición de las juntas, y condición del el agua subterránea, que abarcan valores desde 0 a 100 RMR.En la tabla Nº 1, se ha compilado los parámetros de roca, del Zigzag en el nivel 0, obteniendo el valor total RMR de 69, clasificándola como: roca Buena. Tabla Nº 1 CLASIFICACION GEOMECANICA LABOR: ZIGZAG DEL NIVEL 10 AL NIVEL 0

N º

PARAMETRO

SECCIO N DE L

VALOR

VALUACIÒ AJUSTE N

AL

MPa

c simple de la 1 roca

176 176 0 0

151

12

2 RQD

176 176 0 0

50% - 75%

13

Espaciado de las 3 juntas

176 176 0 0

0.3 - 1 mt.

12

RMR

CALIDAD

ligeramente Condición de las 4 juntas

176 176 0 0 rugoso, labio

VALOR TOTAL

BUENA 25

duro. 5 Agua

Húmedo

7

SUMATORI A

69

S/A

69

La resistencia al corte del macizo rocoso, para el diseño del tapón, puede determinarse sobre la base de enfoques empíricos como por ejemplo, usando la Tabla 2, que presenta algunos valores empíricos de máxima resistencia al corte admisible, considerando un factor de seguridad de 3 (valor entre paréntesis). Tabla 2 Resistencia al Corte y Gradientes Hidráulicas de Diseño para Tapones de Túnel (según Benson, 1989) RMR – Evaluación del macizo rocoso

Roca Muy Buena 81-100 RMR Roca Buena 61-80 RMR Roca Regular 41-60 RMR Roca Mala 21-40 RMR Roca Muy Mala 0-20 RMR

Resistencia al corte (Máxima resistencia al corte admisible)1 (kPa) 1500 (500)3

Máxima gradiente hidráulica admisible2 m/m

Máxima gradiente de presión admisible kPa/m

15 - 30

150 - 300

900 (300)

10 - 14

100 - 140

600 (200)

7-9

70 - 90

300 (100)

5-6

50 - 60

150 (50)

3-4

30 - 40

1 Considerando un factor de seguridad de por lo menos 3.0. 2 Los gradientes hidráulicos admisibles pueden ser mayores si se lleva a cabo una inyección en la formación. 3 La resistencia al corte estimado del macizo rocoso (kPa) y entre paréntesis la máxima resistencia al corte admisible. 4. PELIGRO SISMICO Hasta el momento, no se ha encontrado ninguna falla activa, que afecte o pase muy cercana al lugar donde se construirá el tapón; por lo que no se realizará algún ajuste por sismicidad

5. EVALUACIÒN DE LA ESTABILIDAD DEL TAPON Para la evaluación de la estabilidad de la geometría del tapón, se tendrá en cuenta los siguientes criterios.

1.- Falla por corte; se define como una falla de corte a través del concreto, a lo largo del contacto de la roca con el concreto o a través del macizo rocoso; 2.- Falla por flexión de viga gruesa; por lo general ocurre como una falla confinada solo a través del mismo material del tapón 3.- Falla por filtración excesiva; que resulta por lo general de la ausencia de un contacto de interfaces, principalmente debido a los efectos de la erosión bajo un gradiente hidráulico demasiado elevado a lo largo del eje del tapón.; 4.- Falla por levante hidráulico (levantamiento) que ocurre a lo largo de la interfaz roca/concreto, o que ocurre en discontinuidades discretas dentro de la roca circundante; y/o como rotura hacia la superficie cuando el espesor de la cobertura de roca sobre el tapón es insuficiente para la presión de diseño aplicada. 5.- Falla debida a la descomposición química o física del concreto del tapón, o de las inyecciones o de los sellos o inclusiones dentro de la roca circundante. De estas evaluaciones de la estabilidad, consideramos que para la evaluación, del diseño del tapón por construirse, se empleará el de falla por corte, previa a la evaluación por Falla por filtración excesiva; que resulta por lo general, de la ausencia de un contacto de interfaces, principalmente debido a los efectos de la erosión, bajo un gradiente hidráulico demasiado elevado, a lo largo del eje del tapón. 4.1.- Falla por Filtración Excesiva (bajo gradientes hidráulicas adversamente altas) Para que un diseño de tapón específico sea aceptable, desde una perspectiva que limite las filtraciones, se evaluó que la filtración potencial, en virtud de las gradientes hidráulicas aplicadas, no tendrá consecuencias estructurales ni ambientales, para la integridad del tapón, respecto a los fines, para el que se está diseñando. Por lo que se indica que; mediante cálculos apropiados que, la gradiente hidráulica máxima de diseño (HGmax), definida como la relación entre la máxima presión hidráulica aplicada, incluyendo presiones de impacto, y la longitud del tapón entre los extremos aguas arriba y aguas abajo, no excede los valores recomendados en la Tabla 3 (según Benson, 1987). Esta equivalencia mostrada en la Tabla 3 para las diferentes calidades de macizo rocoso puede calcularse en forma aproximada mediante la expresión HGmax (kPa/m) ≅ 2 * (RMR-5). …………………………………………… (1) Aunque se han publicado diversas relaciones de gradientes hidráulicas (tales como las de Benson, 1987) para evaluar las filtraciones de tapones, no se ha aceptado ningún criterio de filtración similar como norma práctica para tapones para cierre permanente de minas. Las prácticas mineras actuales, tal como la aplicada en Sudáfrica, por ejemplo, ha sido estipular una velocidad de filtración aceptable a largo plazo para infiltraciones que salen aguas abajo de un tapón (que según se presume migran a través del macizo rocoso en las inmediaciones de un tapón). Garrett y Campbell-Pitt (1961), por ejemplo, sugirieron que una velocidad de filtración aceptable se encontraba dentro del rango de 0.25 L/s a 1 L/s. En conclusión, evaluando la relación (1) HGmax, para un RMR de 69, obtenemos HGmax = 128, y sucesivamente comparando con los valores de la tabla 2, se observa que corresponde a una roca Buena, en el rango de 100-140 de máxima gradiente de presión admisible. 4.2.- Falla por Corte Se produce cuando la presión del relave; se aplica sobre una de las caras aguas arriba del tapón, esto puede provocar que el tapón se mueva con respecto al macizo rocoso,

movilizada dentro del concreto, en el contacto roca/ concreto del macizo rocoso. Los pasos que tomaremos para el diseño, por falla por corte; considerarán: 

La variabilidad en la resistencia de la interfaz roca/ concreto, evaluada mediante los enfoques de la clasificación del macizo rocoso



Se evaluara la periferia del tapón, incluyendo la evaluación de los efectos de la voladura;



Se calculará condiciones hasta obtener FS > 3, a través del macizo rocoso y en la interfaz concreto/ roca, en el sitio del tapón.

4.3.- Factores de Seguridad El diseño de los tapones propuestos deberá discutir los factores de seguridad usados en el análisis. La Tabla 3 presenta una lista de factores de seguridad recomendados para el diseño de tapones permanentes. Tabla 3 Criterios para el Diseño de Tapones Permanentes (adaptados de Auld, 1983, Chekan 1985 y TSS, 1999) Modo de Falla 1) Corte – Falla por corte a lo largo del contacto roca/concreto, a lo largo del macizo rocoso, o a lo largo de discontinuidades adversamente orientadas.

Criterios de diseño El esfuerzo de corte total admisible de la roca de acuerdo, al criterio de falla de HoekBrown. El esfuerzo de corte admisible del concreto de acuerdo al ACI (American Concrete Institute), al CSA (Canadian Standard Association) o el equivalente aprobado por normas peruanas. F.S. > 3.0 condiciones normales F.S. > 1.5 condiciones sísmicas y para presiones hidrostáticas de lodo/ relaves (con gravedad específica igual a 2) F.S. > 1.1 para condiciones de huayco (dinámicas) (impacto directo) 2) Falla por flexión de viga gruesa Esfuerzo a la tracción admisible del concreto de acuerdo con el código ACI. F.S. > 3.0 condiciones normales F.S. > 1.5 condiciones sísmicas 3) Levante hidráulico de la roca que rodea al F.S. > 1.3 condiciones normales (análisis de tapón. esfuerzos totales) F.S. > 1.1 condiciones sísmicas (análisis de esfuerzos totales)

4) Gradiente Hidráulico y Fugas (o una a) Máxima gradiente hidráulica sobre la base excesiva filtración) alrededor del tapón para de métodos empíricos de diseño. b) Para evitar erosión de las paredes del túnel. condiciones estáticas, un factor de seguridad mínimo de 2.5 deberá usarse para asegurar el gradiente de presión a través del tapón, usando el enfoque sudafricano (es decir, Garrett & Campbell-Pitt, 1958 y 1961). c) Para condiciones de huayco (dinámicas), se deberá adoptar un factor de seguridad de 1.5. Adicionalmente, para los tapones construidos para retener drenaje ácido de roca, se deberán revisar los siguientes Criterios de “ejecución”: d) Reducir la conductividad hidráulica del contacto y del macizo rocoso que circunda al tapón a por lo menos 10-7 m/s con inyecciones (si fuera necesario). e) Limitar la filtración a ocasionales goteos en el tapón y menos de 0.5 L/s medidos 20 m aguas abajo del tapón. 5) Desintegración del concreto a largo plazo > 30 MPa resistencia a la compresión. La mezcla de concreto será diseñada de acuerdo con los mejores estándares de resistencia al ataque por ácido, ataque por sulfatos y a la reacción álcali agregado. 4.4.- Control de Calidad de la Construcción Se ejecutará un control de calidad, durante la construcción del tapón, donde se incluirá el control de la calidad del concreto, el vertimiento y vibración y todas las actividades de llenado, para asegurar que se cumplan todos los requisitos de diseño mencionados anteriormente; de tal manera que al finalizar la construcción del tapón, se informará a Gerencia mina, mediante un plano a una escala apropiada y de los trabajos tal como han sido ejecutados, indicando si fue necesario la introducción de nuevas modificaciones. 4.5.- Monitoreos. Se confeccionará un programa de monitoreo, donde se incluirá: Caudal de aguas drenadas, frecuencia, por el uso de los vertederos “lloronas” 6. METODOLOGIA DE LA CONSTRUCCIÒN DEL TAPON Las directrices de Einarson & Abel (1990), son de utilidad para verificar que cualquier tapón de concreto, que esté diseñado para contener relaves cumplan con los criterios adecuados, a saber, los que se indican a continuación: 

Tener una longitud suficiente para evitar fallas por corte en el concreto y/o en la roca. Esto quiere decir que la resistencia al corte del concreto y de la roca deben superar el esfuerzo de corte bajo las condiciones de máxima presión;



Tener una longitud suficiente para reducir al mínimo las filtraciones a lo largo del contacto o la interfaz concreto/roca;



Ser suficientemente resistente a los ácidos para durar todo el período de vida útil requerido para el tapón; y



Tener suficiente durabilidad para resistir la degradación debido a cualquier filtración a través del tapón que podría causar corrosión o reacciones químicas del agua de relave, durante la vida útil del tapón. La durabilidad del diseño del tapón deberá ser tal que cualquier tubo instalado a través del tapón tenga suficiente espesor para brindar la vida útil mínima requerida considerando las velocidades de corrosión previstas.

6.1.- Métodos de la construcción del tapón Existen tres métodos principales, para diseñar los tapones que se necesitan, para soportar presiones de agua elevadas (es decir, >100 kPa o 10 m de agua): • Lozas enclavadas en la roca (indentadas), • Tapones de lados paralelos (sin indentado), y/o • Tapones de cuña. Cada tipo de tapón tiene sus propias ventajas y desventajas, según se indica a continuación: • Por lo general, los tapones identados pueden ser más cortos, (típicamente ¼ de la longitud del mismo tapón de lados paralelos para obtener la misma resistencia al corte) y usar menos concreto que un tapón de lados paralelos. No obstante, los tapones más cortos tiene gradientes hidráulicas más altas tanto a lo largo de la interfase concreto/roca como a través del macizo rocoso mismo. Para una interfase dada y una permeabilidad dada del macizo rocoso, esto aumentará la posibilidad de fuga. • Los tapones indentados incluyen refuerzo de acero y por lo tanto requieren diseños más complejos, pueden demorarse más en construir y necesitan un nivel mayor de supervisión de construcción. • Excavar el indentado puede ser problemático y emplear mucho tiempo. • Los tapones de lados paralelos pueden construirse en aberturas existentes hechas mediante voladura y típicamente no requieren excavación adicional. A veces deliberadamente se evita hacer excavaciones adicionales ya que éstas aumentan el área del tapón que queda expuesta a la presión de agua, lo que tiene como resultado la transmisión de fuerzas mayores al macizo rocoso adyacente. • Los tapones indentados o de lados paralelos dependen de la transmisión de cargas desde el tapón hasta la roca por soporte directo o por corte y compresión, respectivamente. • Por lo general, los tapones indentados alcanzan hasta un cuarto de la longitud del mismo tapón de lados paralelos para lograr la misma resistencia al corte mientas que los tapones de cuña típicamente tienen tres cuartas partes de la longitud del tapón paralelo equivalente. 6.2.- Diseño de Tapones de Lados Paralelos Para el diseño del tapón, se usará el criterio de tapones de lados paralelos, debido a su fácil construcción y adaptada a la geometría de la mina Cobriza. Por tapón de lados paralelos comúnmente se entiende un diseño de tapón “sin indentado”. Pueden ser tapones monolíticos o huecos según se describe en la Figura 2.

Este tipo de tapón se ha usado en el Perú, Estados Unidos, Sudáfrica y Canadá. Las directrices de diseño para este tipo de tapón se encuentran, por ejemplo, en “USBM Circular Informativa 9020, - Diseño de Muros de Separación para Controlar Agua en Minas Subterráneas”. Por ejemplo, en la mina Antamina del Perú se ha construido una combinación de tapón de lados paralelos de sección monolítica / hueca. En el concepto de diseño de tapón de lados paralelos se asume que la carga inducida por la presión hidrostática sería transmitida del tapón de concreto a la roca como corte alrededor del perímetro del tapón y a lo largo de toda su longitud. (fig. 3) En la Tabla 3; se resumen los Factores de Seguridad recomendados a usarse en el diseño de tapones paralelos.

Sección transversal

Trayectoria asumida de esfuerzos compresivos

Área de influencia

Carga aplicada

Reacción del macizo rocoso

Fig. 2



Perímetro, P

gh

Longitud del tapón

Área, A

Fuerza resistente = PL Fuerza solicitada = Ag (h1 + h2)/2

Fig. 3 6.2.1.- Diseño por Corte En el caso de tapones paralelos, el enfoque de diseño es cuando se asume, que la carga inducida por la presión hidrostática, será transmitida del tapón de concreto, a la roca como corte, y alrededor del perímetro del tapón y en toda su longitud, según se ilustra en las figura 3 En consecuencia, la longitud de un tapón se diseñará para: a) ser suficiente para mantener el esfuerzo de corte desarrollado en el concreto del tapón y (b)) ser suficiente para mantener el esfuerzo de corte en la roca adyacente muy por debajo de la resistencia al corte. Como resultado de ello, la falla por corte debería evaluarse en el concreto, en el contacto roca/concreto y a través del macizo rocoso. Para resistencias a la compresión de concreto de 25 MPa y 30 MPa, que son típicas del tipo de concreto que debería usarse en un tapón, el esfuerzo de corte permisible del concreto no deberían exceder de 830 kPa y 910 kPa, respectivamente. No obstante, cabe observar que si, el esfuerzo al corte permisible en el concreto, es menor que el de la roca, la falla por corte es controlada por el esfuerzo al corte permisible del concreto y no el de la roca colindante. 6.2.2.- Enfoque Sudafricano Empleado para el Diseño por Corte Comúnmente; se usa el enfoque sudafricano para el diseño por corte, para evaluar la estabilidad del tapón. En el enfoque sudafricano (e.g., Garrettt & Campbell-Pitt, 1961) o en las directrices de USBM # 9020 (Chekan, 1985) se asume que: a) a las cargas de presión hidrostática, sobre el tapón materia de diseño, son resistidas por el corte alrededor del perímetro (punzonado), o bien b) son resistidas por soporte directo sobre los diferentes planos inclinados de la roca alrededor del perímetro del tapón. Dicho de otro modo, el diseño se basa en la resistencia al corte (fs) de la roca o del concreto, la que resulte menor, y en la resistencia a la compresión (fc') también del concreto o de la roca, la que resulte menor.

Típicamente, la longitud del diseño de un tapón se calcula tomando por base la siguiente fórmula desarrollada por Garrett & Campbell-Pitt (1961). L=

Pf A Pe f s

(2)

Donde: Pf

= presión del líquido aplicada (Pa);

Pf =¿ ρ g H

H

= = carga hidráulica del líquido sobre el tapón (m)

ρ = densidad del líquido (kg/m3) g = constante gravitacional (9.81 m/s2) A = Área del lado aguas arriba del tapón Pe = Perímetro transversal del tapón En el caso de una sección rectangular A=w h

Pe=2(w+h)

(3) (4)

w = ancho de la excavación o del tapón (m) h = altura de la excavación o del tapón (m) En el caso de una sección circular del radio r A=π r 2

(5)

Pe=2 πr

(6)

L=longitud del tap ò n (m)

f'`s = Esfuerzo de corte permisible de la roca o del concreto en la interface, la que resulte menor (Pa) Sin embargo, la experiencia sudafricana sugiere fs′ = 590 kPa para tapones no inyectados o 839 kPa en el caso de tapones inyectados a presión en la interfase concreto/roca (Chekan, 1985) donde un contacto positivo entre el concreto y la roca adyacente está garantizado por el inyectado ulterior. Nota: La presión aplicada toma en cuenta la densidad del fluido, variando de 1,000 kg/m3 a 2,000 kg/m3. 6.2.3.- Cálculo de la longitud del tapón.

Calcular la longitud del tapón (en la dirección del llenado), para el llenado de relave de densidad 1800 Kg/m3, en el Zigzag del Nivel 10 al Nivel 0, de aproximadamente 1340 metros, sección promedio de 6 metros (ancho) y 5 metros (altura), con una carga hidráulica de 100 metros Debido a que el esfuerzo al corte permisible que el concreto puede asumir es menor que la del macizo rocoso, la falla por corte será controlada por la resistencia del concreto. Al resolver la Ecuación 2 para L se obtiene: Pf

= presión del líquido aplicada (Pa);

Pf =¿ ρ g H

H

= = carga hidráulica del líquido sobre el tapón (m) (Anexo A)

ρ = densidad del líquido (kg/m3) g = constante gravitacional (9.81 m/s2) A = Área del lado aguas arriba del tapón Pe = Perímetro transversal del tapón

L=

Pf A Pe f s

L=

( 1800 )( 9.81 )( 100 ) ( 6 ) (5) 2 ( 6+5 ) (839000 pa)

L=¿ = 2.9  3.0 m Nota: la presión hidráulica es la presión media que actúa sobre todo el lado del tapón. 6.2.3.1.- Longitud del Tapón Basado en la Resistencia de Soporte del Concreto y la Roca en el Interfaz Garrett & Campbell-Pitt (1961) propusieron una fórmula alternativa para el diseño de un tapón basado en el soporte directo en lugar del corte en la interfaz:

L=

2 Pf A Pe f c

Donde: Pf = presión de fluido aplicada

(7)

A = área de la cara aguas arriba del tapón Pe = perímetro de sección transversal del tapón Para la sección rectangular, A = w • h y Pe = 2 (w + h) w = ancho del túnel o tapón (m) h= altura del túnel o tapón (m) L = Longitud del tapón (m) f`c = resistencia a la compresión permisible de la roca o concreto en la interfaz = 3.75 f`s, que es 3.75 veces el esfuerzo de corte permisible desarrollado en la roca o concreto en la interfaz.

L=

2 Pf A Pe f c

L=

2(1800)(9.81)(100)(6)(5) 2(6 +5)1500000 pa

L=3.21 m

Nota: la presión hidráulica es la presión media que actúa sobre todo el lado del tapón. De modo que para f’s = 400 kPa, fc = 3.75 * 400 = 1500 kPa. Basado en la evaluación de la resistencia al soporte, la longitud requerida del tapón es L = 3.20 m. Como lo sugiere Garrett y Campbell Pitt (1961), las dos ecuaciones 2) y (7), son sobre simplificaciones de una condición muy complicada de esfuerzo. La condición real se encuentra posiblemente entre los dos valores obtenidos. En general, se usa el enfoque más conservador que se basa en la resistencia al corte.

6.3.- Consideraciones Cuando el tapón se encuentra dentro de la categoría de viga gruesa, la relación ancho/longitud del tapón ≥ 1.25. Esto quiere decir que si, el diseño para el corte tiene como resultado, una longitud de tapón que es menor, que aproximadamente la dimensión máxima de la excavación, entonces; se verificará la resistencia del diseño a la flexión de viga gruesa (Lang, 1999). Si la relación ancho/longitud del tapón < 1.25, entonces no se necesitará refuerzo de hierro acero para resistir los esfuerzos de tracción aplicados en el lado aguas abajo. Por esta consideración; evaluando la longitud de 6 metros sobre los 3.5 metros (sugerida), nos da un valor de 1.7, por lo que se sugiere, incluir refuerzo de hierro estructura por cada 0.8 metros. Conservadoramente se asume que la viga es una viga unidireccional que se extiende entre las paredes laterales, sin considerar que el tapón

soporta la carga en las paredes, pero no la carga del techo al piso del túnel, por esta sustento, se sugiere construir un tapón de 3.50 metros de longitud, de 6 metros de ancho por 5 metros de altura, indentado en la base (piso hundido y cierta cuña en el techo; tal como muestra el ejemplo de la figura 4. Posible trayectoria de salida de agua a través del estrato

Posible trayectoria de salida deFig. agua a través del estrato4

Pre sión de agu a/re lave

ANEXO A Presión del fluido La presión P a una profundidad h en un fluido (fig. 1), es mayor que en la superficie por gh, es decir; si P1 y P2 son las presiones en las alturas y1 y y2, respectivamente; entonces, P2 – P1 = g (y2 – y1) (presión de fluido de densidad uniforme

P2= P0

(1A)

2

y2-y1 P1= P

1

y2 y1

Fig. 1 De la expresión (1A), en términos de la profundidad bajo la superficie de un fluido (fig. 1), tomamos el punto 1, en cualquier nivel del fluido, y sea P, la presión en ese punto. Tomando el punto 2 en la superficie del fluido donde la presión es P 0 (el subíndice indica profundidad cero), la profundidad en el punto 1 es h= y2 – y1, y la ecuación (1A), se convierte en: P0 – P = g (y2-y1) = pgh; deduciendo P = P0 + ph (presión de fluido de densidad uniforme

(2A)

Por lo que se demuestra que la presión P, a una profundidad h, es mayor que la presión P0, en la superficie en una cantidad pgh, observándose que la presión es la misma en cualquier par de puntos (1 y 2), situados en un mismo nivel del fluido, la forma del recipiente no importa. (fig. 2)

Nivel superior del liquido

Fig. 2 La presión en la parte superior de cada columna del fluido es igual a P 0, como la presión atmosférica, la presión solo depende de la altura, y no la forma del recipiente, así cuando todas las columnas del fluido, tiene la misma altura

7. CONCLUSIONES 

Tipo de tapon es el de paralelos



Todo el concreto usado debe tener una resistencia mínima a la comprensión de 28 días (f′c) del orden de 30 MPa.



El tamaño máximo del agregado grueso deberá ser 25 mm.

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Se recomienda el uso de cemento resistente a sulfatos salvo que se haya determinado específicamente que la composición química del agua no es agresiva.

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Puede usarse un aditivo puzolánico, tal como cenizas, para reducir el calor de hidratación y ayudar a evitar el agrietamiento por contracción durante el curado.

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El concreto que no se coloque en el plazo de una hora después de su mezclado, deberá contener una cantidad suficiente de agentes retardadores para retrasar el fraguado inicial durante el tiempo necesario para colocar y compactar el concreto o deberá ser desechado no usándose en las obras.

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El agua usada para la mezcla debe ser limpia y estar libre de sales, álcalis u otros minerales que puedan reaccionar de manera no deseada con el cemento (es decir, debe ser de calidad conveniente para beber). Algunas aguas procesadas de minas pueden no ser adecuadas.

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En el diseño de concreto deben estipularse las evaluaciones necesarias para control de calidad del concreto, incluyendo el número de ensayos que deben realizarse, así como el intervalo de tiempo para los especímenes curados (por ejemplo, 3 días, 7 días y/o 28 días).

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Hay que tener especial cuidado de cerciorarse de que las barras de refuerzo de acero estén sostenidas de tal manera que no se desplacen durante el vaciado de concreto. Las barras deberán asegurarse usando alambre calibre.

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Los tubos de descarga deben instalarse conforme sea necesario en el techo más alto (o corona) del Zigzag, o lugares altos antes de vaciar el concreto a fin de permitir que escape el aire atrapado.

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El vaciado de concreto, sobre todo para tapones monolíticos, deberá realizarse en forma continua hasta concluir el trabajo. No se permitirán interrupciones en los vaciados para evitar juntas frías horizontales entre cada vaciado.

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Compactar bien todo el concreto con vibradores u otras herramientas compactadoras adecuadas durante la operación de vaciado.

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El concreto debe vaciarse en capas que sean aproximadamente horizontales

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La velocidad de vaciado deberá ser tal que cada carga sucesiva pueda ser vibrada en la carga anterior para obtener una unión adecuada, aunque la profundidad total del concreto plástico nunca deberá exceder el límite impuesto por el diseño de los moldes.

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Longitud del tapón sugerida, es de 3.50 metros Mina Cobriza; Abril del 2016