Deformaciones Basales del Muro CFRD - Resultados de la modelación

CAPÍTULO VII MODELACIÓN EN SAP2000

7.5 Resultados de la modelación

7.5.5 Deformaciones Basales del Muro CFRD

La figura 7-11 muestra el esquema de los nudos basales que se han observado en este estudio. La tabla 7-5 muestra los nudos con mayores desplazamientos y en que combinación se produce.

Figura 7-11: Esquema de Puntos Basales Fuente: Elaboración Propia

Tabla 7-5: Desplazamientos Nodales Basales

Desplazamientos

X Z

Identificación del Nudo Combinación m m

Máximo Horizontal PBASAL079 COMB08 0.001537 -0.002755 Mínimo Horizontal PBASAL022 COMB09 0.000064 -0.001969 Máximo Vertical PBASAL049 COMB07 0.000544 -0.003699 Mínimo Vertical PBASAL001 COMB10 0.000491 -0.000601

Fuente: Elaboración Propia 7.5.6 Deformaciones en el muro aguas arriba de la presa

La figura 7-12 muestra el esquema de referencia de los puntos de la cara aguas arriba del muro CFRD. La tabla 7-6 muestra los desplazamientos vertical y horizontal del muro aguas arriba de la presa. Además, muestra la deflexión producida teóricamente por la cara de hormigón.

Figura 7-12: Esquema de Puntos Cara Aguas Arriba de la Presa.

Fuente: Elaboración Propia.

Tabla 7-6: Desplazamientos de Muro Aguas Arriba de la Presa Desplazamientos Muro Aguas Arriba

X Z Deflexión

Identificación

del Nudo Combinación m m m

Maximo Desplazamiento en X PTOAA_133 COMB08 0.00439 -0.011182 0.01201288 Mínimo Desplazamiento en X PBASAL001 COMB09 0.000237 -0.000765 0.00080087 Máximo Desplazamiento en Z PBASAL001 COMB10 0.000491 -0.000601 0.00077607 Mínimo Desplazamiento en Z PTOAA_132 COMB07 0.001932 -0.011249 0.0114137

Máxima Deflexión PTOAA_133 COMB08 0.00439 -0.011182 0.01201288 Mínima Deflexión PBASAL001 COMB05 0.000455 -0.000625 0.00077308

Fuente: Elaboración Propia

CAPÍTULO VIII

ANÁLISIS ECONÓMICO

8.1 Evaluación Económica

En el presente capítulo se realiza el análisis económico comparativo entre un muro de arena de ubicado en el mismo lugar y de la misma altura que el muro CFRD propuesto. Se especifican todos los supuestos para este análisis.

8.2 Supuestos Evaluación Económica

8.2.1 Supuestos Generales

Los supuestos generales para este análisis económico son:

• Muros de Arena y CFRD tienen la misma altura: 100 metros.

• Ambos depósitos tienen el mismo volumen de cubeta, es decir, almacenan el mismo volumen de relave.

• Muro de Arena y Muro CFRD ubicados en el mismo lugar geográfico, lo que implica que los costos de transporte de relaves, de recirculación de agua y cierre del depósito, es el mismo.

• La densidad del relave es de 1.5 t/m³.

• Supone una vida útil operacional de 25 años para ambos depósitos.

• La tasa de descuento a utilizar es de un 10% (Valor utilizado por la Comisión Chilena del Cobre para la evaluación de proyectos mineros).

• Se asume que el área utilizada por la cubeta es un cuadrado, lo que implica que el perímetro se calcula según la ecuación 8.1:

)

La tabla 8-1 muestra un resumen de los supuestos generales.

Tabla 8-1: Resumen Supuestos Generales

Ítem Unidad Valor

Vida Útil Operacional Años 25

Relaves secos totales almacenados Millones de Toneladas 2000 Relaves secos totales almacenados por año Mton / Año 80

Altura Final Muro metros 100

Distancia hacia la planta kilómetros 25

Hectáreas ocupadas por el depósito Unidad 150

Tasa de Descuento % 10

Fuente: Costo de Cierre de Tranques de Relave en Chile 8.2.2 Inversión Inicial

Los costos de inversión para un muro de arena reciclada consideran (Andía y Lagos, 2001):

• Estudio del sitio

• Habilitación de caminos de acceso

• Preparación del terreno

• Construcción de muro de partida

• Habilitación de obras de captación del drenaje aguas abajo

• Obras de control de crecidas, precipitaciones y otros.

• Compras de Equipos (Baterías de Hidrociclones y equipos de compactación)

• Instalación de 2 torres colectoras

Dado que no existen costos asociados a un muro CFRD, se supone que el costo de implementación es un 33% más económico, ya que este tipo de muro no considera instalación de hidrociclones (el relave se deposita sin tratamiento en la cubeta), ni se necesita equipos de compactación para el muro de arena y estos equipos trabajan durante gran parte de la vida útil de la presa. Los valores supuestos se encuentran en la tabla 8-2.

Tabla 8-2: Valores de Instalación e Inversión

Ítem Unidad Valor

Inversión Muro de Arena Reciclada US$ / Ton Relave Seco 0,0200 Inversión Muro CFRD US$ / Ton Relave Seco 0,0132

Fuente: Costo de Cierre de Tranques de Relave en Chile

El muro CFRD permite una construcción por etapas, a diferencia de la gran mayoría de muros de arena. Esto permite un ahorro en la inversión inicial. Tomando como referencia el costo de inversión inicial, la etapa es 60% más barata, ya que no considera los siguientes aspectos como el estudio de suelo, habilitación de caminos de acceso, preparación de terreno, obras de captación de aguas, control de crecidas y otros relacionados con la inversión inicial:

La tabla 8-3 muestra la inversión y etapas asociadas al muro CFRD.

Tabla 8-3: Inversión y Cantidad de Etapas muro CFRD

Ítem Unidad Valor

Años de Desfase Años 7

Etapas (año 0, 7, 14, 21) Unidad 4

Inversión etapa muro CFRD US$ / Ton Relave Seco 0,00528 Fuente: Costo de Cierre de Tranques de Relave en Chile

8.2.3 Operación y Mantención

Los costos de operación para un muro de arena reciclada incluyen (Andía y Lagos, 2001):

• Clasificación de relaves.

• Suministro eléctrico.

• Instrumentación.

• Control del muro y de los relaves.

Dado que no existen valores disponibles para la operación de un muro CFRD, se supone un costo de operación 50% más económico, debido a que el muro CFRD no contempla la clasificación de relaves, ni se interviene el muro mediante equipos de compactación, tal como es el caso de un muro de arena. La tabla 8-4 resume los costos de operación.

Tabla 8-4: Costos de Operación para muro de arena y muro CFRD

Ítem Unidad Valor

Costo de Operación Muro de Arena US$ / Ton relave seco 0.006 Costo de Operación Muro CFRD US$ / Ton relave seco 0.003

Fuente: Costo de Cierre de Tranques de Relave en Chile 8.2.4 Costos de Manejo de Aguas Claras

Los costos asociados a la recuperación de aguas es el mismo para los dos casos de estudio. Estos incluyen (Andía y Lagos, 2001):

• Habilitación de obras para la recuperación de aguas.

• Bombas y cañerías asociadas.

La tabla 8-5 estima los costos asociados a la inversión y operación de las aguas claras.

Tabla 8-5: Costo de Manejo de Aguas Claras para muro CFRD y Arena

Ítem Unidad Valor

Cantidad de Torres Colectoras unidad 2

Costo de Inversión Manejo de Agua US$ / Ton relave seco 0.0004 Costo de Operación Manejo de Agua US$ / Ton relave seco 0.002

Fuente: Costo de Cierre de Tranques de Relave en Chile 8.2.5 Costo de Cierre

Para cerrar un depósito de relaves, es necesario hacer una serie de operaciones que se resumen en la tabla 8-6.

Tabla 8-6: Costo de Cierre de un depósito de relaves

Ítem Unidad Valor

Secado de laguna de aguas claras US$ / Ton 0.002

Sellado de torres colectoras US$ 50.000

Rehabilitación Recubrimiento US$ / hectárea 60.000 Rehabilitación Reforestación US$ / hectárea 70.000

Cercado y Letreros US$ / m 12

Fuente: Costo de Cierre de Tranques de Relave en Chile

8.3 Evaluación del Proyecto

8.3.1 Valor Actual Neto

El valor actual neto (o VAN) es la diferencia entre los ingresos y egresos de un proyecto, actualizado por cada año. Es un índice utilizado para evaluación de proyectos.

El criterio de selección para este proyecto es que, a mayor VAN, el proyecto es más rentable.

La ecuación 8.2 define el VAN como:

∑ ( )

= +

= ⁿ −

i n

i C VAN I

1 1 (8.2)

Donde:

I = Ingresos del proyecto C = Costos del proyecto

i = Tasa de Descuento

n = Años de evaluación del proyecto (0,1…, n)

8.3.2 Cálculo del Valor Actual Neto

8.3.2.1 Valor Actual Neto para el muro CFRD (VAN1).

Utilizando la ecuación 8.2, el valor actual neto para un muro CFRD se muestra en la tabla 8-7.

Tabla 8-7: Valor Actual Neto para muro CFRD Muro CFRD

Año 0 Inv. Incial Muro + Inv. Manejo de Aguas -$27,200,000 Año 1 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$400,000 Año 2 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$400,000 Año 3 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$400,000 Año 4 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$400,000 Año 5 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$400,000 Año 6 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$400,000 Año 7 C. Operación + C. Operación Man. Aguas + Etapa 2 Muro -$10,960,000 Año 8 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$400,000 Año 9 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$400,000 Año 10 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$400,000 Año 11 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$400,000 Año 12 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$400,000 Año 13 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$400,000 Año 14 C. Operación + C. Operación Man. Aguas + Etapa 3 Muro -$10,960,000 Año 15 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$400,000 Año 16 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$400,000 Año 17 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$400,000 Año 18 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$400,000 Año 19 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$400,000 Año 20 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$400,000 Año 21 C. Operación + C. Operación Man. Aguas + Etapa 4 Muro -$10,960,000 Año 22 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$400,000 Año 23 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$400,000 Año 24 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$400,000 Año 25 C. Operación + C. Operación Man. Aguas + C. Cierre -$4,478,400

Valor Actual Neto (VAN1) -$37,121,766 Fuente: Elaboración Propia

8.3.2.2 Cálculo del Valor Actual Neto para el muro de Arena.

Utilizando la ecuación 8.2, el valor actual neto para un muro de arena se muestra en la tabla 8-8.

Tabla 8-8: Valor Actual Neto Para un muro de Arena reciclada Muro de Arena

Año 0 Inv. Incial Muro + Inv. Manejo de Aguas -$40,800,000 Año 1 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$640,000 Año 2 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$640,000 Año 3 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$640,000 Año 4 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$640,000 Año 5 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$640,000 Año 6 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$640,000 Año 7 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$640,000 Año 8 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$640,000 Año 9 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$640,000 Año 10 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$640,000 Año 11 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$640,000 Año 12 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$640,000 Año 13 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$640,000 Año 14 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$640,000 Año 15 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$640,000 Año 16 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$640,000 Año 17 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$640,000 Año 18 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$640,000 Año 19 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$640,000 Año 20 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$640,000 Año 21 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$640,000 Año 22 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$640,000 Año 23 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$640,000 Año 24 C. Operación + C. Operación Man. Aguas -$640,000 Año 25 C. Operación + C. Operación Man. Aguas + C. Cierre -$4,718,400 Valor Actual Neto (VAN2) -$42,714,296

Fuente: Elaboración Propia

CAPÍTULO IX

CONCLUSIONES

La primera presa CFRD para relaves, ha sido construida en Perú, en el proyecto Altamina. Su altura final de 238 metros, está siendo construida por etapas.

Es posible apreciar que el análisis de elementos finitos en dos dimensiones puede dar una idea del comportamiento de una presa, pero no es lo óptimo, ya que no se considera la forma de la sección transversal que debe tomar la presa a construir, que puede influir en los esfuerzos de la presa.

La deformación de la cara de hormigón del muro CFRD es alta, cuyo máximo valor, para una altura de 100 m es 1,2 centímetros. Este valor implica necesariamente fisuras que filtrarán la presa, de modo que debe buscarse una alternativa que permita minimizar las filtraciones o bien, canalizarlas hacia un sector definido. Este tema debe ser examinado en profundidad en un futuro diseño, para evitar problemas medioambientales, ya que esto produce daños irreparables.

Los asentamientos que se producen en la presa, a nivel basal, cuyo valor máximo absoluto, para una altura de 100 m., es 4 mm, se encuentra dentro del rango esperado, ya que la fundación es de tipo roca. Los puntos superiores, se observa un asentamiento del orden 1 cm. El asentamiento no controlado del muro de la presa, puede inducir importantes deformaciones en la cara de hormigón, lo que puede provocar una filtración de proporciones, con el daño medioambiental que provoca.

El módulo de elasticidad del muro puede ser mejorado con una compactación apropiada. La humedad debe ser controlada de modo que esta no produzca asentamientos no controlados, lo que puede producir lo explicado en el párrafo anterior.

Del análisis económico, se desprende que es conveniente la construcción por etapas de la presa CFRD, ya que según el criterio de evaluación, es la alternativa más rentable en términos de costos presentes netos, ya que a mayor VAN, el retorno es óptimo.

A pesar de la poca información que se tiene, relativa a su aplicación para la contención de relaves, parece razonable aplicar este tipo de técnica de construcción de muro para un depósito de relaves.

Una presa CFRD, correctamente diseñada es estructuralmente muy estable. Su cuerpo de roca tiene un talud con un factor de seguridad sobre 7, lo que es altamente estable en condiciones normales. Aún cuando exista la eventualidad de que esta presa sea sobrepasada por una inundación, existen altas probabilidades de que núcleo se mantenga estable, ya que por las dimensiones del material utilizado, la presión de poros es mínima. Además, la construcción por etapas permite minimizar la inversión inicial en este tipo de presas.

Sin embargo, se debe tener especial cuidado en la construcción de la cara de hormigón de la presa CFRD, ya que existen puntos donde hay esfuerzos de tensión en esta estructura, lo que inevitablemente provoca grietas que pueden influir en el comportamiento estructural de la cara de hormigón. En caso de que esta estructura colapse, se producen filtraciones imposibles de controlar, provocando un irreparable daño al medioambiente e incluso a las personas.

Se han construido muchas presas con muros CFRD para agua dulce, por lo que su diseño y estabilidad han sido comprobados. Su uso para relave queda sujeto a una correcta estimación del comportamiento estructural de la cara de hormigón, principalmente por las filtraciones asociadas a su fractura.

El tema de las filtraciones en el muro CFRD es importante de considerar, ya que en el caso de un relave, debe ser controlado de tal manera que en caso de haber una filtración de proporciones, pueda ser absorbido por las piscinas de control que han sido construidas, tal como en todos los muros de depósitos de relaves en Chile.

Para evitar la filtración a la masa de roca y al subsuelo, se sugiere utilizar en la construcción una membrana de HDPE (Polietileno de Alta Densidad), que controla la permeabilidad del muro de roca, lo que minimiza potenciales asentamientos no controlados.

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A N E X O S

ANEXO “A”: PROCESO PRODUCTIVO DEL COBRE

El mineral de cobre se presenta normalmente en dos estados que son:

• Mineral Oxidado

• Mineral Sulfurado

1. PROCESO PRODUCTIVO MINERALES OXIDADOS

El primer tipo de mineral es el menos abundante y el más fácil de explotar, ya que con producir un chancado a nivel de gravas (esto es, partículas mayores a 4.76 mm), se puede extraer el cobre químicamente.

El proceso se realiza en 4 etapas: Chancado, formación de pilas y lixiviación, extracción por solventes y electrobtención.

CHANCADO

Chancado: el material extraído de la mina (generalmente a rajo abierto), que contiene minerales oxidados de cobre, es fragmentado mediante chancado primario y secundario (eventualmente terciario), con el objeto de obtener un material mineralizado de un tamaño máximo de 1,5 a ¾ pulgadas. Este tamaño es suficiente para dejar expuestos los minerales oxidados de cobre a la infiltración de la solución ácida (Figura 1 y 2).

Figura 1: Funcionamiento Chancador

Primario Figura 2: Chancador Primario

FORMACIÓN DE PILA y LIXIVIACIÓN

Formación de la pila: el material chancado es llevado mediante correas transportadoras hacia el lugar donde se formará la pila. En este trayecto el material es sometido a una primera irrigación con una solución de agua y ácido sulfúrico, conocido como proceso de curado, de manera de iniciar ya en el camino el proceso de sulfatación del cobre contenido en los minerales oxidados. En su destino, el mineral es descargado mediante un equipo esparcidor gigantesco, que lo va depositando ordenadamente formando un terraplén continuo de 6 a 8 m de altura: la pila de lixiviación. Sobre esta pila de mineral se instala un sistema de riego por goteo y aspersores que van cubriendo toda el área expuesta.

Bajo las pilas de material a lixiviar se instala previamente una membrana impermeable sobre la cual se dispone un sistema de drenes (tuberías ranuradas) que permiten recoger las soluciones que se infiltran a través del material.

Sistema de riego: a través del sistema de riego por goteo y de los aspersores, como en la figura 3 se vierte lentamente una solución ácida de agua con ácido sulfúrico en la superficie de las pilas. Esta solución se infiltra en la pila hasta su base, actuando rápidamente. La solución disuelve el cobre contenido en los minerales oxidados, formando una solución de sulfato de cobre, la que es recogida por el sistema de drenaje, y llevada fuera del sector de las pilas en canaletas impermeabilizadas, como se muestra en la figura 4.

Figura 3: Riego de pilas de lixiviación.

Figura 4: Transporte de solución obtenida en pilas de lixiviación.

El riego de las pilas, es decir, la lixiviación se mantiene por 45 a 60 días, después de lo cual se supone que se ha agotado casi completamente la cantidad de cobre lixiviable. El material restante o ripio es transportado mediante correas a botaderos donde se podría reiniciar un segundo proceso de lixiviación para extraer el resto de cobre.

Al final de esta etapa, se obtienen soluciones de sulfato de cobre (CUSO4) con concentraciones de hasta 9 gramos por litro (gpl) denominadas PLS

ELECTROREFINACIÓN

Para extraer el cobre de la solución PLS, ésta se mezcla con una solución de parafina y resina orgánica. La resina de esta solución captura los iones de cobre (CU+2) en forma selectiva. De esta reacción se obtiene por un lado un complejo resina-cobre y por otro una solución empobrecida en cobre que se denomina refino, la que se reutiliza en el proceso de

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