Avances en la estimación de la probabilidad de falla de sistemas de drenaje de presas de relaves

Abstract

Los relaves son desechos de procesos mineros que deben ser almacenados en depósitos que sean estables física y químicamente. Para esto, los diseños de presas de relaves se hacen en función de numerosos criterios que permitan asegurar un almacenamiento seguro del material. Estas presas de relaves deben tener un sistema de drenaje que permita tener un control adecuado de las infiltraciones que se puedan producir. Este sistema de drenaje considera el uso de material de empréstito y es diseñado en base a normas entregadas por organismos internacionales, como la ICOLD y la USBR. El diseño de los sistemas de drenaje presenta varios desafíos y problemas. Una de las grandes limitaciones es la metodología de cálculo de la capacidad hidráulica. Hoy en día, los cálculos de la capacidad portante de los drenes se hacen con metodologías empíricas que entregan resultados aproximados. Por esta y otras razones, se consideran altos factores de seguridad (FS). Los diseños de estos sistemas se llevan a cabo mediante una metodología determinística, por lo cual se hace necesario el avance en el estudio de metodologías probabilísticas de diseño, que permitan generar soluciones más eficientes. En este contexto, el presente trabajo tiene como principal objetivo evaluar la incertidumbre en el diseño de sistemas de drenaje de presas de relaves. La evaluación de la incertidumbre se lleva a cabo mediante el método de Montecarlo por medio de la implementación de la metodología actual de diseño, considerando rangos de variación y distribuciones de probabilidad para cada parámetro involucrado en el cálculo del factor de seguridad. Los parámetros analizados son: caudal base, radio hidráulico medio, permeabilidad, gradiente hidráulico, porosidad y viscosidad cinemática. Los casos estudiados corresponden a tipos de drenes representativos de aplicaciones en Chile. Los resultados indican que el factor de seguridad ocupado usualmente (FS=10) es coherente con los rangos de variación y distribuciones de probabilidad asignadas a cada parámetro, dado que en ningún caso FS<1. Se observa que la ecuación de Wilkins es la más conservadora de todas las relaciones estudiadas para flujo no Darciano. Además, se concluye que las diferencias entre las velocidades de flujo en medio poroso entregadas por la ecuación de Darcy y de Wilkins puede ser muy grandes, por lo cual, el hacer el cálculo del área efectiva de un dren con flujo laminar usando la ecuación de Wilkins puede arrojar un área mucho menor que la que se obtendría haciendo el cálculo con la ecuación de Darcy.