Evaluación de estabilidad de la cobertura de cierre con geosintétitcos en las zonas inclinadas del depósito de desmonte Excélsior

Abstract

La presente tesis, desarrolla un caso de estudio del proyecto Cierre de Depósito de Desmonte Excélsior, ubicación en Cerro de Paseo, según el Instituto de Ingenieros de Minas del Perú, representa el proyecto más grande de cierre de Pasivo Ambiental Minero (PAM) por el volumen de inversión de más de 151 millones de soles con un área de cierre de 69 hectáreas. Esta investigación se enfoca en la evaluación de la estabilidad de la cobertura de cierre, conformado por topsoil e=150mm, material drenante e=75mm y geosintéticos como son geomembrana de HOPE doble texturada de 1.50mm, geotextil no tejido de polipropileno 270g/m2, geocelda de HOPE h=100mm y geomalla biaxial de poliéster de 1 00kN/m, en la zona inclinada del proyecto. La presente tesis presenta los siguientes capítulos: En el Capítulo I se desarrolla la introducción de la tesis, que conforma los antecedentes, planteamiento del problema, la formulación de la hipótesis y los objetivos, tanto generales y específicos. En el Capítulo II se muestra el marco teórico de la investigación, desarrollando la información existente sobre el cual se sustenta el estudio, como son conceptos de cierre de mina, dando un mayor enfoque al cierre definitivo al cese de una operación minera, descripción de los principales geosintéticos empleados en cierres de mina y sistemas de coberturas de cierre conformado por suelo y geosintéticos. El Capítulo III se enfoca en desarrollar el ensayo de plano inclinado (IPT), principales diferencias respecto al ensayo de corte directo, sus limitaciones para ensayos a esfuerzos normales por debajo de 10kPa, con la finalidad de obtener los parámetros de resistencia al corte en la interface de un sistema de cobertura multicapas conformado por suelo y geosintéticos, Asimismo, en este capítulo de estima los parámetros de interacción entre suelo-geosintetico y geosintético-geosintético a partir de varias investigaciones relacionadas al IPT, con la finalidad de usarlos como input al cálculo del factor de seguridad (FS) del proyecto Excélsior. Por otro lado, en el Capítulo IV, se desarrolla la metodología de equilibrio límite para calcular el FS asociada a la estabilidad de la cobertura en zonas inclinadas. Además, se detalla las fuerzas que interactúan en una cobertura de talud finito para 4 casos de revisión como son la condición estática, pseudoestática, saturación paralela de la cobertura por infiltración y saturación horizontal de la cobertura por infiltración. En el Capítulo V se describe el contexto del Depósito de Desmonte Excélsior, la configuración del talud y cobertura de cierre, descripción del tipo de suelo y geosintéticos instalados en la cobertura y otras variables dependientes al cálculo del FS asociadas al caso de estudio, Posteriormente, una vez descrita los inputs se determina el FS para los 4 casos de revisión mencionados en el Capítulo IV, pero para 2 escenarios de evaluación. El primero es determinar el FS de estabilidad de la cobertura sin considerar el aporte tensional de la geomalla biaxial PET 100kN/m y el segundo es incorporando al cálculo la tensión de la geomalla, se verifica que con la geomalla se logra alcanzar los FS mínimos requeridos para una cobertura de cierre definitivo. En el Capítulo VI, se desarrolla el análisis de resultados de los FS obtenidos en el Capítulo V, referentes al Proyecto Excélsior, así como la interpretación del análisis paramétrico de los factores dependientes al FS como son la tensión de la geomalla, fricción de interface, adhesión en la interface, altura de saturación por infiltración paralelo al talud, altura de saturación por infiltración horizontal, coeficiente de aceleración sísmica e inclinación de talud; con la finalidad de evaluar el grado de sensibilidad respecto al FS. Finalmente, el aporte de la presente investigación es una propuesta de una metodología de diseño orientado al cálculo del FS para la verificación de la estabilidad de una cobertura de cierre final con sistema multicapas, conformado por suelo y geosintéticos, instalados en zonas con diferentes pendientes de talud, empleando el método de equilibrio limite.

This thesis develops a case study of the Excélsior waste dump closure project, located in Cerro de Paseo, according to the lnstitute of Mining Engineers of Peru, represents the largest project of closure of Mining Environmental Liability (PAM) by the volume of investment of more than 151 million soles with a closure area of 69 hectares. This research focuses on the evaluation of the stability of the closure cover, consisting of topsoil e=150mm, drainage material e=75mm and geosynthetics such as HOPE geomembrane double textured 1.50mm, nonwoven polypropylene geotextile 270g/m2, HOPE geocell h=100mm and polyester biaxial geogrid of 1 00kN/m, in the sloping area of the project. This thesis presents the following chapters: Chapter I develops the introduction of the thesis, which conforms the background, problem statement, the formulation of the hypothesis and the objectives, both general and specific. Chapter II shows the theoretical framework of the research, developing the existing information on which the study is based, such as concepts of mine closure, giving a greater focus on the definitive closure at the cessation of a mining operation, description of the main geosynthetics used in mine closures and closure cover systems consisting of soil and geosynthetics. Chapter 111 focuses on developing the inclined plane test (IPT), main differences with respect to the direct shear test, its limitations for tests at normal stresses below 1 0kPa, in order to obtain the shear strength parameters at the interface of a multilayer cover system composed of soil and geosynthetics, Likewise, this chapter estimates the interaction parameters between soil-geosynthetic and geosynthetic-geosynthetic from severa! IPT related investigations, in arder to use them as input to the calculation of the safety factor (SF) of the Excelsior project. On the other hand, Chapter IV develops the limit equilibrium methodology to calculate the FS associated with the stability of the cover in sloped areas. In addition, the forces that interact in a finite slope cover are detailed for 4 review cases such as the static condition, pseudo-static, parallel saturation of the cover due to infiltration and horizontal saturation of the cover due to infiltration. Chapter V describes the context of the Excélsior Oeposit, the configuration of the slope and closure cover, description of the type of soil and geosynthetics installed in the cover and other dependent variables to calculate the FS associated to the case study. Subsequently, once the inputs are described, the FS is determined for the 4 review cases mentioned in Chapter IV, but for 2 evaluation scenarios. The first one is to determine the FS of stability of the cover without considering the tensile contribution of the biaxial geogrid PET 100kN/m and the second one is to incorporate the geogrid tension to the calculation, verifying that the geogrid achieves the mínimum FS required for a definitive closure cover. Chapter VI develops the analysis of the results of the FS obtained in Chapter V, referring to the Excelsior Project, as well as the interpretation of the parametric analysis of the FS dependent factors such as geogrid tension, interface friction, interface adhesion, infiltration saturation height parallel to the slope, horizontal infiltration saturation height, seismic acceleration coefficient and slope inclination; with the purpose of evaluating the degree of sensitivity with respect to the FS. Finally, the contribution of the present research is a proposal of a design methodology oriented to the calculation of the FS for the verification of the stability of a final closure cover with a multilayer system, consisting of soil and geosynthetics, installed in areas with different slope gradients, using the limit equilibrium method.