(INGENIERA BSICACONSTRUCCIN SISTEMA DE ESPESAMIENTO DE RELAVES TALABRE CHUQUICAMATACONTRATO N4501477258CORPORACIN NACIONAL DEL COBRE DE CHILEVICEPRESIDENCIA DE PROYECTOS)

MEMORIA DE CLCULO

EFECTO REGULADOR DEL EMBALSE

PARA CONTENER CRECIDAS

N14CC22-F1-MN-44400-MDCHD02-3370-002

B

15/06/2015

REVISIN CLIENTE

GCF

MLB

JAM

A

11/06/2015

REVISIN INTERNA

GCF

MLB

JAM

REV

FECHA

EMITIDO PARA

POR

REV.

APR.

APR.

MN INGENIEROS LTDA

CODELCO

MN-VP-IBTT-006

Pg. 1 de 10

REV B

CONTENIDO1INTRODUCCIN Y OBJETIVOS32ANLISIS HIDROLGICO43ESTIMACION DE CAUDALES DE CRECIDA63.1Precipitacin63.2Caudales de Crecida84VOLUMEN ASOCIADO A LAS CRECIDAS95CONCLUSIONES Y COMENTARIOS9

INTRODUCCIN Y OBJETIVOS

La Vicepresidencia de Proyectos de Codelco Chile, a travs de la Gerencia de Proyectos de Relaves, ha contratado a MN Ingenieros Ltda. para el desarrollo del servicios denominado Ingeniera Bsica Obras Varias Proyecto Talabre Relaves Convencionales y Relaves Espesados, del proyecto Construccin Sistema de Espesamiento de Relaves Talabre Chuquicamata.

El tranque Talabre, se ubica a unos 12 km al sureste de Chuquicamata y actualmente recibe 182 ktpd de relaves provenientes de las divisiones Chuquicamata CH y Ministro Hales MH. En el futuro, acorde a programa de Codelco, el tranque recibir adems los relaves provenientes de la Divisin Radomiro Tomic RT.

El alcance del Servicio respecto a las obras relacionadas con el depsito de relaves espesados, se enmarca en el diseo a nivel de ingeniera bsica de los muros de contencin de Talabre, y sus obras asociadas, necesarios para albergar en el largo plazo todos los relaves generados por el Distrito Norte..

El presente informe muestra los resultados de crecidas asociadas al tranque de relaves espesados, diferencindose las distintas reas aportantes que llegan a ste, as como tambin el rea del mismo tranque, la cual se asocia a un volumen de crecida. Todo esto considerando la presencia de los conos de relaves espesados en la zona noreste del tranque, los cuales generan una divisin hidrulica entre las reas aportantes y volumen de crecida del tranque.

El objetivo de este documento, es definir si el tranque Talabre, tendr la capacidad de almacenamiento suficiente para el volumen de agua que precipite directamente sobre l, una vez que se alcance el mximo de depsitos de relaves espesados que se proyecta.

Adicionalmente, se determinan los caudales de crecida de las cuencas aportantes externas al tranque, con el objeto de estimar si son necesarias obras de manejo de aguas superficiales, que eviten el contacto de sta con los depsitos de espesados.

Para el clculo de los caudales de crecida asociados a las cuencas aportantes, se replic la metodologa definida en el documento N11CC28-F2-MN-70131-INFMS02-3370-002[footnoteRef:1], mediante el cual se obtuvo tanto la precipitacin para cada cuenca aportante, como el caudal de crecida asociado a distintos perodos de retorno. [1: Ref. 1. N11CC28-F2-MN-70131-INFMS02-3370-002, Informe de Cruces de Quebradas. MN Ingenieros-GCF Ingenieros. Abril, 2015.]

Se identificaron cuatro reas aportantes a la zona del tranque de relaves, las cuales fueron analizadas de manera independiente, calculando para cada una de ellas los caudales de crecida asociados a perodos de retorno de 100, 500 y 1.000 aos.

Por otra parte, y para el rea propia del tranque, se calcularon los volmenes de crecida asociados a los perodos de retorno antes mencionados.

ANLISIS HIDROLGICO

El objetivo del anlisis hidrolgico es determinar los caudales mximos de origen pluvial en las quebradas que descargan hacia el tranque Talabre y que sern interrumpidas por la disposicin de los conos de relaves espesados.

Este anlisis fu desarrollado sobre la base del estudio elaborado en el documento citado como Ref.1.

Se definieron 4 reas externas aportantes al tranque, se recopil la informacin hidrolgica, que en este caso corresponde a precipitaciones, y se determinaron los caudales de crecida mediante el uso del mtodo de la frmula racional.

Para cada una de las reas aportantes, as como tambin para el rea propia del tranque Talabre, se calcularon los caudales de crecida asociados a perodos de retorno de 100, 500 y 1.000 aos.

La Figura 2-1 se muestra la ubicacin de las cuencas aportantes en la zona de estudio respecto del tranque Talabre. Por su parte, en la Tabla 2-1 se consignan las caractersticas principales de estas cuencas.

Es importante consignar que el rea asociada al tranque Talabre en la Figura 2-1 incluye el efecto de los conos de relaves espesados en la zona norte, el cual independiza el tranque de las reas aportantes superiores.

Tabla 2-1. Caractersticas Cuencas de Inters

rea Aportante

rea Total (km2)

Cota media (msnm)

1

8,71

2.580

2

24,62

2.610

3

158,77

2.750

4

612,82

2.820

Tranque Talabre

82,92

2.480

Se prohbe su reproduccin, y exhibicin, sin el consentimiento de CODELCO CHILE

El documento, una vez impreso, se considera copia NO CONTROLADA y puede estar obsoleto

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Figura 2-1 reas Aportantes al Tranque Talabre

ESTIMACION DE CAUDALES DE CRECIDA

Precipitacin

Las precipitaciones en la zona de estudio estn definidas mediante las estaciones pluviomtricas DGA Calama y Chiu Chiu, las que se encuentran ubicadas cercanas a la zona de estudio, y poseen alturas similares a sta, por lo que se consideran representativas de la zona. Su ubicacin se muestra en la Figura 3.1-1, mientras que en la Tabla 3.1-1 se consignan sus caractersticas principales.

Figura 3.1-1. Estaciones Pluviomtricas DGA

Tabla 3.1-1. Estaciones Pluviomtricas

Nombre

Regin

Cdigo DGA

Altitud

(m.s.n.m.)

Perodo con Informacin

Calama

II

02110013-7

2.300

1965 a la fecha

Chiu Chiu

II

02104010-K

2.520

1974 a la fecha

Para el estudio de eventos extremos en la zona de estudio, se utilizan los datos de precipitaciones mximas anuales en 24 horas en ambas estaciones. A partir de esta serie de precipitaciones, se realiz un anlisis de frecuencia asociado a perodos de retorno 2, 5, 10, 25, 50, 100, 500 y 1000 aos, evaluando los ajustes de la serie a las distribuciones Normal, Pearson, Gumbel y Gamma, ya que las distribuciones Log Normal y Log Pearson debieron ser descartadas por la presencia de valores cero en la estadstica. Del anlisis de los resultados obtenidos, se seleccion por su mejor ajuste la funcin de frecuencias Gamma, sus resultados se muestran en la Tabla 3.1-2.

Tabla 3.1-2. Anlisis de Frecuencias, Pp mxima Anual en 24 Horas

T (aos)

Estacin Calama (mm)

Estacin Chiu Chiu (mm)

2

1,4

1,9

5

4,2

5,3

10

6,5

8,0

25

9,6

11,8

50

12,0

14,7

100

14,5

17,6

500

20,3

24,5

1000

22,8

27,6

De esta forma se definen las precipitaciones mximas anuales en 24 horas para las reas aportantes, utilizndose una ponderacin entre los valores consignados en la Tabla 3.1-2, en funcin del inverso de la distancia del centro de gravedad de cada rea aportante respecto a las estaciones. Los valores de estas precipitaciones se muestran en la Tabla 3.1-3.

Tabla 3.1-3. Precipitacin Mxima Anual en 24 Horas (mm)

T (aos)

rea Aportante

1

2

3

4

Tranque

100

17,2

17,1

16,7

16,3

16,2

500

23,9

23,9

23,2

22,6

22,6

1.000

26,9

26,8

26,1

25,5

25,4

La intensidad queda definida para 24 horas mediante la precipitacin mxima en 24 horas asociada a cada periodo de retorno, esto para el tiempo de concentracin de cada una de las reas aportantes, calculado mediante el mtodo California H.D.

Dnde:

tc= Tiempo de concentracin de la cuenca (hrs)

Lp= Largo del cauce principal (km)

H= Desnivel mximo en la cuenca (m)

La Tabla 3.1-4 muestra los tiempos de concentracin calculados para cada rea.

Tabla 3.1-4 Tiempos de Concentracin

rea Aportante

1

2

3

4

Tranque

Lp (km)

7,1

11,5

31,5

35,4

9,6

H (m)

100

170

1.100

1.990

70

Tiempo de concentracin (hrs)

1,5

2,2

3,5

3,1

2,5

Caudales de Crecida

De acuerdo con el documento de la Ref.1, de los 4 mtodos de estimacin de caudales de escorrenta para cuencas sin control fluviomtrico definidos en el Manual de Clculo de Crecidas y Caudales Mnimos en Cuencas sin Informacin Fluviomtrica de la DGA, el que entrega los valores ms conservadores (mayores caudales en este caso), corresponde al mtodo de la frmula racional modificada, por lo que este anlisis se desarroll aplicando dicho mtodo.

La expresin que permite determinar el caudal instantneo mximo de periodo de retorno T es:

Dnde:

: Caudal instantneo mximo asociado al periodo de retorno T (m3/s)

: Coeficiente de escorrenta asociado al periodo de retorno T aos.

Ap : rea aportante pluvial (km2)

I: Intensidad asociada al tiempo (mm/hr).

De acuerdo con el manual de la DGA, para la III Regin, el valor del coeficiente de escorrenta para un perodo de retorno de 10 aos es igual a 0,009. De manera conservadora se adopt este mismo coeficiente para la II Regin. Los coeficientes de escorrenta se determinan mediante los factores de frecuencias C(T)/C(T=10) del mtodo de Verni y King Modificado presentados anteriormente en la Tabla 3.2-1.

Tabla 3.2-1. Coeficientes Empricos Utilizados en

Mtodo de la Frmula Racional Modificada

T (aos)

C(T)/C(T=10)

2

0,90

5

0,95

10

1,00

25

1,14

50

1,23

100

1,32

500*

1,55

1.000*

1,66

*Valores extrapolados a partir de la curva generada para los valores de T de 2 a 100 aos

En la Tabla 3.2-2 se detallan los resultados de caudales de crecida para cada cuenca.

Tabla 3.2-2 Caudales de Crecida Frmula Racional (m3/s)

T (aos)

rea Aportante

1

2

3

4

Tranque

100

0,16

0,37

1,82

7,44

1,12

500

0,26

0,60

2,98

12,16

1,84

1.000

0,31

0,72

3,59

14,69

2,22

VOLUMEN ASOCIADO A LAS CRECIDAS

Para efectos de estimar el volumen asociado a estas crecidas, se consider que stas tienen una duracin de 3 veces el tiempo de concentracin. Aplicando un hidrograma del tipo triangular, es posible determinar los volmenes asociados a estos caudales de crecida.

En la Tabla 4-1 se muestran los volmenes calculados, en cada una de las cuencas analizadas.

Tabla 4-1 Volumen de Crecida (m3)

T

Tranque

rea 1

rea 2

rea 3

rea 4

(aos)

tc= 2,5 hr

tc= 1,5 hr

tc= 2,2 hr

tc= 3,5 hr

tc= 3,1 hr

100

15.161

1.288

4.346

34.460

124.592

500

24.770

2.101

7.089

56.253

203.533

1.000

29.908

2.533

8.546

67.834

245.869

CONCLUSIONES Y COMENTARIOS

El volumen asociado a la crecida milenaria dentro del tranque Talabre, asciende a casi 30.000 m3. La capacidad de almacenamiento del tranque, una vez que se hayan depositado los relaves espesados, es muy superior a este volumen (se estim en cerca de 5 millones de m3 en base a los planos de llenado del tranque y a la topografa de ste), por lo que el tranque no se ver afectado por este volumen.

Respecto al volumen de las cuencas aportantes externas al tranque, considerando el tamao de las cuencas y ms especficamente, del sector inmediatamente aguas arriba del tranque, se estima que el volumen generado se acumular en este sector y permanecer all hasta que se evapore o infiltre en el subsuelo.

En efecto, a partir del levantamiento topogrfico del rea del tranque y su entorno, mediante el software Arcgis se gener una superficie del terreno (Raster) sobre la cual se determinaron las cotas del nivel de agua, para los volmenes calculados. En la Tabla 5-1 se consigna la cota que alcanzara el agua para este volumen y la altura mxima de agua asociada a esta cota, mientras que en la Figura 5-1 se observa el rea que sera cubierta por este volumen.

Tabla 5-1 Capacidad reas Aportantes Externas Tranque

rea 1

rea 2

rea 3

rea 4

Cota mxima (msnm)

2515,1

2520,5

2524,5

2517,1

Altura de agua (m)

0,24

0,33

0,39

0,34

Figura 5-1 Sectores donde se Acumula Volumen de Crecida

Nota: Figura generada en Autocad a partir de Arcgis.

(

)

6

,

3

A

I

T

C

Q

=

Q

(

)

T

C