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CONSULTANCY & TRAINING

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6911 Aos Capacitando a la Comunidad Minera Global

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MININGSOCIETYOF SOUTH AFRICA

ISO

9001

k

ki

eq

h

L

i

S

Conductividad hidrulica o permeabilidad de cada estrato o capa en

unidades homogneas.Conductividad hidrulica equivalente o permeabilidad equivalente decada estrato o capa en unidades homogneas.

Diferencia de alturas en unidades homogneas.

Longitud del medio poroso atravesado en unidades homogneas.

Gradiente hidrulico (L/L).

Seccin nica en unidades homogneas.

K

eqi

i

i

ii

=

q nico = S . K .

LK

L

MEDIO HETEROGENEO CON FLUJO PERPENDICULAR A LA ESTRATIFICACIONO FLUJO EN SERIEFuente: Adaptado de FCIHS (2009)

L

L

1

1

1

K1 Ki Kn


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ISO

9001

No es frecuente encontrar dos acuferos horizontales con elevada permeabilidad, separadospor un nivel horizontal de menor conductividad hidrulica (que acta a modo de acuitardo),y con diferencia de potencial entre dichos acuferos. Si el nivel piezomtrico del acuferoinferior est por encima del superior, incluso por encima de la superficie del terreno,pueden darse las siguientes situaciones de variacin de flujo:

Fuente: Figura tomada de FCIHS (2009).

ACUIFERO SUPERIOR

ACUIFERO INFERIOR

Flujo vertical hacia arribaCond. Hidrul. Vertical k

v

b

h1

h2

FLUJOS VERTICALES ENTRE ACIUIFEROS


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En esta situacin, el flujo de agua entre ambos acuferos se expresa de lasiguiente forma:

Si el nivel del acufero inferior disminuye constantemente, llegar un momento en elque sea igual al superior; por lo tanto, el flujo ser nulo (Q = 0).


ACUIFERO SUPERIOR

ACUIFERO INFERIOR

No hay flujo b

h2 = h1

Q = S. k .vh - h

b

2 1

Conductividad hidrulica vertical o permeabilidad vertical delacuitardo en unidades homogneas.

Seccin de acufero en unidades homogneas.

Alturas del punto de referencia en unidades homogneas.

Espesor del acuitardo en unidades homogneas.

kv

S

h

b


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9001

Si este continua descendiendo, alcanzar el techo o la base del acuitardo (punto A yB). En esta situacin, el flujo de agua entre ambos acuferos se expresar por:


Acufero superior

Acufero inferior

h1

h2


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Por debajo del punto B, el acufero confinado pasara a ser libre (nivel de referencia

cero), por lo que cualquier punto por debajo estara a presin atmosfrica. En esasituacin, el gradiente ser constante dado que:

Zona no saturada

Zona no saturada

Acufero inferior

Acufero superiorh1

h2

b


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9001

En el caso de un ro conectado a un acufero: En esa situacin pueden darse trescasos; que el ro sea efluente (nivel acufero > nivel ro), la existencia de equilibrio(nivel ro = nivel acufero) o que el ro sea influente (nivel ro > nivel acufero). En laprimera situacin, el flujo del agua entre ambos ser vertical y ascendente. Esto seexpresa por:


hAhr

FLUJOS VERTICALES: CONEXION RIO-ACUIFERO


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9001

Si el ro es influente (nivel ro > nivel acufero), el flujo de agua entre ambos

ser vertical y descendente. Esto se expresa de la siguiente forma:


p

e

a

hA

hr


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9001

Esta situacin continuar hasta que en un momento determinado, elnivel piezomtrico del acufero (hA) se encuentre por debajo de la basede los limos, apareciendo una zona de desconexin entre el ro y elacufero. El gradiente vertical es la diferencia del potencial hidrulicoentre la parte superior del ro y la parte inferior de los limos, dividido porel espesor de estos ltimos. En este caso, el caudal entre el ro y elacufero es mximo y; a partir de esto, la entrada del agua al acufero seproduce por goteo a travs de la zona no saturada. El flujo del agua entreambos ser vertical y descendente. Esto se expresa de la siguiente forma:


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La ecuacin general del flujo del agua subterrnea se deriva de un balance demasas, junto con la aplicacin de la Ley de Darcy; teniendo en cuenta que, losgradientes piezomtricos son el motor del desplazamiento del agua en elterreno.

Para esto, se considera un volumen de control definido en un sistema decoordenadas rectangulares X, Y, Z, determinando la cantidad de agua queentra y sale y la variabilidad del almacenamiento.

La expresin cuantitativa que permite relacionar y cuantificar los flujos deagua subterrnea con la piezometra y las caractersticas del terreno, enausencia de recargas exteriores, se define por:

ECUACION GENERAL DEL FLUJO DE AGUA SUBTERRANEA


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9001

En estado estacionario (rgimen permanente), la ecuacin general del flujo deagua subterrnea queda como:

Si se presenta el flujo horizontal, sin componente vertical z, se tiene que:


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Si adems K es istropa (Kx= Ky= K), el espesor del acufero tambin y T = Kb y

S = Ssb, se tiene:

Si existen recargas externas (ej., verticales y lluvias), se aade un trminofuente F:

El primer trmino representa la suma de entradas y salidas en el volumen

elemental del control, por razones de diferencia del potencial entre el mismoy las zonas inmediatas; el segundo trmino representa las recargas de aguaexteriores al sistema y, el tercero representa la variacin de almacenamientodel agua.


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ECUACION DEL FLUJO DE AGUA SUBTERRANEA ENMEDIO NO SATURADO: ECUACION DE RICHARDS

Elevacin Z Suelo seco en superficie

( sa tu ra ci n i rr ed uc ib le ) S up er fi ci e de l su el o

Estado

transitrio

Suelo humidificado

despus de una lluvia(infiltracin agua gravifica)

Perfil en equilibrio

(esttico)

Franja capilar(saturacin 100%)

100% Saturacin

Superficie piezomtrica

observada en un pozo

0 Presin

Presin umbralo de entrada de aire

Presin negativa

(succin)

A

Zona conpoca

variacin

de contenidoen agua

B

Lineadeequilib

riodepresin

0

Se define un medio no saturado aquel en el cual no todos los poros estntotalmente llenos de agua. En un acufero, la zona no saturada (ZNS) seextiende desde la superficie del terreno hasta la profundidad del nivelfretico, a partir del cual el terreno est saturado y todos los poros estnllenos de agua. Esto incluye el suelo edfico y la litologa infrayacente.

En la ZNS coexisten tres fases: Agua,aire y slido.


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9001

Se define la curva caracterstica o de succin, que relaciona el contenido del

agua con la presin capilar o el potencial de succin.

El fenmeno de histresis refleja que la curva de retencin obtenida en el

drenaje, es diferente a la obtenida en el proceso de adicin del agua al suelo.Un suelo seco tiene una succin alta, la cual disminuye a medida que el aguaaumenta hasta llegar a la saturacin (la succin es cero).

h

h

s s s

c

cc

min max0.60.40.30.20.1

10

1010

10

10

10

10

0.5

Arcilla

Succin

(Pa)

Arena

Grava3

44

5

6

7

8

Contenido en agua del suelo


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ISO

9001

Esta disimetra es consecuencia de unproceso de drenaje, en donde el aguatiende a ser retenida por las fuerzascapilares, a pesar que por debajo seencuentren poros.

En un proceso de humidificacin, elascenso capilar no se produce hasta lamisma altura si se encuentran porosde mayor dimetro, a pesar de queexistan ms pequeos encima; por elcontrario, ocurre lo opuesto alproceso anterior, la velocidad esmayor en los poros de seccin menor,y menor en los poros de seccinmayor.

Curva limitante de secado

Curvas entre estadosintermedios

Curvas limitantede hemedecimientoS

olucin

h

Contenido en agua cCs (saturacin)


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La ecuacin que gobierna el flujo no saturado, en funcin del contenido delagua, se define en la ecuacin de Richards.

En funcin de la carga hidrulica:

k

z

h

Conductividad hidrulica no saturada (funcin del contenidode humedad) en unidades homogneas.

Contenido en humedad.

Cota del punto en unidades homogneas.

Succin o presin capilar en unidades homogneas delongitud.


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9001

3. COMPORTAMIENTO HIDRAULICO DEL MACIZOROCOSO

El macizo rocoso es el medio de soporte de la mayor parte de la actividadminera. Considerndola como roca consolidada (no se va a tratar ni desuelos ni deformaciones detrticas tpicamente porosas), resulta de graninters dado que puede combinar tanto porosidad como fisuracin,favorable para conducir el agua. Desde el punto de vista de la mecnica de

rocas, la ingeniera geolgica y la minera, el estudio del agua en el macizoha tenido una atencin especial, debido a que la mayora de yacimientos seencuentran por debajo del nivel piezomtrico o con influencia directa de l(problema a resolver).

El comportamiento hidrulico de los diferentes tipos de rocas consolidadases variable y, generalmente, dependiente de los esfuerzos tectnicos y de lameteorizacin.

3.1. CONSIDERACIONES GENERALES Y TENDENCIAS ACTUALES EN LACARACTERIZACION HIDRAULICA DEL MACIZO ROCOSO


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Los principales mtodos utilizados para la caracterizacin hidrogeolgica de un macizo son:

Recopilacin previa de informacin: territorial, ambiental y tcnica. Mtodos geolgicos: cartografa geolgica, fotogeologa, geomorfologa,

estratigrafa, petrologa, geologa estructural, tectnica, etc. Mtodos geofsicos: En la superficie (mtodos ssmicos, elctricos, magnticos y

gravimtricos) y en el interior de sondeos (ej., testificacin geofsica, ssmica ensondeos y tomografa ssmica).

Mtodos de hidrologa superficial y estudios climatolgicos: Anlisis deprecipitaciones, cuencas, recarga y balance hdrico.

Mtodos hidrogeolgicos: Piezometra, ensayos de bombeo, ensayos de inyeccincon agua (ej., Lugeon y de pulso) o trazadores, sistemas de flujo, zonas de recarga ydescarga.

Mtodos hidroqumicos: Calidad del agua subterrnea, contaminacin yvulnerabilidad.

Tcnicas especiales: Radioistopos, istopos ambientales y teledeteccin.

Aplicacin de modelos matemticos de simulacin para flujo y transporte. Integracin en bases de datos y soporte SIG. Portal WEB-Internet: Es conveniente que toda la informacin generada se recopile

en los informes y estudios pertinentes y, adems, pueda ser de consulta pblica.


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9001

Fuente: Figura extradas de Gonzlez deVallejo, L.I. (2002).

Mtodo

Elctrico

S.EV.

Calicatas elctricas

Interpretacin geolgica, grado de alteracin, cubicacin demateriales, contenido en agua y salinidad.

Idem al anterior pero para el estudio de su variacin lateral.

Idem al anterior pero para el estudio de su variacin a lolargo de una seccin.

Espesor de recubrimientos, excavabilidad, cubicacin dereas de prstamo, calidad de la r oca, condiciones decimentacin.

Investigacin geolgica profunda en obras subterrneas yladeras.

Interpretacin geolgica, grado de alteracin, contenido enagua y salinidad.

Idem al anterior pero a grandes profundidades.

Resistividad del terreno en superficie, interpretacingeolgica y variaciones laterales.

Huecos y elementos enterrados, contactos litolgicos,investigacin del trasds de estructuras, etc.

Contactos litolgicos con contraste de densidad, terrenosblandos, cavidades, zonas de disolucin, zonas de falla.

Idem al anterior pero de mayor detalle.

Galeras mineras abandonadas, huecos rellenos de arcilla,conducciones enterradas, fallas, diques, masas mineralizadas.

Litologa del sondeo, velocidad de ondas P y S. mdulosdinmicos, proipiedades resistentes, excavabilidad, espesor derecubrimientos.

Interpretacin geolgica, cavidades, mdulos dinmicos,velocidad de ondas P y S, propiedades resistentes, zonas defractura, zonas de alteracin, excavabilidad, espesor derecubrimientos.

Salinidad del agua, resistencia del material, secuencialitolgica.

Investigacin de acrcillas, contenido en agua, densidad delterreno.

Propiedades mecnicas, grado de fracturacin, secuencialitolgica.

Puntos de afluencia de agua al sondeo, niveles freticos.

Acotacin del sondeo, huecos y fracturas, orientacin dediscontinuidades.

Dipolo - dipolo

Ssmica de refraccin

Ssmica de reflexin

EM en dominio de frecuencias

EM en dominio de tiempos

V.L.F

Geo-radar

Gravimetra

Microgravimetra

Magnetometra

Cross-hole

Down-holeUp-hole

Tomografa ssmica

ElctricaResistividad elctricaPotencial espontneo

Conductividad elctrica

Nuclear oradiactiva

Snica o acstica

Fluidos

GeomtricosCalibre

DipmetroRegistro de T.V.

TemperaturaConductividad

Velocidad de flujo

Gamma naturalGamma espectral

NeutrnGamma-Gamma

Sismico

Electromagntico

Gravimtrico

Magntico

Ssmicaen sondeos

Testificacingeofsica(en el interiorde sondeos)

Tcnicas Aplicaciones


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En el suelo y subsuelo existen diversas zonas donde el movimiento del agua tiene caractersticaspropias, y se rige por leyes particulares. En general, se distinguen cuatro zonas: suelo o zona edfica,zona no saturada y saturada, y franja capilar.

3.2. CIRCULACION DEL AGUA SUBTERRANEA

Fuente: Figuras extradas de GONZLEZ DE VALLEJO, L.I. (2002 ).

Agua en el suelo(Retencin). Evapotranspiracin.

Zona no saturada(agua gravfica).

Zona capilar.

Recorridovertical,

aireacin yfiltrado.

Nivel piezomtrico..

Zona no saturada

(Agua intersticial).

Agua retenida en

poros no drenables.

Agua en combinacinqumica con la roca.

Movimientocondicionado

por gradientesPiezomtricos.

Suelo

Zona no saturada

Zona capilar

Zona saturada

Altura

de

Posicin

de

A

Altura

de

Presin

deA

Altura

deposicin

de

B


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9001

El agua que importa en la actividad minera es la que circula por la zona saturada,que configurauna superficie piezomtrica en funcin de los gradientes y de las influencias externas (ej.,campos de bombeo y zonas de recarga), las cuales pueden estar bajo una superficiepiezomtrica virtual (aun estando seco el macizo); como consecuencia de efectos deconfinamiento.

A nivel regional, el agua se mueve desde las zonas de recarga hacia las de descarga, siguiendodiversos itinerarios que configuran los sistemas de flujo que pueden ser regionales o locales,siguiendo el clsico esquema de Tth (1953).

Fuente: IGME (2001).

rea de recarga. rea de descarga.


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El agua en la zona saturada se mueve desde puntos con mayor nivel piezomtrico, a puntos

con menor nivel (zonas de mayor a menor energa), en sentido horizontal y vertical,ascendente o descendente; independiente de la situacin en la cota de las formaciones.

Las curvas que unen puntos de igual nivel piezomtrico se denominan isopiezas, y sonperpendiculares a los bordes impermeables del acufero y paralelas a las lneas de recarga odescarga. Las lneas de corriente en cada punto son perpendiculares a las isopiezas.

Zona de descarga por bombeos

Zona de recarga por riego

Mina

Presasubterrnea

Valor

del nivelpiezomtrico

Zona de influenciaRecarga

Isopieza

Orientadordel flujo

Zona de efluenciaBombeo


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9001

Fuente: Figura extrada de FCIHS (2009).

Isopieza.

Linea de flujo.

d) Esquema piezomtrico de laMancha, setiembre 1988.

20km

0

ALCAZAR DESAN JUAN.

VILLARROBLEDO.


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9001

En el suelo y subsuelo existen diversas zonas donde el movimiento del aguatiene caractersticas propias, y se rige por leyes particulares. En general, sedistinguen cuatro zonas: suelo o zona edfica, zona no saturada y saturada, yfranja capilar.

3.3. COMPORTAMIENTO HIDRAULICO DE LOS ACUIFEROS

Fuente: IGME (2001).


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9001

En la zona saturada, se pueden dar los siguientes tipos de acuferos principalesen funcin de su comportamiento hidrulico (circunstancias hidrulicas +estructura).

Fuente: Figuras extradas de Gonzlez de Vallejo, L.I. (2002).

NP acufero confinado.

NP acufero libre.

AcuferoLibre.

Acuitardo.

Acuferoconfinado.

Impermeable.

Semiconfinado.Acufero.

Impermeable.


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9001

Las principales vas de entrada de agua a las labores mineras, pueden estarinfluenciadas por:

La litologa atravesada en funcin de su porosidad y permeabilidad,especialmente, si est por debajo del nivel piezomtrico.

Infiltracin de aguas de escorrenta superficial o incidencia directa. Infiltracin de aguas hipodrmicas a travs de zonas meteorizadas de la roca. Filtraciones o aportes entre niveles de estratificacin. Presencia de fracturas y discontinuidades abiertasprincipalmente

subverticales. Presencia de cavidades o conductos krsticos, volcnicos o por disolucin de

evaporitas. Influencia de antiguas labores mineras. Influencia de antiguos usos del territorio.

3.4. EFECTOS DEL AGUA SOBRE EL COMPORTAMIENTO DEL MACIZO

ROCOSO EN LAS LABORES MINERAS


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9001

INCIDENCIA DEL AGUA SOBRE EL MACIZO ROCOSOLas principales incidencias que provoca el agua a las labores mineras son:

Los accesosson el primer punto de contacto con el acufero. El frente de avance es otro punto de afeccin directa. Necesidad de drenaje continuo o impermeabilizacin para evitar la inundacin de la

zona de labores y de la mina. El agua drenadasuele ser de mala calidad(especialmente, en minera metlica y

evaporitas). No son infrecuentes acuferos interceptados con aguas subterrneas debuena calidad.

La afeccin directa a la piezometra localy a la disponibilidad de agua subterrnea en elentorno.

La mina acta como sumidero de aguas, especialmente si la porosidad, la

permeabilidad, las discontinuidades y la meteorizacin del macizo rocoso lo permiten. Afeccin a la estabilidad geotcnica del macizo rocoso. Generacin de cargas hidrulicas,iguales a la depresin creada. La seleccin de los equipos de bombeo debe adecuarse a la calidad de las aguas

drenadas. Dichos equipos y sistemas deben permitir las labores extractivas, minimizando la

interferencia en su desarrollo: Tamao reducido. Ubicaciones en otros ramales o accesos.


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Los principales riesgos que presenta la aparicin del agua en las labores mineras son:

Estabilidad geotcnica del macizo rocosoy de las infraestructuras.Accidentes laboraleso afeccin a la maquinaria y equipos.Prdidas de rendimiento y productividad:

Seguridad laboral. Evaluacin de posibles daos. Evaluacin de achiques y drenajes. Interferencia con las labores mineras. Aumento de los costes operativos. Dificultad en el cumplimiento de los objetivos empresariales. Revisin de la viabilidad tcnico-econmica de la explotacin.

Daos colaterales:

Afecciones a terceros. Posibles contaminaciones al acufero o a cauces superficiales, lagos, etc. Otros desastres ambientales. Sensibilizacin social y ambiental (medios de comunicacin). Indemnizaciones millonarias.

RIESGOS


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4. CALCULO DE APORTE DE AGUA

4.1. PROBLEMAS DEL AGUA EN MINERIA Los accesosson el primer punto de contacto con el acufero. El frente de avance es otro punto de afeccin directa. Necesidad de drenaje continuo o impermeabilizacin para evitar la inundacin de la

zona de labores y de la mina. El agua drenadasuele ser de mala calidad(especialmente, en minera metlica y

evaporitas). No son infrecuentes acuferos interceptados con aguas subterrneas debuena calidad.

La afeccin directa a la piezometra localy a la disponibilidad de agua subterrnea en elentorno.

La mina acta como sumidero de aguas, especialmente si la porosidad, la permeabilidad,las discontinuidades y la meteorizacin del macizo rocoso lo permiten.

Afeccin a la estabilidad geotcnica del macizo rocoso. Generacin de cargas hidrulicas,iguales a la depresin creada. La seleccin de los equipos de bombeo debe adecuarse a la calidad de las aguas

drenadas. Dichos equipos y sistemas deben permitir las labores extractivas, minimizando la

interferencia en su desarrollo: Tamao reducido. Ubicaciones en otros ramales o accesos.


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Localizacin

Accesos.

Frentes.

Taludes.

Geologa y geotecnia

Estabilidad de taludes y bermas.

Estabilidad de escombreras y apiles.

Estabilidad de galeras y pozos.

Estabilidad de terraplenes y pistas de acceso.

Hidrogeologa

Drenaje continuo.

Sumidero de aguas.

Piezometra.

Aguas de calidad baja.

Empresariales

Equipos de bombeo.

Instrumentacin.

Riesgos laborales.

Interferencias.

Aumento de costes.

Sociales y ambientales

Afecciones a terceros.

Dao ecolgico.

Concienciacin social.

Indemnizaciones.


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Erosin: Taludes de excavacin, pistas de acceso, zanjas de drenaje yarrastre del material erosionado.

Formacin de depsitos de acumulacin (conos o apilamientos caticos)de materiales erosionados en zonas no previstas o no deseadas, queconlleva a aumentos de costes por mantenimiento, limpieza y paro de laplanta.

Incremento de la presin hidrulica en fracturas, como consecuencia de lavariacin tensional del macizo rocoso, en funcin a la carga hidrulica.

Reblandecimiento de pistas y formacin de zonas heladas en climas fros oen poca invernal.

Reduccin de los rendimientos de las unidades de carga y transporte,

debido a la circulacin por pisos embarrados o presencia de baches. Incrementos de costes de mantenimiento por aumento del porcentaje deaveras mecnicas, como consecuencia de la accin abrasiva del barro,corrosin de la humedad e influencia de esta sobre los sistemas elctricos.

AGUAS SUPERFICIALES.

EXPLOTACIONES MINERAS A CIELO ABIERTO


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Aumento de costes por drenaje. Necesidad de construccin de plantas de tratamiento de agua. Implementacin de medidas correctoras de la contaminacin de las aguas. Canon de vertido.

Aguas subsuperficiales:

Reduccin de la resistencia del suelo y de la roca. Reduccin de la estabilidad de los taludes. Deformacinde los taludes y fondos de corta. Filtraciones en talud: riesgo asociado de erosin y congelacin. Incremento de los costes de voladura, al requerir explosivos resistentes al

agua. Aumento del peso especfico del material por saturacin en agua. Aumento de los costespor drenaje. Necesidad de construccin de plantas de tratamiento de agua. Implementacin de medidas correctoras de la contaminacin de las

aguas. Canon de vertido.


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EXPLOTACIONES MINERAS SUBTERRANEAS O DE

INTERIOR Inundacionesrepentinas, en algunos casos de grandes dimensiones, por lo cual

se requieren de recursos para su neutralizacin. Produccin de daos: humanos y materiales, que requieren de costosos equipos

de control y evacuacin. Reduccin de la vida til de los sostenimientos , lo que implica tambin la

disminucin de la vida til de tneles y obras subterrneas. Reduccin de los rendimientos de las unidades de carga y transporte, debido a la

circulacin por pisos embarrados con presencia de baches. Incremento de la corrosin de sistemas. Reduccin de productividad, como consecuencia del trabajo en entornos

hmedos (confortabilidad). Incrementos de costes de mantenimiento por aumento del porcentaje de

averas mecnicas, como consecuencia de la accin abrasiva del barro, corrosinde la humedad e influencia de esta sobre los sistemas elctricos.

Necesidad de instalaciones y sistemas electrnicos a prueba de corrosin yhumedad.

Reduccin de la estabilidad geotcnica del macizo (disminucin de la cohesin).


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Aumento de la migracin y contaminacin por materiales finos. Aumento de la contaminacin por metales y elementos txicos

movilizados. Aguas cidas o casticas. Lavado de rellenos arcillosos de discontinuidades y fracturas. Incremento de los costes de voladura, al requerir explosivos

resistentes al agua. Aumento del peso especfico del material por saturacin en agua. Posible aumento de la siniestralidad laboral.

Aumento de los costespor drenaje. Necesidad de construccin de plantas de tratamiento de agua. Implementacin de medidas correctoras para eliminar la

contaminacin de las aguas. Canon de vertido.


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4.2. CALCULO DE CAUDALES Y PRESIONES DE AGUA EN

EXPLOTACIONES SUPERFICIALESAFORO CON RECIPIENTES TARADOS.

Es un procedimiento sencillo que consiste enmedir el tiempo en que tarda llenarse unrecipiente o depsito de volumen conocido. Esrecomendable procurar que el llenado se produzcaen rgimen laminar, para minimizar los errores delectura en el nivel de referencia (la superficiesuperior no es plana, por lo que puede dificultarsela lectura).vEl tiempo de llenado debe de ser t > 20 s para

disminuir el error de toma de lectura, el cual nodebe superar el 5%; as como efectuar entre 3 y 5medidas diferentes, y proceder a su mediaaritmtica.


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AFORO PARA LAMINA LIBRE EN DESAGE PORORIFICIOS EN PARED DELGADA

La frmula es vlida para depsitos de nivel constante. En el caso de velocidadnula, el trmino es cero.


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En este caso, el ancho del orificio no es despreciable respecto a suprofundidad.

AFORO PARA LAMINA LIBRE EN DESAGE POR ORIFICIOS

DE GRANDES DIMENSIONES EN PARED DELGADA

V2g

2

h

hhH

G

1

2


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9001

Se define como un dique o una pared que intercepta la corriente, causando laelevacin del nivel aguas arriba. Este se emplea para el control del nivel (vertederosde presas o embalses) y la medicin de caudales (vertederos de medida).

Con carcter general:

Aguas arriba del vertedero, el canal debe tener seccin uniforme y ser liso. Puede existir una vlvula de drenaje en el fondo.

En los vertederos rectangulares, debe existir ventilacin o comunicacin con laatmsfera, sin constriccin lateral 0. La cresta del vertedero debe de ser de material resistente y con arista viva. La regleta graduada debe situarse a una cierta distancia de la cresta del vertedero,

para facilitar lecturas en flujo laminar. Dicha distancia depende del tipo devertedero.

VERTEDERO


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A: Vertedero de lmina libre.B: Vertedero de lmina sumergida.

A B

A: Vertedero de pared delgada.B: Vertedero de pared gruesa.

A B

Principales tipos de vertederos de pared gruesa.

A: Vertedero normal.B: Vertedero inclinado.C: Vertedero quebrado.D: Vertedero curvilneo.

A B C D

hha

3a

Zc

Zc

Z

Z

Z

Z

h

h

(a)

(d) (e)

(b) ( c)

h

h hv v v


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VERTEDERO RECTANGULAR

Pozotranquilizador

Cresta de vertedero

dy

Regleta terminada en gancho para medicinde a una distancia conveniente de la pareddel vertedero

h

y

h

B

Vertedero rectangular

Zc


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Las longitudes se expresan en mm.

La aplicabilidad de este tipo de vertedero permite precisiones entre 6 l/s y 10m3/s.

Las expresiones de los coeficientes de velocidad son vlidas, a medida que:

25 mm < h < 800 mm Zc > 300 mm h/Zc 1


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Con:

h: Altura de la lmina de agua. : ngulo que forman las paredes

entre s.

Si:

: 90 tan () = tan (90) = 1 0.05 < h < 0.25

Cq = 0,593

VERTEDERO TRIANGULAR

h h

y

h - y

dy

x

Q

Vertedero triangular


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Para la medida de caudales en aguas turbulentas, el vertederoconvencional presenta el inconveniente de aterramientos aguas arriba.Con el fin de evitar este inconveniente, es preciso utilizar un aforador queno produzca remanso, como es el caso del vertedero PARSHALL; el cualconstituye un perfeccionamiento de la canaleta de Venturi. Este esutilizado en canales de riego.

Consta de tres partes:

Seccin convergente aguas arriba, con solera sin pendiente. Seccin estrecha o garganta con solera, inclinada a favor de la

corriente. Seccin divergente aguas abajo, con solera ascendente.

VERTEDERO PARSHALL


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Seccin de convergencia

Seccin de la garganta

Seccin de divergencia


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Este dispositivo permite medir la velocidad del flujo en lmina libre. Consiste en un tuboabierto curvado en su extremo inferior (o dos tubos con curvatura opuesta en la mismazona). En esencia se mide la altura que alcanza el nivel medida a favor de la corriente y acontracorriente, mediante un mecanismo de vlvula que permite estabilizar la lectura en unaescala lateral.

Pata cinticaPata esttica

Tubo de vidrio

Vlvulas

Bomba de aire

Vlvula

(h1 h2)

v = 0.84 . 2 . g . ( h - h )1 2

vh

g

Velocidad del agua en unidades homogneas.

Altura medida en el tubo en unidades homogneas.

Aceleracin de la gravedad en unidades homogneas.

h

hb

TUBO DE PITOT-TUBO DE DARCY


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Primero, se define el radio hidrulico correspondiente a la relacin existenteentre el rea transversal, ocupada por la corriente y su permetro mojado:

rea transversal

Permetro mojado de la seccin transversalR

h =

VELOCIDAD EN UN CANAL


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La velocidad en un canal con movimiento uniforme se define como:

Para el clculo de C, se utiliza la frmula de Bazin (utilizada en Francia),expresada en:

[L] (T) ).

FORMULA DE CHEZY


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Tambin puede utilizarse la frmula de Kutter, expresada en:

.


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Es considerada como la frmula mssatisfactoria para el flujo uniforme enconducciones abiertas. En canal de seccinuniforme, la velocidad de Manning equivalea la de Chzy. La expresin que calcula lavelocidad es:

FORMULA DE MANNING Coeficientede Manning

Cunetas y canales sin revestir

0,020-0,025

0,025-0,035

0,035-0,045

0,040-0,050

0,028-0,033

0,030-0,035

0,035-0,045

0,013-0,017

0,016-0,022

0,020-0,030

0,017-0,020

0,023-0,033

0,013-0,016

0,027-0,033

0,033-0,040

0,035-0,050

0,060-0,080

0,100-0,200

0,030-0,200

0,050-0,080

1

1

En tierra ordinaria, superficie uniforme y lisa

En tierra ordinaria, superficie irregular

En tierra con ligera vegetacin

En tierra con vegetacin espesa

En tierra excavada mecnicamente

En roca, superficie uniforme y lisa

En roca, superficie con aristas e irregularidades

Hormign

Hormign revestido con gunita

Encachado

Paredes de hormign, fondo de grava

Paredes encachadas, fondo de grava

Revestimiento bituminoso

Corrientes Naturales

Limpias, orillas rectas, fondo uniforme, altura delamina de agua suficiente

Limpias, orillas rectas, fondo uniforme, altura delamina de agua suficiente, algo de vegetacin

Limpias, meandros, embalses y remolinos de pocaimportancia

Lentas, con embalses profundos y canalesramificados

Lentas, con embalses profundos y canales

ramificados, vegetacin densa

Rugosas, corrientes en terreno rocoso de montaa

Areas de inundacin adyacentes al canal ordinario

Tabla tomada de S.M. Woodward and C.J Posey

Hydraulic of steady flow in open channels

Cunetas y canales revestidos


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Son otros dispositivos utilizados para mediciones en tuberas, los cuales tienenla ventaja de obtener una lectura directa, con mnimo mantenimiento.

CONTADORES Y MANOMETROS


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Uno de los sistemas de drenaje ms utilizados para la evacuacin de aguas, quepermite canalizarlas y dirigirlas hacia un lugar concreto, son las zanjas ycunetas.

Desde el punto de vista hidrolgico, se definen los siguientes trminos:

Zanja: Toda excavacin larga y estrecha realizada en el terreno para conduciraguas, independientemente de su ubicacin.

Cuneta: Zanja en un lateral paralelo al eje de una pista, acceso, camino ocarretera; cuya misin es canalizar por gravedad las aguas de escorrentaprincipalmentepluviales hacia un punto concreto.

Se recomiendan impermeabilizar las zanjas que se efectan en la parte inferior debermas y taludes a modo de cunetas, para evitar la infiltracin al macizo. Enocasiones, las zanjas excavadas pueden rellenarse con materiales granularesdrenantes, y ser cubiertas para permitir la circulacin de vehculos sobre ellas.

5.1. GENERALIDADES.

5. DISEO DE CUNETAS


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Asimismo, se recomienda la impermeabilizacin de las zanjas que seencuentran al interior de tneles y galeras, con el fin de evitar infiltracionesno deseadas que pudieran contribuir a una recarga diferida; para esto, sepretende evacuar el agua hacia el exterior.


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Existen dos tipos principales de zanjas con relleno drenante:

Zanjas de talud: Se construyen siguiendo la lnea de mxima pendiente;estas son eficaces cuando la litologa presenta capas alternantes demateriales duros y blandos, de escaso espesor y con disposicin paralela altalud. En algunos casos, se utilizan zanjas secundarias ligeramenteinclinadas que convergen sobre la principal, a modo de raspa de pescado.

Zanjas horizontales: Son construidas paralelas al pie del talud. Asimismo,son eficaces en el caso de estratos horizontales de diferentepermeabilidad, a medida que las zanjas alcancen el nivel permeable.

Se recomienda impermeabilizar las zanjas que se efectan en la parte inferiorde bermas y taludes a modo de cunetas, con el propsito de evitar la

infiltracin al macizo. En ocasiones, las zanjas excavadas pueden rellenarse conmateriales granulares drenantes, y ser cubiertas para permitir la circulacin devehculos sobre ellas.


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GALERIA DE DRENAJE.

DRENES SUPLEMENTARIOS.

BOMBA SUMERGIELE.

DREN HORIZONTAL.

POSIBLE SUPERFICIE DE DESLIZAMIENTO.

RELLENO DE GRAVILLA .

SELLADO SUPERFICIAL DE GRIETAS.

CUNETA DE CUARCA REVESTICA.

GRIETA DE TRACCION ABIERTA.

GRIETAS SELLADAS.

POZO DE BOMBEO.

DRENAJE DE LA GRIETA.

CUNETA REVESTIDA.

ZANJA DE DRENAJECAPAS PARALELAS ALTALUD.

DRENES HORIZONTALES.ZANJA DE DRENAJE

(CAPAS HORIZONTALES).

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