Geotechnical modelling of a reinforced tailings dam in the Peruvian Andes

Tailings are known to be the waste material produced during the extraction of minerals from the ore. They are divided in thickened tailings and fine tailings according to their particle size, behaving with similar characteristics of loose granular and fine soils respectively. Such material is split by Cycloning, then the coarse particles will be used as construction material for raising embankments, which, in turn, will storage the fine tailings. The storage of those wastes is a very prominent issue for the mining industry because of many environmental aspects related to a possible failure. Slimes, which is the form of fine tailings where they are discharged, are a complex material, showing a higher compressibility than natural soils, nevertheless, data given by pullout tests carried out in samples of fine tailings with geosynthetics as reinforcing element demonstrate that exist a friction in the interface between them (soil-geosynthetic) which could be taken in account for possible improvements in the stability analysis of these earth structures. Numerical Analyses are presented in this thesis to address the improvements of the stability from a deformation point of view. With this purpose, a tailing dam currently in operation in the Peruvian highlands will be the subject of our study. Such Analyses Simulate a heightening of the dam with and without the use of geogrids by using the geogrids to estimate their performance. The results show a reduction of horizontal displacements in the main dam in the downstream direction for a long-term analysis, depending on the spacing of the geogrids within the fine material in the vertical direction. Such results suggest that the implementation of geosynthetics could be favourable to reinforce the tailings dam and improve its stabilization.

I cosiddetti “tailings” (sterili) sono il materiale di scarto prodotto durante l'estrazione di minerali dalla miniera. Sono suddivisi fra grossolani e fini, in base alla dimensione delle loro particelle, comportandosi con caratteristiche simili a quelle dei terreni rispettivamente granulari sciolti e fini. Tale materiale viene separato tramite la tecnica del Cycloning, quindi le particelle grossolane saranno usate come materiale da costruzione per innalzare lo sbarramento, che, a sua volta, immagazzina gli sterili fini. Lo stoccaggio di tale materiale di scarto è un problema molto importante per l'industria mineraria a causa di molti aspetti ambientali correlati a un possibile collasso. I fanghi, che sono la forma con cui gli sterili fini sono depositati, sono un materiale complesso, che mostra una compressibilità più elevata dei terreni naturali. I dati forniti dai test di pull-out di geosintetici, proposti come come elementi di rinforzo, dimostrano che esiste un attrito all'interfaccia tra sterili e geosintetico, che potrebbe essere preso in considerazione per possibili miglioramenti della stabilità di queste strutture. In questa tesi si presentano delle analisi numeriche volte a studiare il miglioramento della stabilità dal punto di vista della deformazione, con riferimento ad una struttura attualmente in funzione negli altopiani peruviani. L’analisi simula un innalzamento della struttura con e senza l'uso di geogriglie. I risultati mostrano una riduzione degli spostamenti orizzontali nella struttura principale di sbarramento nella direzione a valle, per un'analisi a lungo termine, funzione della spaziatura delle geogriglie all'interno del materiale fine. Tali risultati suggeriscono che l'implementazione di geosintetici potrebbe essere favorevole a rafforzare la struttura di sbarramento e aumentarne la stabilità.