1.Introducción •
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Se sabe que la industria minera concentrada en la extracción de diferentes minerales (la producción de mineral), genera cantidades signicativas de materiales de desecho (relaves), los que deben ser correctamente almacenados. Dando origen a los depósitos de relaves que son proyectos que se caracterian por ser multidisciplinario, englobando temas de geolog!a, mec"nica, geotecnia, civil, topograf!a, control e instrumentación, prevención de riesgos, estimación de costos y aseguramiento de calidad. #mponiendo importantes desaf!os en su dise$o y construcción, pues se debe asegurar su estabilidad mediante una solución económicamente factible que requiere de una ingenier!a de alto nivel.
2.Depósito de relaves %os depósitos de relave almacenan desechos provenientes del proceso de producción del mineral con el n de favorecer la decantación de part!culas sólidas y la posterior recuperación de aguas de proceso. Su construcción se realia clasicando y depositando separadamente las part!culas gruesas y nas las cuales son transportadas previamente de forma hidr"ulica. %as arenas se disponen perimetralmente formando el muro de contención de la presa, mientras que las part!culas nas son situadas al interior de la estructura, donde lentamente decantan. &l agua liberada, se extrae posteriormente mediante torres de captación y'o bombeo y es reconducida hacia la planta de procesamiento.
3.Tipos de relaves RELAVES ESPESADOS &ste sistema de depósito que no requiere de un dique o muro contenedor para su construcción. &l procedimiento se basa en la mayor viscosidad que alcana la pulpa de relave al aumentar la concentración de sólidos. •
RELAVES IL ILTRADO TRADOS S &s muy similar al de los relaves espesados, con la diferencia de que el material contiene menos agua debido al proceso de ltrado utiliando equipos similares a los que se emplean para ltrar concentrados, como son los ltros de prensa o de vac!o. •
RELAVES E" E " PASTA PASTA %os relaves en pasta corresponden a una mecla de agua con sólido, que contiene abundante part!culas nas y un bao contenido de agua, la meor propiedad de las pastas de relaves es que pueden ser ecientemente trasportadas en tuber!as sin los problemas de segregación o sedimentación, y adem"s tiene aceptación ambiental de la comunidad. •
#.Presa de relaves onsiderando espec!camente las presas de relave como estructuras de retención de rellenos mineros, *stas pueden ser divididas b"sicamente en dos grupos+ •
presas o diques de tipo convencional
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rellenos hidráulicos construidos por etapas
#.1.Presas o di$ues de tipo convencional
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Son construidas de acuerdo a los m*todos y tecnolog!a usualmente utiliada en geotecnia para las presas de enrocamiento, tales estructuras constituyen una alternativa en situaciones donde vol-menes apreciables de agua o euentes no recirculan y son almacenados unto con el relleno sólido, o cuando las caracter!sticas del relave no permiten un adecuado dise$o de presa de relleno hidr"ulico.
#.2.Rellenos %idr&ulicos construidos por etapas •
onstituyen el tipo de estructura m"s utiliado en el pa!s para la retención de residuos de mineraliación, *stos se clasican en tres grupos de acuerdo al m*todo constructivo+ relleno construido aguas abao, relleno aguas arriba y rellenos en l!nea central. &stas denominaciones se reeren a la dirección en que la cresta del relleno se mueve en relación al dique de contención inicial a medida que la estructura aumenta de altura
#.2.1.El '(todo a)uas arri*a •
%os relaves son descargados en la parte superior de la represa inicial usando mangueras o ciclones para desarrollar un dique compuesto de fracción gruesa. %a l!nea central de la parte superior de la represa es cambiada hacia el "rea de la laguna conforme la altura de la represa aumenta. &l extremo aguas debao de cada etapa subsiguiente, es apoyado sobre la parte superior del dique de gruesos con la porción aguas arriba de dique ubicada sobre los relaves nos. &stos relaves tienen un esfuero de corte bao. onforme la altura de la represa aumenta, la supercie potencial de falla se desplaa una distancia cada ve mayor de la cara aguas abao y a trav*s de los nos. omo resultado, la supercie exterior contribuye menos a la estabilidad conforme la altura aumenta.
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uando el m*todo de construcción aguas arriba es usado, la represa y las lamas retenidas est"n en condiciones de estabilidad lo sucientemente pobres que la estructura puede fallar por licuefacción si es expuesta a un choque s!smico. %as vibraciones pueden ser producidas por terremotos, explosiones, camiones pesados, etc.
#.2.2.El '(todo a)uas a*a+o &n este m*todo la l!nea central de la parte superior de la represa es desplaada aguas abao conforme la altura de la represa aumenta. /ambi*n se requiere de una represa inicial la cual debe ser impermeable a la menor ltración. &sto requiere que la represa inicial sea generalmente construida con material prestado o compactado. ada etapa subsiguiente de la construcción del dique es apoyada en la parte superior del talud aguas debao de la sección anterior.
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0ara minimiar la ltración a trav*s de la represa que es construida con relaves, normalmente es recomendable que la cara aguas arriba sea sellada. 1n procedimiento consiste frecuentemente en colocar una capa de suelo impermeable. 2tra forma de minimiar la ltración consiste en manguerear al menos parte de los nos desde la cresta de la represa sobre la cara del talud aguas arriba.
#.2.3.El '(todo de la l,nea central •
on este m*todo, la cresta es mantenida en la misma posición horiontal, conforme la altura de la represa aumenta. %a represa es elevada extendiendo y compactando el relave grueso adicional en la parte superior, sobre las caras aguas arriba y aguas abao. %a graduación gruesa del relave es necesaria para proporcionar un r"pido drenae y poder soportar el equipo de construcción.
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&xcepto para represas peque$as, los relaves ubicados sobre el talud aguas abao deben ser siempre compactados. 1no de los m"s importantes criterios sobre estabilidad de la represas de tierra es desarrollar la m"xima estabilidad en el extremo y "reas del talud aguas abao.
-.An&lisis de esta*ilidad de presas de taludes &l dise$o se iniciar" con la selección de materiales y su distribución o onicación dentro de la sección de la presa, as! como el an"lisis de las condiciones de inicio, que pueden afectar el comportamiento de la estructura. &l proyecto de una presa de relaves considera los siguientes an"lisis+ 3 &stabilidad contra el desbordamiento. 3 &stabilidad contra el uo incontrolado 3 &stabilidad contra la erosión interna. 3 &stabilidad contra la licuefacción.
-.1.Esta*ilidad contra el des*orda'iento •
&l deciente control del uo de agua supercial puede originar el desbordamiento de la corona y consecuentemente el colapso de la presa de relaves. %a altura de la presa debe considerar un borde libre m!nimo para contener la descarga del uo de relaves, as! como el agua de precipitación pluvial que cae en el depósito y el agua de escorrent!a que ingresa al depósito de la cuenca de drenae tributar!a
-.2.Esta*ilidad contra el u+o incontrolado •
/eniendo en cuenta que el nivel fre"tico afecta en gran magnitud la estabilidad total de la presa, bao condiciones de carga est"tica y s!smica, es de gran importancia mantener el nivel fre"tico tan bao como sea posible en las cercan!as de la cara de la presa. %a regla principal que gu!a el dise$o de presas relacionado con el control del nivel fre"tico, es que la disposición de los materiales en la sección de la presa debe permitir el incremento de la permeabilidad en la dirección del uo, de manera que el nivel fre"tico mantenga una posición gradualmente m"s baa.
E/ectos de la 0onicación interna en la posición del nivel /re&tico
-.3.Esta*ilidad contra la erosión interna o tu*icación •
2tro de los aspectos que debemos conocer para el dise$o de depósitos de relaves, es el fenómeno de tubicación, al cual puede denirse como el movimiento del agua que uye por el suelo venciendo las fueras viscosas que se oponen en su recorrido. &n otras palabras, el fenómeno se presenta cuando las ltraciones a trav*s de un suelo se presentan con velocidades mayores a un cierto l!mite, al cual se le denomina 45elocidad r!tica6
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%a susceptibilidad de un suelo frente a la tubicación es función de la plasticidad, sin embargo, la tubicación incipiente ocurre cuando la presión del agua de ltración, en cualquier punto de la cimentación de la presa, es mayor que el peso del suelo saturado en ese punto. 7ao tales condiciones, el suelo llega a estar sobresaturado r"pidamente e incapa de soportar cualquier carga8 la tubicación es inminente. 1na forma muy r"pida de conocer la resistencia frente al fenómeno de tubicación es saber el !ndice de plasticidad del material, seg-n esto se puede predecir la susceptibilidad
-.#.Esta*ilidad contra la licue/acción •
%a licuefacción es la perdida total de la resistencia al corte de un suelo saturado por incremento de la presión de poros. &l caso m"s frecuente de licuefacción ocurre por acción s!smica sobre materiales areno9limosos saturados. %os relaves saturados son altamente susceptibles a licuefacción s!smica, en especial, si la permeabilidad y densidad son baas. &s el fenómeno m"s preocupante que ocurra en un tranque de relaves.
.Tipos de /alla de la presa de relave •
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Durante la construcción del muro resistente del inicio de la etapa de llenado del depósito, las condiciones de la presa y del cimento var!an considerablemente, las laderas afectadas se saturan de tal manera, que durante la ocurrencia de un sismo, se generan vibraciones y fueras que act-an de distinta forma a como lo hac!an en condiciones naturales. %os tipos de falla que pueden presentarse en una presa afectada por un movimiento s!smico son+
aDesli0a'ientos4 causados por esfueros de corte en la presa o en su cimentación. %as vibraciones generadas originan fueras verticales y horiontales, con lo cual los esfueros de corte, tanto en la fundación como en la presa, se incrementan produciendo desliamientos y fallas, tal como se observa en la siguiente gura.
* Tu*icación 5erosión interna4 los movimientos diferenciales ocasionados por asentamientos y'o desplaamientos de la presa, originan grietas a trav*s de las cuales y debido a la fuera de arrastre del gradiente hidr"ulico, se genera un conducto, que facilita la erosión interna del material que migra hacia el exterior hasta producir el colapso de la presa.
c P(rdida de *orde li*re de*ido a asenta'ientos4 los asentamientos de la presa, hacen que el coronamiento de la presa descienda, produciendo que el resguardo se reduca y facilitando el sobrepaso del agua, con la consiguiente erosión y colapso posterior del terrapl*n. &sta p*rdida de resguardo puede ser tambi*n ocasionado, por movimientos relativos entre el vaso y la presa, debido al desplaamiento de fallas geológicas.
d Rotura de la presa4 un movimiento s!smico puede provocar desplaamientos tanto en sentido vertical, como en sentido horiontal de alguna falla existente, lo cual a su ve puede provocar la rotura del muro de la presa ocasionando su colapso. &stos movimientos se pueden observar en elevación y en planta como en la siguiente gura.
e Desli0a'ientos en el vaso del al'acena'iento4 las laderas circundantes al vaso de almacenamiento se saturan, disminuyendo su estabilidad al producirse un sismo. &stas supercies pueden ceder y caer al interior del embalse provocando el ascenso del nivel de agua y oleaes que pueden sobrepasar el muro resistente de la estructura.
6.7ane+o %idr&ulico %a precipitación y el uo regional de agua subterr"nea interact-an con los depósitos de relaves y botaderos produciendo lixiviados, que es agua contaminada con metales pesados y otros componentes con los que est" en contacto a medida que se desplaa por el depósito. %as ltraciones de lixiviados contaminan el agua subterr"nea debao de los
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&l uo de agua subterr"nea causa que las plumas de lixiviados se extiendan fuera de los botaderos y depósitos de relaves, en algunos casos, unos cientos de metros.
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7uena parte del volumen de un depósito de relaves (de hecho todo lo que est" por encima de la supercie fre"tica) se encuentra permanentemente en una condición de saturación parcial. &s decir que los poros del material est"n llenos con m"s de un uido (com-nmente aire y agua) y debido al fenómeno de tensión supercial, la presión de agua es inferior a la atmosf*rica. &n esta ona 4no saturada6 tienen lugar una serie de fenómenos singulares tales como inltración, evaporación, ascenso capilar, retracción, agrietamiento, etc. %a capacidad de las granulometr!as nas, contenidas en un relave t!pico, para provocar ascenso capilar es enorme.
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&l ascenso capilar hace que el material por sobre la supercie fre"tica mantenga un grado de saturación elevado, cercano al @AAB. %a presencia en un depósito de grandes vol-menes de material en ese estado de quasi9 saturación puede constituir un factor que incremente el peligro de falla, ya que aportes relativamente peque$os de agua, provenientes de lluvia por eemplo, pueden producir ascensos de la supercie fre"tica inesperadamente r"pidos. ;dem"s esta agua capilar no puede ser drenada por gravedad y su presencia no se detecta con pieómetros.
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%a modelación de este caso de estudio se llevó a cabo mediante un programa de elementos nitos denominado odeC7right (2livella et al ,@E), que permite resolver de forma acoplada los problemas mec"nico (consolidación y deformación bao la carga creciente de los relaves vertidos) y de uo de agua, tanto en condiciones saturadas como no saturadas (drenae, inltración, evaporación, ascenso capilar, etc.)
F.?ecirculación de agua
8.Pro)ra'a de 'onitoreo %os obetivos de un programa de monitoreo del talud de la relavera son+ a) 0roporcionar un aviso anticipado de la inestabilidad b) 0roporcionar información geot*cnica para analiar los mecanismos de desplaamiento de la pendiente, para designar medidas correctivas. c) :antener los procedimientos operacionales de seguridad con el n de proteger al personal y los equipos. 1n programa de monitoreo permite establecer medidas de prevención para evitar desliamientos, colapsos de estructuras frente a potenciales fallas por acción din"mica. Durante la operación del depósito se instalar"n los puntos de monitoreos tales como la instalación de inclinómetros, pieómetros, puntos de control geod*sico y puntos de control topogr"co. Durante la construcción del depósito se instalar"n los puntos de monitoreos tales como la instalación de inclinómetros, pieómetros, puntos de control geod*sico y puntos de control topogr"co los puntos estrat*gicos ser"n establecidos por consultor.
#nclinómetros. &l inclinómetro permitir" determinar los desplaamientos del talud de los bancos del depósito de relaves a diferentes profundidades, as! como asentamientos de los materiales. Dichos desplaamientos son de gran utilidad para evaluar el grado de estabilidad. %os monitoreos inclinom*tricos, se basan en las deformaciones que puedan sufrir los materiales ante las cargas laterales o gravitacionales, las cuales son determinadas por medio de observaciones
0ieómetros Se instalar"n pieómetros hidr"ulicos en diferentes lugares del depósito de relaves para realiar el monitoreo geot*cnico con la nalidad de determinar la variación del nivel fre"tico y la calidad de aguas subterr"neas. &l monitoreo se realiar" despu*s de un par de meses de iniciada la operación de funcionamiento del depósito de relaves, el #ngeniero responsable del maneo de la relavera determinar" la frecuencia de los monitoreos y establecer" las medidas pertinentes del caso
