Capítulo 3
ESCOMBRERAS
1. INTR INTRO ODUCC UCCIÓN IÓN
2.2. Tamaño y forma
Las activi actividade dadess minera minerass produc producen en tanto tanto si son superficiales como subterráneos, una ran cantidad de materiales de desec!o "ue plantean el problema de su almacenamiento en condiciones adecuadas de esta estabi bilid lidad ad,, seu seuri ridad dad e inte inter rac aci# i#n n en el entorno$ Las rocas est%riles procedentes de la cobertera en las operaciones a cielo abierto o de las labores de prep prepar arac aci# i#n n en las subt subter errá ráne neas as se depo deposi sita tan n ene enera ralm lmen ente te como como fra frame ment ntos os rue rueso soss de mont monton ones es "ue "ue cons consti tittu&en u&en las las deno denomi mina nada dass escombreras$
El tama*o de las escombreras esta marcado por el volumen de est%ril "ue es preciso mover para la e+tracci#n del mineral La cantidad de material desec!able depende en las minas a cielo abierto, no solo de la estructura estructura eol#ica del &acimiento & de la toporafía toporafía del área , sino del valor econ#mico del mineral & de los costes de e+tracci#n est%ril$ Los ratios o relaciones entre la roca est%ril & el mineral, e+presados en m 3t # tt, son en la ma&oría de las e+plotaciones de sustancias metálicas & ener%ticas mu& superiores a la unidad$
Estos 'ltimos residuos se alberan en estructuras seme(antes a las presas & por presentar una pro) blemát blemática ica mu& especí específic fica, a, se tratan tratan en capítul capítulo o aparte dentro de este manual$
Se'n sea la implantaci#n de la escombrera con respecto a la e+plotaci#n %stas se clasifican en interiores si los est%riles se depositan dentro de los propios !uecos e+cavados tras la apertura de un !ueco inicial, -i$ 3$. e+teriores cuado la morfoloía del &acimiento &acimiento & su consiuiente e+plotaci#n no permiten el relleno del !ueco creado en las primeras fases de la mina$
2. FACTORES LOCALES PARA PARA LA UBICACIÓN 2.1. Lugar de em!a"am# em!a"am#e$%o e$%o La elecci#n de empla/amiento de una escombrera se debe basar en criterios de diversa naturale/a, t%cnicos, econ#micos & ambientales, socioecon#micos, etc$ Entre los criterios específicos mas importantes se encuentran la distancia de transporte desde la e+plotaci#n !asta la escombrera, "ue afecta al coste total de la operaci#n , la capacidad de almacenamiento necesaria "ue viene impuesta por el volumen a mover, las alteraciones potenciales "ue pueden producirse sobre el medio natural & las restricciones ecol#icas e+istentes en el área de implantaci#n$ En el pasado, la elecci#n de una alternativa de empla/amiento solía basarse casi e+clusivamente en los costes costes de operaci#n, pero actualmente actualmente las consideraciones ambientales !an incrementado su importancia pasando en alunos casos a estar por encima encima de las econ#micas econ#micas$$ En el epírafe 0$1 se e+po e+pone ne un proc proced edim imie ient nto o de eval evalua uaci ci#n #n de alternativas & selecci#n de la #ptima$
Atendiendo a las formas formas naturales del terreno, terreno, los tipos de escombreras más frecuentes son los "ue se refle(an en la -i$ 3$0$ Es posibl posible e "ue en una misma misma área área coe+is coe+istan tan combinacio combinaciones nes diversas diversas de esas estructu estructuras, ras, en funci#n de la e+tensi#n "ue ocupe el empl empla/ a/am amie ient nto$ o$ Asimi simism smo, o, la form forma a de las las escombreras depende no s#lo de la morfoloía del terr terreno eno,, sino sino inclus incluso o de los e"uipo e"uiposs minero mineross de transpor transporte te & vertido$ vertido$ Antiuamente Antiuamente,, era !abitual !abitual el transporte con fu)
03
En la seunda etapa se efectuarán sondeos, calicatas, "ue servirán para conseuir informaci#n eol#ica del subsuelo & para obtener muestras para la reali/aci#n de ensa&os 2in situ o en laboratorio$ Los sondeos se deben reali/ar para el reconocimiento en profundidades superiores a los 4 # 5 rn$ Entre los ensa&os 2in situ de 6os suelos caben destacar los de corte, los de deformabilidad & los de permeabilidad, & entre los "ue se reali/an en el laboratorio, los ensa&os de propiedades índice, los de compactaci#n$ los de permeabilidad, los de consolidaci#n & los de corte$ 7ependiendo de las dimensiones de la escombrera & de las limitaciones impuestas por el entorno, el n'mero de ensa&os a reali/ar variará, siendo la investiaci#n más completa conforme el rieso de da*os a bienes materiales o personas aumente$
Como mínimo se necesitan conocer tres parámetros básicos, como son8 la co!esi#n, el ánulo de ro/amiento interno & el peso específico aparente 9seco & saturado:, para estimar si la base de una escombrera puede soportar la sobrecara "ue supone el peso de los est%riles vertidos o si por el contrario es probable "ue se produ/can inestabilidades estructurales & movimientos de los materiales de la base "ue afecten a la estructura "ue ravita sobre ; los mismos$
2.& '(%odo de )e!e**#+$ de! em!a"am#e$%o Como &a se !a indicado, la elecci#n del área de implantaci#n de una escombrera persiue diversos ob(etivos, en) tre los "ue cabe destacar los siuientes8 Minimi/aci#n de los costes de transporte & vertido$ Alcan/ar la restauraci#n de la estructura en el entorno$
actualidad los sistemas más empleados utili/an vol"uetes o cintas transportadoras "ue
facilitan muestras= e=>informaci#n Sobre las ca racterísticas el eot%cnicas de 6os materiales "ue constituirán la e+tendi base del dep#sito$ do & En una primera etapa se reali/ará un reconocimiento compac de v6su para identificar 6os afloramientos rocosos, 6a taci#n cubierta veetal, los tipos de suelos, surencias de sistemá aua, áreas de ba(a permeabilidad, vestiios de tica & !undimientos mineros, discontinuidades se estructurales, etc$ ?oda la informaci#n se refle(aría en adapta un plano a escala conveniente$ n de manera más fácil, al dise*e final de formas del pro&ect o$ 0$3$
La t%cnica de evaluaci#n más empleada en estos pro&ectos, es por su sencille/, la "ue se basa en Análisis de decisiones con ob(etivos m'ltiples$ Este rnetodo, de ran aplicaci#n en ineniería, re"uiere el empleo & definici#n de funciones de utilidad multiatributos para la valoraci#n ce los eferentes ob(etivos implicados en la toma de decisiones$ La informaci#n necesaria se resume en la ?abla 3$.$
7onde8 A, ) Alternativa de implantaci#n de la escombrera 2i$ O, @ Ob(etivo ( = , @ eso relativo de importancia del Ob(etivo 2O, ,, @ Orden)inverso de preferencia de cada alternativa 2i con relaci#n al ob(etivo 2($ D @ Dtilidad relativa lobal de la alternativa$
E(emplo8 En las proximidades de una mina se dispone de tres al ternativas de ubicación de la escombrera que se precisa construir a lo largo de la vida del proyecto. Los objetivos prioritarios que se desean alcanzar son los reflejados en la
3$ CARAC?ERS?FCAS 7E LOS ES?GRFLES 7E ESCOMBRERA Los materiales esteriles "ue forman las escombreras son de litoloH*ias distintas & ranulometroas variables por lo "ue de entrada plantean problemas físicos e incluso "uímicos, para la implantaci#n de la veetaci#n$ or lo eneral, predominan los est%riles en forma de framentos ruesos con una distribuci#n espacial distinta . dentro de los dep#sitos, como consecuencia de la sere) u aci#n "ue sufren las partículas al ser depositadas dentro de las escombreras$ Además de la ranulometría, otras propiedades físicas "ue deben considerarse son la densidad, la porosidad & la permeabilidad$ Entre las propiedades "uímicas las mas importantes, de cara a la reveetaci#n, son el contenido en metales t#+icos, el contenido en nutrientes, la salinidad, etc$ ?odo ello se verá con más detalle en el
Tabla '3.! as" como los pesos relativos o factores de pon deración de cada uno de ellos.
1$.$ M%todos & sistemas constructivos Los tipos de escombreras "ue pueden distinuirse de acuerdo con la secuencia constructiva de las mismas, en terrenos con pendiente "ue es el caso más !abitual, son cuatro8 con vertido libre, por fases adosadas, con di"ue de pie & por fases superpuestas$ -i$ 3$3$ Las escombreras con fases adosadas proporcionan unos factores de seuridad ma&ores, pues se consiuen unos taludes medios finales más ba(os$ La altura total puede llear a suponer una)limitaci#n por consideraciones prácticas de acceso a los niveles inferiores$ Cuando los est%riles "ue se van a verter no son !omo%neos & presentan diferentes litoloías & características eot%cnicas, puede ser conveniente el levantamiento de un di"ue de pie con los materiales más ruesos & resistentes, de manera "ue act'en de muro de contenci#n del resto de los est%riles depositados$
Capitulo .1$
El tipo de fases superpuestas & retran"ueadas aporta una ma&or estabilidad, por cuanto se disminu&en los taludes finales & se consiue una ma&or compactaci#n de los materiales$ ; 04
Así pues, la secuencia constructiva de una escombrera incide directamente sobre la estabilidad de tales estructuras & sobre la economía de l a operaci#n, lleando a ser precisa en alunos casos una soluci#n de compromiso entre ambos factores$
$>El recrecido de una escombrera debe reali/arse de la manera más !omo%nea posible & de ello depende en ran medida la modalidad de vertido "ue se eli(a$ Iormalmente, los est%riles se despla/an desde las minas !asta los vertederos por cintas transportadoras o por vol"uetes, siendo !abitual disponer de tractores para el e+tendido & empu(e de esos materiales & acondicionamiento del piso$ -i$3$1$ Estos e"uipos permiten en el caso de los vol"uetes operar en unas ma&ores condiciones de seuridad, &a "ue estas 'ltimas unidades no tienen "ue posicionarse al borde de los taludes,>& cuando se utili/an cintas disminuir los alaramientos recuentes o cambios de luar de %stas$ Al mismo
tiempo, se aminora el fen#meno de sereaci#n con respecto al "ue se produce con el vertido libre$ 1$0$
Re!abilitaci#n & auscultaci#n de escombreras durante su construcci#n
La re!abilitaci#n de las escombreras con problemas de inestabilidad es importanteJ$no s#lo para alcan/ar unas condiciones de seuridad adecuadas, sino incluso para reducir los ritmos de vertido "ue temporalmente deben incrementarse sobre otras áreas$ La descara de est%riles se reali/ará en tales casos a ambos lados de la rieta de rotura donde 6a cresta tendrá menor pendiente "ue en el centro$ Cuando esto no sea posible, bien se procede a un retran"ueo del punto de descara de los vol"uetes o, lo "ue es más electivo, a una reducci#n del ánulo del escarpe mediante la utili/aci#n de caras de e+plosivo$ En la -i$ 3$K se representa una secci#n transversal de un vertedero donde se disponen d os filas de barrenos con las "ue se consiue reducir la pendiente en la parte alta del mismo & eliminar el rieso de rotura del borde ba(o el pese de los vol"uetes carados$ En estrec!a relaci#n con el procedimiento de vertido retroceso por tonadas$ se encuentra el m%todo de construcci#n "ue puede 7esde el punto de vista de seuridad el seundo ser8 en avance, por basculamiento final, o en m%todo es venta(oso, por cuanto el tráfico de l os
vol"uetes a&uda a conseuir una ma&or compactaci#n de los materiales me(orando la estabilidad de las estructuras$ Se aplica, eneralmente, en minas donde a toporafía es suave &, sobre todo, en las etapas iniciales en las secciones perimetrales, antes de pasar a basculamiento final si es mas econ#mico$
La
auscultaci#n de una escombrera en operaci#n es ne) cesaria para traba(ar en condiciones de seuridad$ ?an importante como la auscultaci#n es la inspecci#n visual de las superficies de dic!as estructuras con el fin de identificar rietas, escarpes & abombamientos "ue se forman durante el asentamiento de los est%riles$ Las rietas & los escarpes son indicadores de un asentamiento normal de los vertederos & son 'tiles para estu)= 0K
diar$ la correcta ubicaci#n de la instrumentaci#n, el tra/ado de las pistas de los vol"uetes & el control de la infiltraci#n del aua$ En cuanto a los abombamientos, "ue e+isten de dos tipos,) son indicadores de problemas de inestabilidad$ or un lado están los de cresta, "ue se forman cerca de la cabe/a de las escombreras con unas sobrependientes del frente superiores a los ánulos de reposo del material$ Esta elevaci#n de la pendiente es provocada por la)mala sereaci#n de los est%riles & por la traba/#n de los blo"ues "ue puede producirse en la parte alta$ Aunaue en la práctica puede continuarse vertiendo, si la sobrepen)diente contin'a se puede producir un rápido asentamiento eventual "ue afecte al área de la cresta, & "ue obliue al cierre temporal de esa /ona de descara$ Los abombamientos de pie, "ue son a"uellos "ue se forman cerca de la base, son indicadores de deformaciones a ran escala$) ?odas$las roturas de escombreras son precedidas de un a$iombamiento de pie$ En cuanto %stos se identifi"uen se procederá a un seuimiento cuidadoso del mismo tomando todas las medidas de precauci#n necesarias$ Los intrumentos de auscultaci#n más utili/ados son los e+tens#metros de cable, -i$ 3$5, "ue consisten en una simple pica, "ue se fi(a sobre el borde del vertedero, a la cual se une un cable ine+tensible "ue va apo&ado sobre trípodes, cada . m como má+imo, para evitar el ro/amiento con el suelo, & de cu&o e+tremo opuesto cuela una masa "ue se suspende desde una rueda iratoria en la estaci#n de lectura$ Esta estaci#n se sit'a a
una distancia seura del borde del vertedero & posee una escala con divisiones de ,4 cm$ la ?abla 3$FFF$ El espaciamiento entre estos e+tens#metros no suele e+ceder de 54 m & al menos se debe disponer de dos por cada vertedero activo$ Si se observaran problemas de inestabilidad la distancia m ínima para la auscultaci#n se reduciría por deba(o de 4 m$ $ A partir de las lecturas "ue se obtienen en cada relevo se act'a siuiendo las recomendaciones de
1$3$ Iormas para aranti/ar la estabilidad de las escombreras E+isten ciertas normas & recomendaciones encaminadas a me(orar la resistencia de las masas de escombros frente a los desli/amientos, así como a reba(ar los niveles de aua dentro de las estructuras$ Fndependientemente del tipo de esmcobrera la primera norma a seuir conssiten en la retirada de la veetaci#n de los suelos del luar de asentamiento$ La descomposici#n de la veetaci#n al cabo de cierto tiempo & la e+istencia de una capa de suelo constitu&en una /ona de rotura probable por la reducida resistencia al corte "ue presentan$ En el caso de no retirar esos materiales superficiales, por "ue el espesor sea rande o por"ue sobre ellos se van de depositando est%riles contaminantes separados mediante una capa de arcilla, se recomienda compactar esos suelos$ En /onas de surencia de acuíferos se procederá a la captaci#n & drena(e de las mismas con>la doble finalidad de evitar el efecto de las presiones intersticiales del aua en las escombreras & conservar las fuentes & manantiales$ Si la surencia es puntual, la captaci#n se !ace me) diante una ar"ueta construida sobre el terreno e+planado -i$ 3$N$ 7esde esta se suele sacar una tubería de C de 4 a 54 mm de diámetro & e+teriormente un tubo metálico de acero corruado, fle+ible & mu& resistente, "ue permite adaptarse a los asentamientos del terreno$ Con
este sistema se pueden ir depositando los est%riles encima & al mismo tiempo ir acoplando los tubos necesarios durante el avance$
-iura$ 3$N$ Sistema de capitaci#n de un manantial$ 9A&ala, -$: Si las surencias son e+tensas debe disponerse de una red de /an(as o tubos denantes conectadas a unos colectores$ En la -i$ 3$P se representa la construcci#n de una /an(a de drena(e del tipo denominado )-ranc%s "ue consiste en la colocaci#n en el interior de la misma de material ranular proteido por un eote+til o lámina filtrante$ El es"uema en planta puede ser como el de la -i$ 3$., en el "ue e+iste una cuneta eneral en el pie de la escombrera sobre la "ue se descara el aua de drena(e a trav%s do unos colectores principales en los "ue conflu&en oíros secundarios$ Especial atenci#n !a& "ue prestar a los socavones de minas de monta*a abandonados, &a "ue durante la %poca de lluvias & des!ielos constitu&en una fuente de entrada de aua en las masas do est%riles "ue los cubren$ La cuneta eneral "ue rodea a las escombreras debe estar situada a unos metros de la base, para evitar el estancamiento del aua & socavaci#n del pie del talud por la acci#n erosiva ce %sta$ ?ambi%n !a& "ue acometer dentro de la preparaci#n del terreno las obras de desvío & canali/aci#n de las auas de esc#renla$ A continuaci#n, & iras conocer 6a capacidad portante de la superficie de apo&o, se construirán las pistas de acceso desde el área de e+plotaci#n, & se comen/ará a depositar el material de acuerdo con el m%todo eleido8 or basculamiento final, o $ or tonadas$ $El primer m%todo, tal como se !a indicado anteriormente, consiste en descarar los est%riles desde ran altura -i$ 3$.. consiuiendo las condiciones de drena(e por 6a sereaci#n natural "ue sufre e$6 material durante el descenso por 0N
Rodadura$ Los blo"ues randes se encontrarán en el pie del talud, disminu&endo la ranulometría en sentido ascenden te$ ero desafortunadamente, e+isten factores "ue en cier tos casos impiden alcan/ar las condiciones de estabilidad deseadas$ .$ Con rocas friables o poco resistentes a los c!o"ues ro/amientos 9tales como pi/arras & es"uistos: no se produce una sereaci#n clara & suficiente, "ue per mita un correcto drena(e de la masa de material "ue sustentan$
0$ Si el material es depositado en la plataforma del ver tedero e intermitentemente es empu(ado !asta el bor de de talud se dificultará la diferenciaci#n ranulom%) trica & se crearán superficies planas compactadas & paralelas al talud eneral de avance, pudiendo actuar como potenciales planos de rotura por la escasa re sistencia al corle en dic!as /onas$ 3$ El vertido por ravedad proporciona ánulos de repo) = so con un coeficiente de seuridad pr#+imo a .$ En rocas sedimentarias esos ánulos se apro+iman a los 35=,,se'n el tipo de ranulometría de los materiales$ or ello, & con el fin de aranti/ar las condiciones de estabilidad durante lluvias prolonadas, se recomienda mantener un talud eneral de unos 0Q$ 1$ Los vertederos construidos por este m%todo son más susceptibles a la erosi#n por las auas de escorren) tía, a pesar de mamener taludes inferiores, pues las superficies son laras e ininterrumpidas, sin bermas o terra/as intermedias, & los taludes no pueden pro teerse con veetaci#n !asta "ue se completa la construcci#n del vertedero$ El seundo m%todo indicado consiste en depositar & compactar los est%riles en capas o tonadas, con lo "ue se aumenta notablemente la resistencia al corte & la capacidad de vertido, pues se reduce el efecto del espon(a)>miento$ Las condiciones de drena(e se consiuen creando un n'cleo central de escollera tal como se ilustra en las -is$ 3$.0$ 3$.3 & 3$.1$ Seuidamente, se e+ponen las normas & recomendaciones "ue se recoen en la bibliorafía t%cnica & relamentos mineros de otros países para la construcci#n de escombreras de vauada con n'cleo de drena(e & de escombreras de llanuras$ .$ En terrenos con pendientes fuertes 9 #$'% se recomienda el levantamiento de un di"ue de contenci#n de secci#n trape/oidal con las siuientes dimensiones8 rofundidad8 Apro+imadamente .,4 m en materia consolidado$ ?aludes8 .,4 8 .$ Anc!ura de fondo8 Superior a 3 m$
En vertederos con una capacidad inferior a $N Mm3, este di"ue puede ser sustituido por una simple plataforma, lal como se muestra en la -i$ 3$.3, con las siuientes dimensiones8 ?aludes8 Ma&ores de .,4 8 .$ Anc!ura de fondo8 Superior a 3 m$
contrafuertes o estribos para refor/ar la estabilidad de la masa de material venidero En todos los casos, además de los drena(es considerados como principales, se construirán otros secundarios o laterales, de acuerdo con las recomendaciones de la ?abla 3$F8
La ranulometría del material empleado en los drena(es debe ser tal "ue contena menos del . T de blo"ues inferiores a 3 cm & no e+istir tama*os superiores al 04 T de la secci#n de drena(e$ ?anto los drenes principales como los laterales se dise*arán de acuerdo con la valoraci#n de los factores eol#icos & toporáficos característicos del luar$ El procedimiento para la colocaci#n del est%ril es el siuiente8 a: Si el K4 T o más del material es arenisca puede ser vertido sin compactaci#n, pero se nivelará se'n la cota del banco ai finali/ar el relevo de traba(o$
ara aumentar la eficiencia del drena(e se recomienda, en ciertos casos, "ue el di"ue de base se constru&a con blo"ues resistentes de arenisca$ ero cuando do los ensa&os de los suelos de base demuestran "ue la capacidad portante es suficiente, puede suprimirse el di"ue de contenci#n$ En escombreras de más de ,N Mm3 de capacidad, el di"ue de contenci#n puede complementarse con
Si el material contiene menos del K4 T de are) nisca puede ser vertido en tonadas de .,0 m, compactándolo a continuaci#n$ En terrenos abruptos & de fuerte pendiente & siendo más del P T arenisca, los sistemas de drena(e se construirán basándose en la sereaci#n natural "ue se produce en el vertido$ Cuando las escombreras son construidas por ravedad se recomienda compainar el vertido en avance con el lateral, &a "ue de esta forma se evita la formaci#n de planos diferenciados "ue pueden servir como posibles discontinuidades de desli/amiento o rotura$ El material de relleno se dispondrá formando bancales con el fin de incrementar la estabilidad$ Se recomiendan las siuientes dimensiones finales8 Altura de banco8 .4 m má+imo$ Anc!ura de berma8 K m má+imo$ endiente de desaUe !acia el interior de las bermas8 3)4T$ endientes laterales de coronaci#n8 3)4 T$ Superficie do estabili/aci#n8 Reveetaci#n coe+isten)te con la construcci#n, todas las superficies de drena(e dispondrán de las pendientes adecuadas !acia ambos lados va)
uada, diriiendo las auas !asta las /an(as construídas en roca inalterada$ Estas /an(as estarán proteidas por escollera u otros materiales en las /onas de fuertes pendientes, con o b(eto de reducir la velocidad de circulaci#n$ En las escombreras de llanura construidas en retroceso & venido en tonadas, las normas a observar son8 ; Altura de banco8 Menor de 4 m$ ; Altura de berma8 Io inferior a 4 m$ ?alud eneral8 Menor de 0Ko)908.: Altura má+ima de escombrera8 3 m si la !umedad del material supera el .1 T$ Fualmente, en las escombreras de ladera se recomiendan los siuientes parámetros de dise*o8 ; ?alud eneral8 Menor de 00V 90$48.: ; Altura má+ima de escombrera8 .4 m$ En la base del vertedero se levantará un di"ue de escollera debidamente compactado, complementándolo con una tubería de drena(e del lado de auas arriba$ 1$1$ Cálculos de estabilidad de escombreras Los materiales vertidos en una escombrera se encuentran como framentos con unos tama*os mu& pe"ue*os, si se comparan con las dimensiones del dep#sito$ Aun"ue inmediatamente despu%s del vertido no e+iste ninuna traba/#n entre las partículas, el paso del tiempo facilita los fen#menos de consolidaci#n "ue retraducen en un aumento de la co!esi#n & de la resistencia al corte$ Las formas de inestabilidad son, se'n la posici#n de la superficie de rotura, superficiales si no afectan a la base de la escombrera o profundas si sucede lo contrario$ Los tipos de rotura "ue se identifican de acuerdo con la eometría de las mismas son las siuientes8 Rotura circular$ Se produce en dep#sitos en los "ue los materiales presentan unas propiedades eot%cnicas !omo%neas$
Rotura no circular$ Es una superficie de rotura mi+ta "ue combina una secci#n circular & un desli/amiento$ Se presenta en materiales con características diferentes$
Rotura en cu*a$ Es típica de a"uellos casos donde la base de apo&o no es lo suficientemente resistente para soportar el peso de los est%riles$ Los m%todos de análisis de estabilidad son mu& diversos, & la ma&oría se basan en comparar las fuer/as "ue favorecen el movimiento de la masa de materiales a trav%s de una !ipot%tica superficie de rotura & las fuer/as resistentes estabili/adoras$ Los cálculos se simplifican llevándose a cabo en secciones verticales, sin tener en cuenta las fuer/as resistentes "ue act'an en los e+tremos de la masa en movimiento$ Io obstante, se !an desarrollado m%todos más comple(os "ue se aplican sobre modelos tridimensionales, Cornell)& anmarcWe 9.P55:$
donde -S @ -actor de Seuridad$ Sí @ -uer/a tanencial resistente sobre la superficie de rotura$ R, ) Contribuci#n de los e+tremos de la masa desli/ante al movimiento resistente$ L @ Lonitud del arco de la superficie de rotura$ r ) Radio de la superficie de rotura$ b @ Lonitud de la masa >desli/ante$ a 6@ 7istancia !ori/ontal del centro 2O de rotura al control de ravedad de la masa$ Y 2a eso de la masa desli/ante por unidad de lonitud$ Estos estudios se suelen plantear como un problema de e"uilibrio límite, & en ellos resulta necesario seleccionar diversas superficies de rotura !asta 6lear a la más crítica para el talud considerado, "ue será la "ue d% un menor coeficiente de seuridad$ Los datos básicos para un análisis de estabilidad son, además de la densidad del materia depositado, la co!esi#n & el ánulo de ro/amiento interno$ Se'n el !ori/onte temporal "ue se plantee para la estabilidad de la estructura, se tendrá en cuenta la tensi#n total "ue act'a sobre la masa desli/ante, caso de calcular las condiciones de estabilidad a mu& corto pla/o, o la tensi#n efectiva, esto es tensi#n total menos las presiones intersticiales, para la estabilidad a laro pla/o$ Como &a se !a indicado, son numerosos los procedimientos analíticos de cálculo de estabilidad, basándose muc!os de ellos en la t%cnica de divisi#n en$ Rebanadas verticales sobre las "ue se determinan las fuer/as resultantes efectivas normales, las tanenciales & las presiones intersticiales$ Lo mismo se !ace sobre la superficie de rotura para llear, a calcular el -actor de Seuridad$ $7ado "ue esos procedimientos se salen del ámbito de esta obra, se e+pondr á s#lo un m%todo ráfico para rotura circularJ basad en el círculo de ro/amiento$ Se recomienda la consulta del 2Manual para el 7ise*o $& Construcci#n de Escombreras & resas de Residuos Mineros> 9.PKK: editado por el F?
En los ábacos de las -is$ 3$.N a 3$00 se siue el radio del valor encontrado anteriormente !asta "ue corte a la curva "ue corresponde el ánulo del talud$ Se busca sobre los e(es vertical & !ori/ontal los valores de 2ta-S & 2c&X-S, a partir de los cuales se calcula el valor de 2-S= más conveniente$ E(emplo8 &e considera una escombrera de estriles de carbón con un nivel fre(tico que surge a !) de la altura del talud. Los par(metros resistentes son* c )$ +,!rrf- y @ +,!m3 y @ ##/. &e pide 0allar el 1actor de &eguridad para 2 ) $ m y un (ngulo de talud de #/.
con el (baco n4mero 3 se obtienen los siguientes valores*
El -actor de Seuridad del talud es .,.$ En las -is$ 3$03 & 3$01 se representan los ráficos para la determinaci#n del centro del círculo crítico de rotura & rieta de tracci#n, correspondientes a las situaciones de los ábacos anteriores . & 3$
7e acuerdo con lo anterior, se puede decir "ue los cálculos de estabilidad finali/an siempre con la determinaci#n del -actor de Seuridad$ Si el valor obtenido está por deba(o de e+iido se procede a redise*ar eom%tricamente la escombrera o a me(orar las condiciones de drena(e$ Los valores mínimos e+iidos son superiores en todos los casos a la unidad, &a "ue, por un lado, so re"uiere un
maren para considerar la intensidad de rieso en funci#n de las condiciones del entorno &, por otro, es preciso considerar los posibles errores & desviaciones de los parámetros característicos de los materiales "ue se !an obtenido con las muestras ensa&adas$ En la ?abla 3$, se indican los -actores de Seunda mínimos para los diferentes escenarios posibles$
5.
RESTAURACIÓN Y ABANDONO DE ESCOMBRERAS
,.1. E)%a-#!#"a*#+$ de e)*+m-ra!a) y a*o$d#*#o$am#e$%o ara e! a-a$do$o Si una ve/ construida una escombrera se observan movimientos del terreno o rieso de "ue se produ/can, será necesario antes de implantar la cubierta veetal o darle un uso a esos terrenos, adoptar una serie de medidas correctoras$ E+isten diversos m%todos para estabili/ar las masas de est%riles ranulares, cu&o comportamiento puede asimilarse al de un suelo no co!esivo$ Este tema se desarrolla, tambi%n, en el Capítulo 4 "ue !ace referencia al tratamiento de taludes en la preparaci#n del terreno, por lo "ue se aconse(a su lectura$ La soluci#n más sencilla consiste en modificar la eometría de tales estructuras mediante el remodelado del talud, de manera "ue se lore reducir el momento de las fuer/as desestabili/adoras & me(orar el coeficiente de se) uridad$ Dna seunda medida consiste en el drena(e de las estructuras para evitar, por un lado, la erosi#n de los materiales en la superficie del talud, &, por otro, las presiones intersticiales & efectos desestabili/adores en $el interior de los dep#sitos$ 7urante la fase de construcci#n con obras o elementos "ue >favore/can el drena(e intenso de los est%riles, pantallas drenantes & alerías, así como la disposici#n & venido estrat%ico de los materiales dentro de las escombreras$ Si tales actuaciones no se !an llevado a cabo pueden reali/arse una serie de obras complementarias como son las /an(as & los espaldones o contrafuertes -i$ 3$04$ Los sistemas citados tienen un carácter superficial, pues las /an(as no suelen alcan/ar profundidades superiores a los 1 o 4 m$ Es conveniente complementar estos sistemas
con la construcci#n de unas ba(antes superficiales "ue condu/can e aua drenada !asta el desaUe principal$
En los desli/amientos activos se recomienda el sellado de las rietas superficiales &a "ue pueden actuar como vía de entrada del aua$ Esa operaci#n se debe efectuar con materiales impermeables
como la arcilla, el cemento, etc$ Otro rupo de m%todos es el denominado de contenci#n, "ue consiste en la aplicaci#n de una fuer/a resistente complementaria mediante la construcci#n de una obra de fábrica$ Estos muros & m'reles act'an por su peso, pudiendo anclarse & encastrarse en el terreno$ Los materiales "ue se utili/an normalmente son mu& diversos, desde el !ormi#n en masa, la manipostería, la tierra armada, los aviones, etc$ -inalmente, e+isten los m%todos de me(ora de las características de los materiales, con los "ue se persiue aumentar la resistencia al corte de los mismos$ Se pueden llevar a cabo mediante la in&ecci#n de sustancias "ue aumenten la co!esi#n de los framentos rocosos en /onas "ue no impidan el drena(e & por procedimientos mecánicos de introducci#n de refuer/os, barras de acero, carriles, micropilotes, etc$- & ancla(e incluso de estos a la roca firme$ ?odos estos tratamientos tienen una efectividad escasa, locali/ada & son costosos$
?ras la estabili/aci#n de los taludes, la reveetaci#n posterior act'a no s#lo como un m%todo protector e interador de estos en el medio ambiente, sino incluso como un sistema corrector de los materiales más superficiales, pues produce una desecaci#n por efecto de la evapotranspiraci#n, reduce la filtraci#n del aua & refuer/a el terreno con las raíces$ revio al e+tendido de la tierra veetal, es necesario proceder al escarificado de las superficies por donde !a circulado la ma"uinaria minera, &a "ue el peso de %sta !abrá dado luar a una compactaci#n de los materiales "ue impedirá en muc!os casos la penetraci#n & desarrollo de las raíces de las plantas$ En las /onas en pendiente, si no se tratan esas superficies, actuarán como planos de discontinuidad pudiendo producirse desli/amientos a lo laro de ellas$
,.2. E%#$*#+$ de #$*e$*#o) e$ e)*om-rera) de m#$a) de *ar-+$ En las e+plotaciones de carb#n, los est%riles procedentes de los lavaderos & de las propias minas son potencial)mente pelirosos, &a "ue e+iste un rieso de incendio con una elevada producci#n de ases nocivos & modificaci#n de las condiciones de estabilidad de las escombreras$ La combusti#n espontánea se produce por la presencia de pirita & carb#n en los est%riles, así como de otros materia) les "ue poseen celulosa, como la madera$ El momento de inici#n depende en parte de las condiciones climatol#icas & de vertido de los est%riles$ Los incendios de las escombreras causan !uecos dentro de las mismas, dando luar a modificaciones de la distribuci#n de tensiones & a derrumbamientos parciales$ Si estos 'ltimos no llean a 6a superficie e+istirá una probabilidad de !undimiento por el paso de personas & ma"uinaria$ 7esde el punto de vista de estabilidad, no todos los incendios tienen efectos neativos, &a "ue la combusti#n "ue da luar a las escorias aumenta de forma apreciable la co!esi#n & resistencia al corte de los materiales al) macenados A pesar de la escasa conductividad t%rmica de los escombros, como la combusti#n de estos se inicia en /onas pr#+imas a la superficie los intentos de reveetaci#n pueden fracasar a impedir el desarrollo de las plántulas$ or otro lado, se producen ases con un $alto contenido en CO & SX0 "ue los !acen nocivos & pelirosos$ Además de la contaminaci#n "uímica del aire e+iste una contaminaci#n visual típica de los incendios de estas escombreras$ Las medidas para luc!ar contra los procesos de combusti#n espontánea son de dos tipos8 preventivos & correctivos$ 7entro de primer rupo caben destacar las siuientes8 Retirada de la veetaci#n en la base de apo&o de la escombrera$ $, $$ , Separaci#n de la madera de los est%riles de mina$ Esto está indicado para e+plotaciones de interior donde se utili/a ese material en el
sostenimiento$ Compactaci#n de los est%riles en tonadas con un espesor inferior a . m$
) Fntercalaci#n de capas !ori/ontales de est%riles finos no carbonosos para dificultar la circulaci#n del aire entre los intersticios$ Dna ve/ incendiada una escombrera les sistemas "ue pueden aplicarse para su e+tinci#n son los siuientes8 Remoci#n del escombro incendiado8 Consiste en la e+tracci#n del material de combusti#n, previo enfriamiento con aua, & transporte & vertido en un área pr#+ima$ -i$ 3$05$ Este sistema se aplica cuando las áreas incendiadas son pe"ue*as & fácilmente accesibles, & la retirada del material no com) promete la estabilidad de la escombrera$ Los !uecos creados si no son randes deben ser rellenados con material inerte "ue a continuaci#n se nivela & compacta$ Sellado superficial8 , $ La /ona en inici#n se recubre en superficie con una capa de materiales inertes para impedir la entrada de aire a trav%s de los intersticios "ue
"uedan$entre las $ artículas$$Los materiales "ue más so utili/an son$ la arcilla, la pi/arra triturada & el polvo de cali/a, teniendo este 'ltimo la venta(a de producir, al calentarse, an!ídrido carb#nico "ue dificulta la combusti#n$ El problema principal de este sistema es la efectividad, &a "ue pueden producirse rietas en superficie provocadas por los !undimientos interiores & adela/amientos de los espesores de recubrimiento por acci#n de la erosi#n e+terior$ 7ebe pues preverse un i control & supervisi#n de la superficie de sellado$ Aislamiento del material en combusti#n ara impedir la propaaci#n del fueo desde un foco locali/ado, es posible aislar %ste mediante unas /an(as, "ue tras su apertura se rellenan con productos inertes, preferiblemente finos, para dificultar la entrada de aire$ Apaado por in&ecci#n8 Consiste en la in&ecci#n en la escombrera, dentro de la /ona de combusti#n, de un lodo preparado con aua & con material incombustible finamente dividido, como puede ser la cali/a o la arena pulveri/ada$ Este 1.
producto oclu&e los poros e+istentes entre las partículas impidiendo el paso del o+ieno necesario para la combusti#n, & proporciona además un efecto de enfriamiento$ En el caso de utili/ar solamente aua deben tomarse ciertas precauciones, &a "ue la producci#n de vapor de aua a alta temperatura puede favorecer la propaaci#n de la combusti#n de los est%riles por el calentamiento de estos & provocar e+plosiones abriendo nuevas vías al fueo$ or otro lado, si la cantidad de)aua a*adida es mu& rande se corre el rieso de producir una contaminaci#n de los acuíferos & auas superficiales al li+iviar alunos productos s#lidos de los est%riles$
K$ RED?FLFZACFOI [ AROECXAMFEI?O 7E LOS ES?GRFLES Los est%riles procedentes de las e+plotaciones mineras plantean diversos problemas, tanto en lo relativo a su almacenamiento & abandono como a las alteraciones "ue producen sobreseí medio ambiente$ or ello, e+iste una tendencia l#ica !acia el aprovec!amiento de los materiales, al ob(eto de lorar un uso más racional de los recursos naturales v minimi/ar los problemas citados El primer uso "ue puede tener un est%ril aun sea el menos creado en las minas$ En las e+plotaciones
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Abierto dependiendo de la eometría de estas & del metodo de e+tracci#n aplicado se puede rellenar otal o parcialmente, alcan/ando toporafías discordantes en las oriinales$ En minas subterráneas el relleno de los !uecos se utili/ará como sistema de sostenimiento facilitando la e+tracci#n del mineral & minimi/ando los efectos de los !undimientos en la superficie$ Otras vías de utili/aci#n se basan en las características petroráficas, mineral#icas, "uímicas & físico)mecánicas de >os est%riles$ Alunas de las aplicaciones posibles !o& en oía son las siuientes8 )) Rellenos & terraplenes$ Carreteras & di"ues de presas$ -abricaci#n de la ladrillos & bri"uetas Materiales para restauraci#n$ -ertili/antes & enmiendas$ Combustibles especiales$ Aditivos de minerales ener%ticos, etc$ Estos 'ltimos usos se refieren a los est%riles de carb#n cuando el porcenta(e de este mineral es superior al 1 T$ 7e todas las aplicaciones no mineras las más interesantes, por las randes cantidades "ue se utili/an, son las "ue se encuentran en el campo de la obra p'blica$ or lo eneral, no es preciso tratamiento aluno, pero sí una caracteri/aci#n riurosa a fin de clasificar adecuadamente los distintos tipos de materiales$
Los ensa&os "ue dentro de este tipo d e obras se suelen reali/ar son los siuientes8
Curva ranulom%trica$ eso específico$ lasticidad$ Compactaci#n$ Capacidad portante$ Resistencia al corte$ Comprensibilidad$ ermeabilidad$ Concentraci#n de a/ufre, & pX$
BIBLIO/RAF0A A[ALA, -$ \$ & RO7R
CXFROIFS, I$ $ )Beíler a&s lo Builc\ X ]FFO$ Ae$ .P5N CLARF7$io)aoslo .PK$ XOE_$ E$$ and BRA[, \$ $8 )RocW Slope Enineenn$ ?!e Fnstitution oí Minin and Metallur&$ .PN.$ MCIA[, L$ M$8 )Coal Refuse -iers, An Environmental Xa)/ard$ Bureau of Mines$ FC N4.4$ IFCXOLS, R$ S$ and RD?LE7DRBAIFSME$8 2Sois Stenles8 R%am%naement et %%talisation, .PNK$ DIESA)ASFIEL$8 2Cubrimiento eetal de Escombreras de Ceni/as olantes, .PNN$ FLLtAMSOI, I$ A$ et$ al$8 2Mine asles Reclamation Minin (ournal BooWs, .PN0$
