Tabla de contenido INTRODUCCIÓN.............................................................................................. 2 PRINCIPALES ASPECTOS APLICADOS A PRESA DE RELAVES (MINERIA)...........3 1.
HISTORIA, EVOLUCION Y ORIGEN DE RELAVES........................................3 1.1 Evolución Histórica del Manejo de Relaves...........................................3 1.2 Origen y Producción de Relaves de Concentradoras.............................4 Flotación.................................................................................................. 4 Desmonte de mina................................................................................... 4 Residuos o Desmontes de Pilas de Lixiviación.........................................4 Las Escorias............................................................................................. 4 Los Relaves de Placeres o Lavaderos.......................................................4 Los Relaves de Jig.................................................................................... 5 Relaves de Cianuración con Aglomeración y Peletización:.......................5 1.3 Presas de relave en el mundo...............................................................5
2. PRESAS DE RELAVES............................................................................ 6 2.1
TIPOS DE RELAVES............................................................................. 6
2.1.1 Tipos de Relaves (según su consistencia).......................................6 2.1.2 TIPOS DE DEPÓSITOS DE RELAVES.................................................7 3.
DISEÑO Y TIPOS DE PRESAS DE RELAVES..............................................11 Métodos de Construcción..........................................................................12 Construcción utilizando Material de Relave...............................................12 Método Aguas Arriba................................................................................. 12 Método de la Línea Central.......................................................................13 Método Aguas Abajo................................................................................. 13 Método de descarga para el almacenamiento de Relaves........................14 Métodos para la Deposición de Relaves....................................................15
5. Monitoreo de presas................................................................................. 17 5.1 Instrumentos utilizados:......................................................................17 5.2 Monitoreo del nivel freático (Determinación de la profundidad del nivel Freático).................................................................................................... 18 5.3 Monitoreo topográfico.........................................................................19 5.4 Monitoreo de agua superficial.............................................................20 BIBLIOGRAFIA............................................................................................... 20
INTRODUCCIÓN Teniendo en cuenta los problemas originados por las variaciones de las condiciones ambientales, que se presentan en los suelos en condiciones naturales o artificiales en todo el territorio peruano, se impone la necesidad de desarrollar investigaciones ambientales en los campos de la mecánica de suelos y rocas, con la finalidad de poder aplicar con mayor competencia y habilidad estrategias para resolver problemas en el campo de la Geotecnia desde la óptica ambiental, para interpretar y transformar el entorno en una completa armonía con el medioambiente, en las áreas del conocimiento que la ingeniería le exige (planeación, evaluación, diseño, construcción, control, administración y gerencia de proyectos de infraestructura básica). La minería es una de las actividades más importantes por la generación de empleos, la participación activa en el incremento del Producto Bruto Interno del Perú y en el ingreso per cápita nacional; sin embargo, tiene un efecto negativo; tal es el caso de los relaves los mismos que ocasionan diversos impactos ambientales, sociales y económicos. Por ello, surgió un interés de conocer y dar a conocer información acerca de este problema. Los residuos provenientes de la actividad minera son por su composición y densidad, materiales peligrosos capaces de romper los equilibrios de los ecosistemas, afectar la salud pública, degradar cuerpos de agua y modificar paisajes naturales. La inadecuada disposición de relaves y desmontes, así como los métodos inapropiados para su tratamiento; han causado casos graves de filtraciones, drenaje de ácidos y contaminación de cuerpos acuíferos, así como otros efectos negativos en la biodiversidad y los ecosistemas. La eliminación de los relaves mineros es uno de los problemas ambientales de mayor relevancia para cualquier proyecto de minería. Para controlar la emanación de materiales de relaves (productos de desecho de una planta de procesamiento de minerales) se crean presas que contengan este desecho. Se debe buscar optimizar el diseño, así como evitar las fallas de las presas de relaves, con el fin de proteger el medio ambiente y evitar la contaminación de los suelos y de las capas freáticas.
PRINCIPALES ASPECTOS APLICADOS A PRESA DE RELAVES (MINERIA) 1. HISTORIA, EVOLUCION Y ORIGEN DE RELAVES 1.1 Evolución Histórica del Manejo de Relaves Las compañías mineras extraen grandes cantidades de material desde sus yacimientos, de este material, no más allá del 1 a 2% corresponde al elemento útil que se desea producir. Como consecuencia de este proceso extractivo se genera un relave o material de descarte, que corresponde aproximadamente al 97% en peso del mineral sometido a proceso, más agua de transporte. Los relaves son materiales de desecho provenientes de la planta de flotación, está constituido fundamentalmente por sólidos que no presentan mayor interés económico, tales como arenas de sílice, micas, feldespatos y otras variedades de origen rocoso, óxidos y sulfuros de fierro, y otros. Los lodos mineros o relaves provenientes de los procesos de separación, poseen unas propiedades que difieren de las encontradas en depósitos o suelos naturales. La variedad de los procesos de deformación y los componentes metálicos y minerales hacen muy difícil una generalización de las propiedades genéricas de los lodos, incluso dentro de una misma minería. La distribución granulométrica depende de las características mineralógicas del macizo rocoso explotado y del proceso de extracción del metal valioso. El tamaño típico de las partículas de relaves corresponde al de las arenas de tamaño medio (0.2 mm.) a partículas del tamaño de los limos (0.06 – 0.006 mm.), provenientes del proceso de concentración que son producidos, transportados o depositados en forma de lodo. Estos materiales poseen poca o nula plasticidad; normalmente son materiales ML, con características de compresibilidad baja y alta porosidad como corresponde a materiales sin consolidar vertidos en suspensión. También poseen cierta resistencia al corte con valores de ángulo de fricción interna (φ) similares a los limos y arenas finas angulosas, y una cohesión aparente cuando están saturados. Los relaves son usualmente transportados desde la planta de proceso al área de depositación a través de tuberías o canaletas de relaves en forma de pulpa con contenido de sólidos que varía de 35 a 56%. Se puede afirmar que son especialmente susceptibles a fenómenos de licuefacción y colapso bajo el efecto de sacudidas sísmicas, voladuras e incluso por efecto de la energía liberada por las tormentas en valles estrechos.
1.2 Origen y Producción de Relaves de Concentradoras Los relaves son generalmente los desechos provenientes del tratamiento metalúrgico que se da a los minerales con contenido metálico, y estos pueden ser (los minerales) con contenido de metales preciosos como Au, Ag. Y metales básicos como Cu, Pb, Zn entre otros, ya que son estos lo que predominan en el sector minero peruano. Los relaves generalmente son producto de: • • • • • • • •
Flotación Cianuración Carbón de pulpa Desmonte de mina Residuos de pilas de lixiviación Escorias Placeres o lavaderos de oro JIG, pre-concentración, concentración gravimétrica, entre otros.
A continuación, se realiza una breve descripción general.
Flotación La flotación opera sobre el principio de que las partículas individuales que contienen el mineral que se desea extraer, son decepcionadas por pequeñas burbujas de aire que se adhieren a estas partículas y las elevan a la superficie de un tanque agitado.
Desmonte de mina: Es roca extraída durante el minado para tener acceso al mineral en las minas subterráneas, este material es usualmente de tamaño menor que 20 cms y las cantidades llevadas a la superficie son comparativamente pequeñas. El desmonte de las minas a tajo abierto es mucho más grueso, su rango de tamaño va desde un metro hasta polvo y las cantidades producidas pueden ser bastante grandes, llegando a menudo hasta dos a cuatro veces la de los relaves. Residuos o Desmontes de Pilas de Lixiviación : Son aquellos que se derivan de un tipo de extracción mineral que consiste en que al mineral, chancado o no, se le añade soluciones de cianuro para oro o ácido sulfúrico para cobre por medio de una irrigación superficial o por infiltración. Un proceso relativo al cobre, “dump leachíng”, involucra añadir solución de ácido sulfúrico a botaderos de desmonte. Las Escorias: Resultan del enfriamiento de residuos fundidos derivados de la fundición de concentrados de metales básicos. Las escorias de fundición pueden contener metales tales como arsénico, cadmio, y plomo en concentraciones potencialmente tóxicas. Los Relaves de Placeres o Lavaderos : Son producidos por operaciones de dragados de oro y menos comúnmente en el dragado de minerales de estaño. Este material es usualmente del tamaño de grava gruesa o mayor y está desprovisto de nutrientes o material capaz de formar
suelos. Los asuntos ambientales involucran problemas de sedimentación y revegetación en los arroyos los cuales son específicos para estos materiales. El contenido de mercurio de los residuos tanto de grandes dragas como operaciones en pequeña escala en la selva peruana son motivo de gran preocupación.
Los Relaves de Jig: Son el resultado de la separación gravimétrica, casi siempre en combinación con la molienda en las operaciones auríferas comunes. Tienen un tamaño mayor que los relaves de flotación pero en todo lo demás son similares. La amalgamación con mercurio es aún usada ampliamente para procesar concentrados gravimetritos de oro en pequeñas operaciones del Perú. Relaves de Cianuración con Aglomeración y Peletización: Son producidos por el retratamiento de relaves de amalgamación ricos en oro, mayormente en operaciones muy pequeñas a lo largo de la costa. Los relaves consisten en pelets que van de uno a dos centímetros en tamaño y que son descargados en estado semi seco.
1.3 Presas de relave en el mundo En chile: Caso Caimanes: El tranque “El Mauro” de minera Los Pelambres es el tranque de relaves más grande de Latinoamérica y el tercero en el mundo. Su capacidad asciende a más de 2.000 millones de toneladas de relaves que contienen Arsénico, óxido de Silicio y plomo, entre otras sustancias contaminantes asociados a la extracción del Cobre.
En Perú: Caso de Antamina: La excepcional presa de relaves de Antamina, la más alta del mundo en su tipo- tiene capacidad para almacenar 570 Mton. de material estéril o 330 Mm3 durante el tiempo de su vida útil. La presa de relaves de Antamina está diseñada para garantizar seguridad. Cuenta con un sistema técnico de control de riesgos a través de instrumentación clave que garantice una operación eficiente.
2. PRESAS DE RELAVES Es una obra que se construye para contener en forma segura los relaves provenientes de una planta de beneficio de minerales por flotación. Una presa de relaves está formada por un muro de contención, construido normalmente con la fracción gruesa del relave, y una cubeta. En la cubeta los sólidos finos sedimentan y en la superficie se forma una laguna de aguas claras. Se debe evitar las fallas de las presas de relaves, con el fin de proteger el medio ambiente y evitar la contaminación de los suelos y de las capas freáticas.
Figura 1: Partes de una Presa de Relave FUENTE: Guía de Buenas Prácticas Ambientales para la Pequeña MineríaSERNAGEOMIN
2.1
TIPOS DE RELAVES
Para conseguir estructuras estables con los relaves, deben determinarse sus características, similares a lo que se hace con los suelos (granulometría, densidad relativa, razón de vacíos, relaciones de fase, etc.).
2.1.1 Tipos de Relaves (según su consistencia) Se puede clasificar en 4 tipos de relave según consistencia.
Pulpa Espesado Pasta Filtrado
FUENTE: Experiencias de Operación de Depósitos de Relaves Espesados y FiltradosJosé Luis Lara
2.1.2 TIPOS DE DEPÓSITOS DE RELAVES Tendremos los siguientes tipos de depósitos de relaves:
1. 2. 3. 4. 5.
Presas de Relaves Embalses de Relaves Depósito de Relaves Espesados Depósito de Relaves Filtrados Depósito de Relaves en Pasta
A continuación, se realiza una breve descripción general de estas formas de depositación de relaves.
2.1.2.1 Presas de Relaves Describiremos brevemente las alternativas de construcción del muro de arenas de las presas de relaves.
Construcción del Muro: Método Aguas Arriba El Método Aguas Arriba consiste en un muro inicial (starter dam) construido con material de empréstito compactado sobre el cual se inicia la depositación de los relaves, utilizando clasificadores denominados “Hidrociclones”; la fracción más gruesa o arena, se descarga por el flujo inferior del hidrociclón (Underflow) y se deposita junto al muro inicial, mientras la fracción más fina o lamas, que sale por el flujo superior del hidrociclón (Overflow) se deposita hacia el centro del tranque en un punto más alejado del muro, de modo tal que se va formando una especie de playa al sedimentar las partículas más pesadas de lamas y gran parte del agua escurre, formando el pozo de sedimentación o laguna de sedimentación. Una vez que el depósito se encuentra próximo a llenarse, se procede al levante del muro, desplazando los hidrociclones a una mayor elevación en la dirección hacia aguas arriba y comenzando una nueva etapa de descarga de arenas, y peralte del muro; se continúa sucesivamente la construcción en la forma indicada. Con este método, en la práctica, se pueden alcanzar alturas de hasta 25 metros. Si bien este método es el que requiere un menor volumen de material arenoso, es el que produce el tipo de muro menos resistente frente a oscilaciones sísmicas, es por ello que, no está contemplado aprobar este tipo de proyecto de presas de relaves en la legislación vigente.
Construcción del Muro: Método Aguas Abajo En el Método Aguas Abajo la construcción se inicia también con un muro de partida de material de empréstito compactado desde el cual se vacía la arena cicloneada hacia el lado del talud aguas abajo de este muro y las lamas se depositan hacia el talud aguas arriba. Cuando el muro se ha peraltado lo suficiente, usualmente 2 a 4 m., se efectúa el levante del muro, desplazando los hidrociclones a una mayor elevación en la dirección hacia aguas abajo y comenzando una nueva etapa de descarga de arenas y peralte del muro. A veces se dispone también de un segundo muro pre-existente aguas abajo. Las arenas se pueden disponer en capas inclinadas, según el manteo del talud del muro de partida, o bien, disponerlas en capas horizontales hacia aguas abajo del muro de partida. Este método de aguas abajo requiere disponer de un gran volumen de arenas y permite lograr muros resistentes más estables del punto de vista de la resistencia sísmica.
Construcción del Muro: Método Eje Central o Mixto El Método Eje Central o Mixto se inicia al igual que los métodos anteriores con un muro de partida de material de empréstito compactado, sobre el cual se depositan las arenas cicloneadas hacia el lado de aguas abajo y las lamas hacia el lado de aguas arriba. Una vez completado el vaciado de arenas y lamas correspondiente al muro inicial, se eleva la línea de alimentación de arenas y lamas, siguiendo el mismo plano vertical inicial de la berma de coronamiento del muro de partida. Lo que permite lograr un muro de arenas cuyo eje se mantiene en el mismo plano vertical, cuyo talud de aguas arriba es más o menos vertical, y cuyo talud de aguas abajo puede tener la inclinación que el diseño considera adecuada. Este método requiere disponer de un volumen de arenas intermedio entre los 2 métodos anteriores, y permite lograr muros suficientemente estables.
NOTA: La inseguridad que muchas veces despiertan las presas de arenas de relave no deben atribuirse al material con que se construyen, sino al sistema de construcción por relleno hidráulico que puede inducir elevadas presiones de poros e incluso la licuefacción total en caso de un sismo. Sin embargo, las técnicas modernas de diseño, construcción y control permiten
obtener estructuras seguras a base de buenos sistemas de drenaje, de un eficiente sistema de ciclonaje y disposición de las arenas, y también de una buena compactación de la arena que permita alcanzar una elevada densidad, utilizando un equipo adecuado para ello. Lo anterior, complementado con un control piezométrico en el cuerpo del prisma resistente, deja la presa de arenas de relave en condiciones de estabilidad semejante al de otras obras de Ingeniería de importancia.
2.1.2.2 Embalses de Relaves Este tipo de depósito de relaves consiste en construir un muro resistente hecho totalmente de material de empréstito, compactado e impermeabilizando el talud interior del muro y también parte o todo su coronamiento; los relaves se depositan completos en la cubeta sin necesidad de clasificación, pero también deben disponer, de un sistema de evacuación de las aguas claras de la laguna que se forma. Del punto de vista sísmico, los Embalses de Relaves son más resistentes que cualquiera de los métodos indicados para las Presas de Relaves.
2.1.2.3 Depósitos de Relaves Espesados Este sistema no requiere de un dique o muro contenedor para su construcción. El procedimiento se basa en la mayor viscosidad que alcanza la pulpa de relave al aumentar la concentración de sólidos mediante espesadores cónicos profundos. Aunque este método requiere de mayor investigación.
2.1.2.4 Depósitos de Relaves Filtrados Este tipo de depósitos de relaves es muy similar al de los relaves espesados, con la diferencia de que el material contiene menos agua debido al proceso de filtrado utilizando equipos similares a los que se emplean para filtrar concentrados, como son los filtros de prensa o de vacío. El relave una vez filtrado se transporta al lugar de depósito mediante cintas transportadoras o bien mediante equipos de movimiento de tierra y/o camiones.
2.1.2.5 Depósitos de Relaves en Pasta Los relaves en pasta corresponden a una mezcla de agua con sólido, que contiene abundantes partículas finas y un bajo contenido de agua, de modo que esta mezcla tenga una consistencia espesa, similar a una pulpa de alta densidad. La mejor propiedad de las pastas de relaves es que pueden ser eficientemente trasportadas en tuberías sin los problemas de segregación o sedimentación que ocurren normalmente en las pulpas de relaves; una vez depositados los relaves, se dejan secar, luego acopiar, permitiendo así minimizar la superficie de suelo cubierto con relaves. Cabe destacar que, debido a su alta densidad, las pastas son transportadas mediante el uso de bombas de desplazamiento positivo. Se pueden desarrollar actividades de vegetación o de remediación en forma paralela a la operación.
Tabla de Comparación de tipos de PRESAS DE RELAVE
3. DISEÑO Y TIPOS DE PRESAS DE RELAVES Las investigaciones sobre presas de relaves, nos lleva a la selección y perfeccionamiento del dique de arranque que servirá de punto inicial para la construcción de la presa. El diseño del dique de arranque especifica la geometría externa e interna de la estructura, y debe incluir las especificaciones del drenaje, control de filtración y en algunos casos los sistemas de revestimiento requeridos para mantener la estabilidad de los diques que conforman la presa. Es importante enfatizar que el diseño final de la presa puede diferir substancialmente de las expectativas iniciales. Si la construcción de la presa continúa a lo largo de la vida activa del embalse, experiencia ganada indica que el continuo análisis y monitoreo permiten cambios y mejoras en el proyecto. En general, si el diseño del dique de arranque incluye revestimientos y/o sistemas de drenaje, tales sistemas deben desarrollarse previamente o al mismo tiempo que la construcción del dique inicial (con el aumento sucesivo de la presa). Las consideraciones medioambientales pueden crear la necesidad de revestimientos, ya que los relaves son propensos a lixiviar componentes tóxicos o indeseables a los estratos subyacentes; de igual manera se desea limitar el flujo de las aguas subterráneas poco profundas en el relave. Los revestimientos pueden estar compuestos por suelos naturales del lugar compactados, relaves en pastacompactados, arcillas locales o de préstamo, materiales sintéticos, concreto lanzado, etc. Porrazones económicas, la compactación del suelo natural o los relaves en pasta, son los métodosmás usados para reducir la permeabilidad de la base del embalse. En el caso de embalses queatraviesan el valle no queda otra alternativa que utilizar éste método debido a la gran superficie y el terreno desigual, el uso de revestimientos sintéticos u otros materiales de préstamo generalmente son excesivamente caros y no son factibles. Los sistemas de drenaje se requieren por razones estructurales. La principal preocupación de la construcción de una presa es el control de la presión de poros dentro y bajo la presa. La presión de poros excesiva dentro de la presa puede llevar a exceder la resistencia al esfuerzo cortante del material de relleno, produciendo la falla local o general del talud. Adicionalmente, la alta presión de poros dentro o bajo la cara de la presa puede producir la filtración desenfrenada en la cara del dique que lleva a la falla por tubificación. De igual manera, la filtración a través de las capas permeables débiles de la fundación puede terminar en tubificación o excedencia de la resistencia al esfuerzo cortante del suelo, causando el asentamiento de la fundación y comprometiendo la estabilidad de la presa. Éstas y otras amenazas a la estabilidad de la presa pueden ser parcialmente reducidas a través del control de la filtración. El control de la filtración puede ser afectado por el
establecimiento de las zonas de diferente permeabilidad aguas arriba, bajo y dentro de la presa, a través de los sistemas de drenaje, capas y núcleos de baja permeabilidad, o ambos.
Métodos de Construcción Existen numerosos métodos y materiales usados para la construcción de presas de relave. Por lo general, las minas optan por materiales y métodos que proporcionan la estabilidad requerida al costo más bajo. Si la presa de relaves se encuentra cercana a la mina, el uso de roca desechada puede bajar significativamente el costo de los materiales y a la vez reduce la necesidad de áreas para la disposición de piedras. Si se utilizan materiales de préstamo, estos se pueden obtener del área del embalse y así incrementar la capacidad del embalse. Los materiales también deben reunir la permeabilidad, la compresibilidad y los requisitos de resistencia al corte, deben ser químicamente estables, ya que si la roca desechada es potencialmente generadora de ácidos no será conveniente para la construcción de la presa, particularmente en los sistemas de drenaje. El material frecuentemente usado en la construcción de la presa es el relave.
Construcción utilizando Material de Relave El uso de material de relave generalmente es el método de construcción más económico. Algunas de las desventajas de usar relave como material de construcción del dique incluyen: la alta susceptibilidad de tubificacion interna, el alto desgaste de la superficie, y la alta susceptibilidad del relave fino frente a la acción de la helada. También los relaves en estado suelto y saturado están sujetos a la licuefacción bajo la sacudida de los terremotos. Para mejorar las cualidades de la presa de relave durante su construcción, existen dos medios; el uso de la fracción gruesa del relave y su compactación. Generalmente, la fracción de arena, después de ser separada de las lamas puede ser fácil de compactar usando compactadores vibratorios. Al compactar el fragmento grueso del relave, se obtiene como resultado final una masa densa de material muy fuerte que ha aumentado grandemente la resistencia a la licuefacción. La separación de relaves comúnmente se realiza por el método de spigot o cicloneo. En el sistema de spigot las arenas se descargan desde la cresta o desde puntos intermedios en el talud de aguas abajo de la presa y se van formando capas inclinadas de espesores variables de 0.30m a 1.00m. Este método tiene la ventaja de que al ser un crecimiento desde la cresta, la presa puede peraltarse rápidamente. Su principal desventaja es que las descargas de arena forman taludes menores a 3H: 1V, lo cual incide en una presa de mayor volumen y por tanto de mayor costo. Los tres métodos de construcción usando relaves son aguas arriba, aguas abajo y el de la línea central. Los cuales se detallan a continuación:
Método Aguas Arriba Las presas construidas por el método aguas arriba son las más antiguas, debido a que es el primer método de construcción de presas y además el más económico. Se inicia con una presa de arranque construida aguas abajo, el relave es depositado en la cresta de la presa de arranque formando una playa de material grueso. Esta presa de arranque será el cimiento de la siguiente etapa de la presa, cuyo apoyo es el material de relave consolidado y su comportamiento depende de las propiedades de este material.
Método de la Línea Central La presa del tipo línea central se levanta colocando el relleno de la represa en el talud aguas abajo y sobre la cresta de la elevación previa manteniendo el eje central, es decir parte de la presa se encuentra apoyada sobre material enrocado y la otra parte sobre material de relave.
Método Aguas Abajo Los requisitos de diseño para el método de construcción aguas abajo son similares a los diques convencionales de almacenamiento de agua. Como en los embalses aguas arriba, los embalses aguas abajo también empiezan con la construcción de un dique de arranque construido con materiales del préstamo compactado, sin embargo, este dique de arranque debe construirse con arenas permeables y gravas con arcillas y limos para minimizar la filtración a través del dique. Si se usan materiales de baja permeabilidad en el dique de arranque, los drenes internos deberán ser incorporados en el diseño. Se le denomina método aguas abajo debido a las etapas subsecuentes de la construcción del dique que se apoyan encima de la pendiente aguas debajo de la sección previa, cambiando la línea central de la cima del dique aguas abajo como la elevación progresiva del dique. Se puede usar una gran variedad de técnicas para depositar relaves conjuntamente con el método de construcción aguas abajo, pero el método de spigot periférico de relaves es muy común. Los relaves gruesos se pueden extender en capas delgadas y se pueden usar sobre el dique con material cicloneado, o también puede ser transportado desde la pila de cicloneo y luego ser esparcido para su posterior compactación, si el volumen de relave grueso no es suficiente para construir el dique, se puede incorporar material de préstamo del lugar para que forme parte de la estructura. Si se utiliza grava gruesa debido a su porosidad, entonces se requerirá una membrana impermeable aguas arriba o filtros para evitar el socavamiento del relave a través de la grava. Si se controla el spigot para crear playas anchas de relave y el terraplén ha sido ha sido construido con relaves permeables, el nivel freático debe ser controlado sin la necesidad de zonas impermeables interiores o drenes. Sin embargo, se recomienda que si el dique se va a construir en una zona potencial de terremotos y/o su altura excede los 50 pies, las extensiones aguas abajo deben compactarse para obtener una densidad relativa más alta que es típico para minimizar el riesgo de licuefacción. El método de construcción aguas abajo permite la incorporación de drenes y núcleos
impermeables para controlar la superficie freática. Se recomienda la colocación de una capa de arena permeable bajo la capa de drenes o sistemas alternativos de drenaje previos a cada extensión aguas abajo. Varios otros diseños de drenaje también puede ser incorporados, por ejemplo, un drenaje inclinado de chimenea cerca de la cara aguas arriba del dique que estará conectado a un dren en forma de manto en la base del dique, que puede instalarse con cada aumento sucesivo del terraplén. El control del drenaje ayuda a controlar la superficie freática y a minimizar el riesgo de aumento de presión de poros que reduce la resistencia al corte. Debido a la posibilidad de incorporar drenes dentro del diseño, este método de construcción satisface a condiciones dónde grandes volúmenes de agua pueden almacenarse a lo largo de los relaves sólidos. El método de construcción aguas abajo proporciona un grado de estabilidad que no se encuentra en la construcción aguas arriba debido a la facultad de fácil compactación, la incorporación del control de medición del nivel freático y el hecho de que la elevación del dique no es estructuralmente dependiente de los depósitos de relaves por la resistencia de la fundación. La mayor desventaja de este método es la gran cantidad de volumen de relleno requerido para la elevación del dique. El incremento de volumen de relleno requerido puede aumentar el costo de este método de construcción enormemente si el relave de la molienda no puede proporcionar un volumen suficiente de arena. Los terraplenes construidos con elevaciones aguas abajo cubren un área relativamente grande que puede ser la mayor desventaja si el espacio disponible es limitado.
Método de descarga para el almacenamiento de Relaves El propósito final del almacenamiento del relave es contener el relave de grano fino, a menudo con un secundario o el co-propósito de conservar el agua para el uso en la mina y molino. Esto debe ser logrado de una manera rentable que mantenga la estabilidad de la estructura del terraplén a largo plazo, de los relaves almacenados y la protección a largo plazo del ambiente. En el proceso de diseñar terraplenes para la contención de relaves, deben ser equilibrados estos tres intereses: costo, estabilidad, y su comportamiento medioambiental, con condiciones que establezcan el equilibrio en cada fase del proceso. Los costos a largo plazo de deposición del relaves dependen en parte de la estabilidad mecánica y la integridad medioambiental, así las estructuras aceptables promueven la
efectividad del costo. El almacenamiento de la pasta del relave es el método más común de deposición.
Métodos para la Deposición de Relaves Debido a que los relaves de mina producidos por el molino normalmente están en forma de pasta, la disposición de relaves en forma de pasta en colectores hechos de materiales locales es el método más común y económico de disposición. Existen cuatro tipos principales de diseño de presas de relaves; los embalses en valle, diques en forma de anillo, los embalses en fosos, y los fosos especialmente excavados. Algunos métodos de disposición de relaves serán descritos a continuación. En algunos casos, los relaves son deshidratados (espesados a una densidad de 60% de pulpa o más) o secos (con una humedad igual o menor a 25%), es posible eliminar agua de la pulpa de relaves en la concentradora utilizando equipos tales como: filtros de vacío, de presión, filtros de tambor, filtros de fajas y/o centrífugas. El contenido de agua de los relaves puede ser reducido lo suficiente como para permitir su transporte y ubicación por camiones o fajas transportadoras. La eficacia y pertinencia de colocar relaves en estado seco o espesado, depende de la molienda del mineral y la concentración de yeso y arcilla, así como la disponibilidad de los métodos alternativos. Excepto bajo circunstancias especiales, estos métodos pueden ser demasiado costosos debido al equipo adicional y los costos de energía. Sin embargo, las ventajas incluyen la disminución de volúmenes de filtración y el terreno necesario para el embalse, y la simultánea expulsión y recuperación de los relaves. Los relaves en pasta a veces son depositados en las minas subterráneas como relleno de los socavones o para ser empleado como muro de contención. Esto disminuye la perturbación del suelo sobre la superficie y puede estabilizar el área fuera de la mina. Por razones de estabilidad, el relleno subterráneo requiere relave con alta permeabilidad, baja compresibilidad, y la habilidad de perder agua rápidamente (es decir, una gran fracción de arena). Como resultado, sólo la fracción de arena del relave total generalmente es usada como relleno. Los relaves totales son cicloneados para separar la fracción de arena gruesa para el rellenado, dejando sólo las lamas para ser dispuestos en un embalse o presa. Para aumentar la capacidad se puede agregar cemento a la fracción de arena antes de rellenar. El relleno a tajo abierto también es posible, dónde los relaves son depositados en fosos abandonados o fosos aun activos.
5. Monitoreo de presas Se tomó como modelo la presa de relaves Alpamarca de consorcio minero Horizonte S.A. Los objetivos de un programa de monitoreo del talud de la relavera son: a) Proporcionar un aviso anticipado de la inestabilidad (Monitoreo del nivel freático). b) Proporcionar información geotécnica para analizar los mecanismos de desplazamiento de la pendiente, para designar medidas correctivas (monitoreo topográfico). c) Mantener los procedimientos operacionales de seguridad con el fin de proteger al personal y los equipos. Un programa de monitoreo permite establecer medidas de prevención para evitar deslizamientos, colapsos de estructuras frente a potenciales fallas por acción dinámica o estática. Durante la operación del depósito se instalarán los puntos de monitoreos tales como la instalación de inclinómetros, piezómetros, puntos de control geodésico y puntos de control topográfico. Durante la construcción del depósito se instalarán los puntos de monitoreos tales como la instalación de inclinómetros, piezómetros, puntos de control geodésico y puntos de control topográfico los puntos estratégicos serán establecidos por consultor.
5.1 Instrumentos utilizados: Inclinómetros:
El inclinómetro permitirá determinar los desplazamientos del talud de los bancos del depósito de relaves a diferentes profundidades, así como asentamientos de los materiales Dichos desplazamientos son de gran utilidad para evaluar el grado de
estabilidad. Los monitoreos inclinométricos se basan en las deformaciones que puedan sufrir los materiales ante las cargas laterales o gravitacionales, las cuales son determinadas por medio de observaciones.
Piezómetros: Se instalarán piezómetros hidráulicos en diferentes lugares del depósito de relaves para realizar el monitoreo geotécnico con la finalidad de determinar la variación del nivel freático y la calidad de aguas subterráneas. El monitoreo se realizará después de 2 meses de iniciada la operación de funcionamiento del depósito de relaves, el Ingeniero responsable del manejo de la desmontera determinará la frecuencia de los monitoreos y establecerá las medidas pertinentes del caso.
Vertederos: Se utilizaran para el control de aguas superficiales, las cuales pueden estar ubicadas internamente o exteriormente.
Puntos de control topográfico: Se instalan en los taludes externos y sobre los estribos de las presas para detectar la magnitud de los movimientos verticales y horizontales, los puntos de control topográficos proporcionan un cubrimiento total de los movimientos de la presa en la medida en que ellos representen la superficie del terraplén, la lectura del movimiento de los puntos es una labor ardua y deben ejecutarse con una exactitud de 3 mm. Lo cual encarece los datos significativamente. Los puntos de control topográfico consisten básicamente de tubos o barras de acero de refuerzo embebidas en concreto en el terraplén o los estribos. El monitoreo de los puntos de control se realiza utilizando los métodos topográficos convencionales: triangulación y nivelación.
5.2 Monitoreo del nivel freático (Determinación de la profundidad del nivel Freático) El flujo no controlado del agua subterránea puede causar tres problemas básicos: - Inestabilidad del talud aguas abajo. - Erosión interna o tubificación. - Grandes pérdidas de flujo. Teniendo en cuenta que el nivel freático afecta en gran magnitud la estabilidad total de la presa, bajo condiciones de carga estática y sísmica, es de gran importancia mantener el nivel freático tan bajo como sea posible en las cercanías de la cara de la presa. Durante la construcción del dique se analizara la permeabilidad de esta para así determinar las dimensiones de los drenes y en consecuencia a través de ellos determinar el nivel freático en los piezómetros durante la operación del dique. La regla principal que guía el diseño de presas relacionado con el control del nivel freático, es que la disposición de los materiales en la
sección de la presa, debe permitir el incremento de la permeabilidad en la dirección del flujo, de manera que el nivel freático mantenga una posición gradualmente más baja.
El aumento de la presión de poro en el dique causa colapso y derrumbamiento en la base del talud. Con esta se determina la estabilidad física del cuerpo de presa. Para el control del nivel freático se instalaran piezómetros y se registraran los niveles de este que estén dentro del rango de seguridad.
5.3 Monitoreo topográfico Para el depósito de relaves Alpamarca se han colocado varios hitos topográficos tanto en la corona como en el talud aguas abajo del dique. Se hicieron registros de lectura de los hitos topográficos instalados en el depósito de relaves. Se hizo la interpretación de los resultados y se resume en el cuadro 3.5. Los monitoreos iniciales fueron realizados en el mes de enero del 2009 y a partir de la primera lectura se monitoreo mensualmente hasta el mes de Setiembre del 2010.
De acuerdo al análisis del cuadro 3.5 se reporta que el desplazamiento horizontal máximo es de 0.055m (5.5cm) para el punto de monitoreo P-4 y el desplazamiento vertical como máximo es de 0.101m (10.1cm) para el punto de monitoreo P-1. Para definir si estos desplazamientos están dentro del rango aceptable, se compara con los desplazamientos unitarios, calculando la relación de los desplazamientos con respecto a la altura del dique, por ejemplo: Desplazamiento Horizontal relativo (%): D/H X 100 = 0.055 m/131m = 0.04%, por lo tanto el desplazamiento de la presa es muy pequeña.
5.4 Monitoreo de agua superficial El deficiente control del flujo de agua superficial puede originar el desbordamiento de la corona y consecuentemente el colapso de la presa de relaves. La altura de la presa debe considerar un borde libre mínimo para contener la descarga del flujo de relaves, así como el agua de precipitación pluvial que cae en el depósito y el agua de escorrentía que ingresa al depósito de la cuenca de drenaje tributaría. De otro lado, en el caso que el proyecto considere el ingreso al depósito del caudal de la avenida extraordinaria de 500 años, se deberá diseñar la estructura hidráulica para evacuar el caudal, que generalmente es un vertedero, y dimensionar el borde libre que tendría la presa, para contener el efecto de laminación del caudal de agua que ingresará al depósito
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