4 presas de residuos

5/17/2018 4 PRESAS DE RESIDUOS - slidepdf.com

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+Capítulo 4

PRESAS DE RESIDUOS1. INTRODUCCIÓN

La función principal de estas estructuras consiste en almacenar permanentemente los estériles sólidos y retener temporalmentelos efluentes líquidos procedentes de las plantas de tratamiento.Cuando esos efluentes contienen contaminantes tóxicos, laspresas deben ser diseñadas para albergar el agua durante unlargo período de tiempo, hasta que se degraden las sustanciasquímicas perniciosas o hasta que se evapore el agua.

Las presas de residuos difieren de las presas de tierra yescollera convencionales en cuatro aspectos básicos:

— Las presas de residuos almacenen tanto sólidos comolíquidos.

— En muchos casos, los propios residuos se utilizan comomaterial de construcción del dique de la presa.

— Las presas se construyen, normalmente, por etapas siguiendoel desarrollo de las operaciones.

— Suelen requerirse modificaciones en el diseño y operación de llenado de la presa al introducirse cambiosen los procesos de tratamiento.

En las dos últimas décadas se ha progresado bastante en eldiseño ingenieril de las presas de residuos en lo relativo ahidrología y geotecnia, ya que anteriormente, en algunos casos, seprocedía a realizar las operaciones de forma intuitiva. Actualmente,el porcentaje de los costes, de almacenamiento de los residuos delas plantas con respecto a los costes totales de operación en éstasestán

próximos a 20%, por lo que en bastantes proyectos el impacto.sobre la viabilidad-económica es muy importante.

Por otro lado, dos factores que han contribuido notablemente ala mejora en el diseño y operación de las presas son losderivados de las exigencias de seguridad y protección ambiental.Con relación al primero, en el pasado se han producidodesgraciados accidentes con elevado número de pérdidashumanas y materiales debido a las roturas de las presas pongrandes avalanchas de lodos y fangos. Con respecto al segundo,

se ha visto la necesidad de preservar la calidad de las aguassuperficiales y subterráneas durante el tiempo de operación de lapresa y después de su abandono, así como la de la restauraciónde los terrenos.

Los factores que influyen en la elección de la ubicación y eldiseño de las presas de residuos son de muy diversa índole yquedan recogidos en la Tabla 4.1. A continuación, se .comentanlos más importantes.,

2. FACTORES LOCALES DE UBICACIÓN

En el pasado, las presas se construían en áreas que seseleccionaban siguiendo únicamente dos criterios: condicionestopográficas favorables y proximidad a las plantas de tratamiento,

pero hoy en día para satisfacer ciertos requerimientosambientales y de seguridad intervienen otros factores tales comola geología, el clima, la hidrología superficial y la disponibilidad deterrenos. Tabla 4.1.

Una herramienta muy útil es la constituida por los ábacos de Capacidad-Altura Fig 4.1. en los cuales



puede determinarse para una determinada superficieocupada la altura que corresponde a cada volumende residuos almacenados y el ritmo de elevación dela estructura.

Topografía

Es un factor básico ya que gobierna la altura y dimen-siones de las presas de residuos. Él terreno puedeser muy llano, con ¡o cual se precisará un diqueperimetral, o muy escarpado formando vaguadas en

forma de U o V, donde se necesitarán diques decierre transversales. La pendiente de los terrenosinfluirá en el ritmo de crecimiento de las presas y laaltura máxima alcanzada. La topografía tambiénmarcará las dimensiones del área de drenajesuperficial que será afectada por el depósito de resi-duos. Con vistas a evitar tos electos erosivos por posibles avenidas, los lugares más apropiados parala ubicación deben estar próximos a las cabeceras delas cuencas de recepción. En caso contrario, sedispondrá de ¡a oportuna red de canales deprotección rodeando a las presas de residuos.

Tamaño

En terrenos relativamente llanos que requierendiques en tres o cuatro lados, el tamaño de laspresas está gobernado por el precio de los terrenos,la necesidad y el coste de la impermeabilización y dela restauración final.Por ejemplo, si las condiciones del lugar no requierenun revestimiento impermeable, los terrenos sonrelativamente baratos, y restauración no precisa deuna cubierta de material importante, las presaspueden construirse económicamente ocupandograndes superficies.(g. Desde 100 ha hasta 400 ha).Sin embargo, cuando se necesite una capa de arcillao cualquier otro material plástico

'2.3. Geología y sismicidad

A! construirse una presa debe considerarse la

sismicidad del área y la proximidad a fallaspotencialmente activas. Si existe un riesgo sísmicoel precio de los terrenos es alto, entonces será másefectivo económicamente ocupar áreas máspequeñas (20 a 80 ha) y disponer esas estructurascon mayor altura. En este caso, el tamaño mínimo delas presas está limitado por las necesidades de

evaporación.deberá evaluarse el comportamiento dinámico de laspresas y el riesgo de rotura por licuefacción.. Elfenómeno de licuefacción generado por unmovimiento vibratorio provoca una elevación de laspresiones de poro, ya que el peso de los materialessoportados se transfiere al agua intersticial que existeentre las partículas, y los sólidos se comportan como

un fluido denso con una resistencia al corte muypequeña o nula, haciendo que presas que sonestables en condicionas estáticas no lo sean en condiciones dinámicas. Estosproblemas potenciales deben ser objeto deconsideración y estudio.

Otros factores geológicos y geotécnicos que debenconsiderarse son los relativos a la disponibilidad demateriales de construcción, la capacidad portante yde drenaje de la base de apoyo y cualquier riesgogeológico que pueda acaecer en las proximidades delas presas.

2.4. Permeabilidad

La permeabilidad o conductividad hidráulica de la ci-mentación del dique y substrato ce apoyo de undepósito

y una cubierta de tierra vegetal importante para larestauración (tal es el caso de las presas en minasde uranio donde se precisa un mínimo de 3 m), o si



de estériles puede tener un peso importante sobre los cos-tos de construcción y conveniencia de un área si el dre-naje de los efluentes es inadecuado desde un punto devista ambiental. Es obvio, que las áreas localizadas en for-maciones poco permeables son mejores que aquéllasdonde las filtraciones pueden ser anas.

2.5. Otros factores locales

Las precipitaciones anuales y la evaporación influyensobre la cantidad de agua almacenada en las presas. Es-tos factores se deben considerar también junto con losanteriores.

La disponibilidad de los terrenos y el precio de estos espreciso tenerlos en cuenta en la selección y dimensiona-miento del área a ocupar. En ocasiones, se pierde muchotiempo en las negociaciones y resolución de esos proble-mas cuando los mejores terrenos caen fuera de las pro-piedades que posee la compañía minera.

3. CARACTERÍSTICAS DE LOS LODOS

Uno de los aspectos que diferencia una presa de tierraconvencional de una presa de residuos, es que estos úl-timos materiales pueden usarse para construir el propio di-que o parte de él. Desde un punto de vista económicoesto es ventajoso, siempre que los lodos tengan unas pro-piedades físicas y químicas adecuadas.

La característica más importante de los lodos es el ta-maño de las partículas sólidas, ya que determina sus po-sibilidades de aprovechamiento. La granulometría depen-oe del proceso mineralúrgico empleado para concentrar oextraer los minerales. Por ejemplo, para minerales de oroen plantas de tratamiento convencionales, donde el gradode molienda necesario para su liberación suele ser alto,más del 90 % de las partículas tienen un tamaño inferior a 0,1 mm. En el otro extremo, se encuentran algunas ope-

raciones de mineral de cobre, e incluso oro, donde el me-tal se recupera por lixiviación en eras, dejando los resi-duos con una granulometría gruesa semejante a una gra-va. En la mayoría de los casos los estériles producidospresentan tamaños de partículas finas en el rango de lasarcillas y limos. Fig. 4.3.

Normalmente, los lodos se transportan de forma hidráu-

lica con concentraciones de sólidos entre el 15 y el 60 %en peso. La concentración de esas pulpas y el método devertido afectan a la separación y sedimentación de los re-siduos en las presas. En la descarga convencional las par-tículas más gruesas o arenas se depositan rápidamenteformando una playa junto al dique, si ahí se encuentranlos puntos de descarga, y el resto de las partículas finas flu-yen como lamas hacia el interior de la presa. En general,los residuos del tipo arena constituyen un material deconstrucción resistente con unas buenas característicasde drenaje. Las lamas (partículas inferiores de 0,1 mm)presentan permeabilidades muy bajas y pequeñas resis-tencias al corte que las hacen inservibles para la cons-trucción de las presas.

Aunque las arenas de los residuos no constituyen el ma-terial ideal, es el más barato económicamente y el que seencuentra disponible a una menor distancia de transpor-te. Su uso en la construcción de las presas reduce el vo-lumen de material que debe almacenarse en las mismas.

Algunos de los inconvenientes que plantea su aprovecha-miento son los relacionados con 1a licuefacción y erosión.Sin embargo, éstos pueden eliminarse mediante un dise-ño y procedimiento constructivo adecuado, como se co-mentará más adelante.

Excepto con los materiales muy finos, es posible sepa-rar la fracción más gruesa de los lodos usando la segre-gación hidráulica natural o ciclones. Los ciclones son cen-trifugadoras hidráulicas que se colocan en los extremosde las lineas de transporte de los residuos y proporcionan

grandes cantidades de arena que se emplea en la propiaconstrucción de los diques. En algunos casos; es desea-ble minimizar la segregación de las arenas con vistas a



mejorar las-características drenantes de los lodos más finosy su propiedades resistentes. Esto puede ir acompañado deuna reducción del porcentaje de agua en la des-' carga delos lodos, de forma que se evite en cierta medi-. da lasegregación de las arenas.

Las características químicas y de degradabilidad de losresiduos también juegan un papel importante en el diseñode las presas. Por ejemplo,-algunas tracciones gruesas,inicialmente, pueden presentar una alta resistencia y bue-nas características de drenaje, pero, si se degradan rápi-damente convirtiéndose en una material arcilloso el com-

portamiento es totalmente contrario. En otros casos, laspartículas, a pesar de ser finas, pueden llegar a cemen-tarse y a mejorar sus propiedades geotécnicas a través dereacciones geoquímicas. Estas reacciones se producenentre los constituyentes de los lodos, o entre los iodos y elmaterial del dique de la presa o de los suelos naturales y elaire, pudiendo afectar al diseño tanto en los aspectosfísicos como ambientales. Ellos fenómenos pueden ocurrir de forma inmediata o lentamente con el transcurrir deltiempo. En cualquier caso, estos cambios deben tenerseen cuenta, sobre todo para aquellos residuos quepotencialmente son más tóxicos.

4. CARACTERÍSTICAS DE LOS EFLUENTES

La cantidad de efluentes y sus vertidos son factores im-portantes en el diseño y operación de una presa de resi-duos. En algunas situaciones, se pueden recircular todoslos efluentes para volverlos a utilizar en los procesos detratamiento. En esas plantas, la concentración de sólidosen las pulpas puede ajustarse para optimizar los métodosde descarga y transpone. Sin embargo, en muchas ope-raciones no es posible reutilizar todos los efluentes debidoa la existencia de contaminantes químicos, siendo enton-ces necesario proceder a ¡a evaporación del agua o ai tra-

tamiento de la misma. Cuando la evaporación es el únicomedio de eliminación de los efluentes, este factor será elque marque el tamaño de la presa, más que el volumende residuos a almacenar. En algunos casos, una soluciónviable es la de disponer de una balsa de evaporaciónseparada.

La pendiente delios taludes de ¡os depósitos puedenser controlada variando la granulometría, espesando laspulpas, y por el método de descarga (con uno o varios ca-ños múltiples). Taludes con inclinaciones mayores puedenconseguirse densificando los residuos vertidos y si se de-sea lo contrario añadiendo agua a la tubería de descarga.

Así pues, la variación del porcentaje en sólidos constituyeun método eficaz y flexible en el centro de la forma y dis-

posición de los estériles en las presas de residuos. Si por cualquier circunstancia cambiaran las características delos minerales o los procesos de tratamiento, se evaluaráel impacto producido por el cambio en ¡os tamaños de lossólidos en los iodos.

Por otro lado, las características químicas de los efluen-tes es un factor que puede afectar tanto harta ubicacióncomo al diseño de las presas, siendo particularmente im-portante el sistema de drenaje. En muchos tratamientosmineralúrgicos los efluentes tienen pH bajos y una con-centración muy alta de iones metálicos móviles. Tambiénes frecuente la presencia de altas concentraciones de

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aniones disueltos, tales como nitratos, sulfatos y cloruros.Sen raros los casos con pH básicos.

Cuando los efluentes contengan algunos metales tóxi-cos, compuestos radiológicos o elementos potencialmentepeligrosos las superficies de apoyo deberán revestirsepara minimizar las filtraciones. En las propias presas sue-le producirse una disminución de la concentración de sus-tancias indeseables, debido a las precipitaciones y reac-ciones de oxidación. Además, la reacción con los suelos yrocas naturales ayuda de forma significativa a controlar elnivel de contaminación. Tal es el caso de los efluentes en

plantas de uranio, que son muy ricos en metales tóxicos,con pH bajos y que contienen radionucieidos, que alhacerlos pasar por suelos relativamente fijos en calcio soncapaces de amortiguar, por un lado el pH y por otro lado,de absorber a los metales pesados y a los radionucieidos.Sin embargo, algunos de los aniones, tales como sulfatos,nitratos y cloruros no son controlados y, pueden llegar acrear problemas de calidad de las aguas. A veces, esnecesario llegar a considerar los cambios que puedenproducirse a largo plazo en la química de los efluentes,por la lixiviación u oxidación de los lodos almacenados enlas presas abandonadas o clausuradas.

Cuando es imperativo disponer de un nivel de base im-permeable, las características químicas de los efluentes

puede jugar un papel importante en la elección del mate-rial a utilizar. Se ha comprobado que los compuestos or-gánicos pueden atacar a los revestimientos de arcilla abase de montmorillonita.

5. CONSIDERACIONES DE DISEÑO DE LASPRESAS DE ESTÉRILES

Sin entrar en las características constructivas de los di-ferentes tipos de presas, ya que se sale del ámbito deesta obra se cometan seguidamente algunos aspectos deinterés.

Siempre que sea posible se deben utilizar en la cons-trucción de estas estructuras los propios residuos, va quees el material más barato. Tal como se menciono ante-riormente, e¡ diseño de una presa de lodos difiere de unapresa convencional en dos aspectos: primero, la construc-ción se realiza por etapas, reduciéndose así la inversióninicial, y segundo, si ¡os residuos son empleados en laconstrucción, la planta de tratamiento tiene que operar du-rante un período de tiempo dado para producir el materialnecesario. Por esta razón, el dique inicial se construye conestéril de la propia mina o con materiales de una cantera,efectuándose después los recrecimientos con los residuosde la planta o con esos mismos materiales.

Básicamente, existen tres tipos de presas de residuosque son denominadas, desde e¡ punto de vista de su cons-trucción, como hacia aguas arriba, hacia aguas abajo ycentrales.

En la Tabla 4.11. se comparan los diferentes tipos depresa de residuos.

5.1. Construcción hacia aguas arriba

Es el método más ampliamente utilizado en el pasado en la actualidad. Tal como se muestra en la Fig. 4.4 una veconstruido el dique inicia! se van levantando diques -



Sucesivos ligeramente retranqueados respecto a los ante-riores y hacia el interior de la presa. Esos diques se for-man, por lo general, con los sedimentos gruesos de los lo-dos que se separan de estos por decantación natural opor cielo nado. Este último sistema permite un mayor con-trol de la granulometría de las arenas.

Los residuos arenosos que configuran la playa consti-tuyen en cada recrecimiento de la presa la base de apoyoo cimentación de los diques sucesivos, por lo que esimportante que exista un porcentaje elevado departículas gruesas; aunque existen algunas excepciones.

para construir los diques y el que ocupa menor superficiepara una capacidad de almacenamiento dada. Noobstante, al estar construido el dique por materiales debaja compacidad y resistencia con un nivel freáticoelevado se deben adoptar taludes bastante tendidos yrecurrir a medidas tales como: ensanchamiento del diquemediante el extendido de las arenas de la playa entre doscaballones, la intercalación de capas dren y tubosdrenantes, la compactación de las arenas, etc.Cuando los residuos sean muy finos el éxito de estemétodo de construcción dependerá del ritmo deelevación del dique y del talud general de éste pues

si el recrecimiento es muy rápido las presiones deporo serán muy elevadas y pueden dar lugar aproblemas de estabilidad. También en áreas dondeexista cierta actividad sísmica este meto-do deberácompararse con otros, pues es el más susceptiblefrente a fenómenos de licuefacción.

Este sistema constructivo, siempre que los residuospuedan clasificarse en diferentes granulometrías. Esel más económico ya que es el que requiere unmenor volumen de material que debe ser transportado

:5.2. Construcción hacia aguas abajo :,Como el nombre indica, este método de construcciónconsiste en la elevación de la presa mediante diquessucesivos de estériles que avanzan en la direcciónde aguas abajo. Es el sistema más seguro dealmacenamiento residuos y el que más se asemeja a

las presas del tierra convencionales, aunque en este,caso .se construyen preetapas. Es por esto, que enalgunos países es el tipo cepresa preferido por la Administración y OrganismosOficiales.El dique inicial se construye normalmente conmateriales naturales, disponiendo en algunos casosde nuevos impermeables y elementos de drenajepara el control nivel freático y filtraciones. Losrecrecimientos subsigue les se efectúan con lasarenas de los residuos cicionacio



con suelos de recubrimiento o con estériles de mina. Estemétodo, desde el punto de vista de estabilidad, no depen-de de las características hidráulicas de los residuos oefluentes, siendo por ello el que permite el almacenamien-to de cualquier tipo de residuo. Por esto, para lodos conpartículas muy tinas y en áreas donde las precipitaciones

superan a la evapotranspiración este tipo de construcciónes el más utilizado. También se recomienda este diseñoen zonas con actividad sísmica, ya que ios materiales dela estructura del dique pueden compactarse y el nivel freá-tico puede controlarse mejor.

El principal inconveniente de las presas construidas ha-cia aguas abajo es que se necesitan grandes volúmenesde material de relleno y el incremento de estos en cadarecrecimiento sucesivo. Por esto, se debe planificar cui-dadosamente ios volúmenes de materiales que estarán

disponibles durante las últimas etapas, particularmente sise van a utilizar las arenas de los residuos ciclonadas olos estériles de la mina.

5.3. Construcción centrada

Este método es esencialmente una combinación de losdos anteriores, realizándose los recrecimientos sucesivosmediante mantos de dique cuyos centros se mantienensobre la misma línea vertical. Normalmente, los lodos sedescargan desde la coronación de la presa para mante-ner una playa y evitar el encharcamiento junto al talud deldique. Los materiales empleados suelen ser los mismosque se han citado para el método anterior, pudiendo dis-ponerse también de núcleos impermeables y drenes en la

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estructura del dique. La estabilidad sísmica es mejor queen el diseño hacia aguas arriba, pero peor que haciaaguas abajo y las necesidades de estériles para la cons-trucción es intermedia entre ambos métodos. Fig. 4.5.

volumen de lodos que pueden arrastrar las aguas dees-correntía.Por el contrario, este método reduce la contaminacióndel aire por el polvo producido por el viento al incidir so-

bre las superficies expuestas, ya que los taludespermanecen permanentemente húmedos, yproporciona formas de las estructuras que son másfáciles de integrar en el paisaje.

5.4. Otros métodos de construcciónEn la última década se han desarrollado otrosmétodos de almacenamiento de residuos entre losque caben destacar: el método de descargaesposada y el método de deposición en huecosmineros y cavidades.

A. Método de descarga espesadaConsiste en espesar los lodos hasta que alcancenuna elevada viscosidad, con una concentración desólidos entre el 55 y el 55 %, y descargarlos en unsolo punto o línea ce puntos, de manera que losresiduos formen un deposito en forma de cono conunos taludes cuyas pendientes oscilan entre el 2 yel 8 % (dependiendo de la viscosidad ygranulometría de las partículas). Los residuos sondepositados como una mezcla homogénea, mejor que segregada, de arenas y lamas. Si el cono esconstruido en el centro del área de vertido, serápreciso construir alguna pequeña presa pararecoger los efluentes. Si el cono se ubica al final de

un valle estrecho, podrá conseguirse unacapacidad adicional de almacenamiento al actuar los residuos como dique de contención.Los principales inconvenientes que plantea estemétodo son: por un lado, aunque se eliminan loscostes de construcción de los diques existe unsobre coste debido al espesado y bombeo de loslodos; también, como no pueden almacenarse losefluentes, se requiere la construcción de algunaspresas de decantación y evaporación. Durante laoperación este método es altamente susceptiblede procesos de inestabilidad y corrimientos bajocondiciones sísmicas, ya que se produce la

licuefacción de los residuos. Como problemas

adicionales cabe citar la gran superficie de terreno deque es preciso disponer y elB. Método de deposición en huecos mineros ycavidadesComo consecuencia de la explotación de determinadosminerales se ha pasado a considera los. huecos demina-dos antiguos y contemporáneos como zonaspreferentemente para ubicar bajo la superficie losresiduos de las plante-Esos huecos bien pueden ser losde labores subterráneas efectuadas en lasproximidades de los yacimientos en explotación, cómolos de las minas a cielo abierto ya abandonadas. Entodos los casos, es preciso efectuar un exhaustivoestudio hidrogeológico para evaluar el impactoambiental producido por las filtraciones de los efluentesen los acuítenos de la zona.En ocasiones,.se practican excavaciones ex profesopara depositaren ellas los lodos. La técnica más econó-mica es la de desmonte-terraplén, similar a la que seutiliza en los vertederos controlados de basurasurbanas. El material de la primera excavación esapilado y a continuación se vierten en el hueco losresiduos. Los estériles de la segunda'.excavación se

extienden sobre los residuos depositados en la primerapara su posterior revegetación, y así sucesivamente; deeste modo se evita la doble manipulación del materialexcavado.5.5. Otras consideraciones de diseño -Los niveles del agua subterránea o superficies freáticasde los efluentes dentro de las presas y en los diquestienen, una influencia muy importante en la estabilidadde esas estructuras y en su comportamiento bajocondiciones estáticas y dinámicas. La predicción de lasposiciones de las superficies freáticas en las presas esun trabajo complejo. Inicialmente. los niveles seencuentran muy



bajos como consecuencia del drenaje natural a través delos suelos de cimentación. Sin embargo con el tiempo ladeposición de los lodos reduce ¡a permeabilidad vertical yse fuerza a que los efluentes se desplacenhorizontalmente elevándose así el nivel de filtración en eldique. En muchos casos, esto crea empujes que llegan aafectar a la estabilidad de las presas.

La precipitación de sustancias debidas a las reaccionesquímicas que tienen lugar, en las presas pueden llegar areducir el drenaje, no solamente a través del suelo natu-ral, sino incluso en los drenes construidos en los diques alcolmatarse los huecos intersticiales. Otros aspectos quedeben tenerse en cuenta en la construcción de presas deresiduos son los problemas operativos. Lascaracterísticas de las estructuras pueden cambiar a lolargo del tiempo al variar ¡a densidad de las pulpas, lagranulometría de las partículas en los lodos, lacomposición de los minerales, las condiciones climatoló-gicas o los ritmos de producción.

6. RESTAURACIÓN Y ABANDONO DE

PRESAS DE RESIDUOS

Al igual que en otros trabajos de restauración de terrenosafectados por las actividades extractivas, los objetivosque se persiguen en de caso de las presas de residuosson los siguientes:

— Estabilidad de las estructuras a largo plazo.

— Protección frente a los procesos erosivos a largoplazo.

— Prevención de la contaminación ambiental.

— Acondicionamiento para la recuperación y abandonode presas.

— Puesta en uso productivo de los terrenos recuperados.

•5.1. Estabilidad de las estructuras a largo plazo

La diferencia principal en las condiciones de estabilidadde una presa durante el período de operación y despuésde su abandono se encuentra en la situación del nivel freá-tico. Generalmente, cuando cesa el vertido de residuos yno existe un aporte de agua exterior los niveles freáticoscaen drásticamente, lo cual se traduce en una mejora sus-tancial de la estabilidad de ios taludes. En principio, cual-quier presa que fuera estable durante el período de cons-trucción lo seguirá siendo tras el cese de las operaciones.

No obstante, podrá recurrirse a todo un conjunto de me-didas correctoras, Fig. 4.7, si en algún momento se vieraque las condiciones de estabilidad no son las adecuadas.

El primer procedimiento (a) consiste en la descarga par-cial del materia! de coronación con vistas a reducir las ten-siones en la b3se del dique, esto sólo es posible si el ci-tado dique tiene unas pensiones importantes. Otra técnicaconsiste 3n el aprovechamiento de ese material co-locándolo como refuerzo al pie de la presa sobre una capafiltro (b), al mismo tiempo que se reduce la pendiente del



talud. También es posible proceder al refuerzo, del diqueadosando escombros sobre una capa dren creando ber-mas intermedias (c) y a la colocación de filtros invertidospara facilitar el drenaje en la base y cimentación del di-que (d). Por último, otros procedimientos consisten en elrecrecimiento dejando bermas durante la operación (e)que facilitan el tendido del talud general y la depresión delos niveles freáticos mediante sondeos, drenes horizonta-les a distintas alturas, etc.

Como dentro del proceso de abandono de una presade residuos está el modelado de la misma, es aconseja-ble que se aprovechen en ellos los materiales que se em-pleen para su estabilización. Lo ideal, desde el punto devista de la restauración, es disponer de suficiente estérilde relleno para conseguir unos perfiles suaves, Fig. 4.8.a,esto no siempre es fácil o económico, por lo que sueleadoptarse el método alternativo. Fig. 4.8.b, que consisteen adosar a los taludes espaldones de escombros granu-lares y escollera.

retorno dado. Esto puede resultar inviable desde un pun-to de vista económico, pero pone de manifiesto la nece-sidad de mantener y en algún caso de complementar lasobras de drenaje.

Debe evitarse la acumulación del agua de lluvia sobrela superficie de la presa. Para ello, se cubrirán los depó-sitos, sobre todo donde exista alguna depresión, para al-canzar pendientes de drenaje entre el 0.5 y el 1 %.

6.2. Protección frente a los procesos erosivos a largoplazo

Los depósitos de residuos mineros son susceptibles deerosionarse formando surcos y cárcavas bajo la circula-ción de lluvia por las superficies. También la erosióneólica es en estos casos muy importantes, ya que puededar lugar con el tiempo a un desplazamiento del materialcomo si de una duna de arena se tratara.

En cuanto a la estabilidad sísmica, cabe decir que en elprimer caso las condiciones son más favorables, ya que alno estar saturados los residuos el riesgo de licuefacciónde los mismos es mucho menor. Esto se ha puesto" demanifiesto en Chile en los depósitos de residuos de minasde cobre abandonadas que han resistido numerosos

terremotos.Las principales causas de inestabilidad de las presasabandonadas son de tipo hidrológico. La acumulación re-pentina del agua de lluvia puede provocar la rotura del di -que por desbordamiento o por erosión en el pie del mis-mo. Aunque una presa sea segura, desde el punto de vis-ta hidrológico, durante la vida operativc de la misma, nosignifica que lo sea indefinidamente después de su aban-dono. Si se considera el empleo de una presa con unavida de 30 años que se ha diseñado para un periodo deretorno de inundación de 1.000 años, la probabilidad derotura es del 3 %. Para los 500 años siguientes esa pro-babilidad se eleva al 40 %. Por este motivo, sería desea-ble que las presas se diseñaran con el criterio de Inunda-

ción Máxima Probable (IMP) más que con un periodo de



Foto 4.2. Antigua presa de residuos sin revegetar expuesta a laerosión por los agentes atmosféricos.

La erosión por acción del viento incide más sobre lassuperficies planas de las presas, mientras que la de tipohídrico lo hace sobre los taludes Para luchar contra esta



última el primer criterio que debe seguirse se basa en di-señar los taludes con unos ángulos bajos comprendidos en-tre 3:1 y 5:1 y, a continuación, adoptar alguno de los mé-todos de protección y estabilización, que se comentanseguidamente.

Cuando se pretende restaurar una presa recién cons-truida, la primera etapa consiste en drenar y desecar la

misma hasta conseguir una superficie de los materiales fir-me y estable. Esto puede requerir períodos de tiempo muydilatados dependiendo de las condiciones climatológicas,tamaño de balsa y naturaleza de los todos.. El secado pue-de ser simplemente por evaporación del agua o por el dre-naje y bombeo del agua hasta una planta de depuración yposterior vertido.

El tiempo necesario para la desecación y consolidaciónde los lodos puede estimarse mediante el método pro-puesto por Krizek ei al (1977).

Una vez superada esa etapa se Procederá a la estabi-lización mediante uno o varios de los procedimientos si-guientes: protección con escollera, estabilización química,o revegetación.

La cubrición con escollera es el Método clásico que seemplea para estabilizar los taludes. & término escollera in-cluye no sólo los fragmentos rocosos más gruesos, sinoincluso la grava y otros materiales como la escoria de fun-dición que a veces se han utilizado. En las Fig. 4.9 y 4.10se representan el diseño de protección de una presa deresiduos de uranio, conde incluso se tiene en cuenta el ni-vel de inundación máximo probable.

La estabilización química se usa fundamentalmentepara evitar la formación de polvo por la acción del viento.En general, no puede considerarse como una protecciónpermanente. Las sustancias que mas se han empleadoson: polímeros elastoméncos, lignosulfato cálcico (residuode la pasta de papel), emulsiones asfálticas, silicatos só-

dicos y resinas sintéticas. Los coates de aplicación por hectárea varían entre ias 60.000 y ¡as 1.50.000 pesetas.

El último procedimiento de estabilización, que es com-patible con el anterior, consiste en la revegetación que,además de reducir la acción erosiva del agua y el viento,sirve para reintegrar paisajísticamente al entorno las pre-sas de residuos y en ocasiones darles un uso posterior.

6.3. Prevención de la contaminación ambiental

Cuando disminuye el cauda! de los efluentes de drenaje o cuando eventualmente cesan después de la descargade lodos, deben tornarse medidas especiales de pre-vención en algunos casos. En particular, cuando los resi-duos contienen pirita al bajar el nivel freático se produce

la oxidación de ésta, descendiendo el pH e incrementan-do la liberación de minerales contaminantes que son mu-



cho más nocivos, por lo general, que las sustancias pre-sentes durante el período activo de la empresa. Comoexiste un riesgo de lixiviación de esos productos y, con-secuentemente, de contaminación de las aguassubterraneas r

a menudo sa requiere la cubrición de tas presas conuna capa de arcilla antes del abandono, en combinacióncon la-nivelación y afinado de las superficies para preve-

nir la formación de charcos. En el caso particular de lodosmuy ricos en pirita puede ser interesante contemplar la po-sibilidad de mantener saturada la presa con el fin de evi-

tar la oxidación a largo plazo.Las presas de residuos de minerales de uranio consti-tuyen un caso especial, ya que el elemento radiactivo Ra-226 produce potencialmente emanaciones gaseosasnocivas de Ra-222. La difusión del gas radón, no se pro-

, duce cuando los lodos están saturados, pero sí despuésdel abandono de las presas. Recientemente, se ha inves-tigado el efecto de cubrir las presas con una capa de sue-lo (Re et al, 1980; Rogers y Nielson, 1981) comprobándo-se que el espesor necesario depende de la velocidad deemanación de radón, de la; concentración de Ra-226 enlos lodos, del tipo de suelo y de la humedad de éste a lar-go plazo. Aunque en ocasiones las cubiertas necesariasde sue-

. lo no son importantes, en Estados Unidos la Comisión deRegulación-Nuclear (1977) exige una capa mínima de 3m de espesor para prevenir la emanación de radón a lar-go plazo después del abandono y restauración de unapresa.

El movimiento ascensicnal de sales y metales tóxicosdesde el subsuelo formado por los lodos consolidados deuna presa hacia la superficie de la capa de suelo produc-tivo extendida sobre éste es un fenómeno importante den-tro de la revegetación y que se atribuye a la elevación ca-pilar, aunque también colaboran otros procesos monos im-portantes como el de difusión (Merril et al, 1983).

Cuando las raíces de las plantas entran en contacto conesos compuestos contaminantes puede producirse la

muerte de éstas o la inhibición de su desarrollo, de ahíque la elevación 'capilar deba tenerse en cuenta en los pro-cesos de revegetación de las presas de residuos.

La altura de migración de las sustancias tóxicas depen-de de diversos factores tales como la textura del suelo, ve-locidad de percolación del agua, gradientes de concentra-

ción, lixiviación, tipos de minerales arcillosos, profundidad desuelo, tiempo de movilidad de jones,.clima, etc. Aunqueno es fácil predecirla magnitud de tales desplazamientoshacia la superficie se ha comprobado que son mucho másacusados en climas áridos que en climas hume--, dos talcomo se demuestra de forma indirecta por el pH de lossuelos a diferentes profundidades.

En climas áridos la elevación de las sustancias solubles

de los lodos varía desde los 10 cm hasta los 39 cm, de-,pendiendo de las condiciones específicas de cada lugar (Barth, 1986). En climas húmedos las sales pueden llegar a migrar hasta 4 cm.

Como la elevación capilares función del tamaño de los'poros y de la tensión superficial un método práctico paraluchar contra ésta consiste en cubrir las presas con unacapa de grava de forma que los poros resulten demasiadograndes para que se produzca el transporte de esas salessolubles y se forme asi una barrera capilar.

Los espesores de las barreras varían de unos casos aotros entre 15 y 40 cm, según el tipo de residuo contami-



nante de que se trate. La estabilidad o longevidad de lasbarreras depende de la posibilidad de movimiento de laspartículas finas de material entre los huecos de las másgrandes. La estabilidad será máxima cuando el materialgranular de cubrición siga e¡ siguiente criterio:

C/F< 4

donde «C» es el tamaño de ¡as partículas gruesas que seretienen después de dejar pasar por la malla el 15 % en pesodel material y «F» es el tamaño d.3 las partículas finas quequedan después de pasar el 85 % a través de la malla(Adergren, 1977). Si este críterio conocido por «Ra-tio.de

Oquedades» se cumple, la infiltración del material fino através del lecho de grava o material grueso que forma labarrera capilar no se extenderá más allá de los 2 cm.

Otro aspecto de la contaminación que se puede dar en una presa de residuos es el conocido como

-transporte bioló la cubierta vegeta! de esasestructuras son capaces de desarrollar suficientemente sus raices

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para alcanzar el nivel be los lodos. En estos casos se pro-duce una transferencia a la superficie de ciertos constitu-yentes de los residuos tales como: selenio, molibdeno,radio nucleidos y otros elementos nocivos que pueden pa-sar a la cadena de alimentación (Cline, 1979; Rédente etal, 1985).

Este mecanismo de contaminación depende de las es-pecies vegetales que se utilicen en la restauración, ya quepor ejemplo las leguminosas a menudo concentran ele-mentos traza debido a la profundidad que alcanzan susraíces y a los procesos fisiológicos asociados con la fija-

ción de nitrógeno.Por otro lado, en algunas situaciones el transporte bio-

lógico lo llevan a cabo pequeños mamíferos mediante laingestión de plantas, suelos o agua, y la inhalación de pol-vo o vapores emanados de los residuos. En Idaho, en unapresa de estériles de uranio cubierta con una capa de suelode 0,6 a 1,2 m de espesor, algunos roedores extrajeronhasta la superficie cantidades equivalentes a 173 Kg desuelo por hectárea y año. En cualquier caso estos meca-mismos de contaminación son insignificantes comparadoscon los anteriores.

males, y los lodos aún no están consolidados se cer-cará el área.

La chimenea de drenaje podrá elevarse con el fin deevitar la entrada de agua durante las tormentas. Seaconseja que e! nivel de rebose de la chimenea se cal-cule para una duración del aguacero de 24 horas y unperíodo de recurrencia de 100 años.

La chimenea de drenaje puede clausurarse de formadefinitiva mediante el relleno con estéril y cierreen la superficie con una losa de hormigón Fig

12.a. El cierre en el punto de conexión con latubería de desagüe se conseguirá mediante unaestructura soporte del relleno tal como serepresenta en la Fig. 4.12.b.

6.4. Acondicionamiento para la recuperación yabandono de presas

Una etapa importante en ¡a recuperación de las presas,cuando no está previsto que se abandonen con una lámi-na de agua que las inunde permanentemente, es la dedrenaje y consolidación. Los lodos se depositan con unalto contenido en agua y requieren, por lo general, un pe-ríodo de tiempo considerable hasta que se crea una cos-tra superficial capaz de soportar las presiones de los equi-pos que se utilizan en la restauración. Algunos residuos,como los de arcillas fosfáticas son muy difíciles de drenar y precisan de 5 a 10 años para que se seque el material

de la superficie, además no debe olvidarse que muchosde estos materiales en condiciones húmedas tienen uncomportamiento tizo trópico que nacen desaconsejable suremoción y la circulación de maquinaria.

Cuando el drenaje natural de los lodos no es suficientese pueden aplicar diversas medicas especiales para in-crementar la capacidad portante de estos, entre ellas dos-tacan: el vertido de estéril rocoso desde los bordos de ¡apresa hacia el interior, la modificación del proceso ce tra-tamiento y transporte de lodos, la adición de estérilespuzolánicos a los residuos, la utilización de láminasgeotextiles cubriendo total o parcialmente la presa en laszonas de acceso y el empleo de equipos de baja presiónespecífica (< 35 MPa).

A efectos de tratamiento de consolidación, no cebe ol-vidarse que las presas de residuos constituyen estructu-ras heterogéneas, pues los materiales se segregan y de-positan con granulometrías muy distintas.

Por otro lado, las chimeneas de drenaje y tuberías dedesagüe deben dejarse en unas condiciones tales que no :constituyan un origen potencial de problemas derivados desu rotura o de riesgo para las personas y el medioambiente.

Las obras que se pueden llevar a cabo para la clausurade una presa son las siguientes:

— Sí el lugar es accesible para las personas y los ani-

Si los lodos están sometidos a un proceso dearrastre y lavado y existe riesgo decontaminación por su salida a través de la tuberíade desagüe se procederá al cierre de estamediante un tapón filtro de grava y escollera. Fig4.13.Si los efluentes se prevén con pH ácido serecomienda que el material del tapón sea calizopara neutralizar las aguas.



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6.5. Puesta en uso productivo de los terrenosrecuperados

La definición del «uso productivo» influye de manerasignificativa en las formas de recuperar las presas deresiduos.

Normalmente, el UCD productivo se define a partir de los

usos que poseen los terrenos que circundan a la mina,además de considerar la política seguida en la integraciónen el paisaje. La recuperación puede consistir entoncesen la instalación de una simple cubierta vegetal protecto-ra, utilizando especies autóctonas, hasta el aprovecha-miento agrícola de los terrenos, si se dispone de un me-dio adecuado.

Si las actividades mineras continúan después del aban-dono de las presas, un uso productivo posible en muchoscasos ha sido la recuperación de minerales a partir de loslodos depositados. Los cambios tecnológicos en los pro-cesos mineralúrgicos y las cambiantes condiciones eco-nómicas hacen que los depósitos de residuos se revalo-ricen en el transcurso del tiempo llegando a ser rentable

su reexplotación y aprovechamiento.

BIBLIOGRAFÍA

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4 presas de residuos

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