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DISEO DE DEPSITO DE RELAVES1.IntroduccinSe sabe que la industria minera concentrada en la extraccin de diferentes minerales (la produccin de mineral), genera cantidades significativas de materiales de desecho (relaves), los que deben ser correctamente almacenados. Dando origen a los depsitos de relaves que son proyectos que se caracterizan por ser multidisciplinario, englobando temas de geologa, mecnica, geotecnia, civil, topografa, control e instrumentacin, prevencin de riesgos, estimacin de costos y aseguramiento de calidad. Imponiendo importantes desafos en su diseo y construccin, pues se debe asegurar su estabilidad mediante una solucin econmicamente factible que requiere de una ingeniera de alto nivel.

2.Depsito de relavesLos depsitos de relave almacenan desechos provenientes del proceso de produccin del mineral con el fin de favorecer la decantacin de partculas slidas y la posterior recuperacin de aguas de proceso.Su construccin se realiza clasificando y depositando separadamente las partculas gruesas y finas las cuales son transportadas previamente de forma hidrulica. Las arenas se disponen perimetralmente formando el muro de contencin de la presa, mientras que las partculas finas son situadas al interior de la estructura, donde lentamente decantan. El agua liberada, se extrae posteriormente mediante torres de captacin y/o bombeo y es reconducida hacia la planta de procesamiento.

3.Tipos de relavesRELAVES ESPESADOSEste sistema de depsito que no requiere de un dique o muro contenedor para su construccin. El procedimiento se basa en la mayor viscosidad que alcanza la pulpa de relave al aumentar la concentracin de slidos.

RELAVES FILTRADOSEs 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 vaco.RELAVES EN PASTALos relaves en pasta corresponden a una mezcla de agua con slido, que contiene abundante partculas finas y un bajo contenido de agua, la mejor propiedad de las pastas de relaves es que pueden ser eficientemente trasportadas en tuberas sin los problemas de segregacin o sedimentacin, y adems tiene aceptacin ambiental de la comunidad.

4.Presa de relavesConsiderando especficamente las presas de relave como estructuras de retencin de rellenos mineros, stas pueden ser divididas bsicamente en dos grupos:

presas o diques detipo convencional

rellenos hidrulicos construidos por etapas

4.1.Presas o diques detipo convencional

Son construidas de acuerdo a los mtodos y tecnologa usualmente utilizada en geotecnia para las presas de enrocamiento, tales estructuras constituyen unaalternativaensituaciones donde volmenes apreciables de agua o efluentes no recirculan y son almacenados junto con el relleno slido, o cuando las caractersticas del relave no permiten un adecuado diseo de presa de relleno hidrulico.

4.2.Rellenos hidrulicos construidos por etapasConstituyen el tipo de estructura ms utilizado en el pas para la retencin de residuos de mineralizacin, stos se clasifican en tres grupos de acuerdo al mtodo constructivo: relleno construido aguas abajo, relleno aguas arriba y rellenos en lnea central. Estas denominaciones se refieren a la direccin en que la cresta del relleno se mueve en relacin al dique de contencin inicial a medida que la estructura aumenta de altura

4.2.1.El mtodo aguas arribaLos relaves son descargados en la parte superior de la represa inicial usando mangueras o ciclones para desarrollar un dique compuesto de fraccin gruesa. La lnea central de la parte superior de la represa es cambiada hacia el rea de la laguna conforme la altura de la represa aumenta. El extremo aguas debajo de cada etapa subsiguiente, es apoyado sobre lapartesuperiordeldiquedegruesoscon laporcinaguasarribadediqueubicadasobrelos relaves finos. Estos relaves tienen un esfuerzo de corte bajo. Conforme la altura de la represa aumenta, la superficie potencial de falla se desplaza una distancia cada vez mayor de la cara aguas abajo y a travs de los finos. Como resultado, la superficie exterior contribuye menos a la estabilidad conforme la altura aumenta.

Cuando el mtodo de construccin aguas arriba es usado, la represa y las lamas retenidas estn en condiciones de estabilidad lo suficientemente pobres que la estructura puede fallarpor licuefaccin si es expuestaa un choquessmico. Las vibracionespueden serproducidaspor terremotos, explosiones, camiones pesados, etc.

4.2.2.El mtodo aguas abajoEn este mtodo la lnea central de la parte superior de la represa es desplazada aguas abajo conforme la altura de la represa aumenta. Tambin se requiere de una represa inicial la cual debe ser impermeable a la menor filtracin. Esto requiere que la represa inicial sea generalmente construida con material prestado o compactado. Cada etapa subsiguiente de la construccin del dique es apoyada en la parte superior del talud aguas debajo de la seccin anterior.

Para minimizar la filtracin a travs de la represa que es construida con relaves, normalmente es recomendable que la cara aguas arriba sea sellada. Un procedimiento consiste frecuentemente en colocar una capa de suelo impermeable. Otra forma de minimizar la filtracin consiste en manguerear al menos parte de los finos desde la cresta de la represa sobre la cara del talud aguas arriba.

4.2.3.El mtodo de la lnea centralCon este mtodo, la cresta es mantenida en la misma posicin horizontal, conforme la altura de la represa aumenta. La represa es elevada extendiendo y compactando el relave grueso adicional en la parte superior, sobre las caras aguas arriba y aguas abajo. La graduacin gruesa del relave es necesaria para proporcionar un rpido drenaje y poder soportar el equipo de construccin.

Excepto para represas pequeas, los relaves ubicados sobre el talud aguas abajo deben ser siempre compactados. Uno de los ms importantes criterios sobre estabilidad de la represas de tierra es desarrollar la mxima estabilidad en el extremo y reas del talud aguas abajo.

5.Anlisis de estabilidad de presas detaludesEl diseose iniciar conla seleccinde materialesy su distribucin o zonificacin dentro de la seccin de la presa, as como el anlisis de las condiciones de inicio, que pueden afectar el comportamiento de la estructura. El proyecto de una presa de relaves considera los siguientes anlisis: Estabilidad contra el desbordamiento. Estabilidad contra el flujo incontrolado Estabilidad contra la erosin interna. Estabilidad contra la licuefaccin.

5.1.Estabilidad contra el desbordamientoEl 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 mnimo para contener la descarga del flujo de relaves, as como el agua de precipitacin pluvial que cae en el depsito y el agua de escorrenta que ingresa al depsito de la cuenca de drenaje tributara

5.2.Estabilidad contra el flujo incontroladoTeniendo en cuenta que el nivel fretico afecta en gran magnitud la estabilidad total de la presa, bajo condiciones de carga esttica y ssmica, es de gran importancia mantener el nivel fretico tan bajo como sea posible en las cercanas de la cara de la presa. La regla principal que gua el diseo de presas relacionado con el control del nivel fretico, es que la disposicin de los materiales en la seccin de la presa debe permitir el incremento de la permeabilidad en la direccin del flujo, de manera que el nivel fretico mantenga una posicin gradualmente ms baja.

Efectos de la zonificacin interna en la posicin del nivel fretico5.3.Estabilidad contra la erosin interna o tubificacin Otro de los aspectos que debemos conocer para el diseo de depsitos de relaves, es el fenmeno de tubificacin, al cual puede definirse como el movimiento del agua que fluye por el suelo venciendo las fuerzas viscosas que se oponen en su recorrido. En otras palabras, el fenmeno se presenta cuando las filtraciones a travs de un suelo se presentan con velocidades mayores a un cierto lmite, al cual se le denomina Velocidad Crtica

La susceptibilidad de un suelo frente a la tubificacin es funcin de la plasticidad, sin embargo, la tubificacin incipiente ocurre cuando la presin del agua de filtracin, en cualquier punto de la cimentacin de la presa, es mayor que el peso del suelo saturado en ese punto. Bajo tales condiciones, el suelo llega a estar sobresaturado rpidamente e incapaz de soportar cualquier carga; la tubificacin es inminente. Una forma muy rpida de conocer la resistencia frente al fenmeno de tubificacin es saber el ndice de plasticidad del material, segn esto se puede predecir la susceptibilidad

5.4.Estabilidad contra la licuefaccin La licuefaccin es la perdida total de la resistencia al corte de un suelo saturado por incremento de la presin de poros. El caso ms frecuente de licuefaccin ocurre por accin ssmica sobre materiales areno-limosos saturados. Los relaves saturados son altamente susceptibles a licuefaccin ssmica, en especial, si la permeabilidad y densidad son bajas. Es el fenmeno ms preocupante que ocurra en un tranque de relaves.

6.Tipos de falla de la presa de relaveDurante la construccin del muro resistente del inicio de la etapa de llenado del depsito, las condiciones de la presa y del cimento varan considerablemente, las laderas afectadas se saturan de tal manera, que durante la ocurrencia de un sismo, se generan vibraciones y fuerzas que actan de distinta forma a como lo hacan en condiciones naturales. Los tipos de falla que pueden presentarse en una presa afectada por un movimiento ssmico son:

Deslizamientos: causados por esfuerzos de corte en la presa o en su cimentacin. Las vibraciones generadas originan fuerzas verticales y horizontales, con lo cual los esfuerzos de corte, tanto en la fundacin como en la presa, se incrementan produciendo deslizamientos y fallas, tal como se observa en la siguiente figura.

b) Tubificacin (erosin interna): los movimientos diferenciales ocasionados por asentamientos y/o desplazamientos de la presa, originan grietas a travs de las cuales y debido a la fuerza de arrastre del gradiente hidrulico, se genera un conducto, que facilita la erosin interna del material que migra hacia el exterior hasta producir el colapso de la presa.

c) Prdida de borde libre debido a asentamientos: los asentamientos de la presa, hacen que el coronamiento de la presa descienda, produciendo que el resguardo se reduzca y facilitando el sobrepaso del agua, con la consiguiente erosin y colapso posterior del terrapln. Esta prdida de resguardo puede ser tambin ocasionado, por movimientos relativos entre el vaso y la presa, debido al desplazamiento de fallas geolgicas.

d) Rotura de la presa: un movimiento ssmico puede provocar desplazamientos tanto en sentido vertical, como en sentido horizontal de alguna falla existente, lo cual a su vez puede provocar la rotura del muro de la presa ocasionando su colapso. Estos movimientos se pueden observar en elevacin y en planta como en la siguiente figura.

e) Deslizamientos en el vaso del almacenamiento:las laderas circundantes al vaso de almacenamiento se saturan, disminuyendo su estabilidad al producirse un sismo. Estas superficies pueden ceder y caer al interior del embalse provocando el ascenso del nivel de agua y oleajes que pueden sobrepasar el muro resistente de la estructura.

7.Manejo hidrulico

La precipitacin y el flujo regional de agua subterrnea interactan con los depsitos de relaves y botaderos produciendo lixiviados, que es agua contaminada con metales pesados y otros componentes con los que est en contacto a medida que se desplaza por el depsito. Las filtraciones de lixiviados contaminan el agua subterrnea debajo de los depsitos de relave y botaderos y forma la llamada pluma de contaminacin.El flujo de agua subterrnea causa que las plumas de lixiviados se extiendan fuera de los botaderos y depsitos de relaves, en algunos casos, unos cientos de metros.

MANEJO DEL AGUA CAPILAR

Buena parte del volumen de un depsito de relaves (de hecho todo lo que est por encima de la superficie fretica) se encuentra permanentemente en una condicin de saturacin parcial. Es decir que los poros del material estn llenos con ms de un fluido (comnmente aire y agua) y debido al fenmeno de tensin superficial, la presin de agua es inferior a la atmosfrica. En esta zona no saturada tienen lugar una serie de fenmenos singulares tales como infiltracin, evaporacin, ascenso capilar, retraccin, agrietamiento, etc. La capacidad de las granulometras finas, contenidas en un relave tpico, para provocar ascenso capilar es enorme.El ascenso capilar hace que el material por sobre la superficie fretica mantenga un grado de saturacin elevado, cercano al 100%. La presencia en un depsito de grandes volmenes de material en ese estado de quasi-saturacin puede constituir un factor que incremente el peligro de falla, ya que aportes relativamente pequeos de agua, provenientes de lluvia por ejemplo, pueden producir ascensos de la superficie fretica inesperadamente rpidos. Adems esta agua capilar no puede ser drenada por gravedad y su presencia no se detecta con piezmetros.

La modelacin de este caso de estudio se llev a cabo mediante un programa de elementos finitos denominado Code_Bright (Olivella et al ,1996), que permite resolver de forma acoplada los problemas mecnico (consolidacin y deformacin bajo la carga creciente de los relaves vertidos) y de flujo de agua, tanto en condiciones saturadas como no saturadas (drenaje, infiltracin, evaporacin, ascenso capilar, etc.)

8.Recirculacin de agua

9.Programa de monitoreoLos objetivos de un programa de monitoreo del talud de la relavera son:Proporcionar un aviso anticipado de la inestabilidad Proporcionar informacin geotcnica para analizar los mecanismos de desplazamiento de la pendiente, para designar medidas correctivas. Mantener los procedimientos operacionales de seguridad con el fin de proteger al personal y los equipos.Un programa de monitoreo permite establecer medidas de prevencin para evitar deslizamientos, colapsos de estructuras frente a potenciales fallas por accin dinmica. Durante la operacin del depsito se instalarn los puntos de monitoreos tales como la instalacin de inclinmetros, piezmetros, puntos de control geodsico y puntos de control topogrfico. Durante la construccin del depsito se instalarn los puntos de monitoreos tales como la instalacin de inclinmetros, piezmetros, puntos de control geodsico y puntos de control topogrfico los puntos estratgicos sern establecidos por consultor.Inclinmetros.El inclinmetro permitir determinar los desplazamientos del talud de los bancos del depsito de relaves a diferentes profundidades, as como asentamientos de los materiales. Dichos desplazamientos son de gran utilidad para evaluar el grado de estabilidad. Los monitoreos inclinomtricos, se basan en las deformaciones que puedan sufrir los materiales ante las cargas laterales o gravitacionales, las cuales son determinadas por medio de observaciones

Piezmetros Se instalarn piezmetros hidrulicos en diferentes lugares del depsito de relaves para realizar el monitoreo geotcnico con la finalidad de determinar la variacin del nivel fretico y la calidad de aguas subterrneas. El monitoreo se realizar despus de un par de meses de iniciada la operacin de funcionamiento del depsito de relaves, el Ingeniero responsable del manejo de la relavera determinar la frecuencia de los monitoreos y establecer las medidas pertinentes del caso