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DEPOSITO DE RELAVES 2014
5-7-2014
Depósito de relaves | Junior J. Santa María Solórzano
UNMSM DEPOSITO DE RELAVES
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1. INTRODUCCION
Las presas son generalmente las más peligrosas estructuras de la ingeniería, más aun las
presas de relave. La falla de una presa, puede causar gran pérdida de vidas y de
propiedades, cuyo valor puede ser mucho mayor que el de la presa en sí, su objetivo detrás
de un arduo estudio es satisfacer los criterios de estabilidad ante alguna actividad sísmica,
por el lado ambiental, minimizando el riesgo de infiltraciones, e incorporar materiales
disponibles localmente para la construcción cuyo costo sea económicamente ventajoso pero
sin comprometer la seguridad.
Este tipo de proyectos se caracteriza por ser multidisciplinario, trata temas de geología,
procesos, mecánica, geotecnia, civil, topografía, control e instrumentación, prevención de
riesgos, estimación de costo y aseguramiento de calidad.
Por ello su importancia en su estudio radica en evitar valiosas pérdidas, en el presente
trabajo se expone para conocimiento de los alumnos, una visión general que comprende la
construcción de una presa de relave, la importancia de conocer las partes de ésta, los tipos
de presas existentes, los posibles derrumbes por falla o por circunstancias sísmicas, como
también los criterios para su eficiente construcción, espero que este trabajo sirva de ayuda
en algún momento en el que por circunstancias de la carrera haga falta.
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2. DEPOSITOS DE RELAVE
Los depósitos de relave almacenan desechos provenientes del proceso de producción del mineral al interior de sus vasos con el fin de favorecer la decantación de partículas sólidas y la posterior recuperación de aguas de proceso. Su construcción se realiza clasificando y depositando separadamente las partículas gruesas (arenas) y finas (bajo malla #200 ASTM) las cuales son transportadas previamente de forma hidráulica. Las arenas se disponen perimetralmente formando el muro de contención de la presa, mientras que las partículas finas son situadas al interior de la estructura, donde lentamente decantan. El agua liberada, se extrae posteriormente mediante torres de captación y/o bombeo y es reconducida hacia la planta de procesamiento.
En este tipo de depósitos no se requiere impermeabilización y por lo tanto no se cuenta con ningún tipo de núcleo.
Estos depósitos generalmente construidos en cerradas de valle, alcanzan más de 100m de altura y pueden ser construidos en su totalidad en el mismo residuo depositado o contar con un muro resistente de empréstito (embalse de relaves). Su construcción suele realizarse mediante el sistema de relleno hidráulico. Luego de ser procesado, el material es transportado mediante tuberías o canaletas hacia el depósito, con una concentración de sólidos inferior al 50% en peso.
El agua liberada en el vaso, se extrae posteriormente mediante torres de captación y bombeo y es reconducida hacia la planta de procesamiento, en conjunto en las aguas captadas por drenes dispuestos bajo el muro de arenas.
Se encuentran siempre en etapa de crecimiento durante la vida útil de la obra, con una variación permanente de presiones intersticiales y un crecimiento que muchas veces, no permite un adecuado inicio del proceso de consolidación. Un ritmo de crecimiento excesivo, provoca un aumento en la presión de poros, no dando tiempo al material para consolidar y disipar el exceso de presión de agua generado al aumentar la carga vertical, esta situación puede desestabilizar los taludes de la presa. Por otro lado la gran variedad de minerales extraídos alrededor del mundo, implica una gran diversidad en las propiedades
Presa de Relave, Consorcio Minero Horizonte
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geotécnicas de los relaves. Esta situación, obliga a realizar para cada caso en particular, suficientes ensayos de caracterización y determinación de parámetros.
2.1 COMPONENTES
1.- Coronamiento 2.- Borde libre 3.-Nivel de agua del proyecto 4.-Talud de aguas arriba 5.-Nivel del terreno aguas arriba 6.-Corona 7.-Cuerpo de apoyo aguas arriba 8.-Nucleo impermeable
9.-Cuerpo de apoyo aguas abajo 10.-Talud de lado de aguas abajo 11.-Uña 12.-Nivel del terreno original 13.-Altura del dique 14.-Ancho de la base 15.-dique de arranque
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3. TIPOS DE PRESA DE RELAVE
Considerando específicamente las presas de relave como estructuras de retención de rellenos mineros, éstas pueden ser divididas básicamente en dos grupos: presas o diques de tipo convencional y rellenos hidráulicos construidos por etapas.
LAS PRESAS DE TIPO CONVENCIONAL
Son construidas de acuerdo a los métodos y tecnología usualmente utilizada en geotecnia para las presas de enrocamiento, tales estructuras constituyen un alternativa en situaciones donde volúmenes apreciables de agua o efluentes no recirculan y son almacenados junto con el relleno sólido, o cuando las características del relave no permiten un adecuado diseño de presa de relleno hidráulico.
LOS RELLENOS CONSTRUIDOS POR ETAPAS
Constituyen el tipo de estructura más utilizado en el país para la retención de residuos de mineralización, éstos se clasifican en tres grupos de acuerdo al método constructivo: relleno construido aguas abajo, relleno aguas arriba y rellenos en línea central. Estas denominaciones se refieren a la dirección en que la cresta del relleno se mueve en relación al dique de contención inicial a medida que la estructura aumenta de altura.
Para una misma altura de relleno la presa que emplea el mayor volumen de material es la construida por el método aguas abajo, mientras que la construida aguas arriba presenta la desventaja de apoyarse sobre una fundación constituida por materiales casi siempre no consolidados, por ello la mayor parte de presas construidas por este método no son muy estables. En efecto, progresivamente los materiales de construcción vienen a reposar sobre los productos ya almacenados, si estos últimos están constituidos por materiales compresibles y poco resistentes la obra no es estable y es causa de deformaciones importantes y por lo tanto hay un gran riesgo de deslizamiento.
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3.1 EL MÉTODO AGUAS ARRIBAS Se construye una represa inicial en la zona aguas abajo. Es importante que esta represa inicial sea lo suficientemente permeable al paso del agua de filtración y que la porción aguas debajo de la represa sea diseñado para resistir los poros de agua y aire retenido.
Los relaves son descargados en la parte superior de la represa inicial usando mangueras o ciclones para desarrollar un dique compuesto de fracción gruesa. La línea central de la parte superior de la represa es cambiada hacia el área de la laguna conforme la altura de la represa aumenta. El extremo aguas debajo de cada etapa subsiguiente, es apoyado sobre la parte superior del dique de gruesos con la porción aguas arriba de dique ubicada sobre los relaves 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 través de los finos. Como resultado, la superficie exterior contribuye menos a la estabilidad conforme la altura aumenta.
Cuando el método de construcción aguas arriba es usado, la represa y las lamas retenidas están en condiciones de estabilidad lo suficientemente pobres que la estructura puede fallar por licuefacción si es expuesta a un choque sísmico. Las vibraciones pueden ser producidas por terremotos, explosiones, camiones pesados, etc.
PRESA AGUAS ARRIBA
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3.2 EL MÉTODO AGUAS ABAJO En este método la línea central de la parte superior de la represa es desplazada aguas abajo conforme la altura de la represa aumenta. También se requiere de una represa inicial la cual debe ser impermeable a la menor filtración. Esto requiere que la represa inicial sea generalmente construida con material prestado o compactado. Cada etapa subsiguiente de la construcción del dique es apoyada en la parte superior del talud aguas debajo de la sección anterior.
Si los relaves son empleados durante la construcción, solo deberá emplearse la parte gruesa. Anterior a cada extensión aguas abajo deberá prepararse una cama permeable de drenaje de por lo menos 0.90 m de espesor o sistemas de canales alternativos con el fin de reducir la posibilidad de la formación de poros de agua lo cual reduce el esfuerzo de corte. Si la represa será ubicada en una zona potencialmente sísmica y/o excediera en altura a los 15 m, deberá compactarse la extensión aguas abajo.
SECUENCIA DE ELEVACION, PRESA AGUA ARRIBA
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Para minimizar la filtración a través 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 filtración consiste en manguerear al menos parte de los finos desde la cresta de la represa sobre la cara del talud aguas arriba.
PRESA AGUAS ABAJO
SECUENCIA DE ELEVACION, PRESA AGUAS ABAJO
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3.3 EL MÉTODO DE LA LÍNEA CENTRAL Con este método, la cresta es mantenida en la misma posición 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 graduación gruesa del relave es necesaria para proporcionar un rápido drenaje y poder soportar el equipo de construcción. Excepto para represas pequeñas, los relaves ubicados sobre el talud aguas abajo deben ser siempre compactados. Uno de los más importantes criterios sobre estabilidad de la represas de tierra es desarrollar la máxima estabilidad en el extremo y áreas del talud aguas abajo.
PRESA LINEA CENTRAL
SECUENCIA DE ELEVACIÓN, PRESA LINEA CENTRAL
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4. DISEÑO DE UNA PRESA DE RELAVES El concepto general del diseño para el depósito de relaves es construir una presa de arranque, antes del comienzo de las operaciones, usando materiales de construcciones disponibles localmente y elevar la presa de arranque empleando relaves ciclonados underflow durante las operaciones de depósito de relaves.
1. GEOLOGÍA DEL ÁREA DE ESTUDIO 1.1.1. -Relieve topográfico 1.1.2. -Geología Local 1.1.3. -Geología Estructural 1.1.4. -Geomorfología de la zona de estudio
2. HIDROLOGIA 3. ASPECTOS SISMICOS DEL AREA
3.1.1. -Zonifiación Sísmica 3.1.2. -Intensidad
4. INVESTIGACIONES GEOTECNICAS 4.1.1. -Sondajes 4.1.2. -Calicatas 4.1.3. -Registros de Investigación de los Suelos 4.1.4. -Investigaciones y Ensayo de Laboratorio 4.1.5. -Clasificación de Suelos 4.1.6. -Perfil del Suelo 4.1.7. -Ensayos de Permeabilidad, Corte Directo, Consolidación
5. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES DE LA CIMENTACION, MATERIALES DE RELAVE Y MATERIALES DE PRESTAMO
6. ANALISIS DE CIMENTACION 7. ANALISIS DE ESTABILIDAD FISICA Y DISEÑO DE TALUDES 8. CARACTERIZACION DEL MATERIAL DE RELAVE 9. CRITERIOS PARA EL DISEÑO DEL DEPOSITO DE RELAVES
9.1.1. -Consideraciones para el diseño del depósito de relaves 9.1.2. -Capacidad de almacenamiento del deposito 9.1.3. -Volumen de almacenamiento en la presa de relaves 9.1.4. -Sistema de protección del vaso de la presa 9.1.5. -Dique de arranque 9.1.6. -Sistema de Drenaje 9.1.7. -Método de Disposición
10. OBRAS PARA LA CONSTRUCCION DEL DEPOSITO DE RELAVES 10.1.1. -Construcción del vaso de la presa de relaves 10.1.2. -Construcción del dique de la presa 10.1.3. -Recubrimiento del suelo de cimentación del deposito 10.1.4. -Instalación del sistema de drenaje y subdrenaje 10.1.5. -Sistema de transporte y descarga de los relaves 10.1.6. -Pozas para captar aguas residuales 10.1.7. -Sistemas de recirculación
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5. ESTABILIDAD DE TALUDES EN PRESAS DE RELAVE Los depósitos de relave han ido creciendo en tamaño en las últimas décadas debido a explotaciones mineras de mayores dimensiones y mayor tasa de operación, a la necesidad de concentrar la disposición en pocos lugares de manera de reducir el área afectada y el impacto ambiental, entre otros factores.
Esto ha llevado paulatinamente al diseño de depósitos de gran altura y capacidad, donde alturas de muros sobre 150 m son hoy comunes. Teniendo en cuenta que la estabilidad de estas obras es uno de los elementos claves de diseño, pues no pueden presentar fallas debido al altísimo impacto ambiental y a la seguridad de la población.
En nuestro país, los análisis de estabilidad de taludes consideran un valor mínimo de Factor de Seguridad, FS de 1.5 en la condición estática, sin sismo. Para la condición seudo-estática se considera un coeficiente sísmico equivalente a 2/3 – ½ de la aceleración sísmica de diseño. El período de exposición sísmica es de 500 años.
Los análisis de estabilidad asumen superficies de falla tipo circular, planar o un fallamiento tipo bloques. Se utiliza el método de equilibrio límite riguroso de Spencer, 1996. Para la realización de los análisis de estabilidad se utiliza el programa de cómputo Slope.
Los análisis de estabilidad consideran el comportamiento drenado mediante el uso de los parámetros de resistencia efectivos de materiales granulares, típicos de los materiales gruesos que conforman el dique de relaves gruesos y el material de desmonte de mina que conforma el dique de pie. El comportamiento de resistencia no drenada se aplica a los relaves finos acumulados en el vaso, considerando un ángulo de fricción nula.
Para el modelamiento de la cimentación conformado por el afloramiento rocoso se consideran los parámetros de resistencia drenados. Asimismo, se considera de manera conservadora la influencia de humedecimientos y filtraciones en la estabilidad, a través de la distribución de las presiones de poro, en el cuerpo y la cimentación de los taludes.
La estabilidad física implica la estabilidad de taludes, con lo que se protege de derrumbes o deslizamientos tanto a las áreas cercanas como aquellas más alejadas ubicadas aguas abajo.
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PROCEDIMIENTO GENERALIZADO PARA EL ANALISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES EN PRESAS DE RELAVES (VICK, 1983)
RESUMEN DE LAS CONDICIONES DE ANÁLISIS DE ESTABILIDAD PARA PRESAS DE RELAVE (VICK, 1983)
La estabilidad física considera las características geotécnicas del sitio y otros factores como las precipitaciones y la acción sísmica.
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6. ANALISIS DE ESTABILIDAD DE PRESAS DE TALUDES Luego de haber definido la ubicación del sitio de la presa y seleccionado el tipo de presa, se procede al diseño de la estructura. El diseño se iniciará con la selección de materiales y su distribución o zonificación dentro de la sección de la presa, asi como el análisis de las condiciones de inicio, que pueden afectar el comportamiento de la estructura.
El proyecto de una presa de relaves considera los siguientes análisis:
6.1 ESTABILIDAD CONTRA EL DESBORDAMIENTO 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 de 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 tributaria.
6.2 ESTABILIDAD CONTRA EL FLUJO INCONTROLADO 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. 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.
6.3 ESTABILIDAD CONTRA LA EROSION INTERNA O TUBIFICACION Otro de los aspectos que debemos conocer para el diseño de depósitos de relaves, es el fenómeno de tubificación, 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 fenómeno se presenta cuando las filtraciones a través de un suelo se presentan con velocidades mayores a un cierto límite, al cual se le denomina “Velocidad Crítica”
La susceptibilidad de un suelo frente a la tubificación es función de la plasticidad, sin embargo, la tubificación incipiente ocurre cuando la presión del agua de filtración, en cualquier punto de la cimentación de la presa, es mayor que el peso del suelo saturado en ese punto. Bajo tales condiciones, el suelo llega a estar sobresaturado rápidamente e incapaz de soportar cualquier carga; la tubificación es inminente.
Una forma muy rápida de conocer la resistencia frente al fenómeno de tubificación es saber el índice de plasticidad del material, según esto se puede predecir la susceptibilidad.
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-Gran Resistencia a la tubificación:
- Arcilla muy plástica, bien compactada con índice de plasticidad mayor a 15.
-Arcilla muy plática, con compactación deficiente, pero con índice de plasticidad mayor a 15.
-Resistencia Media a la Tubificación:
-Arena bien graduada, o mezclas de arena y grava, con contenido de arcilla de plasticidad media, bien compacta, con índice de plasticidad mayor de 6%.
-Arena bien graduada, o mezcla de arena y grava, con contenido de arcilla de plasticidad media e índice platico mayores del 6%, deficientemente compactada.
-Mezclas no plásticas, bien graduadas y bien compactadas de grava, arena y limo, con índice de plasticidad menor de 6%.
-Baja Resistencia a la Tubificación:
-Mezcla no plástica, bien graduada, deficientemente compactada, de grava, arena y limo, con índice de plasticidad menor de 6%.
Conocida la susceptibilidad del material de la cimentación o del cuerpo del depósito frente a la tubificación, de acuerdo al grado de resistencia, se debe calcular su factor de seguridad para la base del dique.
6.4 ESTABILIDAD CONTRA LA LICUEFACCIÓN. De acuerdo al informe técnico sobre la evaluación de la resistencia a la licuefacción de suelos del Centro Nacional de Investigación de Ingeniería en Terremotos (NCEER) de la Universidad de New York, Estados Unidos, elaborado por Youd y otros (2001), la licuefacción se define como la transformación del material granular desde un estado sólido a uno licuado, como consecuencia del aumento en la presión de poros y una reducción de la tensión efectiva. El aumento de la presión de poros es inducido por la tendencia a compactar del material granular cuando este, está sujeto a deformaciones de corte cíclico.
Este fenómeno, se puede presentar en suelos de tipo granular fino, con baja densidad relativa y en estado saturado, anulando la capacidad de resistencia a esfuerzos de corte, como consecuencia del aumento de la presión intersticial originado por las vibraciones de tipo dinámico (sismos, voladuras, pilotajes, etc). La anulación de las tensiones tangenciales, provoca a su vez, que el terreno se comporte como un pseudo-líquido.
Entre las causas que afectan la intensidad del fenómeno de licuación se encuentran:
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Magnitud del movimiento sísmico: dependerá a su vez de la energía que efectivamente afecta al emplazamiento del depósito (distancia hipocentral del sismo y condiciones locales del suelo).
Duración del movimiento sísmico: para sismo intensos predominar la condición no drenada y se producirá el aumento de la presión intersticial.
Granulometría del suelo: los suelos más susceptibles a sufrir licuación son aquellos que poseen granulometría uniforme (arenas finas uniformes, Cu ≥ 2).
Densidad relativa: una arena suelta es más susceptible a licuar durante la acción de una carga dinámica, que la misma arena en estado más compacto.
Profundidad del nivel freático: la ubicación del nivel freático en un depósito arenoso, regirá la condición de saturación y el esfuerzo efectivo.
A nivel del terreno, la alta presión de poros producida por la licuefacción, puede causar que esta fluya rápidamente hacia la superficie, durante y después de un sismo. Si este flujo es lo suficientemente rápido se produce también el arrastre de partículas de arena a través de grietas hacia la superficie, donde son depositadas en forma de volcanes de arena (Johansson, 2000)(Seed ana Idriss 1982) consideran que un suelo puede licuar si:
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-El porcentaje en peso de partículas <0.005 mm es menor del 15 %
-El limite liquido del suelo es: LL<35
-La razón de humedad y límite líquido es w/LL > 0.9
Para que un suelo licue es necesario que las solicitaciones dinámicas que efectivamente alcanza la zona de emplazamiento de la presa, sean superiores a la resistencia cíclica del suelo. Los estudios de licuefacción sísmica de Seed (1966) llevaron a postular que si la presión de confinamiento, el suelo alcanzará el estado de licuefacción inicial, mientras que si la arena sometida a acción cíclica alcanza el 20% de deformación se alcanzara la licuefacción total.
Otros efectos producidos por la licuefacción son la pérdida de capacidad portante del suelo, subsidencias e inestabilidad de taludes y de muros de contención.
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7. TIPOS DE FALLAS EN UNA PRESA DE RELAVE Durante la construcción del muro resistente del inicio de la etapa de llenado del depósito, las condiciones del terraplén y del cimento varían considerablemente, las laderas afectadas se saturan de tal manera, que durante la ocurrencia de un sismo, se generan vibraciones y fuerzas que actúan de distinta forma a como lo hacían en condiciones naturales.
Los tipos de falla que pueden presentarse en una presa afectada por un movimiento sísmico son:
a) Deslizamientos: causados por esfuerzos de corte en el terraplén o en su cimentación. Las vibraciones generadas originan fuerzas verticales y horizontales, con lo cual los esfuerzos de corte, tanto en la fundación como en el terraplén, se incrementan produciendo deslizamientos y fallas, tal como se observa en la siguiente figura.
b) Tubificación (erosión interna): los movimientos diferenciales ocasionados por asentamientos y/o desplazamientos del terraplén, originan grietas a través de las cuales y debido a la fuerza de arrastre del gradiente hidráulico, se genera un conducto, que facilita la erosión interna del material que migra hacia el exterior hasta producir el colapso de la presa.
a) DESLIZAMIENTOS
b) TUBIFICACION
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c) Pérdida de borde libre debido a asentamientos: los asentamientos del terraplén o de la fundación, hacen que el coronamiento de la presa descienda, produciendo que el resguardo se reduzca y facilitando el sobrepaso del agua, con la consiguiente erosión y colapso posterior del terraplén. Esta pérdida de resguardo puede ser también ocasionado, por movimientos relativos entre el vaso y la presa, debido al desplazamiento de fallas geológicas.
d) Rotura de la presa: un movimiento sísmico 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 terraplén de la presa ocasionando su colapso. Estos movimientos se pueden observar en elevación 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.
c) PÉRDIDAD DE BORDE LIBRE DEBIDO A ASENTAMIENTOS
d) ROTURA DE PRESA
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8. ACCIDENTES Y FALLAS EN PRESAS DE RELAVES
En nuestro país la influencia que tienen los terremotos en determinadas regiones, pueden originar fallas por efecto de la onda sísmica o el desarrollo del fenómeno licuefacción, que han originado en el pasado graves daños.
La manera en que una presa de relave puede fallar se relaciona con sus funciones básicas: fallas hidráulicas, debidas a la erosión de la superficie de la estructura; filtraciones excesivas o incapacidad para resistir las filtraciones a través de la presa o su cimentación; y fallas estructurales, como derrumbes o colapso estructural de la presa o su cimentación. Cada falla puede incluir uno o más de estos componentes y puede tener lugar independientemente, aunque algunas veces son interdependientes. Un análisis de los accidentes y fallas más comunes en presas de relave y sus comentarios acerca de las características de la falla, sus probables causas y medidas de prevención.
e) DESLIZAMIENTOS EN EL VASO DEL ALMACENAMIENTO
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TIPO DE FALLA CARACTERISTICAS DE LA FALLA CAUSAS PROBABLES MEDIDAS PREVENTIVAS DIAGRAMAS
1.- INESTABILIDAD DEL APOYO
(FALLAS ESTRUCTURALES)
-FALLA DEL TALUD AGUAS ABAJO POR DESLIZAMIENTOS
-PRESENCIA DE ESTRATOS
BLANCDOS O DEBILES EN LA CIMENTACION
-PRACTICAR UNA BUENA EXPLORACION DE CAMPO E INSPECCION DURANTE LA
CONSTRUCCIÓN
-SOCAVACIÓN DEL TALUD AGUAS
ABAJO POR TUBIFICACION
-PRESENCIA DE CANALES O CHIMENEAS
ANTIGUAS EN EL PIE AGUAS ABAJO
-PRESENCIA DE ROCAS CALIZAS Y/O
PROBLEMAS KARSTICOS
-INVESTIGACION DE CAMPO INSUFICIENTE
-DESCONOCIMIENTO DEL PRECEDENTE
-PROYECTO INADECUADO
2.- DESBORDES POR FLUJO DE
AGUA O FILTRACIONES
DESCONTOLADAS (FILTRACIONES
EXCESIVAS)
-SOCAVACION DEL TALUD AGUAS
ABAJO POR TUBIFICACION
-EROSION REGRESIVA
-PROBLEMAS HIDRAULICOS
-DRENAJE INSUFICIENTE O
INEXISTENTE
- FENOMENO PELIGROSO DE PREVENIR
-MACIZO DRENANTE O COLHON-FILTRO EN EL PIE DEL TALUD
3.- DIQUES Y MUROS DE ARRANQUE
INADECUADOS ( FALLAS
HIDRAULICAS)
-EROSION REGRESIVA
- CONSTRUCCION DE PRESA DE ARENA
SOBRE UN DIQUE DE ARRANQUE
INPERMEABLE
-DEBE CONSTRUIRSE UN DIQUE DE ARRANQUE CON MATERIALES
PERMEABLES CON GRANULOMETRIA CONVENIENTE
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-MOVIEMIENTO DE FINOS A TRAVES DE
UN DIQUE DE ESTERILES GRUESOS
-ACUMULACION DE FINOS TRAS EL
PARAMETRO AGUAS ARRIBA DE LA PRESA
- CONTROL DEL FLUJO DE AGUA -COLOCACION DE UN FILTRO
AGUAS ARRIBA
-INESTABILIDAD DE TALUD INICIAL
-INCLINACION DE LOS TALUDES DE LA
PRESA MUY EMPINADOS -PENDIENTE EXCESIVA
-UTILIZAR LAS INCLINACIONES LIMITE
-INICIAR CON PENDIENTE FUERTE E IR DISMINUYENDO CONFORME CRECE EN ALTURA LA PRESA
4.- DESORDENES POR MAL
FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE
DEPOSICION
-FLUJO RAPIDO DE AGUA PRODUCE
SIFONAMIENTO EN LA ARENA DEL
DIQUE
ELEVACION RAPIDA DEL NIVEL DE AGUA
EN EL EMBALSE -OTROS
-EVITAR QUE LA NAPA SOBREPASE EL NIVEL DE FINOS
-COLOCACION DE UN SISTEMA DE DECANTACIÓN DE SEDIMENTOS
-DESLIZAMIENTOS DEL TALUD AGUAS
ABAJO
-FALTA DE UNA BUENA VIGILANCIA
DEL FUNCIONAMIENTO DE LOS CICLONES
-CONTROL ESTRICTO DE LA DEPOSICION Y DE LOS CICLONES DEL MATERIAL DE RELAVE EN EL
EMBALSE
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-DESLIZAMIENTOS CATASTROFICOS (SOPLARSE LAS
RELAVERAS)
-PRESENCIA DE MATERIALES
FLUIDOS BLANDOS ENTRE UN
MATERIAL SECO DEPOSITADO
POSTERIORMENTE
-ES CONVENIENTE ELIMINAR LAS BOLSONADAS DE MATERIAL
FLUIDO U NO COLOCAR MATERIAL SECO SOBRE ELLAS
5.- VIBRACIONES Y OTROS
-LICUACION DE ARENAS SATURADAS
QUE ORIGINAN FALLAS TOTAL DE
LA PRESA
.EFECTOS SISMICOS POR TERREMOTOS
SEVEROS -PERDIDAD DE
ESFUERZO CORTANTE EN LOS MATERIALES QUE CONFORMAN EL
DIQUE
-ANALISIS DINAMICO DE LA PRESA -EVALUACION DEL POTENCIAL DE
LICUEFACCION PROBABLE -FILTROS CHIMENEA
-COMPACTACION ADECUADA DEL TERRAPLEN
-FORMACION DE LIQUIDO VISCOSO
QUE FLUYE -DESLIZAMIENTO
POR FLUJO
-VIBRACIONES ARTIFICIALES
PRODUCIDAS POR EXPLOSIONES EN LA
MINA -VIBRACION DE
VEHICULOS PESADOS U OTROS
-COMPACTACION ADECUADA DEL TERRAPLEN
-REGULAR LAS CARGAS DE EXPLOSIVOS EN FUNCION DE LAS
DISTANCIAS A LA PRESA
-DRENAJE INTERIOR ADECUADO
6.- LLUVIA Y ANIMALES
-EROSION IMPORTANTE EN
LOS TALUDES AGUAS ABAJO
-INFILTRACION DE AGUA DE LLUVIA -MADRIGUERAS O CUEVAS HECHAS POR ANIMALES
-UTILIZACION DE MATERIALES MUY PERMEABLES
-BUEN SISTEMA DE DRENJE SUPERFICIAL
-MALLAS DE ALAMBRE Y ESCOLLERAS PARA EVITAR
INGRESO DE ANIMALES
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9. NIVEL DE SEGURIDAD DE PRESAS DE RELAVE Se deberán evaluar periódicamente los riesgos derivados de una posible falla de la
presa de relave o de una mala operación. el análisis deberá tener en cuenta la importancia relativa de distintos factores: el número de personas de riesgo, probabilidad de ser afectados, factores económicos, sociales y ambientales.
Toda presa en que su eventual colapso o falla operativa pueda resultar en la pérdida de vidas humanas, deberá indispensablemente contar con un Plan de Acción Durante Emergencias (PADE).
Se deberá realizar el mantenimiento de múltiples actividades, tales como tareas de control del comportamiento estructural de las obras, la revisión periódica y actualización de los criterios de diseño y operativos, inspecciones y registros de instrumentación, detección de anomalías y su evaluación, acciones correctivas, ensayos de equipos hidromecánicos, preparación y actualización de planes de acción de emergencias y demás tareas relacionadas. Todas las tareas deben estar adecuadamente planificadas e integradas en el SGSP (Sistema de Gestión de Seguridad de Presas).
Se revisarán el estado de las instalaciones y de su comportamiento. El personal debe mantenerse actualizado con relación a nuevos procedimientos y
herramientas tecnológicas. A la vez los jefes deberán participar de los esfuerzos y avances de la industria y la ingeniería de presas, para una actualización y mejora permanente acorde a la importancia y complejidad de sus instalaciones.
Se deberá tener un registro actualizado de la documentación del proyecto de la presa y obras auxiliares, de la construcción, operación y de las actividades de gestión de la seguridad:
Permisos y licencias. Contratos de concesión Registros y memorias del proyecto Criterios de diseño y cálculo hidráulico y estructura empleados Registro de estudios hidrometeorológicos Registro de Investigación Geotécnica Registro de normas y reglamentos para el diseño, cálculo y especificación técnica. Planos conforme a obra Informes finales de construcción Registros fotográficos Lecturas de instrumentación Informes de inspecciones y ensayos Revisiones de Seguridad Estudios de investigación y especiales Incidentes y accidentes. Acciones a respuesta Registro de capacitación personal Registro de ensayos de órganos de control de compacidad Control de balance hídrico
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Planes de Acción durante emergencia. Prácticas y actualizaciones Toda otra información relevante para la seguridad Ciertos documentos, por su naturaleza, deberán estar bajo control, siendo revisados
y actualizados periódicamente. Entre los documentos bajo control se encuentran el Manual de Operación, Mantenimiento y Vigilancia y el Plan de Acción Durante Emergencias.
Se debe tener los límites operacionales claros e información confiable que permita asegurar el cumplimiento de dichos límites, en salvaguarda de la integridad de las estructuras y en prevención de eventuales accidentes. Estas restricciones deben tenerse en cuenta en el desarrollo de los procedimientos operativos y deberían incluir como mínimo:
Caudales máximos de descarga de los equipos de control Nivel máximo de operación de la presa de relave Límite máximo permisible de presión de poros Límite máximo de desplazamiento en función de la profundidad de la presa Restricciones ambientales Restricciones Hidrogeológicas Valor máximo de densidad para la comparación del grado de compactación Los encargados de las presas requieren de datos y sistemas para el respaldo de sus
decisiones. Entre la información y datos requerido se mencionan: Niveles Piezométricos y su variación en el tiempo Presiones de Poros y su variación en el tiempo Valores de desplazamiento horizontales en función de su profundidad Sistemas de información climática Sistema de información de caudales provenientes de escorrentía, relave minero,
zanjas de drenaje, Etc. Balance Hídrico y su estadística de crecida Curvas de descarga de los órganos de evacuación de caudales Herramientas para simular la operación de los embalses Se deberá contar con previsiones y/o adecuada preparación del personal, frente a
posibles desvíos de la condición normal, tales como las siguientes: Salida de servicio de equipos de control de caudal por mantenimiento u otra
actividad programada. Inoperatividad de los equipos de control de caudales por falta de energía, etc. Falla de una presa aguas arriba o de otra estructura de retención de agua. Descensos de flujo de escombros que pudiera afectar la estabilidad de la presa. Sumideros, asentamientos y/o filtraciones repentinas o aumento de caudales de
drenaje no previstos. Fallas en los sistemas de control. Imposibilidad de acceso al sitio de la presa. En presas de hormigón y estructuras auxiliares, las necesidades de mantenimiento
pueden incluir ítems como los siguientes:
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Limpieza periódica de los sistemas de drenaje internos y de la fundación. Mantenimiento y sellado de juntas. Sellado de fisuras y grietas. Limpieza y mantenimiento de los sedimentos en las obras de toma. Se deberá tener auscultaciones con el fin de proveer información sobre el
comportamiento de las estructuras y detectar a tiempo eventuales anomalías, y dar respaldo para la toma de decisiones en materia de seguridad de las obras. El programa de auscultación debe identificar y documentar con claridad los parámetros a medir, frecuencias de las mediciones, personal responsable, valores o bandas de comportamiento normal, niveles de alerta, mantenimiento y calibración de la instrumentación, el registro de datos, periodicidad de los informes.
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10. CONCLUSIONES Debe hacerse estudios geotécnicos del área en la que se construirá la presa y
desbrozar la misma, debido a que los elementos orgánicos disminuirán el rozamiento comprometiendo la estabilidad de la estructura.
El método constructivo menos riesgoso es el denominado método aguas abajo y los diques subsecuentes deberán prácticamente ser compactados y comportarse como una presa de tierra homogénea.
Considerando que en nuestro país se mal utiliza el método aguas arriba y que es necesario que se cuente con un sistema de comprobación de diseño de dique de arranque.
En general debería construirse el muro de arranque y luego una presa aguas abajo y el diseñador deberá justificar no solo las consideraciones de diseño sino además los valores de los diferentes parámetros, principalmente el del ángulo de fricción interna, indicando los coeficientes de seguridad al volteo, deslizamiento, presión y círculos de falla críticos.
En presas de relaves de altura inferior a 40 m, es suficiente diseñar con métodos de equilibrio límite, utilizando los algoritmos de Bishop Simplificado, Spencer o Morgenstern-Price.
La determinación del coeficiente sísmico debe ajustarse a las características sísmicas del área.
En presas de relaves de altura superior a 40 m e inferior a 75 m, diseñar preliminarmente con métodos de equilibrio límite y verificar deformaciones con método de Makdisi & Seed o Newmark. En el caso de las presas de relaves, el nivel de densificación de las arenas cicloneadas y el control del nivel freático exigido será aquel que disminuya al mínimo o elimine el riesgo de licuación.
Para presas de relave de altura superior a 75m, diseñar preliminarmente con métodos de equilibrio límite y verificar con análisis dinámico formal, con códigos de diferencias finitas o elementos finitos. Se debe modelar considerando las etapas de crecimiento, llenado, vaciado rápido, condiciones climáticas extremas, sistemas de operación y abandono, etc.
Los FS mínimo s recomendados son : FSestático ≥ 1.5; FSsísmico ≥1.1 ; FSpostsismo≈ 1.0 En el caso de presas con muros de arena de relave, diseñar con altos estándar de
calidad y altos factores de seguridad (FS>5). Cualquiera que sea el método que se emplee, los parámetros geotécnicos utilizados
en el diseño deben estar respaldados por ensayos de laboratorio, ensayos de terreno, análisis comparativo con materiales de similares características reportados en la literatura técnica y el “juicio experto” del especialista geotécnico.
EL embalse tiene que almacenar la precipitación máxima probable (PMP) en todo momento sin sobrepasar el embalse. Además, la elevación de cresta del embalse debe mantenerse al menos 3 metros por encima del nivel del relave embalsado inmediatamente aguas arriba de la cresta.
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11. BIBLIOGRAFIA
[1] Diseño y construcción de presas de relave/ Introducción al diseño de presas de relave / Dr. Ing. Jorge E. Alva Hurtado
[2] Estabilidad de Taludes en presas de relaves, Compañía de minas Buenaventura [3] Diseño de presas de relaves, Universidad Nacional de Ingeniería/ Lima-Peru/2005 [4] Accidentes y Fallas en presas de relave, Universidad Nacional de Ingeniería [5] Estudio para el Diseño de Depósitos de Relave, Compañía Minera Los Chunchos.
Arnaldo Carrillo, Gil ; Rojas Linares, Edito Luis / Lima-Perú [6]Guía ambiental para el manejo de relaves mineros/MINEM/Lima-Perú