Mecanismos Potenciales de Falla de Presas Mineras

7/25/2019 Mecanismos Potenciales de Falla de Presas Mineras

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1. INTRODUCCIN

El vertido de residuos mineros al medio ambiente por ro-tura de una presa de residuos mineros tiene frecuente-mente consecuencias ambientales catastrficas. Esto sedebe fundamentalmente a que la fraccin slida posee unaelevada superficie especfica (superficie por unidad depeso). Esta propiedad determina, en primer lugar, que lamezcla slidos-agua (lodo) se comporte como un fluido vis-coso, permitiendo que el volumen vertido se esparza sobregrandes superficies. Esto hace que, ocurrida la rotura de lapresa, una gran masa de residuos, frecuentemente con sul-furos, se ponga en contacto con el oxgeno de la atmsfera.El cido producido provoca la disminucin del pH del me-dio, con lo que se favorece la disolucin de los metales con-tenidos en los residuos. Esos pueden entonces movilizarsee incorporarse al suelo, a las aguas superficiales o subte-

rrneas, contaminndolos de tal forma que su recuperacinresulte inviable.

Es por ello que la prevencin de las fallas de presas deresiduos mineros tiene un enorme inters desde el punto de

vista de la proteccin del medio ambiente, adems de evitarotras consecuencias adversas que tienen estos incidentes(muertes, prdidas econmicas, prdida de puestos de tra-bajo, etc.). El objetivo de este trabajo es mostrar los diferen-tes mecanismos de falla que afectan a las presas de residuosmineros y las principales causas que lo provocan sobre labase de casos reales.

2. MATERIALES Y MTODOS

En la realizacin de este trabajo se emplea la informacindisponible en la literatura cientfica, bases de datos y dife-rentes informes tcnicos, los cuales se citan a lo largo deltexto. Entre la informacin consultada para la realizacindel mismo se encuentran los Boletines del Comit Interna-cional de Grandes Presas (ICOLD, 121). La coleccin decasos de fallas de Davies et al., (2001). La bases de datosen el sitio de Internet WISE www.antena.nl/wise/ura-nium/mdap.htm/ uranium projet, INGEMMET y UNEP.

Mecanismos de fallas de las presasde residuos mineros

LUCIANO OLDECOP (*) y ROBERTO RODRGUEZ (**)

MECHANISMS OF FAILURE OF THE TAILINGS DAMS

ABSTRACT The obtained results of the analysis of 251 cases of failure and incident of tailing dams, compiled in the ICOLDbulletin 121, show that they take place in active and inactive dams. The leading causes of failure are: 1) slope instability, 2)

earthquake, 3) overtopping, 4) foundation, 5) seepage, 6) structural, 7) erosion and 8) subsidence. The leading causes offailure of active dams are slope instability, earthquake and overtopping. For inactive dams, the leading causes of failure areearthquake, overtopping and slope instability. Most of the failures are associated with dam built using the upstreammethod. The main factor that favours the failure process is the existence of a high degree of saturation in metallurgicalwastes stored in dams. The consequences of these failures have been high economical losses, environmental degradation and

pollution and in many cases human deaths.

(*) Universidad Nacional de San Juan. Argentina.Correo: [email protected]

(**) Facultad de Ciencias. Universidad de Girona. Espaa.Correo: [email protected]

RESUMEN Los resultados obtenidos del anlisis de 251 casos de falla y accidentes en presas de residuos mineros, recopila-dos en el Boletn 121 del ICOLD, muestran que estas se producen tanto en las que estn en operacin como en las inacti-

vas o abandonadas. Las principales causas de falla son: 1) deslizamiento del talud, 2) terremoto, 3) sobrepaso, 4) problemasde fundacin, 5) tubificacin, 6) falla por problemas en las estructuras auxiliares, 7) erosin del dique, 8) subsidencias ocolapso del terreno. Las mayores causas de falla de presas activas son deslizamiento del talud, terremoto y sobrepaso. Enel caso de las presas inactivas son sobrepaso, terremoto y delizamiento. Las presas ms afectadas son las que se constru-yen por el mtodo de aguas arriba. El principal problema que favorece el proceso de falla es la existencia de un alto gradode saturacin en los residuos mineros almacenados en las presas. Las consecuencias de estas fallas son grandes prdidaseconmicas, degradacin y contaminacin del medio ambiente y en muchos casos perdidas de vidas humanas.

181Ingeniera Civil 148/2007

Palabras clave: Mecanismos de falla, Presas de residuos minero-metalrgicos, Medio ambiente.

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3. IDENTIFICACIN DE LOS MECANISMOS DE FALLADE LAS PRESAS DE RESIDUOS MINEROS

El estudio de casos histricos permite identificar cules sonlos posibles mecanismos de falla que pueden afectar a unapresa de residuos mineros. De acuerdo al anlisis de la in-formacin disponible se puede ver en la figura 1, que losprincipales mecanismos que causan las falla de las presas

de residuos mineros son ocho: 1) deslizamiento del talud, 2)terremoto, 3) sobrepaso, 4) problemas de fundacin, 5) tubi-ficacin, 6) falla por problemas en las estructuras auxiliares,7) erosin del dique, 8) subsidencias o colapso del terreno.Estas se han enumerado en orden decreciente del nmero decasos de presas que han fallado por los mencionados meca-nismo de falla y de las que se tiene conocimiento a nivelmundial en funcin de la literatura cientfica.

Estos mecanismos de falla no son los nicos, pueden exis-tir otros. Lo cierto es que de acuerdo a la informacin anali-zada son los ms comunes. Normalmente se suelen presentarcombinaciones de ellos, aunque tambin pueden ocurrir solos.

En la mayora de los casos existe una propiedad de losmateriales que es comn para todos, la existencia de ungrado de saturacin elevado de los materiales, un elevadonivel fretico en el interior de la presas y en muchos casos la

existencia de abundante agua debido a precipitaciones. Lapresencia de abndate agua favorece el desarrollo de lascausas 1, 2, 3, 5, 7, 8.

En los apartados siguientes analizaremos cada uno de losdiferentes mecanismos de fallas identificados en la figura 1.El anlisis se realizara considerando los diferentes aspectosidentificados en la literatura consultada y los casos histri-cos mejor documentados.

4. DESLIZAMIENTO

De acuerdo al anlisis de 251 casos de accidentes de presasde residuos mineros ocurridos en todo el mundo, se identi-fica el deslizamiento del talud de la presa o de toda la presasobre su fundacin, como la causa ms frecuente de rotura.El deslizamiento de un talud ocurre cuando los esfuerzos decorte en una superficie que delimita un bloque de suelo, ex-ceden la resistencia al corte del material. Los eventos quedeterminan el inicio del deslizamiento pueden ser de dife-rente naturaleza. En particular, para las presas de residuosmineros, tres situaciones tpicas son las que comnmentedesencadenan un deslizamiento de talud: 1) Elevacin de lasuperficie fretica y su aproximacin al talud, 2) Desarrollode presiones de poro durante trabajos de recrecimiento

MECANISMOS DE FALLAS DE LAS PRESAS DE RESIDUOS MINEROS

182 Ingeniera Civil 148/2007

FIGURA 1. Nmero deincidentes versus principalesmecanismos de fallas de losdiferentes tipos de presas deresiduos mineros de acuerdoal sistema de cierre utilizado.

FIGURA 2. Inestabilidad deltalud de una presa de

residuos por aproximacin delnivel fretico, debido a la

elevacin del nivel de aguaen la laguna de decantacin.

TIPO DE PRESA

Ndeincidentes

DesconocidaAguasArribaImpermeableAguasAbajoCentral

1)Desliz

.Taludes

2)Terrem

oto

3)Sobrep

aso

4)Fundac

in

5)Tubifi

cacin

6)Estructuras

aux.

7)Erosin

8)Subsid

encia

Desconoc

ida

30

25

20

15

10

5

0

LAGUNA

RELAVES

PLAYA

PRESA

SUPERFICIE FREATICA

SUPERFICIE DEDESLIZAMIENTO

PUNTO DE VERTIDO

> permeabilidad



3/9


4/9

por tamao. Las fracciones ms gruesas se depositan cercadel punto de vertido, en tanto que los finos se transportanhacia zonas ms distantes de la presa. La fraccin ms finasedimenta bajo agua en la laguna de decantacin. La efecti-

vidad de esta tcnica para controlar la permeabilidad del de-psito depende fundamentalmente de la relacin slido l-quido con que se vierten los residuos mineros.

Ensayos en canal realizados por Blight (1994) sugierenque, a medida que aumenta la concentracin de slidos delmaterial vertido (residuos mineros ms espesos), la efectivi-dad del mecanismo de clasificacin disminuye. Se observaen la figura 4, que para una concentracin de slidos del16% (peso de slidos secos/peso total del material) la clasifi-cacin es muy efectiva, resultando en curvas granulomtri-cas bien diferenciadas de las muestras tomadas en distintospuntos de la playa. Con una concentracin del 26%, la efecti-

vidad disminuye bastante y con una concentracin del 32%el mecanismo se inhibe por completo. Esto significa quepara un mismo material y granulometra, la variacin de larelacin slido/agua puede tener profundos efectos en la dis-

tribucin de permeabilidades y por lo tanto en la posicin dela superficie fretica. Blight (1994) seal que otros factorespueden, en menor medida, influir en la geometra de laplaya y en la efectividad del mecanismo de clasificacin, ta-les como el caudal de residuos mineros vertidos y el hechode que stas fluyan por una superficie seca o hmeda.

Otra tcnica utilizada para el control de la granulometraes la de los hidrociclones, que separan el caudal de residuosmineros en una fraccin gruesa y otra fina. La primera(arena) se utiliza para el recrecimiento de la presa, en tantoque la fina se deposita en la parte central del depsito. En laactualidad el diseo de depsitos de residuos mineros tiendecada vez ms a incorporar sistemas de drenaje que permitenejercer un control ms directo sobre el agua fretica.

En un nmero importante de casos de deslizamiento sesabe que el accidente estuvo precedido por un periodo de llu-

vias intensas. Debido a la granulometra muy fina de los resi-duos mineros, el volumen de agua almacenado de forma capi-lar (a presin menor que la atmosfrica) puede ser muy impor-tante. Este volumen reduce considerablemente la capacidad de

almacenamiento de agua en los poros del material y como re-sultado de esto, la infiltracin de cantidades relativamente pe-queas de agua de lluvia puede provocar una rpida elevacindel nivel fretico y la saturacin de los residuos con el corres-pondiente descenso de la estabilidad del talud.

Es evidentemente que la pendiente con que se disea yconstruye el talud es uno de los factores primordiales paraasegurar su estabilidad. Algunos casos histricos de desliza-miento ocurrieron en taludes construidos con pendientesevidentemente excesivas. Por ejemplo en el caso de Stava(Italia) en 1985 el talud deslizado tena una pendiente 1:1.2(39) (Chandler y Tosatti, 1995) y en el de Fernandinho(Brasil) con pendiente 1:1.1 (42) (ICOLD, 2001). Se observaque en algunos casos la pendiente del talud coincide con elngulo de reposo del material, es decir el talud es el que re-sulta naturalmente del volcado del material con que se cons-

truye la presa. Es obvio decir que al margen de seguridad deestos taludes es inexistente.

5. TERREMOTOS

El terremoto de Northridge (California, 1994) provoc la fa-lla de la presa de Tapo Canyon, de 24 metros de altura, uti-lizada para el almacenamiento de residuos finos provenien-tes del lavado de ridos. La falla implic el flujo de una grancantidad de residuos a lo largo de 180 metros aguas abajo(Harder y Steward, 1996). Afortunadamente, por estar ubi-cada en una zona despoblada, no provoc vctimas ni otrasprdidas econmicas importantes. El depsito se haba ini-ciado en la depresin de una antigua cantera. Para facilitarel drenaje durante su explotacin se haba abierto un canalen la roca que desaguaba en un arroyo vecino (Figura 5),



FIGURA 5. Vista area de lapresa de Tapo Canyon previaa su rotura (Foto deNorthridge Collection,Earthquake EngineeringResearch Center, University ofCalifornia, Berkeley).



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que se cerr con material rechazado de la explotacin. Luegola presa continu recrecindose hacia aguas arriba con elmismo material. Al momento de la falla, la presa llevaba dosaos inactiva, ya que se haba detenido su recrecimiento y el

vertido de residuos. Sin embargo, en la mitad este se reali-zaba el lavado de los camiones mezcladores de hormign,por lo que en la mitad oeste del depsito exista una lagunaen contacto directo con la presa.

Se estima que el terremoto provoc una aceleracin m-xima entre 0.3 y 0.4g en el sitio de emplazamiento de lapresa. El movimiento indujo la licuacin del material de lapresa, que se encontraba saturado debido a la proximidadde la laguna, y tambin de los residuos almacenados. Estoprodujo una brecha de unos 60 metros de ancho por la queescaparon los residuos mineros licuados. Es probable que lafalla se haya iniciado en la zona del antiguo canal de desa-ge, con la licuacin del material de tapn y que ello hayaprovocado la falla en cadena de resto de la presa y la licua-cin de los residuos.

El fenmeno de licuacin de materiales granulares (noplsticos) se puede entender fcilmente si se comprende pri-mero la tendencia de estos materiales a reducir su volumende poros cuando se los somete a deformaciones de corte ccli-cas. Esta tendencia se ilustra en la Figura 6. Cuando un ma-terial granular tiene sus poros llenos de agua (condicin sa-turada), estos cambios de volumen deben ocurrir a expensasde expulsar agua en los poros. Esta transferencia de aguapuede tomar ms o menos tiempo dependiendo de la perme-abilidad del material. Si la permeabilidad es baja, la distan-cia a las fronteras drenantes es grande o las acciones (car-gas o deformaciones) ocurren rpidamente, ocurrir unincremento de la presin del agua. Este aumento de la pre-sin del agua intersticial tiene el efecto de disminuir la re-sistencia al deslizamiento entre partculas, hasta el puntode hacer que el material fluya como un lquido viscoso, dealta densidad.

6. DESLIZAMIENTO SOBRE LA FUNDACINEl deslizamiento de la presa de Aznalcollar (Espaa, 1998)fue provocado por una serie de problemas en la fundacin dela presa. La presa es de tipo anular, con recrecimiento haciaaguas abajo y una pantalla impermeable de arcilla en sucara de aguas arriba (Figura 7a). Todo el depsito estabaapoyado sobre una delgada capa aluvial (de aproximada-mente 4 metros de espesor) y sta sobre un depsito de arci-llas marinas carbonatadas del terciario, con un espesor ma-yor a 60 metros. Las propiedades mecnicas de estas arcillasson muy particulares. Ensayadas al corte directo, presentanun comportamiento extremadamente frgil, con una rigidezinicial elevada y un pico de resistencia muy agudo y una ca-da de resistencia abrupta. Por otra parte, la permeabilidadde la arcilla es extremadamente baja, entre 2 y 7x10-9 cm/s

(Alonso y Gens, 2006).Una seccin de 600 metros de longitud del costado SE sedesliz una distancia de 60 metros en direccin al cauce delro Agrio, sin que se detectaran seales previas que permi-tieran prever el accidente. Por la brecha producida se esca-paron 7 millones de metros cbicos de residuos minerosfuertemente cidos, que contaminaron los valles de los ros

Agrio y Guadiamar. El deslizamiento fue eminentemente detraslacin, en el que la presa se movi prcticamente comobloque rgido. La superficie de deslizamiento, plana con unaligera inclinacin (2) en la direccin del movimiento, se de-sarroll en las arcillas frgiles de la fundacin, a 13 metrospor debajo de la superficie natural del terreno (Figura 7).

Aguas abajo se desarroll una importante cua de empujepasivo que lleg a invadir el cauce del ro Agrio.

Se identificaron varios factores que contribuyeron a la fa-lla (Alonso y Gens, 2006; Olalla y Cuellar, 2001). Todos ellosprovienen las caractersticas particulares de la fundacin.

La presencia de planos de estratificacin determinaronla direccin y el mecanismo de deslizamiento. Estas discon-tinuidades eran tan sutiles que slo se pudieron detectar apartir de la exposicin de bloques de arcilla al aire y su se-cado.

La fragilidad de la arcilla probablemente favoreci el de-sarrollo de un mecanismo de falla progresiva al ritmo del re-crecimiento de la presa. Al respecto existe un factor negativoadicional. La pendiente constructiva del talud de aguasabajo de la presa (que probablemente coincidi con el ngulode reposo del material del material de escollera utilizado)

fue significativamente mayor que la prevista en el proyecto.Si bien, en este caso, esto no determin la falla del talud, laelevada pendiente contribuy a generar mayores tensionesde corte en la fundacin, bajo el pie de aguas abajo de lapresa (Figura 7b).

Por ltimo, la baja permeabilidad y homogeneidad del de-psito de arcillas retras la disipacin de las presiones deporos generadas por la construccin de la presa y el llenadodel depsito. De hecho la presa se dise considerando laspresiones intersticiales resultantes de un anlisis de flujo encondicin estacionaria. sta es una prctica habitual en elproyecto de presas, ya que se supone que constituye una hi-ptesis de diseo conservadora. La medicin de presiones in-



FIGURA 6. Ensayo de corte directo drenado con aplicacin de unadeformacin de corte cclica (Youd, 1972).

0.02 0.01 0 +0.01 +0.02

0.560

0.540

0.520

0.500

0.480

0.460

0.440

0.420

0.400

Desplazamiento de corte (pulg.)

indicedeporos,e

Ciclo 1

2

5

10

20

50

100

200

500

1.000

10.000



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tersticiales en la arcilla luego de ocurrida la falla (Alonso yGens, 2006) demostr que las presiones eran mucho mayo-res que las previstas y que dicha condicin estacionaria es-taba muy lejos de ser alcanzada (Figura 7b).

7. SOBREPASO, TUBIFICACIN Y EROSINA lo largo del proceso de construccin y llenado, la morfolo-ga y estructura de un depsito de residuos mineros cambiaen el tiempo. La forma de operacin de la presa puede teneruna influencia importante en el riesgo de sobrepaso, tubifi-

cacin o erosin.Una operacin inadecuada en el vertido de los residuospuede hacer que la altura de resguardo disminuya a nivelespeligrosos. La obstruccin de tuberas de desage es otroproblema que puede llevar al sobrepaso. El hecho de que,por razones de proteccin del medio ambiente, el agua alma-cenada y tambin la que ingresa accidentalmente en lapresa no se pueda verter al medio, condiciona fuertementeel diseo y la operacin. Si el depsito es de tipo anular, elnico aporte de agua que puede recibir es el de las precipita-ciones, pluviales o nveas, que caigan en el rea que ocupasu planta. Si, en cambio, el depsito esta ubicado en un va-lle, con una presa de cierre por el costado de aguas abajo,

entonces las previsiones hidrolgicas debern tener encuenta el rea de captacin de la cuenca y el volumen deagua que puede generar una lluvia o deshielo. En algunaspresas de este tipo se construyen estructuras de desvo (ca-nales o tuberas) para evitar que el agua de escurrimientosuperficial ingrese en el depsito.

Un ejemplo interesante de falla por sobrepaso es el dela presa de Merriespruit (Sudfrica), ocurrida en 1994(Fourie y Papageorgiou 2001). La presa era de tipo anularcon planta rectangular y tena al momento de su rotura 31metros de altura. El recrecimiento se haca hacia aguas

arriba, utilizando los mismos residuos mineros como mate-rial de construccin y permitiendo su secado para favorecersu consolidacin por accin de las fuerzas capilares. Casiun ao antes de ocurrir la falla, el llenado del depsito fuesuspendido por haber presentado problemas de estabili-dad. Sin embargo, de forma espordica, ocurrieron escapesde residuos mineros y agua, desde un depsito vecino quecontinuaba en operacin. A consecuencia de esto la lagunade decantacin fue empujada gradualmente hacia el bordeque luego fallara. No se conoce la altura de resguardo almomento de la falla, pero se estima que era escasa. La fa-lla se inici luego de una tormenta de lluvia de 50litros/m2, se supone que por sobrepaso del coronamiento



FIGURA 7. Presa deAznalcollar, perfil transversal

en la seccin deslizada,(Alonso y Gens, 2006).

a) Seccin vertical por lapresa y la fundacin.

Superficie de deslizamientodetectada con sondeos.

b) Detalle: etapas de

construccin, mecanismo defalla progresiva y piezometra.

80

60

40

20

0

100

80

60

40

20

0

Aluvial (espesor = 4 m)

Arcillas azules

(espesor = 70 m)

Lnea piezomtrica en el

plano de deslizamiento

Superficie de deslizamiento

detectada con sondeos

Lnea piezomtrica

asumida en el proyecto

Proyecto originalSeccin construida

Material prefallado

RioColas

m

1 2

3

3

4

4

5

5 6

6

A)

B)



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(Fourie et al, 2001). La brecha dej escapar 600000 m3 deresiduos mineros que fluyeron a lo largo de 3 Km, provo-cando 17 muertos.

El mecanismo de falla de la presa de Merriespruit se ex-plica en la figura 8a. El agua vertiendo por el coronamientoerosion la cara exterior del talud iniciando una brecha deerosin regresiva. Es posible que pequeos deslizamientoslocales aceleraran el proceso de erosin (Blight, 1994). El

vertido continuado de agua erosion tambin el material deestos deslizamientos acumulado al pie del talud. Al desapa-recer la estructura de soporte exterior, los residuos minerosms finos y con elevado contenido de agua, del centro del de-psito, comenzaron a ser sometidos a tensiones de corte cre-cientes. Fourie y Papageorgiou (2001) realizaron ensayos nodrenados de los residuos mineros almacenados en la Presade Merriespruit, encontrando que para las densidades y ni-

veles de confinamiento que existan en la presa, su compor-tamiento es de tipo contractivo y por lo tanto potencial-mente licuable. En un determinado punto del proceso, laresistencia de pico no drenada de los residuos mineros fuesuperada y a partir de ese momento un mecanismo de fallaprogresiva contribuy a acelerar la rotura. El resultado fuelo que se conoce como licuacin esttica de los residuos mi-neros. La inestabilidad iniciada en una porcin limitada dematerial, se extendi a una gran masa que fluy a travs dela brecha en forma de lquido viscoso.

Los procesos de tubificacin provocan mecanismos de fa-lla similares al descrito en el prrafo anterior. Se inician porafloramiento de agua fretica en un talud o por lavado departculas hacia el exterior o hacia otros materiales ms

gruesos. La prdida de material genera un proceso de ero-sin retrgrada, que va ampliando la va de agua y por lotanto el caudal y la capacidad de provocar ms erosin (Fi-gura 8b). El proceso acaba por desestabilizar el talud de lapresa, provocando la aparicin de chimeneas o deslizamien-tos y en definitiva la aparicin de una brecha. El aumentode las tensiones de corte sobre los residuos mineros provocasu licuacin esttica y el flujo a travs de la brecha. Un pro-ceso similar se produce en el caso de fallas por erosin. Lacrecida de un curso de agua vecino, el agua descargada porel vertedero, un canal que corre paralelo al pie del talud o elalmacenamiento de agua contra el pie del talud pueden pro-ducir su erosin hasta que se elimina el material de lapresa, provocando la rotura, la licuacin de los residuos mi-neros y su vertido.

8. FALLA DE ESTRUCTURAS AUXILIARESDe acuerdo a la coleccin de casos histricos recogida en elBoletn 121 del ICOLD (2001), la mayor cantidad de inci-dentes originados en las estructuras auxiliares se deben afallas en los sistemas de decantacin del agua sobrenadantedel depsito. Es comn que estos sistemas estn formados



FIGURA 8. a) Mecanismo defalla de una presa porsobrepaso, provocando laerosin del talud y la licuacinesttica de los relaves.b) Mecanismo de falla de unapresa por tubificacin.

A)

3

33

3

3

0 0

0

4

4

4

55

5

2

22

2

2

1

11

1

1

B)



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por una o ms chimeneas o torres de decantacin en las queel nivel de rebalse se va elevando gradualmente a medidaque el depsito crece en altura. Una tubera que corre por elfondo del depsito lleva el agua desde la base de la chimenea

hacia el exterior. Es bastante frecuente la falla de estos con-ductos, lo que deriva en filtraciones de agua desde la tuberahacia los residuos mineros con los consiguientes efectos in-deseables de humedecimiento y elevacin del nivel fretico;o bien la creacin de una va de escape para los residuos mi-neros de poca consistencia. Otros incidentes dentro de estacategora se deben a rotura de tuberas de descarga de resi-duos mineros hacia el depsito, con el consiguiente vertido ypeligro de erosin de la presa; falla de vertederos o de siste-mas de by-pass para crecidas por haber sido diseados conuna capacidad inadecuada y problemas con tuberas de dre-naje.

Como ejemplo interesante de falla iniciada por un pro-blema en una tubera de decantacin, se puede citar el delcomplejo de dos presas de residuos mineros de Stava (Ita-lia), cuyo colapso ocurri en 1985. Chandler y Tosatti (1995)

propusieron como factor ms probable de inicio de la falla, lafuga de agua del conducto de decantacin del depsito supe-rior. A un cierto punto de la construccin de la presa, esteconducto se obstruy. Para solucionar el inconveniente seconstruy un by-pass (Figura 9). Esto se hizo mediante untubo de acero horizontal que se acopl al extremo libre delconducto de decantacin. Excavando los residuos mineroshasta descubrir un tramo de conducto ms all de la obs-truccin, se construy una chimenea que conectaba el otroextremo del tubo de acero con el conducto de decantacin. Eltubo de acero estaba directamente apoyado sobre la superfi-cie de los residuos mineros recientemente vertidos. Luego,cuando el depsito continu creciendo, el tubo qued in-merso en la masa de residuos mineros, que son bastantecompresibles. Bajo el peso de las nuevas capas, el tubo pudohaber sido arrastrado hacia abajo y en un cierto momento suextremo arrancado de la chimenea. Esto permiti que elagua transportada por el tubo escapara directamente a losresiduos mineros, haciendo que la superficie fretica en ese

sitio se elevara. En la figura 3 se mostraba, de acuerdo a losanlisis de estabilidad realizados por Chandler y Tosatti(1995), cuan sensible era el talud de esta presa a una eleva-cin de la superficie fretica.

9. SUBSIDENCIA

Los casos de falla de presas de colas por subsidencia no sonfrecuentes. En la coleccin de Boletn 121 del ICOLD (2001)slo se registran tres casos de un total de 221. Todos ellosestn asociados a la actividad minera subterrnea que, porproximidad o por condiciones geolgicas favorables, en uncierto momento llegan a afectar a los depsitos de colas ensuperficie. En dos de los casos registrados, Mulfilira (Zam-bia) y Atlas (Filipinas), la falla consisti en el escape de co-las licuadas hacia galeras subterrneas en donde se esta-ban realizando actividades de extraccin.

En cambio, el caso de la presa de Iwiny (Polonia) pareceser una autntica falla por subsidencia de la fundacin(ICOLD, 2001). La falla ocurri en 1967 y la informacin pu-

blicada es escasa. La presa estaba construida a travs de unvalle. Las actividades de extraccin se hacan de forma sub-terrnea. Una de las galeras haba avanzado, aproximn-dose a la presa desde aguas arriba, por debajo de la posicindel depsito de colas. Al momento de la falla el extremo de lagalera estaba a 200 metros del eje de la presa. Una zona defalla, de unos 20 metros de espesor, cruzaba la presa cercade su estribo izquierdo. Al parecer las actividades de excava-cin subterrnea y las filtraciones desde la superficie haciala galera, incrementadas por el bombeo de agua para man-tenerla en seco, provocaron que el material de la fundacinde la presa fuera arrastrado hacia la zona de falla. Esto pro-

voc la subsidencia de la fundacin de la presa y la apari-cin de una brecha en la misma, que provoc el vertido de4.6 millones de metros cbicos de colas y la muerte de 18personas. La figura 10a muestra la disposicin en planta dela presa, de la galera en cuestin y la zona de falla. La fi-gura 10b muestra un perfil vertical coincidente con el eje dela presa.



FIGURA 9. Complejo de Stava(Chandler y Tosatti, 1995).a) Esquema de la reparacinrealizada para salvar untramo de conducto dedecantacin obstruido en lapresa superior (fuera deescala).b) Detalle.

A)

B)

RebalseDepsito superior

Depsito inferior

DescargaConducto dedecantacin

Chimenea dehormign

Tramo deconductoobturado

Superficie delterreno natural

Peso de las colas depositadasdespus de la reparacin

Tubos de acero

Estado de construccinal instalar el bypass



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10. COMENTARIOS FINALESEs importante destacar que la licuacin esttica de los re-siduos mineros y su escape del depsito, no ocurre necesa-riamente en todos los casos de deslizamiento. Cuando sepresenta la licuacin esttica, la masa de residuos escapa-dos de la presa se comporta como un verdadero lquido vis-coso, pudiendo deslizarse varios kilmetros, an cuando lapendiente del terreno sea de unos pocos grados. En su reco-rrido pueden esparcirse por grandes reas de terreno, con-taminando el suelo y las aguas subterrneas. Las velocida-des observadas en algunos de estos aludes de lodoalcanzan los 40 km/h y las pendientes de equilibrio una

vez detenido el movimiento osci lan entre 2 y 4 (Blight,2003). Sin embargo, en otros casos de deslizamiento, losmateriales de relave han mostrado comportamiento nota-blemente diferente, con una resistencia apreciable, que haimpedido su escape de la presa rota. Blight (1997) muestraun caso en donde ambos comportamientos ocurrieron en lamisma presa de residuos mineros (Bafokeng, Sudfrica),con un ao de diferencia.

No existe an una explicacin satisfactoria para estecomportamiento cambiante. Es posible que, debido a la na-turaleza angulosa de las partculas, el comportamiento me-cnico de los residuos mineros sea muy sensible a variacio-nes del ndice de poros. Dentro de un mismo depsito estas

variaciones pueden ocurrir por ejemplo por la secuencia depuntos de vertido, por efecto de la retraccin por secado, opor cambios en la posicin de la laguna. De hecho, varios au-

tores que han llevado a cabo mediciones de propiedades n-dice y resistencia a penetracin en depsitos de residuos mi-neros (Wagener, 1998; Wells et al, 2000; Fourie et al, 2001)destacan la gran variabilidad de las propiedades dentro deun mismo depsito.

11. REFERENCIASAlonso E.E. y A. Gens (2006). Aznalcllar dam failure. Part2: Stability conditions and failure mechanism. Gotechnique56, No. 3, 185201.Bligth, G. E. (1994). The master profile for hydraulic fill tai-ling beaches.Proc. Instn. Civ. Engng, 107, 27-40.

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FIGURA 10. Falla de la presade Iwiny (Polonia, 1967). a)

Planta mostrando ladisposicin de la presa, el

reservorio de colas, lasgaleras subterrneas de la

explotacin minera, la trazade la zona falla que

atraviesa el reservorio y lafundacin de la presa. b)

Corte vertical por el eje de lapresa y su fundacin. (IMGW,

http://www.otkz.pol.pl/).

100 m

1

7

23

44

5

56

6

Presa

Brecha

Galeria

Filtraciones

Zona de falla

1 Presa2 Aluvial3 Detrito4,5,6 Roca7 Zona de falla (espesor = 20 cm)

230

220

210

215

230


Mecanismos Potenciales de Falla de Presas Mineras

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