Depósitos de jales mineros en México. Reflexiones para mejorar su calidad

Mexican tailings deposits. Reflexions to improve their quality

Raúl Vicente OROZCO1

1RVO y Cía., México, D.F.

RESUMEN: Se mencionan los principales factores que intervienen en las etapas de desarrollo de un depósito para jales en México: planificación y proyecto, construcción y operación, conservación y cierre, con la supervisión y el control de calidad siempre presentes. Los conceptos contenidos en este trabajo son sólo motivos para reflexionar acerca del comportamiento de un depósito para jales, a fin de contribuir al mejoramiento de su nivel de calidad. Se insiste en aprender de las experiencias buenas y malas que se presentan en estas obras.

ABSTRACT: The main factors that are involved in the developing steps of a tailing deposit are mentioned: planning and desing, construction and operation, conservation and closure, with supervision and quality control acting all time. The concepts here included are only to motive the reflection about the tailings deposits to raise their quality level, taking in consideration the bad and well behavior of such works.

1 INTRODUCCIÓN

En muchas ocasiones el autor ha hecho referencias al enfoque geotécnico e hidráulico de los depósitos para jales mineros, a fin de establecer los criterios básicos de proyecto, construcción y operación de estas obras esencialmente civiles (Orozco 1991,1992, 2010 a 2014). La respuesta de los inge-nieros mineros y civiles involucrados ha sido bastan-te satisfactoria.

Anteriormente, muchos depósitos para jales se construían empíricamente e incluso, el agua corrien-te de los arroyos o ríos los "borraban del mapa"; ahora, ya se exigen estudios previos y proyectos de diversa índole: geotécnicos (geológicos, de mecáni-ca de suelos y de rocas), geofísicos, geoquímicos, geohidrológicos, hidrológicos, hidráulicos, ambienta-les, etc., tanto antes, durante y después de la cons-trucción y operación simultáneas, como para el cie-rre de estas obras.

En esta ocasión, el autor invita a reflexionar acer-ca de algunos aspectos que pueden poner en peligro la estabilidad y seguridad consecuente de estas obras mineras.

El espíritu del trabajo consiste precisamente en hacer mención a las lecciones aprendidas del buen y el mal comportamiento de los depósitos para jales.

2 CORTINA CONTENEDORA

Primera reflexión: A sabiendas de que el factor costo es el que "manda" en casi todas las deci-

siones, ¿por qué todavía se prefiere el método constructivo "aguas arriba" con arena cicloneada, en lugar de la distribución homogénea de jales in-tegrales (espigas o “chorro libre”)? Recuérdese que los jales integrales (Figura 1) contienen toda la arena, además de la lama o légamo, cuyos granos angulosos (debidos a la molienda en la planta concentradora) influyen notablemente en incrementar la resistencia al esfuerzo cortante de la masa de jales, precisamente por la mayor cantidad de arena (partículas sólidas y friccionan-tes). De esta manera aumenta el factor de segu-ridad contra el deslizamiento de taludes, tanto para la condición estática como la accidental por sismo. En las Figuras 2 y 3 se comparan esque-máticamente los 2 procedimientos constructivos “aguas arriba”. En el caso de depósitos con pura lama en el vaso (Figura 2) el ángulo de fricción interna inicial es sumamente bajo (0 a 3 grados), no así cuando se alojan jales integrales (arena + lama) en el vaso (Figura 3), en que los valores fluctúan entre 10 y 35 grados. ¿Verdad que sí hay una mejora substancial?.

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2 Título del trabajo

Figura 1. Formación de playas con jales integrales; al fon-do se encuentra el estanque de agua clarificada (Minera La Negra)

Figura 2. Método constructivo: “aguas arriba” con arena “cicloneada”

Figura 3. Método constructivo: “aguas arriba” con espigas

En muchas ocasiones, se le quita la arena para utili-zarla en relleno de mina y se deja el légamo (lama) en el vaso del depósito para jales. Cuando la molien-da de minerales es muy fina, almacenar pura lama ("choco milk") requiere realmente el proyecto de una

presa impermeable para guardar agua, con el fin de aumentar la seguridad de estos depósitos.

Segunda reflexión: A pesar de que se ha insis-tido (SEMARNAT, 2012; Orozco, 2013) en que existe una gran diferencia entre presa para alma-cenamiento de agua y depósito para almacena-miento de jales (vendrían a ser sólidos residua-les), a sabiendas de que la cortina de la primera debe ser impermeable al agua (Figura 4) y la se-gunda permeable (Figura 5), ¿por qué se sigue considerando ésta como presa impermeable, en la mayoría de los casos? Es necesario cambiar la forma de pensar. Si en la realidad se observa un montón, almacén o depósito (sólidos de jal), ¿se le puede llamar presa? Es un depósito de sólidos desde luego, ¿o no?.

Figura 4a. Presas para almacenamiento de agua (Orozco, 2013a)

Figura 4b. Presas con su cortina impermeable para alma-cenamiento de agua (Orozco, 2013a)

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(sólo poner primer autor, ver ejemplo) APELLIDO Inicial del nombre et al. 3

Figura 5a. Depósitos para almacenamiento de jales (Orozco, 2013a)

Figura 5b. Depósitos para almacenamiento de jales (Orozco, 2013a)

Tercera reflexión: Conviene dejar muy claro que el bordo Libre (BL) es la diferencia entre la elevación mínima de la corona de la cortina con-tenedora y el NAME (Nivel de Aguas Máximas Extraordinarias); entonces, ¿por qué muchas per-sonas consideran como BL a la diferencia entre el NAMO (Nivel de Aguas Máximas Ordinarias o de Operación) y la elevación de la corona?. Esto se ilustra en las Figuras 2 y 3.

Por otro lado, la diferencia entre el NAME y el NAMO ayuda a estimar la avenida de proyecto (tormenta de diseño) para el vertedor final y des-de luego también para el de operación, que pue-de ser la misma alcantarilla del sistema decanta-dor drenante, siempre y cuando se vaya constru-yendo y operando paulatinamente. Estos verte-dores requieren proyectarse ex profeso, de acuerdo con los caudales máximos que se pre-tenda manejar.

Cuarta reflexión: Recientemente se ha en-contrado que, en ciertos casos, resulta más atractivo desde el punto de vista económico dejar que los jales integrales fluyan libremente por el cauce de los arroyos y se construya una cortina contenedora esencialmente permeable, pero que los impida pasar, o sea: "impermeable" a los ja-les; esto se logra mediante filtros diseñados ad hoc; se debe lograr que se impida el paso de los jales y sólo permitan el paso del agua libre, ya sea la de su transporte, la contenida en los mis-mos o la de lluvia captada en el vaso de almace-namiento. Toda esta agua libre se captaría “aguas abajo” en una presa impermeable para al-macenar exclusivamente agua, que viene a cons-tituir lo que se denomina en términos mineros: una gran "pileta" de agua recuperada, la cual se-rá reenviada al proceso de la concentradora (Fi-gura 6, Orozco 2013b).

Figura 6. Cortina permeable al agua e “impermeable” a los jales

Cabe hacer notar que en el mundo entero es prime-ra vez que se utiliza este concepto innovador, cuyo proceso ya se ha iniciado en este año por el Grupo México (GM), en Buena Vista del Cobre (BVC), Ca-nanea, Son., para su Nuevo Depósito para Jales (NDJ). La cortina permeable tendrá ~ 8 km de longi-tud, con una altura máxima de ~ 180 m; la cortina impermeable tendrá ~ 30 m de altura máxima. Esto se está logrando con: a) una planificación visionaria del GRUPO MÉXICO (Ing. Vidal Muhech Dip y cola-boradores), junto con los estudios correspondientes: hidráulicos (Buró Hidrológico, 2013), geotécnicos (GEOVISA, 2013; GEOTECNIA, 2013) y modela-ción geotécnica (II-UNAM, 2014), b) un proyecto (CIEPS, 2014) y una construcción (MCC, GM) idó-neos, y c) una supervisión ejecutiva (GM) con un control de calidad ágil y oportuno (OSA, 2014).

Quinta reflexión: Cuando se vayan a depositar jales nuevos químicamente neutralizados sobre depósitos viejos inocuos o no, conviene reforzar o estabilizar mecánicamente el perímetro de és-tos, mediante un arrope de geomaterial de prés-tamo que puede ser tepetate de mina también inocuo (rezaga), para regularizar las erosiones

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(pluvial o eólica) antiguas (Figura 7). De esta ma-nera se puede continuar el depósito con la misma cuña de refuerzo o arrope y depositar los jales in-tegrales como se explicó en la primera reflexión.

Figura 7. Antiguo depósito de jales “Misericordia” de la Mi-nera Angangueo, Mich. Se encuentran muy bien consoli-dados y son impermeables

Sexta reflexión: La observación de la naturale-za y de las obras que construye el hombre permi-te aprender de ambas y predecir comportamien-tos. Por ejemplo: Cuando observamos que en los taludes de un depósito para jales se inicia una fil-tración de agua limpia sin control y permanece por mucho tiempo, es motivo de preocupación en cuanto a la seguridad se refiere, porque se puede propiciar un deslizamiento de talud (Figura 8) y debe procederse al reforzamiento oportuno a base de geomaterial graduado; por otro lado, si el agua se enturbia y tiene coloides de jal, debe pro-cederse de inmediato a impedir una tubificación física y evitar el consecuente deslizamiento de ta-lud (Figura 9, Orozco 2013a). Por lo tanto, siem-pre se recomiendan los arropes de material gra-duado a manera de filtros y cuña de refuerzo (AI-MMGM, 1993).

Figura 8. Inicio de filtraciones sin control y deslizamiento de talud. Minera Cananea, Son.

Figura 9a. Inicio de tubificación física y deslizamiento de talud. Minera San José de Avino, Dgo.

Figura 9b. Efecto de deslizamiento de talud provocado por tubificación física. Minera San José de Avino, Dgo.

Séptima reflexión: A veces, un descuido duran-te la operación de los depósitos, como son los derrames involuntarios, por cambios de tuberías u otra causa, pueden convertirse rápidamente en problemas de formación de cárcavas por erosión de los fluidos (Figura 10, Orozco 2013a). Esto ha conducido a fallas serias. ¿No valdría la pena to-mar esto en cuenta en el instructivo de operación de estas obras, a manera de “check list”?.

Figura 10. Erosiones provocadas durante la operación por derrames involuntarios sobre la cortina

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(sólo poner primer autor, ver ejemplo) APELLIDO Inicial del nombre et al. 5

Octava reflexión: Aunque es práctica común el trazo recto de las cortinas contenedoras, sabe-mos que se producen esfuerzos de tensión y de compresión en la masa de los suelos. Algunas veces tienen la forma convexa hacia “aguas aba-jo”, las cuales llamamos vulgarmente “panzonas”; éstas tienden a romperse debido a los esfuerzos de tensión, que facilitan el paso de los fluidos, motivo por el cual es preferible construirlas de forma cóncava hacia “aguas abajo”, para que funcionen fundamentalmente con esfuerzos de compresión. Se sabe que las cortinas “en arco” rara vez fallan porque es la forma ingenierilmente más segura, siempre que los atraques estén bien cimentados (Figura 11, Orozco 2013a). Conviene observar también las Figuras 4 y 5.

Figura 11. Obsérvese que la forma de arco cóncavo hacia “aguas abajo” tiene el mejor comportamiento en las cortinas contenedoras, ya sea para guardar agua o jales

3 VASO DE ALMACENAMIENTO

Primera reflexión. ¿Por qué se nos olvida que el vaso de almacenamiento de un depósito para jales debe tener la capacidad que la compañía minera considere? Por ejemplo: si se trata de re-cuperar sólo el agua del proceso más la inciden-tal por lluvias, es suficiente con limitar su superfi-cie con acequias, canales o contracunetas, cami-nos u otras obras para el manejo del agua super-ficial, reduciéndose así los riesgos al no disponer de toda la cuenca hidrológica topográfica de cap-tación y drenaje, cuyo caudal máximo resultante es, a veces, tan grande que se requieren obras hidráulicas especiales para evitar catástrofes pro-vocadas por el hombre. No se debe echar la cul-pa a los fenómenos naturales que, en ocasiones, son extraordinarios. En cambio, cuando hay es-casez de agua, debe tomarse en cuenta este as-pecto: guardar más agua, la suficiente, motivo por el cual podría proyectarse una obra especial para almacenar agua y jales (impermeable),

como se ilustra en las Figuras 12 a 16, (Orozco 2013b).

Figura 12. Presa convencional “sección graduada”

Figura 13. Cortina compactada y arqueada de “sección graduada” con corazón variable de concreto asfáltico (Orozco, 2008)

Figura 14. Cortina compactada y arqueada de “sección graduada” con corazón constante de concreto asfáltico (Orozco, 2008)

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Figura 15. Cortina arqueada con corazón impermeable de concreto asfáltico en la presa Noruega (Storglomvatn Dam, 1997; Orozco 2008)

Figura 16. Presa Storglomvatn en proceso de llenado an-tes de su terminación en 1997; (Orozco, 2008)

Segunda Reflexión. Si se trata de un depósito para jales con la cortina contenedora permeable, ¿por qué se acostumbra tener el agua recupera-da en las proximidades de la corona, si sabemos que debe estar alejada de la misma? (Figura 5a; foto superior). Es decir, el estanque de agua libre debe alojarse siempre hacia el terreno firme, para alejar la superficie superior de filtración de agua y aumentar la seguridad general.

4 SISTEMA DECANTADOR DRENANTE

Primera reflexión. Aunque hay muchos sistemas para extraer el agua libre del vaso de almacena-miento (sifones, balsas, conductos circulares o cuadrados, alcantarillas y otros), ¿por qué no preferir la alcantarilla (sin torres de decantación) "sección portal" con ramales y en ladera, si se puede, y perforaciones suficientes? (Figura 17;

Orozco 2013a). Éstas tienen muchas ventajas, a saber:a) Pueden tener la sección hidráulica sobrada

para el tránsito de la tormenta de diseño,b) Sirven como vertedor de operación,c) Funcionan como galerías filtrantes, si se di-

señan ex profeso, yd) Actúan como galerías de inspección bajo

todo el depósito para jales. Conviene que ten-gan dimensiones interiores mínimas de 1.25 m x 1.65 m, para su fácil acceso.

Figura 17. Alcantarilla funcional (Sección portal)

Segunda reflexión. La galería filtrante puede construirse de concreto sin arena para que sea permeable. ¿Por qué no nos animamos a cons-truirla, aunque sea a manera de prueba?

5 VERTEDOR DE EXCEDENCIAS

Primera reflexión. Aunque no se acostumbra construir el vertedor de excedencias, sobre todo en la etapa de cierre, ¿por qué no se adquiere conciencia de que es indispensable dimensionar-lo y construirlo "en firme", lo más alejado de la cortina contenedora?

- Segunda reflexión. El vertedor de excedencias, sobre todo en la etapa final, debe estar presente desde que se gesta la idea y no diferir su cons-trucción por diversas razones. Entonces, ¿por qué nos hacemos disimulados y los construimos hasta que se presente un problema serio? Es ne-cesario aplicar siempre la Etapa de Previsión y la de Acción, y no lo que se hace en la mayoría de los casos: vivir en la Etapa de Historia, cuando todo ya pasó.

6 RECOMENDACIONES Y REFLEXIONES GENERALES

Son las siguientes:

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a) Procurar, cuando hay geomaterial económica-mente disponible, utilizar el procedimiento cons-tructivo "aguas abajo" (Figuras 18 y 19; Orozco 2013b) o el "Arribajo" (Figuras 20 y 21, Orozco 2013b). Estas secciones transversales funcionan mejor cuando las cortinas contenedoras están ar-queadas y son cóncavas hacia "aguas abajo". ¿Creo que vale la pena analizarlas? Además, equivalen a una cuña de refuerzo al depósito, si así se proyectan.

Figura 18. Método constructivo: "aguas abajo” con enrocamiento

Figura 19. Método constructivo: “aguas abajo” con chimenea y delantal

Figura 20. Método constructivo: “arribajo”, con enrocamiento y arena “cicloneada”

Figura 21. Método constructivo: “arribajo”, con enrocamiento y espigas

b) El efecto accidental por sismo deberá tomarse en cuenta en el proyecto de un depósito para ja-les, así como el de la licuación de la cortina con-tenedora formada con arena de ciclón (Figura 22; Orozco 2013b). ¿Por qué este aspecto no se analiza con más detenimiento en los proyectos? Debería hacerse en todos los casos.

Figura 22. Licuación de un depósito para jales, por efecto de un sismo

c) Desde el punto de vista ingenieril, conviene re-pasar las actividades que intervienen con el obje-to de lograr un depósito para jales permanente (estético, ecológico, seguro y económico, nuevo o rehabilitado). Esto se ilustra en la Figura 23 (Orozco 2013a). ¿No convendría extenderse más al respecto? Puesto que nos conviene nombrar a los responsables de cada actividad, es muy con-veniente anotar las palabras clave que cada uno

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de ellos debe respetar y cumplir, para lograr el ni-vel de calidad (especificación) que conduzca a lo fijado en el proyecto del depósito para jales: la geometría, los acabados, los geomateriales y los procedimientos constructivos (Figura 24, Orozco 2013a).

Figura 23. Actividades del depósito para jales permanente(estético, ecológico, seguro y económico, nuevo o rehabilitado)

Figura 24. Responsable del nivel de calidad

d) Una buena guía para proyectar un depósito para jales consiste en seguir la normatividad que ya hay al respecto (SEMARNAT, 2004), tomando en cuenta la clasificación mexicana ahí propuesta y el catálogo de secciones de cortina propuestos. ¿Por qué no respetar la norma si su espíritu está en facilitar el proyecto de los depósitos para ja-les? Recuérdese que antes no había ni guías in-genieriles.

e) Un aspecto que no debe soslayarse se refiere al control total de la calidad, tanto en geometría y acabados, como en materiales y procedimientos constructivos, para lo cual se requiere que sea ágil y oportuno, mediante cartas de control de ca-lidad con sus gráficas de tendencias, dentro de las zonas de aceptación, corrección y rechazo establecidas en la obra, mancomunadamente con el grupo responsable (supervisor, constructor y controlador de calidad). ¿No es agradable traba-jar en equipo, con las "reglas del juego" muy cla-ras? (Figura 25, Orozco 2013a).

Figura 25. Carta de control de calidad

7 CONCLUSIÓN

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