Seguridad de Depósitos de Residuos Mineros.

Francisco Zabala

INSTITUTO DE INVESTIGACIONES ANTISISMICAS Universidad Nacional de San Juan

• El volumen de residuos mineros es significativamente mayor a los industriales y domésticos.

• El volumen de residuos mineros (colas y escombreras) excede largamente el volumen de materiales manipulados por la ingeniería civil en todo el mundo.

• Existen un número de similitudes entre los problemas de seguridad de presas de colas y presas de embalse. Puesto que la ingeniería de presas de embalse es mucho más antigua que la de presas de colas, podemos aprovechar la experiencia adquirida.

Por ejemplo:

• Problemas de flujo.• Problemas de estabilidad/deslizamiento• Comportamiento sísmico/Licuación.

Introducción

Jachal

San Juan

Mendoza

San Rafael

1 2

5

6

7

8 9 10

12

13

1

5

4

3

2

Presa Tipo

Cuesta del Viento

Los Cauquenes

Ullúm

Punta Negra

Los Caracoles

MSZ

H

MSZ

MSP

MSP

MSZ: Materiales sueltos zonificada

H: Presa de HormigónMSP: Mat. sueltos con pantalla de H°

Oasis bajo riego

66.5°35.5°

1782(7)

1861(7)

1894(8)

1929(6.8)

1944(7.4)

1952(7)1977(7.4)

1985(5.9)

4 3

6

7

8

9

10

12

El Carrizal

Potrerillos

Agua del Toro

Los Reyunos

El Tigre

Valle Grande

MSZ

MSP

H

MSZ

MSZ

H

11 Los Nihuiles H

Presa Tipo

29°LatSur

72° Long. Oeste

100 Km

1977(7.4)Terremoto histórico:Año(Magnitud)

Falla activa

Presa7

REFERENCIAS

REGIÓN DE CUYOPascua-Lama

(oro)

Veladero(oro)

El Pachón(Cobre)

Co. Casposo(Oro)

Proyecto minero

Gualcamayo (oro)

VERTIDO

LAGUNA DE DECANTACIÓN

Dique de “colas” (Tailings dam)

Foto: Cristóbal García, 2004

Depósitos de colas de la extracción de galena, blenda y pirita (Sa. de Cartagena – La Unión – España). Inactivos durante 20 años. Pendiente de los taludes = 40º

Escombreras (Waste rock dumps)

Pilas de lixiviación (Veladero - San Juan)

Colas espesadas y secas

Espesadores Filtros

de presión de vacío

Pasta Colas secas

Almacenamiento de colas secas (dry stacking)

La Coipa (Chile)

• Las presas de colas se construyen progresivamente a lo largo de todo el periodo de explotación minera.

• Ocurren cambios importantes en el régimen de operación de la presa durante su construcción. Puede haber ajustes en su diseño.

• Existen varias fases post-construcción en la que la presa debe ser tan segura como durante la fase de explotación (aún muchos años después de que el beneficio económico haya cesado). Es difícil definir su extensión en el tiempo.

• La duración de las diferentes fases por las que pasa la presa (durante las cuales las condiciones de operación y las consecuencias de una falla se mantienen mas o menos constantes) varían muchísimo. Por ej: el periodo entre sucesivos recrecimientos puede ser de un año y la fase de cierre se puede estimar en 500 años.

• Los eventuales efluentes de la presa son contaminantes y por lo tanto deben ser controlados y/o contenidos.

Presas de colas vs. Presas de embalse.

1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960

7%

PRESAS DE EMBALSE EN EEUUPorcentaje de fallas por década(ICOLD, 1974 - 349 incidentes)

4.8%

2%

1% 1%0.2%

Prob de falla < 1% en 100 años

< 0.1%1960 en adelante

1930

PRESAS DE COLAS (actualmente ~3500? en el mundo)

0

25

50

40 50 60 70 80 90 2000

26 7

45

5149

28

43

28

21

1315

18 17 17

25

17

13

Incidentes

Fallas

USCOLD/UNEP (2001)177 incidentes{

FallasDavies (2001) - 121 fallas

Incidentes

Fallas

WISE (2004)87 incidentes{

Prob de falla = 4% en 100 años

Cantidad de fallas de presas de colas en el mundo

SOB

REP

ASO

DES

LIZA

MIE

NTO

TER

REM

OTO

FUN

DA

CIÓ

NES

TRU

CTU

RA

S A

UX

ERO

SIÓ

ND

ESC

ON

OC

IDA

PRESAS DE COLAS(Datos de USCOLD/UNEP/ICOLD, 2001)

0

25

50

TUB

IFIC

AC

IÓN

SUB

SID

ENC

IA

N°

Presas inactivas

Presas activasINCIDENTES (211){

Presas inactivas

Presas activasFALLAS (135){

Causas de falla

Casposo

Calingasta

BarrealSan Juan

0 50Km

70.5° 70° 69.5° 69° 68.5°

30.5°

30°

31.5°

31°

Amenaza sísmica proyecto Casposo. Área de estudio.

Evidencias Neotectónicas

70.5° 70° 69.5° 69° 68.5°

30.5°

30°

31.5°

31°0 50Km

Epicentros (H 70 Km)

4 M < 5

5 M < 6

6 M < 7

M 7

1952

1894

1944

Tipo de Obra

Probabilidad de excedencia

Periodo de retorno

Objetivo de diseñoDesignación del

movimiento sísmico de diseño

TODAS 50% en 10 años 15 añosSin daños estructurales. Mínima interrupción de la operación

TONA max=0.10g

NO CRÍTICA

1% en 10 años 1000 añosSeguridad de vida de las personas que trabajan en el proyecto

TMD1000

A max=0.33g

CRÍTICA 1% en 100 10000 años

Seguridad pública.Seguridad de vida y bienes de la población.Se aceptan daños, sin colapso, que no provoquen escapes incontrolados de agua, sólidos o substancias contaminantes.

TMD10000

A max=0.59g

Criterios de verificación sísmica para las obras del Proyecto Casposo

“Acciones” hidráulicas sobre una presa de colas.

LluviaEvap.Evap.

Vertido colasBombeo

Escorrentía superficial

Escurrimiento + Infiltración

Ingreso de agua subterránea

Flujo a través de la fundación

Flujo a través de la presa

Flujo a través de las colas

Recuperación de filtraciones

FOTO: Northridge Collection, Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley

FALLA POR LICUACIÓN Presa de colas (Tapo Canyon, 26 m). Terremoto de Northridge, 1994

Falla de flujo 10 min después de terminado el movimiento sísmico

Presa de colas de la Industria del Níquel Moa, Cuba

500 m

Río Moa

Sección de análisis

I) t = 0

II) t = 12 h

III) t = 24 h

IV) t = 36 h

V) t = 48 h – Final de la tormenta

VI) t = 12 días

FS = 2.5

FS = 1.1

b) Pluviograma aplicado c) Evolución de la superficie freática

0

20

40

60

80

100

0 8 16 24 32 40 481812 24 30 36 42 486

40

Horas

mm/hora

0

20

0

60

80

100

I) II) III) IV) V)

S = 1.0

S = 0.95S = 0.90

S = 0.85

Influencia del agua capilar en la operación hidráulica y la estabilidad

a) Condición inicial de operación hidráulica

Modelo hidro-mecánico de una presa de colas (CODE_BRIGHT)

Escala Vertical = 2 x Escala Horizontal

EFECTO DE LA CONDICIÓN DE BORDE

Infiltración neta = 0.25 mm/día

Laguna

Evaporación neta = 0.5 mm/díaLaguna

Infiltración neta = 0.85 mm/día

Laguna

NF100 m

Laguna

Zona minera de Castaño Viejo .San Juan, Argentina.

• Extracción de plomo, zinc y cobre (1956-1964)• 2 depositos de colas estudiados (entre 24)• Alturas entre 5 a 15m • Abandonados 45 años atras

Castaño Viejo, SITE N°9

2,50m2,90m

3,80m

5,50m

6,20m

4,65m

0,35m

SITE N:9

ML

CH-ML

CH

ML

ML

CH-ML

ALLUVIALSOIL

-7,00

-6,00

-5,00

-4,00

-3,00

-2,00

-1,00

0,00

0,0 0,5 1,0SATURATION DEGREE

De

pth

[m

]

Planta dique de colas- Lama (Vector)

Sección transversal dique de colas- Lama (Vector)

Decreto N° 1544 Sobre la Seguridad y Control de Presas, Provincia de San Juan

DIRECTIVA 2006/21/CE DEL PARLAMENTO EUROPEO Y DEL CONSEJOde 15 de marzo de 2006sobre la gestión de los residuos de industrias extractivas

Algunos antecedentes de legislación

Comentarios finales.

• La estabilidad mecánica de los depósitos de residuos mineros depende de numerosos factores pero está fuertemente influida por las “acciones” hidráulicas (precipitación, evaporación, flujo, etc.) que determinan el contenido de humedad del depósito.

• La tasa de fallas de presas de colas ha disminuido fuertemente aunque el número de depósitos de residuos ha aumentado muchísimo.

Comentarios finales.

• La Ingeniería de San Juan está comprometida intensamente en el “desarrollo de capacidades” locales relacionadas con el diseño, verificación, construcción y operación de depósitos de residuos mineros.

MUCHAS GRACIAS !!!!