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 !!!!