Seminario Residuos Mineros 2010 - Comisión Minería HCDN
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Seminario Residuos Mineros 2010 - Comisión Minería HCDN

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  • El boletín reúne ICOLD 121 casos de incidentes en presas de colas e intenta extraer las enseñanzas de los errores cometidos.
  • Vista de la superficie de un depósito de colas desde el punto de vertido, hacia la laguna de decantación.
  • El contraste con el comportamiento reseñado en las anteriores diapositivas lo presentan estos depósitos de colas en la Sierra de Cartagena (España). Construidos con el método arcaico de recrecimiento mediante hincado de palos en el contorno (en su mayoría ya desintegrados), estos depósitos se mantienen estables por la cohesión aparente que les otorga la succión (se trata de un clima extremadamente seco) y probablemente por algo de cementación que les otorgan las sales precipitadas durante la evaporación del agua. La humedad en el interior de estos depósitos no es tan baja como pudiera parecer a primera vista. Mediciones sobre muestras han dado valores de índice de saturación entre 75 y 80% (García, 2004). En la fotografía inferior derecha se aprecia, en un corte vertical, la estructura estratigráfica que adquieren estos depósitos a consecuencia del proceso de deposición.
  • Hasta aquí hemos hablado del almacenamiento de colas fluidas, que es el caso más habitual. Con procedimientos especiales se puede extraer algo del agua contenida por las colas y obtener o bien colas en pasta o colas secas. Para las colas en pasta se utilizan los tanques espesadores, en los que se provoca la sedimentación de los sólidos, extrayendo el agua limpia por arriba y la pasta por debajo. Para obtener colas secas es necesario utilizar filtrado. El agua es forzada a pasar por un elemento filtrante o bien por presión o bien por vacío.
  • Las colas secas deben manipularse con elementos de movimiento de suelo. En este caso se utiliza una cinta transportadora que puede desplazarse sobre las colas ya depositadas mediante orugas. El depósito generado tiene forma de abanico.
  • Una tercera colección, que se actualiza periódicamente, se publica en el sitio de Internet WISE uranium project. Al compararla con las anteriores, se puede ver que ésta última es bastante incompleta y por lo tanto no refleja la misma evolución histórica de las fallas. Sin embargo, se puede esperar que con el desarrollo de los medios de comunicación (Internet especialmente) las diferencias entre diferentes fuentes de información vayan disminuyendo con el paso del tiempo. Esto es lo que parece ocurrir en la última década del sXX. Haciendo una proyección para la presente década en base a los datos aportados por la colección WISE (21 incidentes y 17 fallas en el periodo 2000 – 2007), sugiere que la tendencia a disminuir el ritmo de fallas e incidentes continuaría en el futuro como en las décadas pasadas, pero a un ritmo más lento. Puesto que la actividad minera ha seguido creciendo durante las últimas tres décadas del sXX, los datos que se presentan en la figura 8 sugieren que, gradual pero sostenidamente, la ingeniería de presas de colas ha ido mejorando. Aún así, el ritmo actual de fallas de presas de colas (entre dos y tres fallas por año en los últimos tres decenios) parece excesivo. Aceptando que existen unas 3500 presas de colas en el mundo (Davies et al, 2001), la probabilidad de falla anual para la década del 90 fue de 1:1500 y para la presente sería de 1:2000. Es decir entre 5 y 6 veces mayor que la probabilidad de falla de una presa de embalse de agua.
  • El estudio de casos históricos nos permite identificar cuáles son los posibles mecanismos de falla de una presa de colas. Además nos puede dar una idea de cuales de estos mecanismos son más frecuentes y por lo tanto identificar, por orden de importancia, los aspectos que deben ser tenidos en cuenta en las verificaciones de seguridad. En las figura se presentan histogramas en los que se clasifican los casos históricos recopilados por el Boletín N°102 (ICOLD, 2001) en nueve categorías de acuerdo a la causa que haya provocado el incidente o la falla. Ordenados de acuerdo al número de casos históricos ocurridos, a continuación se listan las causas de los incidentes más frecuentes: 1) deslizamiento de taludes, 2) terremotos, 3) sobrepaso, 4) falla de la fundación, 5) tubificación, 6) falla de estructuras auxiliares, 7) erosión y 8) subsidencia de minas activas o abandonadas En un número importante de casos la causa del incidente o falla es desconocida. Se ve además que la mayoría de los casos históricos registrados corresponden a incidentes ocurridos en la etapa de producción de la mina, mientras la presa estaba en construcción. Sin embargo también se han registrado incidentes en presas inactivas. Por otra parte, si se analizan los casos de falla por separado (Figura 9.b) se ve que el sobrepaso es un mecanismo de falla casi tan frecuente como el deslizamiento, tanto para las presas activas como para las inactivas. Las otras causas de falla en orden de frecuencia son: terremoto, tubificación, falla de la fundación, falla de estructuras auxiliares, erosión y subsidencia.
  • Un depósito de colas es afectado por una serie de “acciones” hidráulicas externas tales como: Vertido de colas (conteniendo una proporción importante de agua) Lluvia Evaporación Extracción de agua excedente de la laguna Ingreso de agua subterrénea Drenaje de agua hacia la fundación o o a través de la presa Captación y recupero de filtraciones aguas abajo de la presa Además ocurren una serie de fenómenos hidráulicos dentro mismo del depósito tales como: Flujo de agua a través de las colas Infiltración/escurrimiento superficial Ascenso capilar
  • A modo de ilustración de la influencia del agua freática se presenta la modelación de una presa de colas de la Industria del Níquel en Cuba. Esta es una vista actual del depósito estudiado, que esta apoyado sobre la llanura de inundación del río Moa, rellenando la depresión de un área pantanosa. Está fundado sobre depósitos aluviales del río Moa (arenas y limos), al que subyace un depósito de arcilla marina de unos 20 metros de espesor y este a su vez está apoyado sobre rocas ultramáficas (serpentinita) muy meteorizadas. Los derrames de colas han sido muy importantes en el pasado, en la zona indicada con flechas, encontrándose actualmente algunos relictos de colas incluso en la margen opuesta del río Moa.
  • En el Caso Húmedo S>0.94 al final de la construcción

Transcript

  • 1. Seguridad de Depósitos de Residuos Mineros. Francisco Zabala INSTITUTO DE INVESTIGACIONES ANTISISMICAS Universidad Nacional de San Juan
  • 2. Introducción
    • 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.
  • 3.  
  • 4. VERTIDO LAGUNA DE DECANTACIÓN Dique de “colas” (Tailings dam)
  • 5. 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 Foto: Cristóbal García, 2004
  • 6. Escombreras (Waste rock dumps)
  • 7. Pilas de lixiviación (Veladero - San Juan)
  • 8. Colas espesadas y secas Espesadores Filtros de presión de vacío Pasta Colas secas
  • 9. Almacenamiento de colas secas ( dry stacking) La Coipa (Chile)
  • 10. Presas de colas vs. Presas de embalse.
    • 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.
  • 11. Prob de falla < 1% en 100 años < 0.1% 1960 en adelante
  • 12. Prob de falla = 4% en 100 años Cantidad de fallas de presas de colas en el mundo
  • 13. Causas de falla
  • 14. Amenaza sísmica proyecto Casposo. Área de estudio. Casposo Calingasta Barreal San Juan 0 50Km 70.5° 70° 69.5° 69° 68.5° 30.5° 30° 31.5° 31°
  • 15. Evidencias Neotectónicas 0 50Km 70.5° 70° 69.5° 69° 68.5° 30.5° 30° 31.5° 31°
  • 16. Epicentros (H  70 Km) 4  M < 5 5  M < 6 6  M < 7 M  7 1952 1894 1944
  • 17. Criterios de verificación sísmica para las obras del Proyecto Casposo Tipo de Obra Probabilidad de excedencia Periodo de retorno Objetivo de diseño Designación del movimiento sísmico de diseño TODAS 50% en 10 años 15 años Sin daños estructurales. Mínima interrupción de la operación TON A max=0.10g NO CRÍTICA 1% en 10 años 1000 años Seguridad de vida de las personas que trabajan en el proyecto TMD 1000 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. TMD 10000 A max=0.59g
  • 18.  
  • 19.  
  • 20. “ Acciones” hidráulicas sobre una presa de colas. Lluvia Evap. Evap. Vertido colas Bombeo 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
  • 21. 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
  • 22. Presa de colas de la Industria del Níquel Moa, Cuba 500 m Río Moa Sección de análisis
  • 23. 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 b) Pluviograma aplicado c) Evolución de la superficie freática 18 12 24 30 36 42 48 6 40 Horas mm/hora 0 20 0 60 80 100 I) II) III) IV) V) Influencia del agua capilar en la operación hidráulica y la estabilidad a) Condición inicial de operación hidráulica FS = 2.5 FS = 1.1
  • 24. 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/día Laguna Infiltración neta = 0.85 mm/día Laguna NF 100 m Laguna
  • 25. 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
  • 26. Castaño Viejo, SITE N°9
  • 27. Planta dique de colas- Lama (Vector)
  • 28. Sección transversal dique de colas- Lama (Vector)
  • 29. Algunos antecedentes de legislación Decreto N° 1544 Sobre la Seguridad y Control de Presas, Provincia de San Juan DIRECTIVA 2006/21/CE DEL PARLAMENTO EUROPEO Y DEL CONSEJO de 15 de marzo de 2006 sobre la gestión de los residuos de industrias extractivas
  • 30. 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.
  • 31. 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.
  • 32. MUCHAS GRACIAS !!!!