Simposio Internacional Ciencia y Tecnología: Rol Estratégico de la Gestión Tecnológica del Cierre de Faenas Mineras para Alcanzar una Minería Sustentable en la Región de Atacama Universidad de Atacama. 5 y 6 de Junio 2008. NORMATIVA Y TECNOLOGIAS INNOVADORAS APLICADAS A DEPOSITOS DE RELAVES Dr. Ing. RAUL ESPINACE ABARZUA Grupo de Geotecnia - Pontificia Universidad Católica de Valparaíso http://icc.ucv.cl/geotecnia
REGULACIONES PARA DISEÑO, OPERACIÓN Y CIERRE DE FAENAS MINERAS EN CHILE Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental (1994). Los EIA exigen la presentación de una Descripción de la fase de cierre y/o abandono para Modificaciones o Proyectos nuevos, que se sometan al SEIA (Compromiso en la RCA es presentar un Plan de Cierre definitivo, antes de la paralización) Acuerdo Marco de Producción Limpia (2002). Guía Metodológica para el Cierre de Faenas Mineras. Reglamento de Seguridad Minera (2004): se espera recibir al año 2009 unos 250 proyectos de cierre Reglamento para la Aprobación de Proyectos de Diseño, Construcción, Operación y Cierre de los Depósitos de Relaves (Aprobado abril 2007). Anteproyecto de Ley de Cierre de Faenas Mineras (última versión marzo 2006. Minería a SGP) Anteproyecto de Ley de Remediación de PAM (última versión de Sernageomin a Minería, año 2005) 2
REQUISITOS TÉCNICOS A CUMPLIR EN PLAN DE CIERRE DE FAENAS MINERAS (Reglamento de Seguridad Minera, Feb. 2004) TRANQUES DE RELAVES: Desmantelar instalaciones (ductos, ciclones, muelles) Manejo o secado de laguna de aguas claras Cercar torres colectoras Estabilización de taludes (reforzamiento) Compactación berma coronamiento Mantención de canales perimetrales Sistema de evacuación de aguas lluvia (sifones, vertederos) Recubrimiento de cubeta y taludes (suelo natural, suelo granular, vegetar) Aplicar medidas de reparación Instalar señalizaciones Cierre de accesos Habilitación de vertederos de emergencia Piscinas de evaporación Construcción de muro al pie del talud Una buena operación reduce los costos finales de Cierre
RIESGOS O PROBLEMAS GEOTÉCNICOS ASOCIADOS A TRANQUES DE RELAVES Licuación del prisma resistente. Inestabilidad de taludes (bajo condiciones estáticas y sísmicas). Deformaciones excesivos. Rebalse, overtoping y vaciamiento. Piping o tubificación. Inestabilidad del suelo de Fundación Planos de falla por precipitaciones o erosión eólica 4
RIESGOS ASOCIADOS A PRESAS DE RELAVES Over topping Falla circular de taludes Over topping Falla en cuña de taludes
RIESGOS ASOCIADOS A PRESAS DE RELAVES Deformaciones sísmicas y licuación Zona licuada 6Inestabilidad falla del suelo de fundación
RIESGOS ASOCIADOS A PRESAS DE RELAVES Erosión eólica 7 Cárcavas por erosión eólica o hídrica
RESUMEN EJECUTIVO CATASTRO DE DEPOSITOS DE RESIDUOS MINEROS (SERNAGEOMIN, 1992) REGION PROVINCIA COMUN A Nº D E DEPOSITOS DE RESIDUOS MINEROS COMUNA REGION ANTOFAGASTA 12 ANTO FAGASTA MEJILLONES 7 SIERRA GORDA 7 SEGUNDA TALTAL 23 56 EL LO A CALAM A 1 MARIA ELENA 3 TOCOPILLA TOCO PILLA 3 CHAÑARAL 23 CHAÑARAL DIEGO DE ALMAGRO 48 TERCERA CALDERA 1 COPIAPO COPIAPO 97 213 TIERRA AMARILLA 19 HUASCO FREIRIN A 3 VALLENAR 22 ILLAPEL 63 CHO APA LO S VILOS 6 MINCHA 5 SALAMANCA 14 ANDACO LLO 140 COQUIMBO 15 LA HIGUERA 36 ELQ UI CUARTA LA SERENA 35 422 PAIGUANO 1 VICUÑA 25 COMBARBALA 23 MONTE PATRIA 7 LIMARI OVALLE 27 PU NITAQ U I 24 RIO HURTADO 1
RESUMEN EJECUTIVO ESTUDIO CATASTRAL DE DEPOSITOS DE RESIDUOS MINEROS (PUCV, 2004) TRANQUES EN COMUNAS: REGION PROVINCIA COMUNA Nº DE DEPOSITOS COMUNA PROVINCIA REGION Cabildo 13 Petorca 8 PETORCA La Ligua 3 26 Hierro Viejo 1 QUINTA SAN FELIPE DE ACONCAGUA Pedegua 1 Catemu 5 San Felipe 3 Putaendo 3 Llay-Llay 1 LOS ANDES San Esteban 2 2 VALPARAISO Puchuncaví 1 1 CONDICIONES DE OPERACIÓN: CONDICION DE OPERACION Nº DE DEPOSITOS EN OPERACIÓN 7 ABANDONO TEMPORAL 3 ABANDONO DEFINITIVO 31 12 41
DIAGNÓSTICO ESTABILIDAD CONDICIONES AMBIENTALES N Tranques de relaves. 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Estabilidad Mecánica Erosión N Tranques de relaves. 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Estabilidad Hidrológica Agua Aire Flora Fauna Paisaje Población humana Muy Buena 0 0 Muy Buena 0 17 0 2 26 0 22 Buena 3 9 Buena 14 6 19 17 13 0 12 Aceptable 21 18 Aceptable 26 7 19 17 2 23 6 Deficiente 11 14 Deficiente 1 5 3 5 0 18 1 Inaceptable 6 0 Inaceptable 0 6 0 0 0 0 0
Catastro Parcial de Pasivos Ambientales Mineros (PAM). Información 2007 de SERNAGEOMIN Actualmente existen 867 depósitos de relaves de los cuales el 14% (121) se encuentra en operación y el 86% en abandono (P.Cartagena, 2007). De estos 121, 107 son tranques de relaves en operación. De ellos, sólo el 42% entrega informes trimestrales del control de operación de los tranques Del total de depósitos de relaves, sólo 342 fueron sometidos al DS. 86 que regulaba el diseño y la operación. El Proyecto Focigam catastró 213 faenas mineras abandonadas y paralizadas Catastro Parcial de Pasivos Ambientales Mineros (PAM). Proyecto FOCIGAM. (Convenio Sernageomin, Chile JICA, Japón, 11 2002-2007)
Catastro Parcial de Pasivos Ambientales Mineros (PAM). Proyecto FOCIGAM Seguridad: Contaminación: Flujos: 12 Uso del terreno: Poblaciones y personas cercanas a sitios riesgosos Material particulado desde tranques abandonados y substancias peligrosas Por debilidades de muros de contención Subsidencia del suelo
Nuevo Reglamento para la Aprobación de Proyectos de Diseño, Construcción, Operación y Cierre de Depósitos de Relaves. Principales Contenidos Geotécnicos de Diseño y Operación 1. Análisis de Estabilidad Sísmica. 2. Análisis de Licuefacción sísmica. 3. Determinación de Presiones de Poros y de Desplazamientos. 4. Análisis Dinámicos Basados en Propiedades Dinámicas de las Arenas (tema de análisis en ( )). 5. Revancha y Ancho de Coronamiento. 6. Estabilidad e Impermeabilización del Muro de Partida. ( ) Obligaciones Decreto. 248 El Artículo 14, letra o) sobre métodos o fases requeridas para el análisis de la estabilidad de taludes, solicita para la fase III, Análisis dinámicos basados en ensayos de propiedades dinámicas de los suelos, incluyendo cálculo de desplazamientos para muros mayores de 15 m.) 13
Principales Contenidos Geotécnicos de Diseño y Operación 7. Sistemas de Drenaje y Recolección de Aguas ( El muro de contención o prima resistente, debe contar con un sistema de drenaje en su base ) 8. Creación de Planos de Fallas en el muro por precipitaciones, por erosión eólica u otros. 9. Efecto Envejecimiento en las Propiedades de los Depósitos (solicitado en la fase IV Análisis para Condiciones de Cierre Artículo 14, letra o) 10. Determinación de Sistemas de Instrumentación y Monitoreo. 11. Determinación de Distancia Peligrosa (Tema de análisis planteado por el Dcto. 248). ( ) Obligaciones Decreto 248 Sistema de Impermeabilización del fondo de la cubeta (se debe analizar el concepto no es permitido el uso de una geomembrana ). 14
FACTORES GEOTÉCNICOS CLAVES PARA REDUCIR EL RIESGO DE INESTABILIDAD DURANTE LA OPERACION Pendiente de taludes adecuada, principalmente en dirección aguas abajo. Granulometría y Nivel de Compactación adecuado. Contar con Parámetros resistentes adecuados. Bajas presiones intersticiales al interior del prisma resistente. Altura de revancha y ancho de coronamiento suficientes. Eficiente Sistema de Drenaje
Resumen de Aspectos a Tener Presente Durante la Operación (Informe Trimestral a Sernageomin) 1. Factores Asociados a la geometría del depósito 2. Factores Asociados a la presencia de Aguas 3. Factores Asociados a la colocación de las Arenas 4. Descripción de los sistemas de instrumentación y control 5. Factores Asociados al Control de Calidad del Tranque 1. Factores Asociados a la geometría del depósito Altura del tranque Angulo del talud aguas abajo Perfiles topográficos representativos del período Altura de la revancha Ancho del coronamiento 16
2. Factores Asociados a la colocación de las Arenas y comportamientos estructural Método de compactación y maquinaria empleada Ensayos de Referencia Proctor Normal o Proctor Modificado Ensayos de control de la compactación (densidad in situ). 17
3. Factores Asociados a la presencia de Aguas Posición nivel freático en piezómetros del muro Presencia de aguas en drenes del muro. Posición de la laguna de aguas claras. Presencia de aguas en pozos de monitoreo 4. Sistemas de Instrumentación y Control Presiones de poros Desplazamientos Asentamientos Filtraciones Aceleraciones sísmicas Otras definidas en el proyecto 18 Tranque Tal Tal de Enami
5. Factores Asociados al Control de Calidad del Tranque Entidad o Sistema responsable del control de calidad Normativa de los ensayos empleada Interpretación del control de calidad y su correspondencia con exigencias de proyecto Reacción oportuna ante la presencia de fallas con medidas de solución Necesidades de capacitación Técnica y Profesional Generación de fundamentos para ampliaciones o Planes de Cierre 19 Tranque San Esteban de Tierra Amarilla
DESAFIOS ASOCIADOS A LA CONSTRUCCION Y CIERRE DE TRANQUES DE RELAVES Generar sistemas de evaluaciones estructurales permanentes para reducir riesgos durante la operación y facilitar acciones en el Cierre (licuación del prisma resistente; Inestabilidad de los taludes; rebalse u overtoping; piping o tubificación, etc) Implementar acciones para reducir impactos ambientales sobre suelo, agua y aire, por la acción eólica, drenaje ácido, u otras. Intervención ante impactos paisajísticos o al ecosistema 20
Rehabilitación Ex Pozo La Feria 21
RESPUESTAS INNOVADORAS ASOCIADAS A LA CONSTRUCCION Y CIERRE DE TRANQUES DE RELAVES. INVESTIGACIONES ACTUALES EN LA PUCV Efecto envejecimiento sobre los parámetros geotécnicos de los depósitos mineros. Desarrollo de Nuevas Metodologías de Control de Operación. Generación de nuevos Métodos de estimación de la estabilidad de taludes en depósitos de residuos en operación. Aplicación de estabilizadores químicos para mejorar las condiciones estructurales y ambientales de un tranque de relaves Desarrollo de herramientas biogeotecnológicas para potencia la fitoestabilización de tranques de relave Aplicación de substancias poliméricas extracelularescorporar cohesión a las arenas 22
1.- NUEVAS TECNOLOGÍAS ASOCIADAS A CONDICIONES ESTRUCTURALES Y AL EFECTO ENVEJECIMIENTO Al evolucionar positivamente los valores de los parámetros resistentes de las arenas de relaves del tranque, con respecto a los valores asumidos en las hipótesis iniciales de diseño, es posible aumentar su vida útil. Causas Consolidación por carga o secamiento. Cambios de fábrica por historial sísmico. Variación de la línea de flujo. Creación de vínculos físico químicos. 23 Efectos Aumento de la resistencia cíclica. Aumento de c y φ. Aumento de índices de penetración
E X P E R I E N C I A S D Simposio E L G R U Internacional P O D E G de E O Cierre T E Cy NI Recuperación A C O N I N de S Faenas T I T U Mineras C I O N E S E X T R A N J E R A S Evolución del Ncpt en el período 1991-2002 en un tranque de relaves Ensayo de penetración CPT dinámico. Envejecimiento Poste 40 A. AR Nº de Golpes 0,0 0 15 30 45 60 75 90 10 5 120 135 150 16 5 180 195 1,2 2,4 3,6 4,8 6,0 Profundidad (mt) 7,2 8,4 9,6 10,8 12,0 13,2 14,4 15,6 16,8 18,0 19,2 20,4 1992 1997 2000 2002 Tranque Nº 3 Planta M.A Matta R. ENAMI. Copiapó. 24
AMPLIACIÓN DE LA VIDA. NUEVOS PARÁMETROS GEOTÉCNICOS ESTIMADOS Ubicaci ón Poste 40 Poste 120 A.AR Poste 120 A.AB Cámara 5-6 Cámara 2-3 Estribo Derecho φ ( ) 33 33 34 32 33 33 C (t/m 2 ) 0.75 0.75 0.65 0.75 0.75 0.65 Ampliación Poste 40 POSTE 40 Cota coronamiento 483.357 pendiente 1:4. 51 pendiente 1:3,5 Cota coronamiento de proyecto: 485 Pendiente 1:2 CPT ene 02 20,8 Linea de flujo de proyecto 8,5 95,7 Variación de la geometría del prisma resistente. 12 16 Cota Pie de Talud 462.60 Cota coronamiento de ampliación: 490 25
ESTABILIDAD DE TALUDES Y ANÁLISIS DEL POTENCIAL DE LICUACIÓN 0 50 100 1 50 20 0 250 S Análisis de estabilidad. Parámetros resistentes obtenidos de ensayos de penetración 0 Software LIQUITER 1 2 3 0 10 20 30 40 50 N >>1.3 >>1.3 >>1.3 >>1.3 >>1.3 >>1.3 >>1.3 >>1.3 >>1.3 >>1.3 >>1.3 12 8 6 7 5 4 >>1.3 9 10 11 >>1.3 >>1.3 >>1.3 >>1.3 13 Z 0 1 2 3 4 5 FS (N) Nspt (S) Tensión vert. totale [kn/m²] FS<1. 0 FS<1. 3 ( N) Ns pt corr ec tos (S) Tensión vert. eficaz [kn/m²] FS<5. 0 FS>5. 0 www. g eo and so ft.com 26
El ensayo PANDA (Pénétromètre Automatique Numérique Dynamique Assisté) Aplicaciones: potencial de licuación, estimación de parámetros resistentes y de estabilidad de taludes ENSAYO PANDA II.
2.- NUEVAS TECNOLOGÍAS EN EL CONTROL DE CALIDAD DURANTE LA OPERACIÓN CONTROL DE CALIDAD CON ENSAYO CPT Permite estimación de compacidad en profundidad. Permite estimación de parámetros resistentes. Es posible la instalación de piezómetros. Existen una serie de experiencias en tranques de relaves. 28 Tranque El Buitre. Planta San José. Pucobre. ENSAYOS DE PENETRACIÓN PORTÁTIL Permiten obtener estados de compacidad en profundidad. Sus resultados dependen de menos factores externos. Permiten la estimación de parámetros resistentes. Menor tiempo de ejecución y menores costos.
PANDA (Pénétromètre Autonome Numérique Dynamique Assisté) Control de Compactacion Junio 2004 CONTROL DE COMPACTACIÓN DURANTE LA OPERACION Resistencia de punta, qd (MPa) 0.1 1 10 0 0. 1 0.2 Profundidad (mts) 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Identificación de zonas con diferentes estados de compactación y optimización en metodologías de operación 29
3.- VARIABILIDAD ESPACIO-TEMPORAL DE LOS PARÁMETROS EN DEPÓSITOS MINEROS Punto de posicionamiento Malla de posicionamiento espacial S 61 S 62 S 63 Ensayos de penetración PANDA. S 64 S 65 Estructura estratificada de compactación S 66 S 89 Tranque Las Cruces. PUCOBRE. Convenio Chile-Francia
4.- TECNICAS DE CONTROL DE PROBLEMAS GENERADOS POR LA EROSIÓN EÓLICA Riesgo en salud de las personas por inhalación de material. Deterioro del coronamiento y revancha. Interrupción de faenas. Disminución de la vida útil, por arrastre de material hacia la cubeta. 31 Tranque de Relaves Nº 1 y Nº2. Ojancos.
Cubierta de suelo Plantaciones Enrocado Estabilización Química Geosintéticos. Cortinas corta vientos. Simposio Internacional de Cierre y Recuperación de Faenas Mineras ALTERNATIVAS DE MITIGACIÓN DE LOS EFECTOS DE LA EROSIÓN EÓLICA Plantación Viento Cloruro de Sodio Cloruro de Magnesio (Bischofita) Materiales bituminosos. 32 Polímeros Tranque San José de Pucobre
Ejemplo 1: EXPERIENCIAS DE ESTABILIZACION EN OJANCOS 33 Año 2001 Enero 2007
Ejemplo 2: Experiencias de Implantación de Cubierta Vegetal en Chañaral 34
4.1 Investigación Experimental con Empleo de Bischofita (Planta M.A.Matta). Proyectos DI-PUCV y Nuevo Proyecto Fondef. 35
4.2 Investigación Experimental con Estabilización Vegetativa Hace más de 19 años se comenzó con una experiencia de forestación de plantas en el Tranque de Relave Planta Manuel Antonio Matta Ruiz. 36
ESTABLECIMIENTO DE ESPECIES EN EL TALUD DEL TRANQUE Nombre Común Nombre Científico Galenia Doca Atriplex Galenia secunda Carpobrotus sp. Atriplex numularia 37 Atriplex sp. Tranque de Relaves N 2 Planta Matta. ENAMI. Proyecto Fondef
Talud Verano 2003-2004 38
Especies Exitosas de Experiencias Anteriores Nombre común Espino Aromo azul Pimiento Granado de flor Albizia Tamarindo Aromo australiano Nombre Científico Acacia caven Acacia saligna Shinus molle Punica granatus Albizia lophanta Tamarix sp. Acacia melanoxylon Establecimiento de Especies Nuevas en la Cubeta Nombre común Nombre Científico 39 Quillay Quillaja saponaria Algarrobo Prosopis chilensis Tamarugo Prosopis tamarugo Tara Caesalpinia spinosa Parkinsonia Parkinsonia aculeata Maitén Maytenus boaria
RECUPERACIÓN DE ESPECIES NATIVAS PARA CONTROL DE EROSIÓN, UTILIZANDO RIEGO. 40 FORMACIÓN DE MICROSISTEMAS
4.3.- Desarrollo de herramientas biogeotecnológicas para la estabilización de tranques de relave Atracción Ingestión TMP2/3 Reproducción Nemátodo Dispersión Aumento del NH + 4 en el suelo 41
PROYECCIÓN DE ASOCIACIONES NEMÁTODO-BACTERIA Estimulación radicular Protección frente a patógenos Formación de suelo Fertilización - Fijación de N2 - Degradación de materia orgánica - Solubilización de fosfatos Remediación Biológica Integrada (RBI) 42
INOCULACIÓN DE LA ASOCIACIÓN NEMÁTODO BACTERIA EN LA ZONA RADICULAR DE PLANTAS 43
SEGUIMIENTO DE: ASENTAMIENTO DE NEMATODOS NIVELES DE AMONIO EN LA RIZOSFERA MUESTREO DE SUSTRATO RADICULAR DE PLANTAS INOCULADAS 44
4.3.- Desarrollo de herramientas biogeotecnológicas para la estabilización de tranques de relave Aplicación Sustancias poliméricas extracelulares (EPS) Angulo de rozamiento v/s Edad Angulo de rozamiento (º) 46 45 44 43 42 41 40 39 38 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Edad Probeta Probetas estabilizadas Probeta no estabilizada 45
Aplicación Sustancias poliméricas extracelulares (EPS) producidas por bacterias, capaces de aglomerar partículas de arenas. ENSAYO DE CORTE DIRECTO Ensayo consolidado drenado sin saturación con agua. Probetas compactada al 95% de PM con humedad de 16,2% alcanzadas con H2O y pósima CHr4. Ensayos programados a 1, 7, 14 y 28 días (talladas de una probeta remoldeada, confeccionada con las densidades obtenidas mediante método Proctor Normal). Tiempo de Ensayo 1 7 14 28 Angulo Ø Relave + H2O 32,2 38,8 40,8 40,1 Angulo Ø Relave + CHr4 38,5 42,5 44,51 --- Grafico Comparativo Angulos de Rozamie nto V/s Tiempo de Ensayo ENSAYO DE SIMULACION EFECTO EÓLICO 46 Angulo de Rozamiento 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 1 7 14 28 Tiempo de Ensayo (Días) Arena de Relave + Agua Arena de Relave + CHr4
Proyecto FONDEF D06I1097 (2008-2001) (MM U$ 2.3) Desarrollo de tecnologías para la estabilización estructural y mitigación de efectos ambientales derivados de Tranques de Relaves INSTITUCIONES PARTICIPANTES P. Universidad Católica de Valparaíso Universidad de Santiago Universidad BLAISE PASCAL de Francia SERNAGEOMIN CODELCO. ENAMI SALMAG WETLAND El proyecto propone aplicar y desarrollar tecnologías innovadoras para mejorar el control de calidad, estabilizar y mitigar los efectos ambientales generados en los tranques de relaves, mejorando sus propiedades físicoquímicas y mecánicas mediante tecnologías económicas y ambientalmente adecuadas. Para lograr el objetivo se aplicarán tecnologías de estabilización química y fitoestabilización asistida y se desarrollarán metodologías geotécnicas que permitan evaluar el control de operación y la aplicación de las tecnologías de estabilización en tranques de relaves en la etapa de cierre.
RESULTADOS DE PRODUCCIÓN Y PROTECCIÓN Banco de especies vegetales autóctonas genéticamente optimizadas, para su uso en la estabilización de tranques de relaves. Banco de genes de tolerancia a condiciones ambientales extremas Asociaciones de microorganismos (nemátodos y bacterias), biopotenciadores de la rizósfera. Metodologías geotécnicas adaptadas, que permitan evaluar el control de la operación en tranques de relave. Aplicación de tecnologías de estabilización química y vegetal en tranques de relave. Protección de la información de genes para tolerancia de plantas autóctonas y microorganismos Protección de metodología de control de operación de tranques de relave Protección de metodología integrada para la aplicación de estabilizadores químicos y vegetales en tranques de relave 48 http://icc.ucv.cl/fondef_2008
Simposio Internacional Ciencia y Tecnología: Rol Estratégico de la Gestión Tecnológica del Cierre de Faenas Mineras para Alcanzar una Minería Sustentable en la Región de Atacama Universidad de Atacama. 5 y 6 de Junio 2008. NORMATIVA Y TECNOLOGIAS INNOVADORAS APLICADAS A DEPOSITOS DE RELAVES Dr. Ing. RAUL ESPINACE ABARZUA Grupo de Geotecnia - Pontificia Universidad Católica de Valparaíso http://icc.ucv.cl/geotecnia