Curso DISEÑO SÍSMICO DE PRESAS DE RELAVES Tipos de depósitos de relaves mineros y modos de falla más frecuentes Luciano A. Oldecop Instituto de Investigaciones Antisísmicas Ing. Aldo Bruschi UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN JUAN, ARGENTINA
ÍNDICE DE LA PRESENTACIÓN 1. Residuos mineros en Argentina 2. Tipos de residuos y de depósitos 3. Características y propiedades de las colas mineras 4. Casos de falla de diques de colas 5. Conclusiones
Principales almacenamientos de residuos mineros en Argentina ACTIVOS Pirquitas Aguilar Alumbrera Pascua Lama Gualcamayo Veladero Casposo Andacollo INACTIVOS Tonco Castaño Viejo Los Gigantes Malargüe San José Co. Negro Co. Vanguardia Manantial Espejo Colas fluidas Colas filtradas Pilas de Lixiv.
29 Lat Sur Pascua-Lama (oro) Veladero (oro) Gualcamayo (oro) 1894(8) 1 2 Jachal REGION DE CUYO REFERENCIAS OASIS (bajo riego) Co. Casposo (Oro) El Pachón (Cobre) 5 1952(7) 4 3 1944(7.4) San Juan 1977(7.4) 1977(7.4) Cordillera de los Andes Terremoto Histórico Año (Magnitud) 1861(7) Falla activa 6 1782(7) Mendoza 7 Presa 1985(5.9) 7 MINERÍA METALÍFERA 8 9 10 San Rafael Mina activa Exploración/Proyecto 100 Km 12 13 1929 (6.8) 35.5 72 Long. Oeste 66.5
Valle de Tulum 90mil hectáreas para agricultura 500mil habitantes
Tipos de residuos que produce la minería 1) Colas o relaves (Tailings) 2) Estéril (Waste Rock) 3) Pilas de lixiviación (Leach piles)
Dique de Colas Las Tórtolas Chile Vertido Extracción de agua por bombeo Laguna de decantación
Dique de Colas Pirquitas Jujuy Sup = 35 Has Presa: Long = 250 m, Altura máx = 30 m 2011
Colas o Relaves (Bajo La Alumbrera Catamarca) 470 millones de toneladas de colas Sup = 850 Has Presa: Long = 2.5 Km, Altura Máx = 140 m
Colas o Relaves (Bajo La Alumbrera Catamarca) Laguna de decantación Vertido Vertido Vertido 2004
Presa Bajo La Alumbrera Catamarca ESCOLLERA (Estéril de mina) FRACCIÓN GRUESA DE LAS COLAS (Compactadas)
Bajo La Alumbrera Recuperación de filtraciones
Colas filtradas (Casposo - San Juan)
CANTIDAD DE AGUA CONTENIDA EN LAS COLAS MINERAS LL, LP
Pila de colas filtradas Casposo (Pcia. de San Juan) Junio 2012
Pila de colas filtradas Casposo (Pcia. de San Juan)
Pilas y valles de Lixiviación (Gualcamayo, San Juan, Argentina) 100 mm
Coronamiento de una pila de lixiviación de 110m de altura (Gualcamayo - San Juan, Argentina)
Cierre y remediación Valle del Río Rimac (Perú)
Características y propiedades de las colas mineras
% que pasa Tamaño de partículas de las colas de diferentes procesos mineros 0.5 mm 0.1 mm (Blight, 1994) Tamaño (mm)
Imagen de microscopio electrónico de colas de oro de Sudáfrica (Chang, 2004) < 250 mm > 150 mm Caolín (Arcilla) 75 mm 150 mm < 150 mm > 75 mm < 75 mm
Colas de oro de Sudáfrica. Tamaño < 0.075 mm (Chang, 2004) Caolín (Arcilla) Caolín (Arcilla) (Mitchell, 1993)
Imagen de microscopio electrónico de colas de la industria del níquel de Cuba Caolín (Arcilla) (Mitchell, 1993) 20 mm (Rodriguez, 2002)
Estratificación de las colas fluidas Colas de Niquel, Moa, Cuba (Rodriguez, 2002) Colas de Plomo, Castaño Viejo, San Juan Colas de Pirita, Cartagena, España
Colas fluidas. Pirquitas, Jujuy Grietas de desecación Colas filtradas. Casposo, San Juan
Características de los residuos mineros (1) : - Gran volumen - Se colocan sin compactación - Mezclados con agua en cantidades - Se espera almacenarlos por periodos prolongados (perpetuidad) - La construcción del depósito se superpone con la operación (1) ICOLD (2001) - Boletín 102: Tailings dams. Risk of dangerous occurrences. Lessons learnt from practical experiences
Cómo se comportarán estos depósitos de residuos en los próximos 50, 100,...500 años? Serán seguros bajo la acción de eventos meteorológicos o geológicos infrecuentes y de gran magnitud? Sus márgenes de seguridad aumentarán o disminuirán con el transcurso del tiempo?
Casos históricos de falla
PRESAS DE COLAS (Datos de USCOLD/UNEP/ICOLD, 2001) N 50 INCIDENTES (211){ Presas inactivas Presas activas 25 FALLAS (135){ Presas inactivas Presas activas 0 DESLIZAMIENTO TERREMOTO SOBREPASO FUNDACIÓN TUBIFICACIÓN ESTRUCTURAS AUX EROSIÓN SUBSIDENCIA DESCONOCIDA Datos: ICOLD (2001) - Boletín 102: Tailings dams. Risk of dangerous occurrences. Lessons learnt from practical experiences
DESLIZAMIENTO: Saaiplaas (Sudáfrica, 1992) 3 roturas precedidas por: - Lluvias (19 mm) - Aumento del ritmo de recrecimiento - Laguna próxima a las secciones falladas Consecuencias: - Volumen vertido 280.000 m 3 - Distancia recorrida por las colas = 300 m Antigua posición de la laguna 18/03/1992 19/03/1992 22/03/1992 (Blight, 1997)
FALLA POR SOBREPASO. Merriespruit, Sudáfrica, 1994-100 has, 31 m de altura - 16 años de iniciada y 1 año inactiva - Falla precedida por lluvia (50 mm) - Volumen vertido 600.000 m 3 - Distancia recorrida por las colas = 3Km - Avalancha de 2.5 m de altura (Blight & Fourie, 2003)
Tuberías de decantación FALLA DE ESTRUCTURAS AUXILIARES Stava, Italia, 1985 Colas de una mina de fluorita Pendiente del valle 12-16º Pobre drenaje de la fundación 23 años de construcción 26 y 30 m de altura Taludes de fuerte pendiente (32 y 39º) Sin by-pass para escurrimiento sup. (http://www.stava1985.it/) Falla precedida por periodo de abundante lluvia Vertido de 200.000 m 3 de colas La avalancha recorrió 3 Km a 30Km/h 268 muertos
a) Rebalse Conducto de decantación ucto de tación Rebalse Depósito superior Stava, Italia, 1985 (Chandler y Tosatti,1995) Depósito superior Tramo de conducto obturado Tramo de conducto obturado Estado de construcción al instalar el bypass Estado de construcción al instalar el bypass Depósito inferior Depósito inferior Descarga Descarga Superficie del terreno natural Superficie del terreno natural b) Peso de las colas depositadas después de la reparación Peso de las colas depositadas después de la reparación Chimenea de hormigón Chimenea de hormigón Tubo de acero Tubo de acero
ROTURA POR TERREMOTO: El Cobre (Chile) 35 m de altura. Talud con pendiente media de 22º y 40º entre bermas(!) Recrecimiento hacia aguas arriba Terremoto de La Ligua (28/03/1965), de M = 7.5 y epicentro a 70 Km Falla por licuación 1.900.000 m 3 de colas viajaron 12 Km valle abajo, provocando la destrucción de un pueblo y la muerte de 300 personas La presa llevaba 2 años fuera de uso al momento de la falla y sólo se usaba como depósito temporal de agua (!)
ROTURA POR TERREMOTO: Tapo Canyon (Harder & Steward, 1996) 24 m de altura. Finos de lavado de áridos (<#140) Construcción iniciada 14 años antes, 2 años inactiva 100 m
ROTURA POR TERREMOTO: Tapo Canyon, EEUU. Northridge, 1994 Terremoto de Northridge (17/01/1994), M= 6.9 D epic = 21 Km, D rup = 16.5 Km, PGA (estimada) = 0.3-0.4g Falla por licuación, 10 min después de terminado el movimiento sísmico FOTO: Northridge Collection, Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley
MINA LAS PALMAS (TALCA, CHILE) - Area = 4 Has - Altura = 15 m - Cerrada en 1997 (Foto 2002) - Cubierta con 10-20 cm de suelo natural.
Falla del depósito de colas de Las Palmas (Talca, Chile) Terremoto de Bio Bio 2010: M = 8.8, D epic = 150 Km, D rup = 100km, MMI = VII, PGA (est)=0.25g - La mitad del volumen (200.000 m 3 ) se deslizó aguas abajo (pendiente 3%) - La masa deslizada se desplazó 300 m - Murieron 4 personas
- Causa de la falla: licuación - Las colas contenían suficiente cantidad de agua para licuar... porqué? Aportes de lluvia? Filtraciones desde la fundación? Agua remanente del proceso?
ESTUDIO DE ANTIGUOS DEPÓSITOS DE COLAS ABANDONADOS Castaño Viejo, San Juan, Argentina. Extracción de plomo entre 1952 y 1964
Colas de Castaño Viejo Datos de exploración de campo SITE N :9 0,35m ML 2,50m 2,90m 3,80m 4,65m 5,50m 6,20m CH-ML ML CH-ML ML CH ALLUVIAL SOIL
Consecuencias de la rotura de un depósito de colas Caso i b Vol [10 3 m 3 ] Vel [Km/h] D [m] Daños Muertos El Cobre (28/03/1965) 3º 3.5º 1900 20 12000 Elevados 300 Iwiny (13/12/1967) 4600 15000 Elevados 18 Bafokeng (1973) 1.5º 4º 40 20 Mínimos 0 Bafokeng (11/11/1974) 1.3º 2º 3000 40 42000 Elevados 12 Arcturus (1978) 1.5º 3º 20 300 Mínimos 1 Stava (19/07/1985) 12º 200 30 3500 Elevados 268 Saaiplaas (18/03/1992) 1.0º 3º 70 70 Mínimos 0 Saaiplaas (19/03/1992) -0.5º 2.3º 70 70 Mínimos 0 Saaiplaas (22/03/1992) -0.5º 3º 140 300 Mínimos 0 Merriespruit (22/02/1994) Los Frailes (15/04/1998) 1.5º 2º 600 3000 Intermedios 17 0.1º 4000 24000 Elevados 0
Acciones hidráulicas sobre un dique de colas. Escorrentía superficial Bombeo Evap. Evap. Escurrimiento + Infiltración Lluvia Vertido colas Recuperación de filtraciones Ingreso de agua subterránea Flujo a través de las colas Flujo a través de la fundación Flujo a través de la presa
CONCLUSIONES 1) En todos los casos de falla, las condiciones de operación hidráulica parecen haber jugado un papel fundamental, tanto en su desarrollo como en las consecuencias. 2) Para saber cómo se comportará un depósito a largo plazo necesitamos, entre otras cosas, conocer cómo evolucionará la humedad de las colas en el tiempo. 3) Sólo hay tres mecanismos para reducir la humedad de las colas: Consolidación y drenaje (efectos limitados, sólo agua freática, varias décadas) Evaporación (se necesita de una cubierta adecuada) Extraer el agua antes del vertido (espesamiento, filtros) 4) La rotura de una presa de relaves puede tener consecuencias mínimas o, por el contrario, tener consecuencias devastadoras en el caso de licuación (estática o dinámica). 5) La humedad es una variable fundamental a medir y controlar durante toda la vida del depósito e inclusive después de su cierre. 6) El agua capilar también cuenta. El agua capilar no se elimina por drenaje y no se detecta con piezómetros. Es necesario utilizar instrumentos específicos para medirla.