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
Curso DISEÑO SÍSMICO DE PRESAS DE RELAVES
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
Pirquitas
Alumbrera
Casposo
Veladero
Gualcamayo
Co. Vanguardia
Manantial Espejo
Andacollo
Co. Negro San José
Aguilar
Castaño Viejo
Los Gigantes
Malargüe
Tonco
Principales almacenamientos de residuos mineros en Argentina
Colas fluidas
Colas filtradas
Pilas de Lixiv.
ACTIVOS INACTIVOS
Pascua Lama
Jachal
San Juan
Mendoza
San Rafael
1 2
5
6
7
8 9 10
12
13
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
29°LatSur
72° Long. Oeste
100 Km
1977(7.4)Terremoto Histórico
Año (Magnitud)
Falla activa
Presa7
REFERENCIAS
REGION DE CUYOPascua-Lama
(oro)
Veladero
(oro)
El Pachón
(Cobre)
Co. Casposo
(Oro)
MINERÍA METALÍFERA
Gualcamayo (oro)
Mina activa
Exploración/Proyecto
Cordillera de los Andes
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)
Vertido
Extracción de agua por bombeo
Dique de Colas Las Tórtolas – Chile
Laguna de decantación
Dique de Colas Pirquitas – Jujuy
2011 Sup = 35 Has Presa: Long = 250 m, Altura máx = 30 m
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
Vertido
Laguna de decantación
Colas o Relaves (Bajo La Alumbrera – Catamarca)
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
Junio 2012
Pila de colas filtradas Casposo (Pcia. de San Juan)
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
Tamaño de partículas de las colas de diferentes procesos mineros
% q
ue
pas
a
Tamaño (mm)
(Blight, 1994)
0.5 mm
0.1 mm
Imagen de microscopio electrónico de colas de oro de Sudáfrica (Chang, 2004)
Caolín (Arcilla)
75 mm
150 mm
< 250 mm
> 150 mm
< 150 mm
> 75 mm < 75 mm
Colas de oro de Sudáfrica. Tamaño < 0.075 mm (Chang, 2004)
Caolín (Arcilla)
(Mitchell, 1993)
Caolín (Arcilla)
Imagen de microscopio electrónico de colas de la industria del níquel de Cuba
20 mm
(Mitchell, 1993)
Caolín (Arcilla)
(Rodriguez, 2002)
Estratificación de las colas fluidas
Colas de Niquel, Moa, Cuba (Rodriguez, 2002)
Colas de Pirita, Cartagena, España
Colas de Plomo, Castaño Viejo, San Juan
Grietas de desecación Colas fluidas. Pirquitas, Jujuy 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
SO
BR
EPA
SO
DE
SL
IZA
MIE
NT
OT
ER
RE
MO
TO
FU
ND
AC
IÓN
EST
RU
CT
UR
AS A
UX
ER
OSIÓ
N
DE
SC
ON
OC
IDA
PRESAS DE COLAS
(Datos de USCOLD/UNEP/ICOLD, 2001)
0
25
50
TU
BIF
ICA
CIÓ
N
SU
BSID
EN
CIA
N°
Presas inactivas
Presas activasINCIDENTES (211){
SO
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PRESAS DE COLAS
(Datos de USCOLD/UNEP/ICOLD, 2001)
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CIA
N°
Presas inactivas
Presas activasINCIDENTES (211){
Presas inactivas
Presas activasFALLAS (135){
Datos: ICOLD (2001) - Boletín 102: Tailings dams. Risk of dangerous occurrences. Lessons learnt from
practical experiences
(Blight, 1997)
3 roturas precedidas por: - Lluvias (19 mm) - Aumento del ritmo de recrecimiento - Laguna próxima a las secciones falladas Consecuencias: - Volumen vertido 280.000 m3
- Distancia recorrida por las colas = 300 m
18/03/1992
19/03/1992
22/03/1992
DESLIZAMIENTO: Saaiplaas (Sudáfrica, 1992)
Antigua
posición de
la laguna
FALLA POR SOBREPASO. Merriespruit, Sudáfrica, 1994
(Blight & Fourie, 2003)
- 100 has, 31 m de altura - 16 años de iniciada y 1 año “inactiva” - Falla precedida por lluvia (50 mm)
- Volumen vertido 600.000 m3
- Distancia recorrida por las colas = 3Km - Avalancha de 2.5 m de altura
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.
• Falla precedida por periodo de abundante lluvia • Vertido de 200.000 m3 de colas
• La avalancha recorrió 3 Km a 30Km/h • 268 muertos
(http://www.stava1985.it/)
Tuberías de decantación
Stava, Italia, 1985 (Chandler y Tosatti,1995)
Depósito superior
Rebalse
Depósito inferior
Descarga
Tramo de
conducto
obturado
Conducto de
decantación
Superficie del
terreno natural
Peso de las colas depositadas
después de la reparaciónChimenea de
hormigón
Estado de construcción
al instalar el bypass
Tubo de acero
a)
b)
Depósito superior
Rebalse
Depósito inferior
Descarga
Tramo de
conducto
obturado
Conducto de
decantación
Superficie del
terreno natural
Peso de las colas depositadas
después de la reparaciónChimenea de
hormigón
Estado de construcción
al instalar el bypass
Tubo de acero
a)
b)
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 m3 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
FOTO: Northridge Collection, Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley
• Terremoto de Northridge (17/01/1994), M= 6.9 • Depic = 21 Km, Drup = 16.5 Km, PGA (estimada) = 0.3-0.4g • Falla por licuación, 10 min después de terminado el movimiento sísmico
ROTURA POR TERREMOTO: Tapo Canyon, EEUU. Northridge, 1994
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, Depic = 150 Km, Drup= 100km, MMI = VII, PGA (est)=0.25g
- La mitad del volumen (200.000 m3) 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
2,50m2,90m
3,80m
5,50m
6,20m
4,65m
0,35m
SITE N :9
ML
CH-ML
CH
ML
ML
CH-ML
ALLUVIAL
SOIL
Colas de Castaño Viejo Datos de exploración de campo
Caso i b Vol
[103 m3]
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)
1.5º 2º 600 3000 Intermedios 17
Los Frailes
(15/04/1998)
0.1º 4000 24000 Elevados 0
Consecuencias de la rotura de un depósito de colas
“Acciones” hidráulicas sobre un dique 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
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.
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).
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)
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.