Guía Técnica de Operación y Control de Depósitos

Servicio Nacional de Geología y Minería
Departamento de Seguridad Minera
Documento Externo
Este trabajo fue efectuado por:
Ing. Nelson A. Ramírez Morandé
GUÍA TÉCNICA DE OPERACIÓN Y CONTROL DE
DEPÓSITOS DE RELAVES
DSM/07/31 de Diciembre 2007
INDICE
Pág.
1.-
INTRODUCCION Y ANTECEDENTES GENERALES…………………………. 3
2.-
OBJETIVOS DE LA GUIA………………………………………………………… 3
3.-
CONCEPTOS BASICOS Y GENERALIDADES SOBRE LOS RELAVES…… 4
4.-
OPCIONES PARA LA DESCARGA DE LOS RELAVES……….……………… 5
4.1.-
OPCION A: DESCARGA DEL RELAVE COMPLETO ………………………… 5
4.2.-
OPCION B: CONSTRUCCION DEL MURO RESISTENTE CON PARTE DEL
RELAVE……………………………………………………………………………. 5
4.3.-
OPCION C: MATERIAL DE RELAVES EQUIVALENTE A UN SUELO
HUMEDO…………………………………………………………………………… 5
5.-
EFECTOS DE LA RAZON SÓLIDO/AGUA ( S:A)……………….…………. … 5
6.-
PERMEABILIDAD E INFILTRACION Y DENSIDAD RELATIVA…….………
6
6.1.-
PERMEABILIDAD DE LOS SUELOS……………………………..……………
6
6.2.-
DENSIDAD RELATIVA………………………..…………………………………
7
7.-
DEPOSITOS DE RELAVES……………..………………………………………
8
7.1.-
TRANQUES DE RELAVES………………………………………………………
8
7.1.1.- CONSTRUCCION DEL MURO METODO AGUAS ARRIBA…………………
8
7.1.2.- CONSTRUCCION DEL MURO METODO AGUAS ABAJO ….………………
9
7.1.3.- CONSTRUCCION DEL MURO METODO EJE CENTRAL O MIXTO……… 10
7.2.-
EMBALSE DE RELAVES………………………………………………………… 12
7.3.-
DEPOSITOS DE RELAVES ESPESADOS …………………………………… 12
7.4.-
DEPOSITOS DE RELAVES FILTRADOS……………………………………
7.5.-
DEPOSITOS DE RELAVES EN PASTA…………………………… ………… 15
1
15
7.6.-
OTROS DEPOSITOS DE RELAVES…………………………………………… 17
8.-
DESCRIPCION DE LOS COMPONENTES PRINCIPALES DE UN DEPOSITO
DE RELAVES Y ALGUNOS OTROS CONCEPTOS IMPORTANTES……… 18
9.-
MEDIDAS DE CONTROL OPERACIONAL Y DE MANTENCION EN TRANQUE
DE RELAVES …………………………………………………………………… 20
10.-
MEDIDAS QUE DEBEN CONSIDERARSE ENTRE OTRAS AL CIERRE Y
POSTERIOR ABANDONO DE UN TRANQUE DE RELAVES……………. 22
11.-
ALGUNOS CONCEPTOS QUE SE DEBEN CONOCER Y RECORDAR…
22
ANEXO A…………………………………………………………………………
24
ANEXO B…………………………………………………………………………
29
ANEXO C…………………………………………………………………………
34
ANEXO D…………………………………………………………………………
38
2
GUÍA TÉCNICA DE OPERACIÓN Y CONTROL DE DEPÓSITOS DE RELAVES
1.- Introducción y Antecedentes Generales
Uno de los temas importantes asociados a las faenas mineras corresponde, a todo
aquello relacionado con las obras constructivas de disposición en la superficie de la
tierra de los “Depósitos de Relaves”; cuyos residuos que contienen provienen de
Plantas de Concentración de minerales por Flotación. Esto se debe a que en la
Industria Minera Chilena estos depósitos han ido adquiriendo mayor relevancia, debido
principalmente a que las leyes de los minerales en los yacimientos en explotación han
disminuido, lo que ha obligado a las empresas mineras, extraer grandes volúmenes de
minerales para lograr mantener los niveles de producción de finos, y se han
incrementado así, la cantidad de desechos que deben ser dispuestos, ya sea como
material estéril o en la forma de pulpas de relaves. Por lo tanto, se hace necesario tener
muy presente los riesgos asociados a los pequeños, medianos y grandes depósitos de
relaves, en cuanto a los ámbitos técnicos constructivos como los ambientales.
Hasta hace algunas décadas atrás era común en Chile y en otros países de tradición
minera, deshacerse por ejemplo, de los relaves derivados de las operaciones minerometalúrgicas, arrojándolos en lechos de ríos, lagunas, quebradas, valles o al mar
próximo y cuando en las cercanías de alguna faenas mineras no se disponía de estos
sectores naturales tan "convenientes", los empresarios mineros solían acumular los
relaves en áreas de contención, que amurallaban con terraplenes levantados con los
mismos relaves y una vez que se agotaba el yacimiento, estos depósitos quedaban
abandonados.
Afortunadamente en los tiempos actuales, debido a la regulación legal; tanto técnica
como ambiental que nuestro país se ha dado, se hace más difícil librarse de los
desechos mineros con sólo hacerlos desaparecer de la vista y gran parte de las
reglamentaciones que se imponen al respecto, se refieren en forma específica a la
industria minera, además las comunidades también hacen oír hoy su voz con fuerza y
claridad sobre los problemas de protección de las personas y el medio ambiente.
La normativa vigente que regula todo lo relacionado con los “Depósitos de Residuos
Masivos Mineros”, en lo técnico y ambiental exige que se cumplan diversos
requerimientos de seguridad, destinados a la protección de las personas y el medio
ambiente, por ello todos los esfuerzos que se hagan para establecer criterios a tener en
cuenta sobre el control de los riesgos son muy importantes.
2.- Objetivos de la Guía
Ésta Guía Técnica de Operación y Control de Depósitos de Relaves, tiene por objetivos:
recordar algunos conceptos básicos y generalidades sobre relaves, indicar las distintas
opciones de descarga de los relaves y tipos de depósitos de relaves aceptable por la
legislación Chilena; entregar algunas sencillas recomendaciones a considerarse sobre
3
la operación y control de depósitos de relaves, destinadas principalmente dichas
recomendaciones como ayuda a los pequeños productores mineros que dentro del
proceso de sus faenas incluyen a los tranques de relaves; se indican también los
distintos componentes y su significado de los depósitos de relaves y principalmente en
extenso los de los tranques de relaves; finalmente, se adjuntan en los anexos algunos
conceptos básicos de términos geotécnicos, términos de mecánica de suelos, uso de la
balanza Marcy, piezometría y análisis granulométricos.
3.- Conceptos Básicos y Generalidades sobre los Relaves
Toda planta minera cuyo proceso de concentración es Flotación, produce residuos
sólidos que se denominan relaves y que corresponden a una “Suspensión fina de
sólidos en líquido”, constituidos fundamentalmente por el mismo material presente insitu en el yacimiento, al cual se le ha extraído la fracción con mineral valioso,
conformando una pulpa, que se genera y desecha en las plantas de concentración
húmeda de especies minerales y estériles que han experimentado una o varias etapas
en circuito de molienda fina; esta "pulpa o lodo de relaves" fluctúa en la práctica con
una razón aproximada de agua/sólidos que van del orden de 1:1 a 2:1. Las
características y el comportamiento de esta pulpa dependerá de la razón agua/sólidos y
también de las características de las partículas sólidas. Esto puede ilustrarse si se
consideran los siguientes ejemplos:
¾ Una masa de relaves con un gran contenido de agua escurrirá fácilmente, incluso
con pendientes pequeñas.
¾ Una masa de relaves con un contenido de agua suficientemente bajo (por ejemplo,
relaves filtrados) no escurrirá gravitacionalmente.
¾ Si las partículas sólidas son de muy pequeño tamaño (equivalentes a arcillas), se
demorarán un gran tiempo en sedimentar, manteniéndose en suspensión y
alcanzando grandes distancias respecto al punto de descarga antes de sedimentar.
¾ Si las partículas sólidas son de gran tamaño (equivalentes a arenas) sedimentarán
rápidamente y se acumularán a corta distancia del punto de descarga.
Las alternativas a utilizar en la depositación de un material de relaves, dependerá de las
características de los relaves que produce la planta (cantidad suficiente de material
tamaño arena), del costo del agua (si es escasa, se justifican inversiones en equipos
para optimizar su recuperación) y, de las características del lugar de emplazamiento del
depósito de relaves.
Para conseguir estructuras estables con los relaves, deben determinarse sus
características, similares a lo que se hace con los suelos (granulometría, densidad
relativa, razón de vacíos, relaciones de fase, etc.). Estas determinaciones permiten
también evaluar el cumplimiento de las disposiciones legales contenidas en el D.S.
Nª248 (2006) “Reglamento para la Aprobación de Proyectos de Diseño, Construcción,
Operación y Cierre de Depósitos de Relaves”, del Ministerio de Minería.
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4.- Opciones para la Descarga de los Relaves
4.1.- Opción A: Descarga del Relave Completo
Se requiere disponer de un volumen suficientemente grande para permitir almacenar
todos los relaves que se producirán durante la vida útil de la planta. Pueden utilizarse
cavidades "pre- existentes" como: rajos mineros abandonados, depresiones naturales
en superficie, cavernas naturales, antiguas minas subterráneas abandonadas, etc. En
cualquiera de estos casos, si bien en el pasado en Chile pudieron darse la posibilidad
de ser considerados, hoy debido a la legislación ambiental vigente resulta difícil de ser
aceptados por su alta connotación ambiental y deberían realizarse estudios muy
completos y detallados para demostrar que no se afectará el medio ambiente. Por esto,
para la descarga de relaves completos, resulta técnica y ambientalmente más aceptable
construir un muro perimetral con talud interno impermeabilizado hecho con material
grueso de empréstito y generar así una cubeta de depositación. Este tipo de depósito
de relaves se denomina “Embalses de Relaves” y han sido aceptados como alternativa
de depositación de relaves en nuestro país.
4.2.- Opción B: Construcción del Muro Resistente con Parte del Relave
Esta opción corresponde a tratar los relaves provenientes de la planta, de manera de
separar la fracción gruesa (arenas de relaves) de la fracción fina (lamas), para poder
utilizar la primera como material para la construcción del muro perimetral y descargar la
segunda a la cubeta de embalse. Al construir el muro utilizando las arenas de los
relaves, es posible hacerlo de 3 formas o métodos de crecimiento distintas: Crecimiento
del muro hacia “aguas arriba” (no lo contempla la legislación actual en Chile),
crecimiento del muro hacia “aguas abajo” y crecimiento del muro según el método
llamado “eje central o mixto”. (ver fig. 3). Cualquiera de estos métodos constructivos
conforman finalmente a los denominados en Chile “Tranques de Relaves”
4.3.- Opción C: Material de Relaves Equivalente a un Suelo Húmedo
Esta opción requiere tratar los relaves provenientes de la planta, de manera de extraerle
la mayor cantidad de agua, obteniendo así un material equivalente a un suelo húmedo
el cual puede ser depositado sin necesidad de un muro perimetral para su contención.
Para este propósito existen distintos métodos: “Espesar los Relaves”, “Filtrar los
Relaves” y la alternativa más reciente es la de crear lo que se denomina “Pasta de
Relaves”.
5.- Efectos de la Razón Sólido/Agua (S:A)
Una pulpa de relaves con suficiente agua se comportará como una suspensión acuosa,
cuya viscosidad aumenta si disminuye el agua, hasta que, para contenidos de agua
suficientemente bajos se comportará como un lodo espeso y eventualmente, como un
suelo húmedo.
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Experimentalmente podemos señalar que:
¾ Si la razón S:A es menor que 50%, la pulpa de relaves se comporta como
suspensión acuosa, y escurrirá incluso con pendiente menores al 2% y se produce
segregación de las partículas con la distancia al punto de descarga.
¾ Si la razón S:A es mayor o igual que 55% la pulpa de relaves comienza a tener
comportamiento de un lodo viscoso; disminuye fuertemente la segregación de
partículas y se necesitará pendientes mayores al 2% para escurrir.
La siguiente tabla nos indica la pendiente límite que admite un pulpa de relaves para
distintas concentraciones de sólidos en peso (pendientes mayores producirán su
escurrimiento)
VARIACION DE LA PENDIENTE LIMITE CON LA CONCENTRACIÖN DE
SÓLIDOS
EN UNA PULPA DE RELAVES
Pendiente Límite
Porcentaje de Sólido en Peso
%
%
<2
< 50
2-3
55-66
3-5
60-63
4-6
63-65
>6
> 65
6.- Permeabilidad e Infiltración y Densidad Relativa
6.1.- Permeabilidad de los Suelos.Se dice que un material es permeable cuando tiene huecos continuos e interconectados
de modo tal que el agua pueda escurrir por ellos. Al movimiento del agua a través del
material se le denomina “Infiltración o filtración” y a su medida “Permeabilidad”.
La circulación del agua a través del suelo se debe a la diferencia de presión hidrostática
entre dos puntos.
En forma muy resumida podemos decir que se cumple la relación
ν = k. i
Donde ν = es la velocidad de descarga
i = es el gradiente hidráulico
k = es el coeficiente de permeabilidad.
Las unidades en que “k” se expresa, comúnmente son cm/seg.
6
Determinando el coeficiente de permeabilidad se puede determinar el volumen de las
filtraciones, el que depende del tamaño y granulometría de las partículas gruesas, de la
cantidad de finos y de la densidad de la muestra.
El coeficiente de permeabilidad varía en un amplio margen para los distintos suelos
naturales, desde 102 cm/seg. (permeable) hasta 10-9 cm/seg (impermeable).
Los especialistas clasifican los suelos con respecto a la permeabilidad de la siguiente
manera:
102
10-2
10
Grava
10-4
Arena
10-6
10-8
cm/seg
Zona de
semipermeabilidad
Arenas finas y Limos y Arcillas
Permeable
Limite
Impermeable
6.2.- Densidad Relativa.El grado de compactación que se requiere para una arena de relave, con el fin de
minimizar el riesgo de licuefacción, es expresado en términos de la llamada densidad
relativa Dr., la que se define según la siguiente expresión:
(emáx - e)
Dr = ----------------- x100%
(emáx - e mín)
Donde
Dr = densidad relativa
emáx = relación de vacíos de la arena en la condición más suelta.
emáx = relación de vacíos de la arena en la condición más densa.
Otra forma de calcular la densidad relativa es mediante la expresión:
ρmáx (ρin situ - ρ mín)
Dr = ---------------------------- x100%
ρin situ (ρmáx - ρ mín)
Siendo
ρmáx
= densidad máxima de las arenas
ρ mín
= densidad mínima de las arenas
ρin situ = densidad en el lugar de las arenas
Nota.- Todos los parámetros indicados en las expresiones anteriores se deben
determinar a nivel de laboratorio mediante ensayos normalizados.
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Además, cuando las arenas poseen entre el 10% y de 20% de finos (-200 malla
Tyler) las medidas de densidad relativa pueden dejar de ser representativas y
es más conveniente la utilización de densidades expresadas como porcentaje
de la densidad máxima alcanzada en ensayos de compactación Próctor
(estándar y modificado).
7.- Depósitos de Relaves
Dentro de la disposición de relaves existen diferentes y variadas formas de depositación
de relaves, que dependiendo de diversos factores como son las cercanías al
concentrador, capacidad de almacenamiento de relaves, topografía del lugar,
producción del yacimiento se deberá seleccionar la forma más apropiada para disponer
estos relaves.
Atendiendo a lo indicado anteriormente, los distintos tipos de “Depósitos de Relaves”
que se consideran en la actualidad en Chile indicados en el “Reglamento para la
Aprobación de Proyectos de Diseño, Construcción, Operación y Cierre de Depósitos de
Relaves” , son los siguientes:
¾
¾
¾
¾
¾
Tranques de Relaves
Embalses de Relaves
Depósito de Relaves Espesados
Depósito de Relaves Filtrados
Depósito de Relaves en Pasta
A continuación se realiza una breve descripción general de estas formas de
depositación de relaves.
7.1.- Tranques de Relaves
A continuación se describen brevemente las alternativas de construcción del muro de
arenas de Los Tranques de Relaves
7.1.1.- Construcción del Muro Método Aguas Arriba
El Método Aguas Arriba.- consiste en un muro inicial (starter dam) construido con
material de empréstito compactado sobre el cual se inicia la depositación de los relaves,
utilizando clasificadores denominados “Hidrociclones”; la fracción más gruesa o arena,
se descarga por el flujo inferior del hidrociclón (Underflow) y se deposita junto al muro
inicial, mientras la fracción más fina o lamas, que sale por el flujo superior del
hidrociclón (Overflow) se deposita hacia el centro del tranque en un punto mas alejado
del muro, de modo tal que se va formando una especie de playa al sedimentar las
partículas más pesadas de lamas y gran parte del agua escurre, formando el pozo de
sedimentación o laguna de sedimentación, la que una vez libre de partículas en
suspensión es evacuada mediante un sistema de estructura de descarga, que pueden
ser las denominadas torres de evacuación, o bien, se utilizan bombas montadas sobre
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una balsa flotante. Una vez que el depósito se encuentra próximo a llenarse, se procede
al levante del muro, desplazando los hidrociclones a una mayor elevación en la
dirección hacia aguas arriba y comenzando una nueva etapa de descarga de arenas, y
peralte del muro; se continúa sucesivamente la construcción en la forma indicada.
Con este método, en la práctica, se pueden alcanzar alturas de hasta 25 metros (ver
figura1). Si bien este método es el que requiere un menor volumen de material arenoso,
por lo que ha sido utilizado en la pequeña minería para construir numerosos tranques,
es el que produce el tipo de muro menos resistente frente a oscilaciones sísmicas, es
por ello que en la actualidad en Chile, no está contemplado aprobar este tipo de
proyecto de tranques de relaves en la legislación vigente.
LAGUNA
ARENAS
LAMAS
MURO DE PARTIDA
METODO DE AGUAS ARRIBA
Figura 1: Método de aguas arriba.
7.1.2.- Construcción del Muro Método Aguas Abajo
El Método Aguas Abajo.- La construcción se inicia también con un muro de partida de
material de empréstito compactado desde el cual se vacía la arena cicloneada hacia el
lado del talud aguas abajo de este muro y las lamas se depositan hacia el talud aguas
arriba. Cuando el muro se ha peraltado lo suficiente, usualmente 2 a 4 m., se efectúa el
levante del muro, desplazando los hidrociclones a una mayor elevación en la dirección
hacia aguas abajo y comenzando una nueva etapa de descarga de arenas y peralte del
muro. A veces se dispone también de un segundo muro pre-existente aguas abajo (ver
fig.2). Las arenas se pueden disponer en capas inclinadas, según el manteo del talud
del muro de partida, o bien, disponerlas en capas horizontales hacia aguas abajo del
muro de partida.
Este método de aguas abajo requiere disponer de un gran volumen de arenas y permite
lograr muros resistentes más estables del punto de vista de la resistencia sísmica.
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Figura 2: Método Aguas Abajo (capas de arenas inclinadas)
7.1.3.- Construcción del Muro Método Eje Central o Mixto
El Método Eje Central o Mixto.- se inicia al igual que los métodos anteriores con un
muro de partida de material de empréstito compactado, sobre el cual se depositan las
arenas cicloneadas hacia el lado de aguas abajo y las lamas hacia el lado de aguas
arriba. Una vez completado el vaciado de arenas y lamas correspondiente al muro
inicial, se eleva la línea de alimentación de arenas y lamas, siguiendo el mismo plano
vertical inicial de la berma de coronamiento del muro de partida. Lo que permite lograr
un muro de arenas cuyo eje se mantiene en el mismo plano vertical, cuyo talud de
aguas arriba es más o menos vertical, y cuyo talud de aguas abajo puede tener la
inclinación que el diseño considera adecuada.
Este método requiere disponer de un volumen de arenas intermedio entre los 2
métodos anteriores, y permite lograr muros suficientemente estables.
Estos métodos constructivos del muro de arenas de los Tranques de Relaves
mencionados anteriormente son sobradamente conocidos en Chile, siendo los métodos
de aguas abajo y eje central los que contempla hoy nuestra legislación en los proyectos
de Tranques de Relaves que se presentan al Servicio Nacional de Geología
(SERNAGEOMIN) para su aprobación.
La inseguridad que muchas veces despiertan los tranques de arenas de relave no
deben atribuirse al material con que se construyen, sino al sistema de construcción por
relleno hidráulico que puede inducir elevadas presiones de poros e incluso la
licuefacción total en caso de un sismo. Sin embargo, las técnicas modernas de diseño,
construcción y control permiten obtener estructuras seguras a base de buenos sistemas
de drenaje, de un eficiente sistema de ciclonaje y disposición de las arenas, y también
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de una buena compactación de la arena que permita alcanzar una elevada densidad,
utilizando un equipo adecuado para ello. Lo anterior, complementado con un control
piezométrico en el cuerpo del prisma resistente, deja al tranque de arenas de relave en
condiciones de estabilidad semejante al de otras obras de Ingeniería de Importancia.
Figura 3.- Métodos Constructivos del Muro de Arenas de Tranques de Relaves
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7.2 Embalses de Relaves
Este tipo de depósito de relaves consiste en construir un muro resistente hecho
totalmente de material de empréstito, compactado e impermeabilizando el talud interior
del muro y también parte o todo su coronamiento; los relaves se depositan completos
en la cubeta sin necesidad de clasificación, pero también deben disponer, de un
sistema de evacuación de las aguas claras de la laguna que se forma. Los embalses de
relaves no se diferencian esencialmente de las presas de embalse de aguas, las que
constituyen una técnica ampliamente desarrollada en todo el mundo. Es interesante
destacar, no obstante, que las técnicas de diseño evolucionan con gran rapidez y cada
día se descubren nuevos métodos.
Tal vez, la diferencia fundamental entre un embalse destinado a la acumulación de
agua y uno destinado a relaves es que mientras el embalse para agua se construye de
una vez con su capacidad definitiva, el embalse para relaves se puede ejecutar por
etapas a medida que se avanza con el depósito de los relaves, a fin de no anticipar
inversiones y reducir a un mínimo su valor presente. La construcción por etapas obliga
a que la zona impermeable de la presa se diseñe como una membrana inclinada
cercana y en la dirección del talud de aguas arriba. Un perfil como éste, limita los
grados de libertad en el diseño de las presas de tierra, cuando están destinadas a
contener relaves (Ver Figura 4).
Figura 4: Muro construido con material de empréstito
Del punto de vista sísmico, los Embalses de Relaves son más resistente que cualquiera
de los métodos indicados para los Tranques de Relaves.
7.3 Depósitos de Relaves Espesados
El Ingeniero canadiense Eli I. Robinsky ha desarrollado un sistema de depósito que no
requiere de un dique o muro contenedor para su construcción. El procedimiento se basa
en la mayor viscosidad que alcanza la pulpa de relave al aumentar la concentración de
sólidos. El autor propone una curva en que relaciona el ángulo de reposo del relave con
el contenido de sólidos de la pulpa. Para concentración del orden de 53% en peso, la
pendiente de reposo es del 2% y ésta aumenta hasta un 6% sí la concentración sube a
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65%. De esta manera pueden disponerse los relaves en forma de un cono cuya
pendiente será la que corresponde a la respectiva concentración de sólidos. Si se trata,
por ejemplo, de depositar relaves en un valle plano desde la ladera que limita dicho
valle, se puede iniciar el depósito desde pequeña altura con una pulpa relativamente
diluida para luego elevar el punto de descarga simultáneamente con un aumento de la
concentración a fin de disponer para las capas siguientes de una pendiente mas
pronunciada. El punto de descarga puede luego ser desplazado lateralmente con el
objeto de formar un depósito de base ovoidal.
No obstante que este tipo de depósito no requiere la construcción de un dique para
limitar el área comprometida, se recomienda la construcción de un pequeño terraplén
algo alejado del borde exterior del depósito, el cual sirve para contener un volumen para
el depósito del agua desalojada por el relave, la cual es captada por un vertedero u
otro dispositivo para ser bombeada y recirculada. Este pequeño terraplén sirve a la vez
para colectar las aguas lluvias y conducirlas hacia cauces naturales.
Otro principio básico de este tipo de depósito se deriva de la diferencia en lo que a
segregación del material se refiere, entre una pulpa diluida y otra concentrada.
En efecto, si la concentración de sólidos es baja, el escurrimiento de la pulpa produce
una segregación de materiales, depositándose en primer lugar los granos mayores y a
continuación y separadamente, los más finos. Es el fenómeno usual en el depósito de
lamas en un tranque y más aún el que ocurre en los tranques construidos por el método
de aguas arriba. Si por el contrario, la pulpa es concentrada (del orden del 50% o más),
la pulpa escurre como un todo sin ocasionar segregación. Es el caso que ocurre con el
escurrimiento de relaves por tuberías, en que es conveniente evitar la segregación
mediante el uso de concentraciones del orden del 50% ya que con el uso de pulpas
más diluidas, los granos gruesos se separan y ruedan por el fondo aumentando la
abrasión de la tubería, según el autor, en un escurrimiento libre ocurre el mismo
fenómeno, y al evitarse la segregación se obtiene una mayor densidad que impide que
el relave depositado sea erosionado por el agua desalojada por el propio relave, por las
aguas lluvias o por el viento.
El procedimiento propuesto por Robinsky resulta aparentemente muy atractivo
especialmente en aquellos casos en que la topografía es favorable. La relativa baja
altura de los depósitos al tener estos una pendiente máxima del tipo 6%, ocupan
grandes extensiones relativamente planas o de poca inclinación. Existen sin embargo
algunas interrogantes que no están claramente especificados por su autor. En efecto, la
obtención de concentraciones de pulpa tan alta como 65% de sólidos es un problema
que el autor no ha explicado como se puede obtener. Solamente ha sugerido en forma
general, que podrían usarse espesadores cónicos profundos, métodos centrífugos y de
filtración y vacío. Por otra parte, si las pulpas así concentradas tienen un ángulo de
reposo de 6%, su escurrimiento por tubería desde el concentrador hasta el vértice del
cono, implica una pérdida de carga hidráulica superior a dicho 6% en forma que una
conducción, por ejemplo, a 2 Km., significaría una perdida de energía del orden de
150 m, lo que resultaría muy costoso si el relave debe ser bombeado. No siempre es
posible la instalación del espesador junto al vértice del depósito.
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En resumen el método de depositación de relaves espesados es una posibilidad muy
interesante que merece ser investigada en profundidad para resolver los interrogantes
que se plantean. Es posible que puedan ser utilizados en forma experimental con un
grado de espesamiento del orden de 53% de sólidos el que puede ser alcanzado por
métodos corrientes, usando para el depósito un terreno casi horizontal ya que el talud
de reposo del relave así espesado sería del tipo 2%.
Fig. 5a
Fig. 5b
Fig. 5c
Figura 5: Disposición de Relaves Espesados (Método Robinsky)
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7.4 Depósitos de Relaves Filtrados
Este tipo de depósitos de relaves es muy similar al de los relaves espesados, con la
diferencia de que el material contiene menos agua debido al proceso de filtrado
utilizando equipos similares a los que se emplean para filtrar concentrados, como son
los filtros de prensa o de vacío.
El relave una vez filtrado se transporta al lugar de depósito mediante cintas
transportadoras o bien mediante equipos de movimiento de tierra y/o camiones. En el
primer caso, se logra un domo de material similar al método de Robinsky; mientras que
en el segundo caso se utiliza el equipo de movimiento de tierras para ir construyendo
módulos de material compactado, los cuales permiten conformar un depósito aterrazado
de gran volumen. Es importante señalar que en este método, aunque el contenido de
humedad que se logra (20% a 30%) permite su manejo con equipos de movimiento de
tierra, es suficientemente alto como para tener un relleno prácticamente saturado, por lo
que es posible que se produzcan infiltraciones importantes de las aguas contenidas en
estos relaves si el suelo de fundación es relativamente permeable. También es
necesario señalar que la presencia de algunas arcillas, yeso, etc. en los materiales de
relaves pueden reducir significativamente la eficiencia de filtrado.
Depósito de Relaves Filtrados
7.5 Depósitos de Relaves en Pasta
Los relaves en pasta corresponden a una mezcla de agua con sólido, que contiene
abundante partículas finas y un bajo contenido de agua, de modo que esta mezcla
tenga una consistencia espesa, similar a una pulpa de alta densidad.
Una buena pasta de relaves requiere tener al menos un 15% de concentración en peso
de partículas de tamaño menor a 20 micrones. La mejor propiedad de las pastas de
relaves es que pueden ser eficientemente trasportadas en tuberías sin los problemas de
segregación o sedimentación que ocurren normalmente en las pulpas de relaves y
permiten una gran flexibilidad en el desarrollo del concepto del sitio de emplazamiento;
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una vez depositados los relaves, se dejan secar, luego acopiar,
minimizar la superficie de suelo cubierto con relaves.
permitiendo así
La consistencia alcanzada permite que una pasta permanezca estable aún cuando esté
varias horas sin moverse. La pasta puede formarse a partir de una gran variabilidad de
componentes como cuarzo,feldespato, arcillas, micas y sales
Es posible producir materiales con la consistencia de pasta a partir de un amplio rango
de concentración de sólidos en peso y sobre la base de la variación de la distribución de
tamaño de las partículas. Es decir, la producción de pasta es específica para cada tipo
de material.
Cuando se dispone pasta de relaves en superficie, una muy pequeña fracción de agua
podrá drenar o infiltrarse, ya que la mayor parte de la humedad es retenida en la pasta
debido a la tensión superficial de la matriz de suelo fino
La flexibilidad que permiten las pastas en cuanto al desarrollo del lugar de
emplazamiento del depósito, puede ser extendida al uso de técnicas de construcción
aguas arriba, donde las consideraciones de diseño antisísmicos de otra manera sería
prohibida. Con la alternativa de pasta no se requiere una solución tipo embalse.
Para faenas de pequeña escala, la pasta puede ser transportada en camiones desde
las instalaciones de operación y descargadas en el lugar de disposición final. Una vez
depositada, se deja secar y se puede acopiar. Esta forma de acumular, permite
minimizar la superficie de suelo cubierto con relaves, realizar un cierre progresivo y al
cese de operaciones, el depósito puede ser dejado sin requerir medidas adicionales de
cierre.
Para faenas de mayor tamaño, por economía de escala para el manejo de materiales, el
sistema considera el uso de bombas o cintas transportadoras hasta un repartidor que
realiza la disposición final. Cabe destacar que debido a su alta densidad, las pastas son
transportadas mediante el uso de bombas de desplazamiento positivo.
i) En los depósitos de relaves en pasta se reducen significativamente lo siguiente:
¾ La necesidad de diseñar y construir grandes depósitos.
¾ El volumen de materiales involucrados en la construcción de depósitos.
¾ Los riesgos de falla geomecánica asociados a los tranques convencionales.
¾ Los riesgos de generación de aguas ácidas y lixiviación de metales.
¾ El manejo del volumen de agua clara.
¾ Las pérdidas de agua por infiltración y evaporación.
¾ La superficie de suelo para disponer los relaves, optimizando el uso del suelo.
¾ La emisión de material particulado.
ii) En los depósitos de relaves en pasta se incrementa significativamente lo siguiente:
™ La recuperación de aguas desde los relaves
™ La aceptación ambiental de la comunidad.
™ La posibilidad de co-depositar junto a otros residuos mineros (estériles o lastre)
™ La flexibilidad operacional.
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iii) Además:
™ Se pueden desarrollar actividades de vegetación o de remediación en forma
paralela a la operación.
™ Permite la encapsulación de contaminantes en el depósito
Depósito de Relaves en Pasta
7.6.- Otros Depósitos de Relaves
Nota: A continuación se mencionan otros tipos de Depósitos de Relaves que en otros
países son factibles de desarrollar. Sin embargo, en Chile en la actualidad existen
grandes restricciones de las autoridades competentes; del punto de vista legal, de la
Seguridad de la Personas y del Medio Ambiente, para otorgar permisos a los proyectos
que pudieren presentarse, de modo tal que no los contempla nuestra legislación,
aunque se debe reconocer que en el pasado se realizaron proyectos en Chile que
utilizaron las técnicas de Depósitos de Relaves que nombraremos a continuación:
A) Depósitos en Minas Subterráneas en Explotación
B) Depósitos en Minas Subterráneas Abandonadas
C) Depósitos en Minas Explotadas a Cielo Abierto
D) Depósitos Relaves Radiactivos
E) Depósitos costeros
F) Depósitos submarinos
17
8.- Descripción de los Componentes Principales de un Depósito de Relaves y
Algunos Otros Conceptos Importantes
Cubeta.- Corresponde al volumen físico disponible donde de depositan las lamas
(finos) y gran parte del agua de los relaves de tal modo que se forma en ella la
laguna de aguas claras debido a la sedimentación de las partículas finas. La cubeta
es la componente más importante en relación con la vida útil del depósito.
Muro o Prisma Perimetral o Prisma Resistente.- Este muro delimita la cubeta y
permite contener los residuos que en ella se descargan. Por lo tanto, el muro
perimetral generalmente es la componente más importante en lo que dice relación
con la estabilidad o grado de seguridad del depósito. En los tranques de relaves este
muro se va construyendo con el material grueso (arenas) de los relaves a lo largo de
la vida útil del depósito.
Sistema de Descarga y/o Clasificación y Selección de los Relaves.- El sistema
de descarga de residuos mineros permite depositar estos en la cubeta, por lo que
una falla de este sistema se traduce en la detención de la operación eficiente del
depósito. Además, muchas veces, este sistema se utiliza también para clasificar y
seleccionar los residuos, de modo de utilizar parte de los mismos como material para
la construcción del muro perimetral (uso de ciclones)
Zona de descarga de los Residuos o Zona de Playa .- La zona donde se
descargan los residuos a la cubeta se le llama zona de playa porque usualmente
está seca en la superficie y se asemeja a una playa de arenas finas. Es la parte del
depósito de relaves o lamas situada en las cercanías de la línea de vaciado, esta
playa de forma junto al prisma resistente.
Poza de Aguas Claras o Laguna de Decantación.- Corresponde a la laguna de
aguas clarificadas que se forma en la cubeta debido a la sedimentación o
decantación de las partículas sólidas. Esta poza permite la recuperación de aguas y
al mismo tiempo la evacuación de estas desde la cubeta. Esta laguna debe
mantenerse lo mas alejada posible del muro de arenas o prisma resistente y su
evacuación debe hacerse siempre para no disminuir el grado de estabilidad del muro.
Sistema de Recuperación de Aguas.- El sistema de recuperación de aguas permite
devolver a la planta, las aguas claras que se han recuperado desde la poza o laguna
de aguas clara, mediante bombeo desde balsas y/o descargas de torres de
evacuación o decantación que son obras destinadas a la descarga gravitacional de
las aguas claras desde la poza de decantación de un tranque o embalse de relaves.
Sistema de Drenaje.- Es el sistema (por ejemplo dedos o lechos drenantes) utilizado
para deprimir al máximo el nivel freático en el interior del cuerpo del muro,
usualmente protegido por filtros para evitar que el flujo de aguas arrastre las
partículas finas y produzca la colmatación del sistema.
18
Sistema de Impermeabilización de la Cubeta.- Si los relaves en la cubeta
contienen sustancias tóxicas debe evitarse la infiltración de aguas al subsuelo, ya
que estas podrían provocar la contaminación de los recursos de aguas subterráneas
y/o de superficie de la zona de emplazamiento del depósito. En este caso, es preciso
que se disponga de un sistema de impermeabilización del piso y paredes de la
cubeta, usualmente construido en base a una serie de "estratos" impermeables y
"permeables-drenantes"
Canales de Desvío.- Son las zanjas construidas o túneles construidos en las laderas
para captar y desviar las escorrentías superficiales, impidiendo su ingreso a la cubeta
del tranque o embalse de relaves.
Berma de Coronamiento.- Es la faja horizontal de mayor cota del talud externo del
prisma resistente o muro de contención.
Revancha.- Es la diferencia de cota entre la línea de coronamiento y la superficie
inmediatamente vecina de la fracción aguas adentro del tranque, generalmente
lamosa o de arena muy fina. Se denomina como revancha mínima al desnivel entre
el coronamiento del prisma resistente y el punto más alto de las lamas; y se
denomina revancha máxima al desnivel entre el coronamiento y la superficie de la
poza de decantación.
Nivel Freático.- Es la cota de los puntos en que el agua de poros tiene presión nula.
Muro de Partida o Muro Inicial.- Muro construido con material grueso de empréstito
al inicio del depósito de relaves. En los sistemas constructivos del muro resistente de
aguas abajo y eje central, las arenas se vacían hacia aguas abajo del muro inicial y
las lamas hacia aguas arriba. La altura del muro de partida queda determinada por el
avance en altura del prisma de arenas, en relación al avance en altura del nivel de
lamas. El muro inicial debe permitir mantener una revancha mínima a lo largo del
período de operación del tranque.
Muro de Pié.- Es el que se construye, generalmente de enrocados en el extremo de
aguas abajo del prisma resistente en los métodos constructivos de eje central y de
aguas abajo. Este muro tiene por objeto dar un límite físico al muro de arenas y evitar
el escape de material fuera de la traza del prisma.
Muro de Cola.- Se suele construir para limitar el depósito por el extremo de aguas
arriba. Puede construirse de tierra o por alguno de los sistemas de construcción
empleados para el muro resistente.
Licuefacción.- Perdida total de la resistencia al corte de un suelo saturado por
incremento de la presión de poros. El caso más frecuente de licuefacción ocurre por
acción sísmica sobre materiales areno-limosos saturados. Los relaves saturados son
altamente susceptibles a licuefacción sísmica, en especial, si la permeabilidad y
densidad son bajas. Es el fenómeno más preocupante que ocurra en un tranque de
relaves.
19
Piezometría .- Es el sistema de control de las presiones hidrostáticas en el interior
del prisma resistente para detectar la presencia de sectores saturados. Los
instrumentos utilizados se llaman piezómetros y con ellos se detecta el nivel freático
del subsuelo.
Vertederos de emergencia.- Son vertederos de umbral variable destinados a
evacuar el exceso de aguas acumuladas en la cubeta de un tranque al crecer la
laguna de decantación por lluvias intensas.
9.- Medidas de Control Operacional y de Mantención en Tranques de Relaves
¾
¾
¾
¾
¾
¾
A continuación se recomiendan una serie de medidas que deben tenerse
presente principalmente por los operadores de la pequeña y mediana minería en
el control operacional y mantención de los depósitos tranques de relaves. Estas
medidas constituyen el principal objetivo de esta guía.
Se deben realizar periódicamente controles de la densidad in-situ en el muro de
arenas y determinar de la densidad relativa (las muestras se deben tomar a 1/3 y
2/3 de la altura total del muro) Estas medidas son importante porque indican en
cierta medida, el grado de compactación con que cuenta el muro de arenas en la
operación.
Controlar el nivel freático con piezómetros en el muro de arenas, comparar la
cota que se obtiene de este nivel, con la cota del nivel del coronamiento del
muro de partida impermeabilizado. El nivel freático debe ser más bajo que dicha
cota, esto tiene gran relevancia especialmente en aquellos tranques que no
cuentan con un buen sistema de drenaje en el muro de arenas.
Cuando el nivel freático es alto, se debe proceder rápidamente a bajarlo,
evacuando el agua clara de la laguna en la cubeta. Es importante además medir
el nivel freático en algunos puntos aguas abajo del tranque y mantener una
estadística gráfica con los datos obtenidos.
Establecer un control periódico de la granulometría de las arenas de relave. Un
aumento repentino y significativo del % de finos compromete las condiciones de
seguridad de la obra (formación de bolsones saturados y superficies localizadas
menos resistentes al corte). La exigencia actual del contenido de finos en las
arenas de relave de los muros de contención en los tranques de relaves, es que
debe estar constituida por no más de un 20% de partículas menores de 200
mallas (74 micrones)
Las partículas de las arenas de los relaves son muy angulares y heterogéneas, lo
cual es favorable del punto de vista de la estabilidad ya que ayuda a lograr una
buena compactación, pues las partículas en dicha operación de compactación,
se traban unas con otra de modo que se necesitan grandes esfuerzos de corte
para romper este entrabamiento.
Se debe medir el % de sólidos en peso de la pulpa de relaves, el cual debe
mantenerse en un rango no tan alto para que se permita un buen escurrimiento
de esta pulpa por la tubería de transporte, evitando su embancamiento, y
tampoco muy bajo para no saturar rápidamente de aguas la cubeta. (un rango
bien aceptado en la práctica es entre 35% a 45%)
20
¾ Mantener una buena revancha con el fin de evitar posibles escurrimientos de
agua a través del muro de arenas produciéndose así su erosión.
¾ Se deben verificar periódicamente el ángulo de talud operacional comprometido
en el proyecto y el ancho del coronamiento del muro de arenas. Este último en la
actualidad se exige como mínimo de 2 metros.
¾ Controlar periódicamente el nivel y posición de la laguna de aguas claras, la cual
debe mantenerse siempre lo más alejada posible del muro de arenas en los
casos de tranques de relaves, con el fin de evitar humectar demasiado el muro y
que se sature de agua, trayendo el consecuente aumento de la presión de poros
entre las partículas y el eventual colapso.
¾ Mantener siempre operativas las torres colectoras o bien las balsas con las
bombas de impulsión, para la evacuación de las aguas de la laguna de
clarificación asegurándose así la continuidad de esta operación.
¾ Verificar en forma periódica el estado de las tuberías de conducción de los
relaves y también las válvulas y bombas de impulsión de la pulpa de relaves.
Además, se debe programar con antelación el traslado de las tuberías a las
posiciones de descarga siguientes.
¾ Una medida importante a tener presente en la construcción en los muros de
algunos tranque es la de evitar conformar esquinas en ángulo recto ya que
constituyen uno de los puntos estructuralmente más débiles frente a las
solicitaciones sísmicas, debido a bajo confinamiento. Es por ello aconsejable
establecer uniones redondeadas.
¾ Es muy importante en un tranque de relaves en operación, mantener la práctica
de compactar el talud exterior a lo largo del muro de arenas, usando equipos
adecuados como por ejemplo rodillos lisos vibratorios, tractores o bulldozer
pesados. Esto se hace con el fin de mantener una compactación adecuada del
muro, ayudando así a una mejor estabilidad sísmica de la obra.
¾ Cuando la compactación es deficiente, los tranques de relaves tienen mayor
probabilidad de colapsar frente a una solicitación sísmica significativa. Es por ello
que la operación de compactación en el muro resistente debe hacerse en forma
regular junto con todas aquellas otras medidas que tienen incidencia con la
estabilidad del tranque.
¾ Durante la operación se deben reparar todas las fisuras o grietas que se
pudieren producir, pues si no son cerradas dejan puntos débiles sobre los cuales
al ser tapados con material de relaves, la compactación posterior no será
eficiente en dichos sectores.
¾ Cuando durante la operación de un tranque de relaves no hay suficiente arenas
de una calidad adecuada, es conveniente considerar agregar una o más capas
intermedias de material de empréstitos bien compactado, para continuar la
construcción del muro resistente y así se tendrá una mejor estabilidad física.
¾ Es importante mantener despejados los muros de arenas de cualquier objeto
extraño puesto que los relaves sedimentan a la altura de los obstáculos que
encuentran en el trayecto.
¾ Los operadores de los depósitos de relaves deben tener, claro conocimiento, del
Manual de Emergencia del depósito de relaves, con que obligatoriamente debe
contar la Empresa, de modo que les permita enfrentar en forma exitosa las
situaciones adversas, climáticas, hidrológicas, sísmicas, volcánicas o falla del
21
sistema de captación de aguas claras o situaciones de emergencias de otra
naturaleza que pudieren presentarse.
¾ Si la causa de la emergencia se debe a fenómenos naturales extremos
imprevistos, como sismos, nevazones, lluvias intensas, erupciones volcánicas u
otros, que impidan una normal operación o pongan en peligro la vida de las
personas o el medio ambiente, deberán suspenderse las operaciones de
depositación de relaves, hasta que las condiciones de seguridad del depósito se
restablezcan.
¾ En caso de precipitación de nieve o granizo sobre el prisma resistente y en que,
a la vez, se produzca la posibilidad de que debido a bajas temperaturas puedan
intercalarse capas de agua a estado sólido, que puedan crear planos de falla en
el muro, deberá paralizarse la depositación de arenas en el muro, hasta que
pase la situación de riesgo.
10.- Medidas que deben considerarse entre otras al Cierre y Posterior Abandono
de un Tranque de Relaves
¾ Desmantelamiento de las instalaciones (ductos de relaves, bombas,
hidrociclones, líneas eléctricas, muelles de acceso).
¾ Secado de la laguna de aguas claras.
¾ Dejar operativos los canales perimetrales interceptores de aguas de laderas.
¾ Mantención del sistema de evacuación de aguas lluvias.
¾ Estabilización de taludes (considerando máximo sismo probable de ocurrencia
en la zona de emplazamiento).
¾ Cercado en torno a las torres colectoras y en algunos casos se justifica el
sellado de estas torres.
¾ Instalación de cierres de acceso al lugar donde se encuentran los relaves.
¾ Instalación de señalizaciones preventivas.
¾ Instalación de cortavientos.
¾ Habilitación de vertederos de seguridad (diseñado considerando el evento de
máxima crecida probable).
¾ Compactación de la berma de coronamiento.
¾ Recubrimiento con material adecuado para evitar la erosión eólica o también
para posibilitar la forestación del tranque en aquellos lugares en donde es
factible hacerlo.
11.- Algunos conceptos que se deben conocer y recordar:
¾ Un buen diseño y una buena operación de un depósito de relaves desde su
inicio los transformará en obras amigable con el medio ambiente.
¾ Los depósitos de relaves son formas geológicas artificiales que deben
permanecer en el tiempo y por ello no se debe escatimar en esfuerzos para
garantizar la seguridad de las personas y el medio ambiente.
22
¾ Todo plan de abandono de un depósito de relaves debe tener como objetivos
los siguientes conceptos: Estabilidad Física, Estabilidad Química y uso
posterior del suelo.
¾ En la construcción de un tranque de relaves es obligatorio considerar una
buena impermeabilización del muro de partida para evitar infiltraciones en la
base del muro de arenas y ayudar así a la estabilidad de éste.
¾ Es importante tener presente en el diseño del muro de arenas que en el caso
de un sismo en el coronamiento del muro se pueden producir aceleraciones
del orden de un 40% - 50% mayores que en la base, de allí la importancia de
tener siempre una buena compactación del muro.
¾ Los tranques de relaves tienen una mayor probabilidad de colapsar cuando la
compactación del muro resistente es deficiente.
¾ Las aceleraciones sísmicas pueden producir un mecanismo de cuña
deslizante en los muros y también producir zonas de licuefacción.
¾ Los taludes pueden fallar por inestabilidad a causa de:
- El peso que tiende a deslizar el talud por mala compactación.
- Erupción volcánica.
- Nieve al derretirse.
- Hielo fundido.
- Sismos.
- Crecida de un río cercano.
¾ Con la construcción de los Depósitos de Relaves se protege el medio
ambiente, al desecharlos en estas obras adecuadas, recuperando el agua que
en algunos sectores es prioritario hacerlo y además (en algunos casos) existe
una buena potencialidad futura de retratamiento de estos materiales.
A continuación se incluyen algunos anexos que incluyen datos técnicos específicos
existentes en la literatura que son de utilidad en el tema de Depósitos de Relaves.
23
ANEXO A
Clasificación de los Suelos
El Sistema Unificado de Clasificación de Suelos S.U.C.S es aplicable en la practica a
los materiales sólidos de relaves, el cual considera el tamaño de las partículas: la
granulometria predominante según las mallas A.S.T.M. y características de los finos.
Conforme a este sistema, existen 2 grandes grupos o clases de suelos:
1) Suelos Gruesos.- Caracterizados porque más del 50% de sus partículas (% en
peso) quedan retenidas por la malla A.S.T.M. Nº200 ( # 200). En otras palabras, la
“fracción gruesa” corresponde a más del 50% del peso seco total del suelo.
2) Suelos Finos.- Caracterizados porque más del 50% de sus partículas (% en peso)
pasan por la malla A.S.T.M. Nº200 ( # 200). En otras palabras, la “fracción fina”
corresponde a más del 50% del peso seco total del suelo.
Estos dos grupos se subdividen a su vez en 4 subgrupos característicos:
1º) Gravas (G) Son suelos en que más del 50% de sus partículas (en peso) quedan
retenidas por la malla # 200; y de esta “fracción gruesa”, más del 50% es retenido
por la malla # 4
2º) Arenas (S) Son suelos en que más del 50% de sus partículas (en peso) quedan
retenidas por la malla # 200; y de esta “fracción gruesa”, menos del 50% es retenido
por la malla # 4
3º) Limos (M) Son suelos en que más del 50% de sus partículas (en peso) pasan por
la malla # 200; y esta “fracción fina” tiene un límite líquido menor que 50.
4º) Arcillas (C) Son suelos en que más del 50% de sus partículas (en peso) pasan por
la malla # 200; y esta “fracción fina” tiene un límite líquido mayor que 50.
Nota: El límite líquido corresponde a la frontera convencional entre los estados semilíquido y plástico, de acuerdo a la definición de Atterberg.
Conceptos Básicos de Geotecnia y Mecánica de Suelos
Relaciones Volumétricas y Gravimétricas
En estado natural los suelos son sistemas de tres fases que consisten en sólidos, agua
y aire como se esquematiza en la figura
24
__
_________________________
º
.. º o º º º º º º º
º º º
ºº
Va º º ºo-.o
º . -º º º º o º º º º . .
ºoo º º ºo º o
_________________________
Vv
_- _-- _ --__-- ___ ___ ----V
Vw --- _-_--- --- …----- _--- _ --_ ….
--- _-_--- --- …---__
_________________________
Vs
Wa ~ 0
Ww
W
Ws
_________________________
Figura 1.- Esquema de una Muestra de Suelo
El volumen total de una muestra de suelo viene dada por:
V = Vs + Vv = Vs + Vw + Va
Donde Vs = volumen de sólido de suelo
Vv = volumen de vacíos
Vw = volumen de agua en los vacíos
Va = volumen de aire en los vacíos
Ws = peso de sólido de suelo
Ww = peso de agua en los vacíos
Suponiendo que el peso del aire es despreciable, podemos dar el peso de la muestra
como
W = Ws + Ww
Donde Ws = peso de los sólidos del suelo.
Ww = peso del agua.
Las relaciones volumétricas comúnmente usadas para las tres fases en un elemento de
suelo son “la relación de vacíos, porosidad y grado de saturación”
25
La Relación de Vacíos (e) .- se define como la razón del volumen de vacíos al volumen
de sólidos
Vv
e = ----Vs
La Porosidad (n).- se define como la razón del volumen de vacíos al volumen total.
Vv
n = ----V
El grado de Saturación (S).- se define como la razón del volumen de agua al volumen
de vacíos.
Vw
S = ----Vv
Nota: normalmente estas relaciones se expresan en porcentaje, para ello basta
multiplicar las razones anteriores por 100%
Es fácil deducir la relación existente entre la relación de vacíos y la porosidad
Vv
Vv/V
n
Vv
e = ----- = -------------- = --------------- = --------------V - Vv
V/V – Vv/V 1 - n
Vs
Despejando n se tiene
e
n = --------1 + e
Las Relaciones Gravimétricas comunes son “el contenido de humedad y el peso
específico”
El contenido de humedad (w) se llama también contenido de agua.- se define como la
relación del peso de agua entre el peso de sólidos en un volumen dado de suelo.
Generalmente se expresa también en porcentaje.
Ww
w = ---------Ws
26
El Peso Específico ( γ ).- es el peso de suelo por volumen unitario
W
γ = -------V
El peso específico se expresa también en términos del peso del sólido del suelo,
contenido de agua y volumen total
γ
W
Ws + Ww
= ----- = -------------V
V
Ws (1 + Ww / Ws) Ws (1 + w)
= ----------------= --------------V
V
El Peso Específico Seco ( γd ).- es el peso de suelo del suelo excluida el agua por
volumen unitario
Ws
γd = ---------V
Densidad del Suelo (ρ).- es la masa total de la muestra total del suelo por unidad de
volumen
m
ρ = ---------V
Donde
ρ = densidad del suelo (Kg/m3)
m = masa total de la muestra de suelo
Además se cumple: γ = ρ . g
siendo g = aceleración de la gravedad = 9,81 m/seg2
Consistencia del Suelo: Límites de Atterberg
Cuando existen minerales de arcilla en un suelo de grano fino, éste puede ser
remodelado en presencia de alguna humedad sin desmoronarse. Esta naturaleza
cohesiva es debida al agua absorbida que rodea a las partículas de arcilla. A principio
de 1990 Albert Mauritz Atterberg, desarrolló un método para describir la consistencia de
los suelos de grano fino con contenidos de agua variable. A muy bajo contenido de
agua, el suelo se comporta más como un sólido frágil. Cuando el contenido de agua es
muy alto, el suelo y el agua fluyen como un líquido. Por lo tanto, dependiendo del
contenido de agua, la naturaleza del comportamiento del suelo se clasifica
arbitrariamente en cuatro estados básicos, denominados: sólido, semisólido, plástico y
líquido.
27
El contenido de agua, en %, en el que la transición de estado sólido a semisólido tiene
lugar, se define como “límite de contracción”. El contenido de agua en el punto de
transición de estado semisólido a plástico es el “límite plástico”, y de estado plástico a
líquido es el “límite líquido”. Esos límites se conocen también como límites de Atterberg
Sólido
Límite de
Contracción
Semisólido
Plástico
Límite
Plástico
Líquido
Límite
Líquido
Límite Líquido (LL).- Es el mínimo contenido de agua al cual se tiene comportamiento
semilíquido, se determina mediante el ensayo de laboratorio desarrollado por
Casagrande.
Límite plástico (LP).- es el máximo contenido de agua al cual se comienza a tener
comportamiento plástico, se determina en laboratorio mediante el ensayo propuesto por
Atterberg.
Índice de Plasticidad (IP).- Es la diferencia entre los límites líquido y plástico.
IP = (LL – LP)
28
ANEXO B
Análisis Granulométricos Mediante Tamices.
El tamizaje con mallas de alambre tejido es el método más ampliamente usado para
determinar la distribución de tamaños en muestras de minerales, muestras de relaves u
otros materiales.
Los alambres se tejen de manera de formar aberturas cuadradas y el número de
aberturas que existen en una pulgada en la dirección de los alambres se utiliza para
especificar al número del tamiz.
------1pulgada-------Además de conocer el número de tamiz, para determinar la dimensión de la abertura,
es necesario conocer el espesor de los alambres. Varias instituciones han propuesto
series estándar de tamices, en las cuales se especifican las dimensiones de las
aberturas. Las tablas B.1 y B.2 entregan las dimensiones de las aberturas para dos
series de tamices bien conocidas: la serie U.S.A. Estándar (ASTM) y la Tyler Estándar.
Normalmente para realizar un análisis granulométrico, los tamices se escogen de
manera que el cuociente entre la abertura de dos tamices consecutivos sea constante.
Por ejemplo, los tamices Tyler Nº 10, 14, 20, 28, 35, 48, 65, 100 y 150 tienen una razón
√2 = 1,414, es decir:
Abertura Tamiz Nº10 = Abertura Tamiz Nº14 = ……………….. = 1,414..
Abertura Tamiz Nº 14 Abertura Tamiz Nº 20
Tabla B.1. Número de mallas en las series ASTM y Tyler
Abertura (mm)
107,6
101,6
90,5
76,1
64
53,8
50,8
45,3
Serie ASTM
N° de tamiz
(pulg.)
4,24
4
3½
3
2½
2,12
2
13 / 4
29
Serie Tyler
Nº de tamiz
(pulg.)
Abertura (mm)
38,1
32
26,9
25,4
22,6
19
16
13,5
12,7
11,2
9,51
8
6,73
6,35
5,55
Serie ASTM
N° de tamiz
(pulg.)
11 / 2
11 / 4
1,06
1
7/8
¾
5/8
0,53
½
7/16
3/8
5/16
0,265
¼
3½
Serie Tyler
Nº de tamiz
(pulg.)
1,05
0,883
0,742
0,624
0,525
0,441
0,371
2½
3
3½
Tabla B.2. (Continuación)
Abertura ( μ m )
4760
4000
3360
2830
2380
2000
1680
1410
1190
1000
841
707
595
500
420
354
297
250
210
177
Serie ASTM
Nº de tamiz
4
5
6
7
8
10
12
14
16
18
20
25
30
35
40
45
50
60
70
80
30
Serie Tyler
Nº de tamiz
4
5
6
7
8
9
10
12
14
16
20
24
28
32
35
42
48
60
65
80
Abertura ( μ m )
149
125
105
88
74
63
53
44
37
Serie ASTM
Nº de tamiz
100
120
140
170
200
230
270
325
400
Serie Tyler
Nº de tamiz
100
115
150
170
200
250
270
325
400
Tabla B.3. Ejemplo de distribución granulométrica, representada en forma
tabulada
Nº Tamiz
Tyler
Abertura(mm) Peso ( g)
f (%)
Fu (%)
Fo (%)
10
2
1,3
1,1
98,9
1,1
14
1
6,7
5,6
93,3
6,7
20
0,85
24,7
20,6
72,7
27,3
28
0,6
31,7
26,4
46,3
53,7
35
0,42
22,2
18,5
27,8
72,2
48
0,3
13
10,8
17
83
65
0,21
7,1
5,9
11,1
88,9
100
0,15
4,7
3,9
7,2
92,8
150
0,105
3,2
2,7
4,5
95,5
Residuo
5,4
4,5
En donde: f(%) = fracción retenida en el tamiz respecto del total de la muestra
expresada en %.
Fu(%) = Fracción acumulada bajo el tamaño del tamiz.
Fo(%) = Fracción acumulada sobre el tamaño del tamiz.
31
30
26,4
25
18,5
20
f
15
( %)
10
5
20,6
Serie a
10,8
4,5
2,7
3,9
5,9
5,6
1,1
0
0
0,08 0,11 0,15 0,21 0,3 0,42 0,6 0,85 1,2 1,68 1,83
Tamaño ( mm )
Figura B.1. Representación gráfica de histograma de la fracción retenida en el tamaño
Figura B.2. Representación gráfica de curva de la fracción acumulada bajo el tamaño
32
Tabla B.4. Recomendada por SERNAGEOMIN para la entrega de información de
análisis granulométricos, según sector, es decir, Pie y Falda, cuando corresponda.
Sector
Mallas
N° Tyler
35
48
65
100
150
200
-200
Total
gramos
retenidos
A
B
% retenido
A
B
Promedio
ponderado
% retenido
%
acumulado
bajo
1
1 = Curva típica de lamas
(overflow, fracción fina)
3
2 = Curva típica de arenas
(underflow, fracción gruesa)
3 = Rango típico de relaves completos
2
Figura B.3. Distribuciones granulométricas típicas de relaves de Cobre
33
ANEXO C
Medición de concentración y peso específico de pulpas con balanza tipo Marcy
Características de la balanza
La balanza Marcy entrega una lectura rápida y directa del porcentaje de sólidos en peso
de la pulpa de relaves, también su gravedad específica y la gravedad específica de los
sólidos secos. Sin embargo, es necesario mencionar que los valores de las medidas
obtenidas son de una precisión aceptable en operación para controlar el proceso y
aproximadas a la verdadera.
Con la balanza Marcy se pueden medir determinar:
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Peso de muestras en gramos o kilogramos.
Peso o Gravedad específica de líquidos o pulpas.
Porcentaje de sólidos en peso contenido por la pulpa de cualquier gravedad
específica.
Peso o gravedad específica de sólidos secos.
Figura D.1. Balanza tipo Marcy
Algunas de las características de la balanza tipo Marcy son:
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Posee una construcción simple y sólida.
Es fácil de operar, ya que no es necesario pesar las muestras separadamente.
Se usa con sólidos de cualquier rango, es decir, de densidad pesada o liviana ya
se disponen diferentes carátulas de lectura intercambiables.
Las balanzas posee recipientes cilíndricos plásticos o metálicos con agujeros
(agujeros de rebalse) para permitir un llenado máximo de 1000 cc.
Cada balanza tiene una carátula o dial, adherida permanentemente, con anillos
concéntricos (de colores rojo, blanco y amarillo) adecuados para la gravedad
específica de los sólidos de la pulpa, sin embargo estas carátulas son
intercambiables, por lo que con ellas se cubre un rango de gravedad específica
de sólidos secos, considerable.
34
N°carátula
#2
#3
#4
#5
#6
#7
#8
#9
# 10
# 11
# 12
1,2
1,7
2,2
2,6
3
3,4
3,8
4,2
4,6
5,6
6,6
1,3
1,8
2,3
2,7
3,1
3,5
3,9
4,3
4,8
5,8
6,8
1,4
1,9
2,4
2,8
3,2
3,6
4
4,4
5
6
7
1,5
2
2,5
2,9
3,3
3,7
4,1
4,5
5,2
6,2
7,2
1,6
2,1
2,6
3
3,4
3,8
4,2
4,6
5,4
6,4
7,4
1,7
2,2
2,7
3,1
3,5
3,9
4,3
4,7
5,6
6,6
7,6
1,8
2,3
2,8
3,2
3,6
4
4,4
4,8
5,8
6,8
7,8
Figura D.2. Números de esferas intercambiables y rangos
Metodología de Medición
Calibración de la balanza tipo Marcy
La balanza debe ser colgada de manera tal que quede suspendida libremente en el
espacio. Luego se debe llenar el recipiente cilíndrico con 1000[cc] de agua pura y
colgarlo del gancho de la balanza y posteriormente limpiar la superficie exterior del
recipiente de algún material adherido, para obtener una lectura más precisa. La aguja
de la balanza deberá marcar 1000 en el anillo concéntrico mayor, quedando en posición
vertical. Si eso no ocurriere, se debe “girar la perilla de ajuste de la aguja indicadora”,
ubicada sobre el gancho, y llevar esta aguja a la lectura 1000. En ese momento la
balanza estará calibrada. (este procedimiento debe realizarse siempre con cierta
frecuencia para asegurar la calibración de la balanza).
Nota.- Siempre al estar el recipiente cilíndrico vacío colgado en el gancho de la balanza,
la aguja en la carátula estará marcando un poco antes del punto 1000 en el anillo más
externo.
Toma de muestra de la pulpa a ser medida
Para la toma de muestra, se debe llenar el recipiente con la pulpa o el líquido deseado.
El nivel del líquido o pulpa tiene que alcanzar las perforaciones de rebalse.
Posteriormente limpie el material de la parte exterior del recipiente y finalmente se tiene
que colgar de la balanza, determinándose la gravedad específica de la pulpa o el
porcentaje de sólidos en la pulpa.
35
Porcentaje de Sólidos en Peso (Cp)
Si se conoce la gravedad específica del sólido en la pulpa, el porcentaje de sólidos en
peso (Cp) se puede leer directamente en el anillo concéntrico correspondiente a la
gravedad específica del sólido contenido en la pulpa. Para esto, se debe colgar el
recipiente lleno de pulpa en la balanza. El porcentaje de sólido en la pulpa se lee en el
sentido de los punteros del reloj en el anillos concéntrico correspondiente.
Gravedad Específica de la pulpa
Cuelgue el recipiente lleno en la balanza siguiendo los pasos anteriormente
mencionados y lea la gravedad específica de la pulpa en el anillo concéntrico de mayor
diámetro de la carátula o dial. (anillo más externo)
Gravedad Específica de un Sólido
Prepare una muestra de material representativa, seca, entre -10 mallas y +100 mallas
(Tyler). Cuelgue el recipiente vacío y seco de la balanza y empiece a llenarlo con la
muestra hasta que la aguja indique 1000 g. en el anillo exterior del dial. Vacíe la
muestra en algún receptáculo. Llene un tercio del volumen del recipiente con agua y
vierta el material de a poco en el recipiente, asegurándose que las partícula de mineral
se mojen completamente y se eliminen las burbujas de aire, en este proceso vaya
revolviendo con una varilla de vidrio limpia .Cuelgue el recipiente de la balanza y
complete el volumen con agua hasta las perforaciones del rebalse. Lea la gravedad
específica del sólido directamente en el anillo concéntrico de menor diámetro de la
carátula (anillo mas interno).
Procedimiento de “Mallaje” de la pulpa de arenas del muro
Para determinar el contenido del % bajo la malla 200 (Tyler) de las arenas del muro de
contención en un tranque de relaves, se puede utilizar la balanza Marcy, realizándole a
la “pulpa de arenas”, o sea, al flujo del material grueso del Hidrociclón (Underflow), lo
que en la práctica se le denomina Millaje y que consiste en lo siguiente:
Se toma una muestra de un poco mas de i000 cc de pulpa del flujo de arenas del
Hidrociclón (recipiente cilíndrico lleno tapando con los dedos los agujeros de rebalse)
Luego se lleva con cuidado esta pulpa y se cuelga el recipiente en el gancho, en este
punto al soltar el recipiente el volumen sobrante de la pulpa rebalsará por los agujeros,
allí queda en el recipiente un litro de pulpa,
Luego se debe limpiar la superficie del recipiente cilíndrico con agua utilizando una
pizeta para asegurar una mejor lectura.
36
Se lee el % de sólidos en peso de la pulpa de arenas (Cp inicial) en el anillo que
corresponda.
Después se vacía toda la pulpa sobre un tamiz N°200 (74 micrones) y se hace un
tamizaje en húmedo al material de arenas, utilizando un flujo suave de agua, lavando el
material hasta que el agua que atraviesa la malla salga limpia, sin partículas bajo la
malla 200 (ir palpando el agua con la mano).
El flujo de agua y partículas que atraviesan la malla durante el tamizaje en húmedo se
bota y no es necesario recuperar.
Luego el material de arenas que quedó sobre la malla N°200, se vuelve a introducir en
el recipiente cilíndrico de la balanza, con mucho cuidado e ir lavando la malla utilizando
un flujo pequeño de agua y que no sobrepase de los 1000 cc.
Se cuelga el recipiente y se completan los 1000cc con agua y se vuelve a medir
nuevamente el % de sólidos en peso de la pulpa que se formo (Cp final)
Final mente con los dos datos de Cp inicial y Cp final se determina el % bajo la malla
200 que contiene la arena del muro utilizando la siguiente fórmula:
[ Cp inicial – Cp fina l ]
%bajo malla 200 = 100 x -------------------------------------Cp inicial
37
ANEXO D
Control Piezométrico
Fabricación de Piezómetros
Una idea sencilla que se recomienda utilizar para medir el nivel freático en los muros de
arenas de Tranques de Relaves de pequeño o mediano tamaño, es el uso de
piezómetros de las siguientes características:
ƒ
ƒ
ƒ
Se utiliza una tubería de PVC corriente de 1” o 2” de diámetro interior.
Se tapa en un extremo con un flange ciego.
Se perfora a partir del flange con orificios de 2 a 3 mm. de diámetro, en un largo de
30 cm.
Ubicación de los Piezómetros
Para controlar el nivel freático es necesario colocar varios piezómetros en una línea
recta distante más o menos 25 m. uno de otro, tratando que algunos queden en la línea
del eje de coronamiento del muro de partida o bien un poco hacia el interior del tranque
(sector de la playa) y los otros en el interior del muro de contención ubicados en el
sector del talud exterior del muro de arena (sector de arenas).
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Se hace una perforación de 80 cm. de profundidad y 80 cm. de ancho por lado del
cuadrado formado, en el lugar donde se colocará el piezómetro.
Se coloca en la perforación hecha el piezómetro preparado.
Se coloca una primera capa de 30 cm. de grava que tiene una granulometría de
dimensiones que fluctúa entre 25 y 50 mm.
Se coloca una segunda capa de 30 cm. de gravilla que tiene granulometría de
dimensiones que fluctúan entre 3 y 25 mm.; y
Se coloca una tercera y última capa de 20 cm. de arena gruesa del hidrociclón.
Figura D.1. Esquema del Piezómetro propuesto.
38
Procedimiento de Control de Nivel Freático
Se usa un miliamperímetro o tester indicador, y una extensión de alambre eléctrico que
en una punta va conectado al miliamperímetro o tester y en la otra conectado a una
pequeña sonda o sensor, que se introduce en el piezómetro. Este sensor al contacto
con el agua, que pueda tener el piezómetro, hace moverse la aguja indicadora del
miliamperímetro o tester lo cual nos indica la altura o nivel donde está el agua libre o
napa.
Antes de hacer las medidas es conveniente comprobar si el piezómetro está en
condiciones de trabajo. La manera más sencilla de controlar el piezómetro es
agregando agua al interior de éste y tomar el tiempo de filtración; si éste es rápido y no
logramos llenar el tubo comprobaremos fehacientemente que “el aparato de medición
del nivel freático” (piezómetro) está en condiciones normales de trabajo. (en operación
suele ocurrir que los piezómetros están tapados en su interior con arenas, para evitar
esto, siempre debe tenerse el cuidado de colocarle y dejarlo con una tapa en la punta
superior del tubo piezométrico al finalizar las medidas).
Equipo
ƒ Miliamperímetro o Tester indicador
ƒ Carrete
ƒ Cable conductor
ƒ Sensor
ƒ Huincha de medir
Procedimiento de medición
a) Desenrollar el cable conductor del carrete a una cierta cantidad de metros.
b) Colocar el miliamperímetro o tester indicador con vista hacia el operador del
instrumento.
c) Bajar lentamente, por dentro del piezómetro, el cable conductor que esta
conectado al sensor en su extremo.
d) Al bajar el cable conductor con el sensor, por el interior del tubo piezométrico se
debe estar mirando constantemente el tester, ya que cuando el sensor haga
contacto con agua, la aguja del tester se moverá inmediatamente.
e) En el momento que se produce el contacto con el agua, se debe colocar una
marca en el cable, justo en el punto que coincide con la boca del tubo
piezométrico, luego se retira el cable conductor con el sensor y se mide el largo
total entre la marca realizada y el extremo final del sensor.
f) El punto anterior se puede repetir para asegurar la medida.
39
g) Finalmente se recomienda llevar una hoja de registro de cada uno de los
piezómetros con los datos de medición obtenidos, procurando realizar las
mediciones en forma periódica y eligiendo siempre un día determinado de la
semana, además se puede confeccionar un gráfico de estos registros para su
análisis.
Figura D.2.Esquema Piezométrico con tubo perdido.
40
Figura C.3. Esquema del Piezómetro de Casagrande con dimensiones típicas
41