Presentación de PowerPoint - Instituto de Investigaciones Antisísmicas

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
INACTIVOS
Tonco
Castaño Viejo
Los Gigantes
Andacollo
Malargüe
San José
Co. Negro
Co. Vanguardia
Manantial Espejo
Colas fluidas
Colas filtradas
Pilas de Lixiv.
29°
Lat
Sur
Pascua-Lama
(oro)
REGION DE CUYO
Gualcamayo (oro)
Veladero
(oro)
1894(8)
2
1
REFERENCIAS
Jachal
Cordillera de los Andes
Co. Casposo
(Oro)
4 3
1944(7.4)
San Juan
5
El Pachón
(Cobre)
OASIS (bajo riego)
Terremoto Histórico
1977(7.4) Año (Magnitud)
1977(7.4)
1952(7)
Falla activa
1861(7)
6
Mendoza
7
Presa
1782(7)
1985(5.9)
7
8
9
MINERÍA METALÍFERA
10
Mina activa
Exploración/Proyecto
San Rafael
13
100 Km
35.5°
72° Long. Oeste
12
1929
(6.8)
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
Tamaño de partículas de las colas de diferentes procesos mineros
% que pasa
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
150 mm
75 mm
< 150 mm
> 75 mm
< 75 mm
Caolín (Arcilla)
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
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
PRESAS DE COLAS
(Datos de USCOLD/UNEP/ICOLD, 2001)
N° 50
INCIDENTES (211)
FALLAS (135)
{
{
Presas inactivas
Presas activas
Presas inactivas
Presas activas
25
DE
SL
I ZA
MI
EN
TE
TO
RR
EM
OT
SO
O
BR
EP
AS
FU
O
ND
AC
TU
IÓ
BI
N
ES
FIC
TR
AC
UC
IÓ
TU
N
RA
SA
UX
ER
OS
SU
IÓ
BS
N
ID
EN
DE
CIA
SC
ON
OC
ID
A
0
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 m3
- 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 m3
- Distancia recorrida por las colas = 3Km
- Avalancha de 2.5 m de altura
(Blight & Fourie, 2003)
FALLA DE ESTRUCTURAS AUXILIARES
Stava, Italia, 1985
Tuberías de
decantación
(http://www.stava1985.it/)
• Falla precedida por periodo de abundante lluvia
• Vertido de 200.000 m3 de colas
• La avalancha recorrió 3 Km a 30Km/h
• 268 muertos
•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.
Stava, Italia, 1985 (Chandler y Tosatti,1995)
a)
Depósito superior
Rebalse
Depósito superior
Rebalse
Conducto de
decantación
ducto de
ntación
b)
Estado de construcción
al instalar el bypass
Estado de construcción
al instalar el bypass Depósito inferior
Descarga
Depósito inferior
Tramo de
conducto
Tramo de obturado
conducto
obturado
Descarga
Superficie del
terreno natural
Superficie del
terreno natural
Peso de las colas depositadas
después
de la reparación
Peso de las colas
depositadas
después de la reparación
Tubo de acero
Tubo de acero
Chimenea de
hormigón
Chimenea de
hormigón
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
ROTURA POR TERREMOTO: Tapo Canyon, EEUU. Northridge, 1994
• 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
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, 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
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
El Cobre (28/03/1965)
3º
3.5º
Iwiny (13/12/1967)
Vol
Vel
[103 m3] [Km/h]
D [m]
Daños
Muertos
1900
20 12000
Elevados
300
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
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
Los Frailes
(15/04/1998)
0.1º
200
4000
30
3000 Intermedios
24000
Elevados
17
0
“Acciones” hidráulicas sobre un dique de colas.
Escurrimiento +
Infiltración
Escorrentía
superficial
Bombeo
Evap.
Evap.
Ingreso de agua
subterránea
Lluvia
Vertido
colas
Recuperación
de filtraciones
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.