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

BR

EPA

SO

DE

SL

IZA

MIE

NT

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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){

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.