CAPÍTULO II EL RELAVE EN CHILE
2.4 Almacenamiento del Relave en Chile
2.4.2 Evolución del Diseño de Muros de Presas
Antiguamente, para la construcción de un muro de arena reciclada, el relave no pasaba por “hidrociclones”. Al pasar por los hidrociclones, la fracción gruesa del relave (arena) se separa de la fina (limos) y del agua. Por tanto, el relave se depositaba directamente en el muro con el método de construcción “aguas “arriba”. Este muro, sometido a un sismo, provoca la licuación de las arenas bajo el muro, lo que finalmente provoca el colapso del muro.
Después de los lamentables hechos ocurridos con la presa de relaves “El Cobre”, todas las empresas mineras revisan sus diseños y adoptan diseños mucho más conservadores.
Los diseños conservadores pueden verse reflejados inmediatamente después de 1970.
Como ejemplo está la construcción de El Cobre nº 4 (Disputada Las Condes, 1969), Colihues A (Teniente, 1974), Piuquenes (Andina, 1977) y Pérez Caldera (Disputada Las Condes, 1978).
Durante la década de los 1980 y 1990, la producción de cobre tiene un salto importante. Como consecuencia, se construyen más presas de relaves con arena reciclada y con mayor capacidad. Durante este período, se comienza a dar mucha importancia al tema medioambiental.
La mayoría de las presas construidas durante esta époco, son construidas con arenas cicloneadas, con la metodología de construcción “aguas abajo”. Se incorporan los avances en
mecánica y dinámica de suelos a los diseños que están fuertemente regulados por el decreto D.S. 86/1970.
El gran problema que presentan los muros de arena reciclada es que necesitan una superficie basal muy extensa, de modo que el desarrollo horizontal del talud asegure su estabilidad, con un mínimo de V/H = 1/4, que depende exclusivamente de la calidad de la fracción gruesa del relave (Peña et al, 1996). Esto también influye en la altura de coronamiento, que normalmente son bajas (150 m. a 200 m.).
Estos muros han crecido de tamaño durante las últimas décadas, por el aumento en la explotación minera (Montani y Barrera, 2005), además de los avances y la experiencia existente en el campo. Se han desarrollado nuevas técnicas de diseño y análisis, lo que permiten asegurar un diseño estable y seguro.
El tranque de relaves “El Mauro” de Minera Los Pelambres que se muestra en la figura 2-2, es un claro ejemplo de la evolución del diseño de presas con muros de arena reciclada, hacia nuestros días. Esta presa posee un muro con una altura final proyectada de 240 m. Esta proyectado para 4 etapas de construcción. Esta presa de relaves almacena los desechos de la expansión de la Mina Los Pelambres, que ha proyectado su vida útil por 40 años más, lo que significa que el tranque proyecta un almacenamiento de 1.700 millones de toneladas de relaves, aproximadamente.
Figura 2-2: Tranque de Relaves El Mauro, Minera Los Pelambres Fuente: http://www.lanacion.cl
Otro ejemplo es el tranque de Relaves Ovejería, de División Andina de Codelco Chile, que se muestra en la figura 2-3.
Figura 2-3: Tranque de Relaves Ovejería, Codelco Chile Fuente: http://www.codelco.com
Este tranque tiene una altura final proyectada de 120 metros, con un talud V/H = 1/4 y almacena los desechos producidos por la División durante los próximos 20 años, con una tasa de incremento de altura estimada de 2,5 metros por año.
CAPÍTULO III
TIPOLOGÍA DE LAS PRESAS DE RELAVE
3.1 Introducción
La disposición de relaves en Chile es regulada por el Ministerio de Minería, mediante el decreto D.S. nº 248 “Reglamento para la Aprobación de Proyectos de Diseño, Construcción, Operación y Cierre de los Depósitos de Relave”. El decreto dicta pautas generales relativas a los aspectos mencionados de los depósitos de relaves en Chile.
En este capítulo se mencionan los aspectos generales entregados por el decreto D.S.
nº 248, además hacer un reseña a los componentes de un depósito de relaves con estructura de retención.
3.2 Ubicación de los Depósitos de Relaves
Para la determinación adecuada de un lugar que permita el almacenamiento de los residuos minerales proveniente de los procesos de concentración, es necesario realizar el análisis de las diferentes características que presentan los emplazamientos, a partir de variables legislativas, ambientales, económicas y productivas principalmente, siendo la siguiente información la mínima requerida para una alternativa de ubicación (Márquez, 2002):
• Reglamentación existente
• Características sísmicas del lugar.
• Características hidrológicas del lugar.
• Características topográficas.
• Características geológicas y geotécnicas del terreno de fundación.
• Características de los relaves.
• Niveles de producción de relave.
• Potencial disponibilidad de arena a partir de los relaves.
• Relación del proyecto con el medio ambiente y eventuales restricciones.
• Costos de operación.
• Facilidad de operación de todas las obras que componen el depósito.
• El sitio debe ser capaz de contener en lo posible la totalidad de la producción de relave, en forma ininterrumpida durante toda la vida útil de la obra.
Todos estos aspectos corresponden a factores generales, debiendo ser considerados en la elección y localización de un depósito de residuos. Para la elección de un emplazamiento se deberá analizar cada alternativa por separado, evaluando cada factor en forma particular y su incidencia en el comportamiento global del depósito (Márquez, 2002).
Dentro de los nuevos estándares, existe uno relacionado con la ubicación.
Considerando que la mayoría de los yacimientos se encuentra en la alta montaña, se optó por construir los nuevos tranques en el valle central. Con esto, se puede aumentar el volumen del depósito, ya que el área de depósito es más plana y extendida, con lo que se puede hacer con muros más pequeños, que es mucho más seguro que depositarlas en alta montaña, con muros más altos, debido a que la masa de relave tendría una energía potencial altísima que, en caso de que el muro colapse, puede provocar daños imposibles de cuantificar al entorno del valle en que se encuentre.
3.3 Tipología de Depósitos de Relaves
Existen diversos factores que deben considerarse para la localización de un depósito.
En el pasado, la elección de una alternativa de emplazamiento solía basarse casi exclusivamente en los costos de operación, pero actualmente las consideraciones ambientales han incrementado su importancia pasando en algunos casos a estar por encima de las económicas.
Los depósitos de relaves, se pueden distinguir de acuerdo a elementos característicos, clasificándolos en forma general, según el lugar de localización y la forma de disposición del material, logrando con ello, establecer un marco general como el que se describe a continuación (Márquez, 2007).
3.3.1 Según Implantación en Terreno
La elección del emplazamiento de un depósito de residuos se debe basar en criterios de diversa naturaleza. Uno de estos, corresponde al estudio de la instalación del depósito a partir de las formas naturales del terreno.
La localización en terreno del depósito dependerá fundamentalmente de las características topográficas del sector, la cantidad de material a almacenar, las alteraciones que pueden producirse sobre el medio natural y las restricciones ecológicas existentes en el área de implantación.
La topografía es un factor básico, que influye en aspectos como altura y dimensiones de los depósitos. La pendiente de los terrenos es el factor principal que intervendrá en el ritmo de crecimiento y altura alcanzada por los depósitos.
Una vez determinada la zona de ubicación del depósito, es posible desarrollar éste de dos maneras y a medida que se lleva a cabo la disposición del material. Estas corresponden a la formación de celdas simples y múltiples, la primera corresponde a la utilización total del lugar desde el comienzo y la segunda, a la iniciación del lugar utilizando porciones más pequeñas y luego expandiéndolas lateralmente mediante la construcción de una serie de terraplenes o muros segmentados, a medida que los primeros han ido llenándose de material.
Según las características de las formas naturales del terreno, se tienen los siguientes diseños de depósitos:
3.3.1.1 Depósitos en Diques de Anillos
Estos depósitos se usan en terrenos planos donde las depresiones topográficas o no están, o son deficientes lo cual minimiza la capacidad de relleno de la presa. Por lo general, este tipo de depósito requiere la construcción de muros de geometría cuadrangular en planta, para el almacenamiento de los residuos, tal como lo muestra la figura 3-1. La altura de sus muros es relativamente baja debido a dos motivos:
• El gran volumen de material que se utiliza en su construcción.
• La acción eólica que constituye una fuente importante de dispersión del material, debido a la localización del emplazamiento.
Figura 3-1: Tipos de Depósito en Diques en Anillos
Fuente: Estudio de Diseños y Operaciones En Los Depósitos De Relaves
3.3.1.2 Depósitos Cruzando Valles
Estos depósitos tienen la característica de maximizar los volúmenes de almacenamiento en cañones estrechos, pero son apropiados únicamente en o cerca de la cabeza del valle, donde los flujos de entrada pueden ser minimizados. Presenta la ventaja que la presa requerirá una menor cantidad de material para su construcción debido a que las laderas del valle son utilizadas como elementos de contención, como lo muestra la figura 3-2.
Por otra parte, este tipo de depósitos presenta menores peligros respecto a la dispersión aérea del material.
Figura 3-2: Tipos de Depósitos cruzando valles.
Fuente: Estudio de Diseños y Operaciones En Los Depósitos De Relaves
3.3.1.3 Depósitos en Laderas
Estos depósitos son adecuados en laderas rocosas de pendientes suaves menores a un 10 %. Por otra parte, su construcción requerirá, como lo muestra la figura 3-3, una gran cantidad de material si se necesita construir una presa de altura y con una mayor capacidad de almacenamiento.
Figura 3-3: Tipos de Depósitos en Laderas
Fuente: Estudio de Diseños y Operaciones En Los Depósitos De Relaves 3.3.1.4 Depósitos en Piso de Valles
Estos depósitos se presentan cuando el flujo de entrada de aguas es demasiado para un depósito cruzando valle y la ladera del terreno tiene una pendiente pronunciada para un depósito en ladera, de acuerdo a lo mostrado en la figura 3-4, se considerará la combinación de ambos métodos denominado en piso de valle. Por otra parte, los cauces que generan un importante flujo de entrada son desviados alrededor del depósito.
Figura 3-4: Tipos de Depósitos en Valle
Fuente: Estudio de Diseños y Operaciones En Los Depósitos De Relaves
3.3.2 Según el Método de Descarga de los Relaves
Esta clasificación, define las alternativas de almacenamiento de los relaves en relación con la disposición de los volúmenes de material en el lugar seleccionado y su necesidad de ubicar algún elemento de contención en él.
De lo indicado anteriormente, existen las siguientes formas de tratamiento:
3.3.2.5 Descarga del Relave Completo
En este método, se requiere disponer de un espacio suficientemente grande que permita almacenar todos los relaves que se producirán durante la vida útil de la planta. Para ello, pueden utilizarse cavidades preexistentes como: rajos mineros abandonados, depresiones naturales en superficies, cavernas naturales, antiguas minas subterráneas abandonadas, etc. En cualquiera de estos casos, se deben realizar estudios y demostrar que no se afectará el medio ambiente. También se puede construir un muro perimetral hecho con material de empréstito y generar así una cubeta de depositación.
3.3.2.6 Construcción del Muro Resistente, con parte del Relave
Esta opción corresponde al tratamiento de los relaves a través de una separación del material, obteniendo por una parte la fracción gruesa (arenas de relave), la cual es utilizada como elemento de construcción del muro perimetral y la fracción fina (lamas) para ser descargadas a la cubeta del embalse. Al realizar la construcción del muro utilizando las arenas de los relaves, es posible realizarlo de tres formas distintas (Ramírez 2007; Márquez, 2002):
• Crecimiento del muro hacia aguas arriba
• Crecimiento del muro aguas abajo
• Crecimiento del muro según línea central
3.3.2.7 Material de Relave Equivalente a un Suelo Húmedo
Esta opción, requiere tratar los relaves 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.
En este tipo de depósitos, los relaves pueden ser espesados al aumentar su concentración de sólidos en agua, mediante sedimentación en estanques espesadores (método de relaves espesados), y/o filtrados lo cual reduce drásticamente su contenido de humedad a través de equipos mecánicos de filtros, prensas o de bandas (método de relaves filtrado).
El primer caso corresponde a los relaves espesados, en él se utiliza el llamado método de Robinsky que consiste básicamente en la formación de un domo de relaves espesados que sea auto-estable, a través de la descarga en el centro del embalse. La pendiente de este domo varia aproximadamente entre 0.8% a 8%.
Este método ha sido utilizado en Chile (depósito “Las Vacas” de la planta Don Alberto, IV Región), pero el mismo requiere disponer de superficies extensas y relativamente planas, un régimen pluviométrico bajo, una sismicidad no muy extensa y una necesidad de recuperación de aguas que justifique el costo de espesar los relaves.
En el caso del método de relaves filtrado, consiste como indica su nombre en filtrar los relaves utilizando cualquiera de los diversos tipos de filtros entre los cuales destacan los filtros-prensa y los filtros al vacío.
Al utilizar los filtros-prensas, la pulpa de relave es bombeada a presión hacia una cámara construida por paredes de tela extremadamente fina y resistente, la que posteriormente es comprimida mecánicamente.
Por otra parte, en el procedimiento de los filtros de vacío la pulpa se deposita generalmente sobre una correa sinfín, provista de orificios y protegida por una tela muy fina y resistente, por debajo de la cual se produce el vacío en determinados sectores.
En cualquiera de los casos de filtrado de relaves, el material puede descargarse vía correa transportadora o bien mediante equipos de movimiento de tierras. En el primero de los casos, se logra un domo de material similar al método de Robinsky; mientras que al emplear los equipos de movimiento de tierra se logra ir construyendo módulos de material compactado, los cuales permiten conformar un depósito aterrizado de gran volumen. Los esquemas de la disposición se muestran en la figura 3-5.
En nuestro País se ha utilizado éste método de construcción (“El Peñon” y “Mantos Blancos” de la II Región, “La Coipa” y “Can Can” de la III Región y “El Indio” de la IV Región). Finalmente es importante señalar que este procedimiento, aunque logra un contenido de humedad entre un 20% a un 30%, permitiendo 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 eficacia del filtrado.
Figura 3-5: Disposición de Relaves Espesados Fuente: Estudio de Diseños y Operaciones de Relaves 3.3.3 Características de los Muros de Contención
Los muros de contención, como indica su nombre son los elementos que permiten retener los residuos que son descargados en el depósito.
Presentan diferentes posibilidades de formación de depósitos de relaves, en relación con los siguientes aspectos constructivos y de crecimiento que poseen los muros (Márquez, 2002).
3.3.3.8 Método Constructivo del Muro
De acuerdo al material de crecimiento del muro de contención, se clasifican de la siguiente forma:
• Muro de Contención Convencional: Este tipo de muro se utiliza especialmente en las presas de embalses de aguas, lo que constituye una técnica ampliamente desarrollada en todo el mundo. La diferencia fundamental entre un embalse destinado a la acumulación de aguas y uno destinado a los relaves, es que mientras el embalse para agua se construye de una vez con su capacidad definida, el embalse para relaves se ejecuta por etapas a medida que se avanza con el depósito de los relaves.
El muro es construido con materiales diferentes del relave (tipo convencional). En este caso, el relave es depositado directamente hacia la cubeta de tranque sin realizar el proceso de ciclonado.
El crecimiento del muro se puede ir realizando en etapas sucesivas, de acuerdo al aumento de cota del relave embalsado con la finalidad de no anticipar inversiones y reducir a un mínimo su valor presente.
Este tipo de depósitos de relaves aunque son seguros debido a su método de crecimiento, puesto que se puede controlar fácilmente los materiales de construcción del muro, sueles ser de costos generalmente elevados (Márquez, 2002).
• Muro de Contención de Relaves: Este tipo de muros se utiliza en aquellos depósitos en los cuales el relave es sometido a un proceso de clasificación en hidrociclones, que permiten separar el material en una fracción gruesa y otra fina a través de la fuerza centrífuga que emplea estos dispositivos mecánicos.
Con la fracción gruesa proveniente de esta clasificación se construye el muro de contención y la parte fina, denominada lamas, se deposita directamente en la cubeta del tranque (Márquez, 2002).
3.3.4 Método de Crecimiento del Muro
Existen tres métodos desarrollados en el ámbito de diseño de crecimiento de los muros.
3.3.4.1 Crecimiento del Muro hacia Aguas Arriba
Como lo muestra la figura 3-6, este método de construcción consiste en un muro inicial construido con material de empréstito compactado, sobre el cual se inicia la depositación de los relaves. La fracción más gruesa (o arena) se deposita junto al muro inicial, mientras que la fracción más fina o lamas, se deposita hacia el centro del tranque en un punto más alejado del muro, formando una laguna de sedimentación. El problema de este tipo de construcción es que la altura de coronación es baja (25 mts. aproximadamente) y no es un muro estable frente a oscilaciones sísmicas (Ramirez, 2007). Además la totalidad del muro resistente, va quedando fundado sobre estratos de lamas saturadas y sin compactar, luego son licuables en caso de ocurrencia de un sismo, lo que provocaría un colapso total del muro y el vaciamiento del embalse (Márquez, 2002).
Figura 3-6: Método de Construcción Aguas Arriba Fuente: Manual de Operaciones de Tranques de Relaves
Este método de crecimiento del muro no es contemplado en nuestra legislación principalmente porque se construye sobre material de relave sin consolidación, es decir, se levanta un depósito inicial o de partida y posteriormente se eleva periódicamente la fracción gruesa del relave hacia el interior de la cubeta del depósito (Márquez, 2002).
Esta forma de crecimiento no permite la construcción de drenajes en la fundación del muro debido a las lamas, lo que lleva a que el nivel freático en el interior del muro sea muy elevado, disminuyendo así su resistencia efectiva (Márquez, 2002).
3.3.4.2 Crecimiento del Muro hacia Aguas Abajo
La figura 3-7 indica el la secuencia del método aguas abajo. Este método de crecimiento del muro es uno de los más desarrollados en nuestro país y acapara un consenso general a su favor, principalmente por la necesidad de requerir tranques de mayor tamaño y seguridad (Márquez, 2002).
Figura 3-7: Método Aguas Abajo
Fuente: Guía de Operaciones de Tranque de Relaves
En el método de crecimiento del muro hacia aguas abajo, la presa se levanta en dirección opuesta a la cubeta del depósito y por lo tanto, no está apoyada sobre relaves depositados previamente (Márquez, 2002).
Las principales ventajas de este método son las siguientes (Márquez, 2002):
• Nada se construye sobre relave previamente depositado y compuesto por material suelto y fino.
• Controles de relleno y compactación pueden ser aplicados como se desee durante la
• Controles de relleno y compactación pueden ser aplicados como se desee durante la