abandonado o postoperativo determinado consiste en la aplicación de un procedi- miento sistematizado, de cuatro etapas consecutivas, las que deben ser ejecutadas en forma rigurosa y adecuada de forma de lograr la fitoestabilización costo-efectiva y en el largo plazo (Figura 4.1).
La primera etapa involucra la caracteriza- ción sitio-específica tanto del depósito de relaves como del lugar de emplazamiento, además de la determinación de los recursos financieros que estarán disponibles para la ejecución del programa de fitoestabili- zación. Esta información permite definir el objetivo final de la rehabilitación o el uso posterior que se le dará al área. Posteriormente, se identifican las espe- cies vegetales y los acondicionadores de relaves más adecuados a los objetivos de rehabilitación definidos y a los recursos financieros disponibles, los que deben ser probados y afinados a través de un ensayo piloto de fitoestabilización de pequeña escala. Los mejores resultados obtenidos en el ensayo piloto de fitoestabilización son finalmente replicados a gran escala, de forma de lograr la estabilización física,
Definición del uso posterior para el área ETAPA 1
- Caracterización sitio-específica
• Ambiental(topografía, microclima,uso del suelo, etc.)
• Paisaje
• Relaves(caracterización fisicoquímica)
ETAPA 2
- Materiales localmente disponibles - Recursos económicos disponibles
• Especies vegetales (nativas y endémicas)
• Acondicionadores (orgánicos y/o inorgánicos)
Definición ensayo piloto ETAPA 3
- Ensayo piloto de fitoestabilización
ETAPA 4
- Fitoestabilización de gran escala
Definición del programa de fitoestabilización
Fgr 4.1. Etapas fundamentales para la fitoesta- bilización costo-efectiva de un depósito de relaves.
química y biológica efectiva y en el largo plazo del depósito de relaves.
A continuación se describen cada una de las etapas involucradas en un programa de
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fitoestabilización de depósitos de relaves, con énfasis en la zona norte-centro de Chile y considerando la Región de Coquimbo como un área referencial. Sin embargo, los aspectos generales descritos en esta guía pueden ser aplicados a otras zonas geográficas de Chile y a otros desechos mineros masivos.
etaPa 1:
caRacteRización sitio-esPecíFica y
RecuRsos FinancieRos
El primer paso fundamental para lograr la fitoestabilización costo-efectiva de un depósito de relaves determinado es esta- blecer las características sitio-específicas tanto de los relaves como del área de em- plazamiento del depósito. Mientras mayor sea el conocimiento de las potencialidades y restricciones del área de trabajo y de su entorno, más apropiada será la definición del programa de rehabilitación que lleve a la fitoestabilización efectiva y en el largo plazo de los relaves. Adicionalmente, es muy importante tener claridad desde el inicio de la planificación cuáles serán los recursos financieros que estarán disponi- bles para el programa de fitoestabilización. Por ejemplo, algunos depósitos de relaves se encuentran en lugares remotos o aisla- dos, lo que hace difcil su estabilización. Otros disponen de recursos financieros mnimos para su estabilización o poseen una superficie tan grande que esto los hace logística y económicamente difíciles de estabilizar.
La caracterización sitio-específica o eva- luación de sitio debe ser realizada a partir de visitas a terreno y de la recolección de información disponible en distintas fuentes de información local, regional y/o nacional. Involucra, al menos, los aspectos que se indican a continuación.
1.1. crr grl l r:
Proporciona la información base sobre el área de emplazamiento del depósito de relaves. Esta información es fundamental para determinar las restricciones y potencia- lidades del lugar y, por ende, poder definir las mejores opciones de rehabilitación o de uso posterior (Figura 4.2). Esta información debe incluir:
• Historia del sitio: esta información es muy
importante para determinar aquellos fac- tores que no son visibles o evidenciables a partir de una inspección visual del área, pero que pueden influir en la definición del objetivo de rehabilitación y/o en la ejecución de un programa de fitoestabili- zación. Aspectos importantes de la historia del sitio son la frecuencia de ocurrencia de fenómenos naturales (aluviones, terremotos, lluvias intensas, etc.), la intensidad y tipo de ganadera extensiva y la presencia de herbívoros silvestres (ej., conejos, liebres, roedores), entre otros.
• Historia de la planta minera y del depó-
sito de relaves: es importante conocer información básica sobre el tipo de planta minera (grande, mediana o pequeña), su estado actual y futuro, los procesos productivos involucrados, el tipo de construcción utilizado para el depósito de relaves de interés y su tiempo de abandono, entre otros.
• Topografía: el grado de complejidad
física del área de emplazamiento también puede imponer importantes restricciones para la ejecución de un programa de fitoestabilización; por ello deben deter- minarse las pendientes del sitio y otros parámetros topográficos relevantes.
• Características hidrológicas: la ubicación
y de las napas subterráneas puede ser útil para diseñar el plan de rehabilitación más adecuado a las condiciones del sitio, ya que determinan la disponibilidad de agua y los riesgos potenciales de con- taminación de las aguas por lixiviación de elementos no deseados.
• Microclima: se debe recolectar informa-
ción sobre, al menos, las precipitaciones y las temperaturas promedio mensuales (máxima, media y mínima), de forma de determinar las potencialidades y las restricciones al crecimiento de la vege- tación, así como el momento adecuado para las actividades de siembra y/o plantación. Esta información, si no está disponible localmente, puede obtenerse de la Dirección Meteorológica de Chile o de las bases de información disponibles a nivel regional y/o nacional.
• Cercanía y tamaño de centros poblados:
la existencia de centros poblados en las cercanas del depósito de relaves es un factor importante para la definición del objetivo final de rehabilitación, ya que la formación vegetal generada debe ser ambientalmente segura para la salud humana.
• Usos del suelo, actuales y potenciales: el
conocer los planos reguladores existentes o los usos históricos y potenciales para el área, permiten acotar y armonizar los posibles usos finales del área.
• Grado de aislamiento o de accesibilidad:
esta información es muy importante para determinar la facilidad o complejidad del programa de rehabilitación y los costos involucrados.
• Formaciones vegetales naturales exis-
tentes: el determinar el o los tipos de formaciones vegetales presentes en el
área, su estado actual de conservación y representatividad permite determi- nar el tipo de formación vegetal que puede ser interesante o importante de potenciar a través de un programa de fitoestabilización.
• Tipo y calidad del paisaje: a través de una
evolución general se puede determinar la calidad visual y la fragilidad del paisaje, los que constituyen aspectos fundamen- tales para aportar en la sustentabilidad social y ambiental del área.
1.2. crr l p
rl:
Se deben determinar las principales ca- racterísticas ambientales del depósito de relaves, tales como la ubicación (fondo de valle, quebrada, etc.), exposición a la radicación solar, heterogeneidad u ho- mogeneidad microclimática, el grado de colonización espontánea por parte de la vegetación silvestre o la existencia de programas de manejo previos, entre otros factores. Adicionalmente, se deben realizar caracterizaciones geotécnicas, hidrológicas y fisicoqumicas detalladas de los relaves. De esta forma, se determinará la heteroge- neidad o la homogeneidad espacial de los factores ambientales, fsicos y qumicos, y las potencialidades y/o restricciones de las distintas áreas del depósito de relaves de forma de definir un programa de fitoesta- bilización adecuado y detallado.
Dentro de los parámetros geotécnicos de interés está el grado de compactación de los relaves. El grado de compactación en profundidad puede ser estimado a través
de distintas metodologías aplicadas in situ,
tales como los ensayos de penetración realizados a través de CPT portátiles o de
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Fgr 4.2. El objetivo final de rehabilitación a través de un programa de fitoestabilización dependerá, entre otros factores, del lugar de emplazamiento del depósito de relaves. De arriba hacia abajo se muestra un depósito ubicado muy cerca de una zona definida como prioritaria de conservación por su flora y fauna; un depósito emplazado en una zona agrícola; un depósito que quedó inmerso
Numérique Dynamique Asisté ). Dentro de los parámetros hidrológicos relevantes está la tasa de infiltración y de escorrenta superficial, entre otros. Las caractersticas fisicoquímicas básicas que deben ser deter- minadas en el depósito de relaves son:
• La cantidad total y soluble de metales y
metaloides, tales como Cu, Pb, Zn, As, para determinar el potencial de toxicidad de estos elementos.
• El pH, para determinar el estado actual
de acidez, neutralidad o alcalinidad.
• El contenido de carbonato de calcio, para
determinar la capacidad de neutralización de ácido.
• El contenido de materia orgánica (MO)
o de carbono orgánico total (COT).
• El contenido de macronutrientes totales
y disponibles (contenido total de N, P y
K; contenido disponible de NH4, NO3 y
PO4).
• Los contenidos de microelementos
esenciales, como Cu, B y Mo. Algunos metales como el Cu, son necesarios en concentraciones muy bajas para el cre- cimiento satisfactorio de la planta, pero en concentraciones muy elevadas son tóxicos para las plantas.
• La capacidad de intercambio catiónico,
para determinar la capacidad de retener nutrientes, ej. potasio, y la capacidad para resistir cambios en el pH.
• La conductividad eléctrica (CE) o salini-
dad, para conocer el contenido de sales solubles.
• La textura y densidad aparente del relave,
ya que influyen sobre las propiedades
fsicas del sustrato, tales como la com- pactación, drenaje y aireación.
Es importante que los muestreos en terreno se realicen utilizando protocolos convenien- tes y estandarizados, en las épocas del año más adecuadas para los distintos parámetros de interés, debido a que se requiere conocer el grado de heterogeneidad espacial de los distintos parámetros.
En el caso de los análisis in situ y/o ex situ
de muestras colectadas en terreno, es im- portante que estos sean realizados usando metodologías estandarizadas, avaladas inter- nacionalmente, por personal capacitado y en laboratorios especializados y certificados, que utilicen procedimientos estándares de análisis, de forma de obtener resultados confiables.
Finalmente, es también importante realizar una evaluación paisajística del depósito de relaves de interés y del área de emplaza- miento de éste, de forma de determinar el grado de degradación del paisaje y las po- tencialidades de rehabilitación del lugar. A partir de esta evaluación sitio-especfica
detallada, será entonces posible identificar las potencialidades y las restricciones más importantes del depósito de relaves de in- terés, para el establecimiento y desarrollo de una cubierta vegetal autosustentable en el largo plazo. Las limitaciones más comu- nes de los relaves para el establecimiento de una cubierta vegetal autosustentable a través de un programa de fitoestabilización son las siguientes:
A) Limitaciones microclimáticas
Dependiendo de la ubicación geográfica dentro de la zona norte-central de Chile y de la interacción de algunos factores climáticos con caractersticas fsicas propias de cada
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depósito de relaves, las principales limitacio- nes microclimáticas para el establecimiento de una cubierta vegetal son:
Temperatura excesiva del sustrato. Un relave
abandonado o postoperativo ya seco puede alcanzar temperaturas superficiales por sobre los 50º C en un día cálido de verano, lo cual afecta negativamente la sobrevivencia y el crecimiento de las plantas que se intenten introducir. La temperatura de un sustrato es afectada por la pendiente, la exposición geográfica, el color, el tipo de sustrato (granulometría), el contenido de humedad y la presencia de vegetación preexistente. Por ejemplo, los sustratos húmedos son más estables a los cambios de temperatura que los sustratos secos; los sustratos arenosos con buen drenaje se calientan y se enfrían más rápidamente que los de textura más fina; una ladera de orientación norte recibe una carga diaria de radiación solar mayor que una ladera orientada al sur; un relave de color más oscuro alcanzará temperaturas máximas diarias mayores que un relave de color claro; los relaves oscuros absorben más calor y consecuentemente se secan más rápido que los más claros, pero una excesiva reflexión desde la superficie de estos puede provocar efectos nocivos sobre las plantas jóvenes.
Escasas precipitaciones.Un adecuado nivel
de humedad es esencial para el desarrollo de las plantas debido a que el agua cons- tituye hasta un 95% del tejido vegetal. El agua es necesaria para distintas actividades fisiológicas de las plantas, tales como la fo- tosíntesis, el transporte de nutrientes desde el sustrato al interior de las raíces, la movi- lización de nutrientes y otros compuestos entre las distintas estructuras vegetales, y la regulación de la temperatura interna de la planta, entre otros. La escasez de agua en los climas áridos y semiáridos es uno de los factores más limitantes para el desarrollo de
las plantas, en forma directa afectando la germinación o provocando la desecación de las plántulas; o bien en forma indirecta, incrementando la concentración de sales o iones tóxicos en las capas superficiales de los relaves.
Altas temperaturas y evapotranspiración
estivales. Las altas temperaturas que se
alcanzan en los meses cálidos de verano determinan una importante evaporación de agua desde el sustrato. Estos factores limitan el establecimiento y el crecimiento de la vegetación en esa época del año.
Vientos intensos. Los relaves secos pueden
ser fácilmente transportados por el viento, los que en ocasiones pueden formar ver- daderas tormentas de arenas en el área de emplazamiento del depósito de relaves. Por otra parte, los vientos intensos pueden des- arraigar las plántulas o destruir los bancos de semillas establecidos sobre los relaves. Además, los vientos intensos resultan en un incremento de la evapotranspiración y en una subsiguiente desecación de las
plantas.
(B) Limitaciones físicas
Para que un suelo sustente una cobertura vegetal y una comunidad microbiana salu-
dables, éste debe ser capaz de mantener una cantidad suficiente de oxígeno cuando está húmedo y mantener una cantidad suficiente de agua durante los perodos secos.
Textura. La textura o granulometría pro-
medio de los relaves varía entre arenosa y franco arenosa (Tabla 2.1), lo que influye sobre la mayoría de sus propiedades físicas y qumicas. Sin embargo, existen algunos depósitos de relaves o sectores dentro de un tranque, como la cola, con material muy fino en sus cubetas, muy parecidos a las arcillas. Los sustratos arenosos, con
tamaños de partculas homogéneos, care- cen de estructura y tienen grandes espacios porosos que permiten una buena aireación y una rápida infiltración del agua; sin em- bargo, la retención de agua es escasa, por lo que tienden a secarse rápidamente, y el flujo rápido de agua reduce el contenido de nutrientes. En contraste, los sustratos más bien arcillosos tienen partculas muy pequeñas, con un reducido espacio poroso y una aireación pobre. Estos sustratos tien- den a ser densos, con una alta proporción de agua, la cual se encuentra fuertemente ligada a las partículas y por lo tanto, no está disponible para las plantas. Sin embargo, presentan una mayor área superficial por unidad de peso, lo cual les confiere una mayor cantidad de sitios para la adsorción e intercambio de nutrientes para las plantas. Si el sustrato presenta una proporción excesiva de partculas de un solo tamaño, afectará adversamente sus propiedades como medio de crecimiento para las plantas.
Materia orgánica. Los suelos naturales de
la zona norte-centro presentan contenidos de materia orgánica entre 0,4% y 3,7%, mientras que los relaves prácticamente carecen de este componente, al mostrar contenidos normalmente mucho menores al 0,4% (Tabla 2.1). Además de aportar nutrientes, la materia orgánica contribuye a mejorar las propiedades físicas de un sustrato, tales como la cohesividad del ma- terial particulado, la capacidad de retención de agua, la tasa de infiltración, el grado de compactación y la densidad aparente, entre otros. Por lo tanto, su ausencia en los relaves resulta en efectos deletéreos para las plantas.
Agregación y estructura. Un suelo nor-
malmente presenta partículas de variados tamaños, las cuales se agregan como resul- tado de la presencia de materia orgánica y de la actividad de los microorganismos.
Esto le confiere al suelo buenas condi- ciones de porosidad, aireación y drenaje. Debido a los bajos contenidos de materia orgánica y de microorganismos en los relaves, éstos presentan una agregación mínima de las partículas y una estruc- tura pobre. Por ello, son fácilmente erosionables.
Densidad. Un suelo bien estructurado, con
un alto contenido de materia orgánica, pre- senta una densidad aparente que puede ser
menor a 1 g cm-3, mientras que en capas
de relaves extremadamente compactadas
se han registrado valores de hasta 3 g cm-3.
Sin embargo, la densidad común de los relaves generalmente se encuentra dentro del rango de los suelos normales de 1 a
1,5 g cm-3. La densidad de los relaves tiene
efectos significativos sobre la infiltración de agua y su almacenamiento. La infiltración se reduce en pendientes pronunciadas y en materiales compactados. Además, se reduce cuando las sales se encuentran precipitadas en la capa superficial, tal como ocurre en relaves con un alto contenido de pirita, donde los procesos de meteorización y oxidación generan hidróxidos de hierro. La tasa de infiltración de agua en un suelo
arable de buena calidad es de 200 mm h-1
o más, mientras que sobre los relaves mi-
neros puede ser tan baja como 9 mm h-1.
Existen zonas de los depósitos de relaves con densidades altas como para contener espacios de poro suficientes para permitir que el oxígeno difunda y lo mantenga bien aireado o como para que el agua pueda percolar; en estos sustratos, la capacidad de infiltración es baja, por lo que el agua tiende a escurrir superficialmente, generando estrés hídrico o falta de agua para las plantas. En estos relaves densos, las raíces no pueden desarrollarse adecuadamente, por lo que las plantas tienen problemas de anclaje y no existen microhábitats adecuados para la microbiota.
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(C) Limitaciones químicas
Toxicidad. Entre los elementos y sus-
tancias asociados a los residuos mineros que pueden provocar toxicidad para los organismos del suelo y las plantas están el sulfato y los metales tales como cobre, cinc, cadmio, mercurio, plomo, arsénico, antimonio, selenio y níquel, entre otros. Por ejemplo, los relaves generados por la minería del cobre y/o del oro muestran contenidos elevados de algunos metales como cobre y cinc y de sulfato (Tabla 2.1). Sin embargo, es importante enfatizar que los metales sólo producen toxicidad para los organismos del suelo y las plantas cuando se encuentran biodisponibles y en concentraciones elevadas (ver Captulo 2, sección 2.4 de la guía complementaria a
este documento titulada Marco Ambiental
y Relaves Mineros Abandonados ). Es difícil
evaluar la toxicidad de un relave debido a que, generalmente, existen varios metales asociados y la interacción entre ellos puede magnificar el problema potencial (efectos sinérgicos). Por ejemplo, las combinaciones de metales en solución tales como níquel/ cinc, cobre/cinc, y cobre/cadmio, son mucho más tóxicas que sus toxicidades individuales. Por otra parte, la presencia de fosfatos o calcio puede reducir la toxicidad de plomo, cinc y cobre (efectos antagónicos). La con- centración tóxica de un metal en particular no se puede definir en forma absoluta, debido a la gran variedad de factores que intervienen. Cada caso particular debe ser evaluado en función del clima, propiedades físicas de los residuos, la composición quí- mica del material, etc. Sin embargo, el rango de concentraciones de elementos en suelos normales y las toxicidades relativas para las plantas de los metales individuales permitiría identificar problemas potenciales.
Acidez y alcalinidad. El pH de un suelo
o sustrato se mide en una escala de 0 a
14, siendo 7 un valor neutro. Los valores superiores se consideran alcalinos y los valores inferiores ácidos. El crecimiento