Material de Relave Equivalente a un Suelo Húmedo

In document ESTUDIO TÉCNICO Y ECONÓMICO DE UNA PRESA DE RELAVES CONSTRUIDA CON EL SISTEMA CONCRETE FACED ROCKFILL DAM (CFRD) (página 26-0)

CAPÍTULO III TIPOLOGÍA DE LAS PRESAS DE RELAVE

3.3 Tipología de Depósitos de Relaves

3.3.2 Según el Método de Descarga de los Relaves

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 operación de relleno.

• Sistemas de drenajes pueden instalarse según sea necesario durante la construcción.

El drenaje por debajo permite controlar la línea de saturación a través de la presa aumentando su estabilidad.

• La presa puede ser diseñada y después construida con un buen grado de seguridad, incluyendo resistencia a los esfuerzos sísmicos.

• Permite prevenir las filtraciones colocando una membrana impermeable al interior del depósito la que se extiende cada vez que aumente la altura de la obra.

• Normalmente la presa puede levantarse por sobre la altura original con un mínimo de modificaciones de diseño. Esto es muy importante pues en la mayoría de las minas la reserva original puede agrandarse por nuevos descubrimientos; precios más altos para el metal, nuevos métodos de extracción, etc.

Por lo expuesto anteriormente, éste es el método que conduce a mayores factores de seguridad para ser recomendado en zonas de alto riesgo sísmico (Márquez, 2002).

La desventaja de este método es el considerable volumen de arenas que se requiere para levantar la presa, existiendo la posibilidad que la arena de relave no sea suficiente, entonces habría que emplear material de préstamo lo que haría elevar el costo de construcción (Márquez, 2002).

Como se ha mencionado, las presas con muros resistentes arenas de relaves construidas por este método, pueden alcanzar grandes alturas y/o grandes áreas de depositación (Márquez, 2002).

3.3.4.3 Crecimiento del Muro Según Línea Central

La figura 3-8 muestra el método de la línea central, que se inicia al igual que el método aguas abajo, es decir, con un muro de partida construido con material de empréstito compactado, sobre el cual se depositan las arenas hacia el lado de aguas abajo y las lamas hacia el lado de aguas arriba. Una vez completado el vaciado de arenas y lamas, siguiendo el mismo plano vertical inicial de la berma de coronamiento del muro de partida. Esto permite lograr un muro de arena cuyo eje se mantiene en el mismo plano vertical, cuyo talud de aguas arriba es más o menos vertical, y cuyo talud aguas abajo puede tener la inclinación que el diseño considera adecuada (Ramirez, 2007).

Figura 3-8: Método de la Línea Central

Fuente: Manual de Operaciones de Tranques de Relaves

Este método consiste en ir elevando la cota del muro de arena manteniendo la berma de coronamiento en un mismo eje vertical (Márquez, 2002).

En este método, la ladera de aguas arriba del muro, va quedando fundada sobre los estratos de lamas saturadas y sin compactar, las que son licuables en caso de un sismo; por esta razón no se recomienda su construcción en zonas de alta sismicidad (Márquez, 2002).

3.4 Componentes Principales de un Depósito de Relaves

3.4.1 Cubeta

Corresponde al volumen o hueco disponible para la descarga de los residuos mineros y por esta razón es la componente más importante en relación con la vida útil del depósito. En la cubeta se depositan las lamas y gran parte del agua contenida en los relaves, de tal modo que se forma en ella una laguna de aguas claras debido a la sedimentación de las partículas, tal como se muestra en la figura 3-11.

3.4.2 Muro o Prisma Resistente

El muro perimetral, mostrado en la figura 3-11, 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 relación con la estabilidad o grado de seguridad del depósito.

3.4.3 Muro de Inicio y Muro de Pie

Normalmente, todos los muros de arenas de relave, consideran en su diseño dos muros que limiten la traza de inicio y termino de estos.

El muro de inicio nace de la necesidad de disponer de una poza inicial, antes que empiecen las operaciones de descarga de material. Estos muros varían según el método constructivo a emplear y según la orientación agua muro del sitio y diseño elegido, como el ejemplo de la figura 3-9.

Figura 3-9: Muro de Inicio y Sistema de Drenaje, Tranque de Relaves Ovejería Fuente: Estudio de Diseños y Operaciones de Relaves

El muro de pie en tanto, pretende dar un término adecuado al derrame de arenas durante la construcción. En muchos casos, el muro de pie se emplea para limitar el avance de

la traza de arenas.

3.4.4 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 en este sistema se traduce en una detención de la operación eficiente del depósito. Además, en determinadas ocasiones, este sistema se utiliza también para clasificar y

seleccionar los residuos, de modo de permitir que parte de estos sean usados como material para la construcción del muro perimetral. Existe una gran variedad de sistemas clasificadores, siendo algunos de ellos:

3.4.4.4 Canaleta

Es un canal de madera donde se produce la clasificación por rebalse, teniendo descargas cada cierta distancia, basándose en la separación gravitacional de las partículas finas respecto a las gruesas al ser transportadas en agua a velocidades apropiadas.

3.4.4.5 Cañería

Corresponden a cañerías de un diámetro conveniente con perforaciones inferiores que sirven de descarga, basados en el mismo principio que las canaletas.

3.4.4.6 Clasificación Natural

Se traslada el relave directamente a él o los puntos de descargas donde se produce la clasificación natural; el material grueso queda en los sitios que es dejado. Los finos transportados por el agua que no se infiltra se van por la pendiente natural de sedimentación hacia la laguna de decantación. En este recorrido, se va produciendo la depositación gradual de las partículas por su propio peso, las lamas permanecen en la laguna hasta su propia sedimentación.

3.4.4.7 Hidrociclones

Estos dispositivos mecánicos han alcanzado excelentes resultados como sistema clasificador garantizando la construcción, del dique resistente, a partir de una buena distribución granulométrica.

En general, los hidrociclones por su geometría, aprovechan la fuerza centrífuga para separar el material. Éste, corresponde a un cuerpo hueco con una parte cilíndrica y otra cónica;

un orificio de alimentación, y dos salidas, el superior overflow y el inferior underflow, permitiendo que las partículas gruesas sean expulsadas por la parte inferior (underflow) y las

partículas finas por la parte superior (overflow) del ciclón. Un esquema de su funcionamiento se muestra en la figura 3-10.

Figura 3-10: Esquema de Funcionamiento Hidrociclones Fuente: Estudio de Diseños y Operaciones de Relaves 3.4.5 Volumen de Residuos Sólidos Depositados en la Cubeta

Parte importante de volumen disponible en la cubeta de un tranque de relave estará ocupado por las lamas (material fino). Sin embargo, muchas veces estos residuos sólidos tendrán una razón de vacíos suficientemente alta como para tener un peso unitario muy bajo y sin ser altamente comprensibles; lamentablemente esta compresibilidad esta asociada al proceso de consolidación, por lo que la comprensión y asentamiento de esta masa, altamente porosa, requiere de un período de tiempo relativamente largo.

3.4.6 Zona de Descarga de los Residuos o Zona de Playa

La zona que comprende la descarga de los residuos a la cubeta se denomina zona de playa, debido principalmente a que permanece seca en la superficie y se asemeja a una playa de arenas finas.

3.4.7 Poza de Aguas Claras

Corresponde a la laguna de aguas clarificadas, que se detalla en la figura 3-11 que se forma en la cubeta debido a la sedimentación 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 más alejada posible del muro de arenas y su evacuación debe hacerse siempre para no disminuir el grado de estabilidad del muro.

Figura 3-11: Elementos de Tranque de Relaves “Las Tortolas”

Fuente: Elaboración Propia 3.4.8 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, mediante tres tipos (Márquez, 2002):

• Las Torres de Decantación, son estructuras verticales levantadas junto con los depósitos de relaves, que se extienden horizontalmente por debajo del tranque para evacuar agua por efecto de la gravedad.

• Estructuras de Decantación del tipo Ladera, que reemplazan a la torre vertical con un conducto que se extiende hacia arriba a lo largo de la superficie del terreno natural del tranque conforme se incrementa la elevación de los relaves.

• Barca Flotante con bombas o sifones, este sistema es preferido a menudo debido a su facilidad de reubicación y operación.

3.4.9 Sistema de Drenaje

Es el sistema 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 saturación del sistema (Márquez, 2002).

Existen diferentes estructuras para la construcción de los drenes, que se muestran en la figura 3-12:

• Convencional

• Geotextil

• Solución Mixta

Estos se disponen en forma de dedos drenantes o de tipo lechos drenantes.

Figura 3-12: Sistemas de Drenes

Fuente: Estudio de Diseños y Operaciones de Relaves

Aunque el sistema de drenaje se construye como una obra civil (controles de calidad), es durante la descarga (colocación) de las arenas cuando por deficiencias operacionales se puede producir grandes daños a los drenes por erosión o colmatación.

3.4.10 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 superficies 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, que usualmente están construidos sobre la base de una serie de “estratos impermeables” y

“permeables-drenantes”.

3.4.11 Canales y Obras de Desvío

Los canales, son zanjas construidas en las laderas para captar y desviar las escorrentías superficiales. En general, los canales y obras de desvío de aguas son a menudo necesarias para evitar que las aguas de la cuenca sean embalsamadas en la cubeta del embalse entorpeciendo la construcción u operación de éste.

En otros casos, se opta por admitir la entrada del cauce natural a la cubeta durante la operación y evacuarlas junto con las aguas de decantación.

Dependiendo de la configuración topográfica de la zona de emplazamiento de la presa las obras de desvío podrán ser túneles excavados en roca o canales abiertos.

3.4.12 Vertederos de Seguridad

Es un canal hecho en la berma de coronamiento del muro, para evacuar las aguas de la cubeta ante una intensa lluvia o por fallas del canal de desvío.

3.4.13 Sistema de Instrumentación

Especialmente en el caso de depósitos de residuos mineros importantes o de gran tamaño, es frecuente contar con un sistema de instrumentación para la auscultación y control del comportamiento del depósito. Este sistema de instrumentación puede controlar una o todas las componentes del depósito. Entre los instrumentos o aparatos de control se destacan piezómetros, acelerógrafos, monolitos de referencia, etc.

CAPÍTULO IV

PARÁMETROS DE DISEÑO PARA UNA PRESA DE ARENA

4.1 Introducción

Los depósitos de relaves actualmente en Chile, han sido construidos con muros resistentes de arena reciclada. Existen muchos estudios relativos a su comportamiento estructural, como también una vasta experiencia en su construcción.

A pesar de esto, la construcción de un muro de arena es complejo, ya que su construcción es constante durante todo el ciclo operativo de la presa. Por eso debe ser monitoreado de manera permanente, ya que una filtración de proporciones puede provocar la

A pesar de esto, la construcción de un muro de arena es complejo, ya que su construcción es constante durante todo el ciclo operativo de la presa. Por eso debe ser monitoreado de manera permanente, ya que una filtración de proporciones puede provocar la

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