Presentación del Dr. Steven H. Emerman, quien fue profesor de la Universidad de Utah Valley y actualmente es consultor independiente con Malach Consulting, en el seminario virtual "El verdadero costo de la minería: Fallas de presas de desechos mineros (relaves)", realizado el 3 de octubre de 2018.
2. Una presa es una barrera que detiene o restringe el
flujo de agua.
La presa romana en Cornalvo en España
ha estado en uso durante casi 2.000 años.
La presa Takato en la prefectura de
Nagano, Japón, se completó en 1958.
3. Una presa de retención de agua y una presa
de relaves son tipos de estructuras
completamente diferentes.
Presa de relaves de la mina Highland Valley
Copper, Columbia Británica, Canadá
Presa Sutton, Virginia Occidental, EE. UU.
4. “Un tema recurrente a lo largo del libro es que existen diferencias significativas entre las
presas de relaves de terraplén y las presas de retención de agua.”
“A diferencia de las presas construidas por las
agencias gubernamentales con fines de
retención de agua, las presas de relaves son
sujetas a restricciones económicas rígidas
definidas en el contexto de los proyectos
mineros en su conjunto. Si bien las presas de
retención de agua producen beneficios
económicos que presumiblemente superan su
costo, las presas de relaves presentan
desventajas económicas para la operación
minera de principio a fin. Como resultado, no
siempre es económicamente factible hacer todo
lo posible para obtener relleno para las presas
de agua convencionales [entre muchos otros
ejemplos].”
5. Relaves
Agua estancada
Escollera
Núcleo impermeable
Filtro
Zona de drenaje
Según Vick (1990),
una presa de relaves
podría construirse de
la misma manera que
una presa de
retención de agua,
pero no sería
económicamente
factible.
Presa de retención de agua para almacenamiento de relaves
• Idoneidad para el almacenamiento de agua: Alta
• Resistencia sísmica: Alta
• Restricciones en la tasa de levantamiento: Todo el
terraplén construido inicialmente
• Requisitos de relleno de terraplén: Suelo natural
• Costo relativo: Alto
6. “Las presas convencionales de retención de agua continúan siendo construidas a
mayores alturas con mayores volúmenes de almacenamiento. Sin embargo, el récord
de seguridad para las presas convencionales ha mejorado de manera constante en los
últimos 40 años hasta el punto de que la probabilidad de una falla de presa
convencional en cualquier año dado es menor a 1 en 10.000.”
Presa Verzasca, Suiza
Fallas de confinamiento de
relaves: ¿Los ingenieros
geotécnicos están prestando
atención?
Michael P. Davis, Geotechnical
News, septiembre de 2002,
p. 31-36
7. “Se puede concluir que, durante los últimos 30 años, ha habido aproximadamente de 2 a 5
incidentes de falla de presas de relaves ‘importantes’ por año… Si se asume un inventario
mundial de 3.500 presas de relaves, entonces de 2 a 5 fallas por año equivale a una probabilidad
anual de entre 1 en 700 y 1 en 1750. Esta tasa de falla no ofrece una comparación favorable con
menos de 1 en 10.000 que parece ser representativo de las presas convencionales. La
comparación es aún más desfavorable si se consideran fallas de presa de relaves menos
‘espectaculares’. Además, estas estadísticas de fallas son sólo para fallas físicas. Los embalses de
relaves pueden tener ‘falla’ ambiental mientras se mantiene una integridad estructural
suficiente (por ejemplo, impactos a las aguas superficiales y subterráneas)”.
Falla de presa de relaves. Hungría, 2010
Fallas de confinamiento de
relaves: ¿Los ingenieros
geotécnicos están prestando
atención?
Michael P. Davis, Geotechnical
News, septiembre de 2002,
p. 31-36
8. Un año de diferencia: Las mayores fallas de presas de
relaves en la historia de América del Norte y de América
Latina
Mina Mount Polley, Columbia Británica, Canadá
Agosto de 2014, Derrame de 25 millones de
metros cúbicos
Mina Samarco, Minas Gerais, Brasil,
Noviembre de 2015, Derrame de 32
millones de metros cúbicos
9. Orden de los temas
• Propiedades de los relaves
mineros
• Cómo se construyen las presas
de relaves
• Causas de fallas de las presas de
relaves
• ¿Cómo diseñar presas de relaves
para evitar fallas?
• ¿Cuál es el peor escenario para
una presa de relaves?
10. Propiedades de los relaves mineros
Los relaves mineros son cualquier desecho
de mina en forma sólida.
En el contexto de las presas de relaves, los
relaves son partículas de roca trituradas
que se producen o se depositan en forma
de lodo.
Los relaves pueden ser en forma de arena
(más grande que 0,075 mm) o limos (más
pequeño que 0,075 mm).
Las arenas y los limos se pueden ser
separados por gravedad para formar una
playa (zona de arena) y un estanque de
decantación (zona de limo y agua).
Playa Terraplén
Espitas
Playa
Estanque de
decantación
Estanque de decantación
Tubería de descarga de relaves
Descarga activa
Delta de relaves de
descarga anterior
Segmentos de
tubería
desconectados
11. Construcción de presas de relaves: método aguas arriba
Mina Sullivan, Columbia Británica, Canadá
Construido por el método aguas arriba
Fallo por licuefacción estática
Playa de relaves
Tubería
de
descarga
de relaves
Dique inicial
Dique
perimetral
Estanque de decantación
12. • Idoneidad para el almacenamiento de agua: Baja
• Resistencia sísmica: Baja
• Restricciones en la tasa de levantamiento: 5 a 15 metros por año
• Requisitos de relleno de terraplén: Suelo natural, relaves de arena,
desechos mineros
• Costo relativo: Bajo
Características de presas construidas por el método aguas
arriba
Aguas arriba
13. Mina Tanjianshan, China
Construido por el método aguas abajo
Capa
impermeable
Agua
estancada
Dique inicial
Relaves
Drenaje interno
Aguas abajo
Construcción de presas de relaves: método aguas abajo
14. • Idoneidad para el almacenamiento de agua: Alta
• Resistencia sísmica: Alta
• Restricciones en la tasa de levantamiento: Ninguna
• Requisitos de relleno de terraplén: Suelo natural, relaves de
arena, desechos mineros
• Costo relativo: Alto
Características de presas construidas por el método aguas
abajo
¡Muy similar a las presas de retención de agua!
Aguas abajo
15. Mina Brenda, Columbia Británica, Canadá
Construido por el método de línea central
Dique inicial
Drenaje interno
Playa de relaves
Tubería de descarga de relaves
Relaves
Estanque de decantación
Construcción de presas de relaves: método de línea central
16. • Idoneidad para el almacenamiento de agua: Temporal (no
permanente)
• Resistencia sísmica: Moderada
• Restricciones en la tasa de levantamiento: Variables
• Requisitos de relleno de terraplén: Suelo natural, relaves de
arena, desechos mineros
• Costo relativo: Moderado
Características de presas construidas por el método de línea
central
Línea central
17. La causa fundamental de las fallas de presas de relaves
“Si uno estudia la historia de casos de fallas de presas de relaves...surge una
conclusión única. Estas fallas - todas y cada una - eran completamente predecibles
en retrospectiva…Hubo falta de capacidad de diseño, mala administración
(construcción, operación o cierre) o una combinación de ambos, en todos y cada
uno de los casos. Si se ignoran los requisitos básicos de diseño y construcción, la
candidatura de una presa de relaves como un posible caso de falla es inmediata.”
Fallas de confinamiento de relaves: ¿Los ingenieros geotécnicos están prestando atención?
Michael P. Davis, Geotechnical News, septiembre de 2002, p. 31-36
18. La causa inmediata de las fallas de presas de relaves
La licuefacción es el fenómeno en el que las partículas sólidas se
separan para que el agua intersticial soporte la carga. Como resultado, el
suelo o los relaves se comportan como un líquido.
LICUEFACCIÓN
SUELO ESTABLE SUELO LICUADO
Soporta
la
construcción
Los edificios
pueden
inclinarse,
hundirse y fallar
19. Fuentes de licuefacción
Fuente más común: Inundación satura la presa y agrega presión de agua
Inundaciones y brecha de la presa de tierra Glashütte, Alemania,
2002 Falla de la presa de relaves por inundación,
Merriespruit, Sudáfrica, 1994
20. Fuentes de licuefacción
Segundo fuente más común: Licuefacción estática resulta de una combinación de
carga excesiva y agua excesiva
Falla de la presa de relaves en la mina Los Frailes, España, 1998
El agua del estanque de decantación entró en la base
debajo de la presa, lo que produjo una licuefacción
estática
DESPUÉS
ANTES
Desplazamiento máximo
21. Fuentes de licuefacción
Tercera fuente más común: Licuefacción dinámica producida por terremotos
Terremotos causaron la falla de la presa de relaves en
la mina Ohya, Japón, 2011
Daño de carretera por licuefacción causada por un
terremoto, Estado de Washington, EE. UU., 2001
Dique
inicial
22. Fuentes de licuefacción
Cuarta fuente más común: Erosión interna causada por filtración. Es un tipo de
licuefacción ya que el agua lleva la carga de la presa
Erosión interna causó la falla de la presa de relaves en la
mina Mishor Rotem, Israel, 2017
Erosión interna en la presa Turnbridge, Australia
Pueblo
evacuado
23. ¿Cómo prevenir las fallas de presas de relaves?
Conocer el riesgo de inundación
Potencial de peligro significativo quiere decir:
“Ninguna pérdida probable de vidas humanas,
pero puede causar pérdidas económicas, daños
al medio ambiente o interrupción de las
instalaciones de primera necesidad debido a la
falla o mal funcionamiento de la presa”.
Una presa con potencial de peligro significativo
debe diseñarse para una inundación de 1.000
años (es decir, una inundación con una
probabilidad de excedencia del 0,1% en un año
dado).
24. ¿Cómo prevenir las fallas de presas de relaves?
Conocer el riesgo de inundación
Potencial de alto peligro significa “pérdida
probable de vida debido a falla o mal
funcionamiento de la presa”.
“Pérdida probable de la vida” significa “una
o más muertes esperadas”.
Una presa con potencial de alto peligro debe
diseñarse para la Inundación máxima
probable (IMP).
25. Inundación máxima probable (IMP)
“La IMP es la
inundación que se
puede esperar de la
combinación más
severa de condiciones
meteorológicas e
hidrológicas críticas
que son
razonablemente
posibles en la cuenca
de estudio”.
“La IMP no incorpora una probabilidad de
excedencia específica, pero
generalmente se cree que va mucho más
allá del intervalo de recurrencia de
10.000 años”.
26. “El TMC (Terremoto máximo creíble) es la
mayor magnitud de terremoto que podría
ocurrir a lo largo de una falla conocida,
dentro de una provincia sismotectónica
particular o un área fuente bajo el marco
tectónico actual”.
“Para las presas de potencial de alto peligro,
el MDE (terremoto de diseño máximo) por
lo general se equipara con el TMC de
control”.
¿Cómo prevenir las fallas de presas de relaves?
Conocer el riesgo de terremotos
27. Esto es muy difícil usando el método aguas arriba
Estanque de decantación
¿Cómo prevenir las fallas de presas de relaves?
Mantener el nivel freático bajo cerca al pie de la presa
Condición de
estanque alto
Condición de
estanque bajo
Segregación
de playa baja
Segregación de
playa alta
Base impermeable
Base permeable
Espitas perimetrales
28. Es más fácil usando núcleos de baja
permeabilidad y zonas de drenaje
Zonas de drenaje
Aguas arriba
Aguas abajo
Línea central
Núcleos de baja permeabilidad
Aguas abajo
Línea central
¿Cómo prevenir las fallas de presas de relaves?
Mantener un nivel freático bajo cerca al pie de la presa
29. • Gran volumen y altas tasas de
producción de relaves
• Topografía empinada
• Confinamiento en valles
estrechos (requiere presa alta)
• Alta precipitación y alta
inundación máxima probable
• Alta sismicidad y alto terremoto
máximo creíble
• Base susceptible a la licuefacción
Sitio de la mina Mirador en construcción, Cordillera del
Cóndor, Ecuador
¿Cómo prevenir las fallas de presas de relaves?
Evitar los peores escenarios
30. Presa de relaves para la propuesta mina Mirador, Cordillera
del Cóndor, Ecuador
Corrientes de fango
drenan el sitio de
construcción de la mina
Mirador
Indicador o parámetro Valor
Tasa de producción de relaves 60.000 toneladas / día
Altura de la presa 260 metros
Inclinación 13%
Inundación máxima probable 230 m3/s
Terremoto máximo creíble Magnitud 8,0
Base Entre 75 y 100 metros de suelo aluvial
31. Evaluación de la presa de relaves por Knight-Piésold
(consultores contratados por la compañía minera EcuaCorriente)
“Utilizando los criterios provistos por los lineamientos de seguridad de presas de la Asociación
Canadiense de Presas, una evaluación de peligro para la IMR (Instalación de manejo de relaves)
le asigna una categoría de consecuencias MUY ALTA…Los resultados de la evaluación de
licuefacción indican que la toda la profundidad del depósito de relaves es potencialmente
licuable para el TDM [terremoto de diseño máximo] y el TBO [terremoto de base operativa]”
Aceleración máxima promedio = 0.6 g
Aceleración crítica (para licuefacción) = 0.22 g
32. La evaluación de Knight-Piésold fue hecha para la versión anterior, más
pequeña y menos empinada de la presa de relaves
Aunque la mina Mirador se encuentra oficialmente
en etapa de propuesta, el pueblo de San Marcos
fue destruido para emplazar la presa de relaves.
Indicador o parámetro Versión anterior Versión actual
Tasa de producción de relaves 27.000 toneladas / día 60.000 toneladas / día
Altura de la presa 63 metros 260 metros
Inclinación 7% 13%
33. “Considerar el siguiente axioma de falla de presa de
relaves: Las fallas de las presas de relaves son el
resultado de fallas en el diseño, la construcción y/o la
gestión operativa, no son ‘actos de Dios’”.
Fallas de confinamiento de relaves:
¿Los ingenieros geotécnicos están
prestando atención?
Michael P. Davis, Geotechnical News,
septiembre de 2002, p. 31-36
Una señal apropiada en el sitio de
construcción de la mina Mirador
