III

INTRODUCCION

Fluidos e Hidrulica en MinasLa mecnica de fluidos se aplica en minas en:Presas de embalse de lagunas de relave.Conduccin de pulpas.Canales de conduccin en mina subterrnea, procedentes de la estructura rocosa.Relleno hidrulico (en trabajos de cierre de minas).Provisin de agua para labores de desarrollo (chimeneas, tajeos, frentes, cruceros, etc.) para la

utilizacin de maquinas perforadoras y para mitigar la polucin de partculas despus de la

voladura.A los desechos que emite la planta de concentracin se llaman relaves, el transporte de la pulpa se

realiza disuelta en agua; los slidos son transportados por tuberas, canales se depositan en presas

normalmente diseados para tiempos eventuales con materiales como el suelo compactados

impermeabilizadas con geomembranas, para que posteriormente en la etapa de cierre de mina se

bombea el material relave dentro de los espacios que se dejo al extraer el mineral econmico.

Lagunas relavaras (Mina San Rafael)

Lagunas relavaras (Mina Yanacocha)

La provisin de agua y las estrategias de ahorro ya sea la recirculacin del agua, son trabajos del

ingeniero especialista en hidrologa. En las labores se tiene la presencia de agua, napa fretica,

geodas llenas de agua, por filtracin, regado de labores para mitigar polucin, se requiere controlar el

agua en mina, para esto se aprovisiona un sistema de conduccin (canal) denominado cuneta de labor.Relleno hidrulicoEl Relleno Hidrulico utilizado en la mina,para rellenar los espacios vacos que quedan despus de la extraccin del mineral econmico, se compone de una mezcla de relave con cemento, agua y en algunos casos con escoria proveniente de las refineras, comportndose dicha mezcla como un fluido

al principio (bombeable) y luego rigido por lo tanto una sustancia capaz de resistir fuerzas o esfuerzos de corte sin desplazarse.

(Modelamiento de relleno hidrulico

Data Mine Cerro de Pasco)Presas de embalse de lagunas de relave.Conceptos Bsicos y Generalidades sobre los Relaves

Toda planta minera cuyo proceso de concentracin es Flotacin, produce residuos

slidos que se denominan relaves y que corresponden a una Suspensin fina de

slidos en lquido, constituidos fundamentalmente por el mismo material presente insitu en el yacimiento, al cual se le ha extrado la fraccin con mineral valioso,

conformando una pulpa, que se genera y desecha en las plantas de concentracin

hmeda de especies minerales y estriles que han experimentado una o varias etapas en circuito de molienda fina; esta "pulpa o lodo de relaves" flucta en la prctica con una razn aproximada de agua/slidos que van del orden de 1:1 a 2:1. Las caractersticas y el comportamiento de esta pulpa depender de la razn agua/slidos y tambin de las caractersticas de las partculas slidas. Esto puede ilustrarse si seconsideran los siguientes ejemplos:

Una masa de relaves con un gran contenido de agua escurrir fcilmente, incluso

con pendientes pequeas.

Una masa de relaves con un contenido de agua suficientemente bajo (por ejemplo, relaves filtrados) no escurrir gravitacionalmente.

Si las partculas slidas son de muy pequeo tamao (equivalentes a arcillas), se

demorarn un gran tiempo en sedimentar, mantenindose en suspensin y alcanzando grandes distancias respecto al punto de descarga antes de sedimentar.

Si las partculas slidas son de gran tamao (equivalentes a arenas) sedimentarn rpidamente y se acumularn a corta distancia del punto de descarga.

Las alternativas a utilizar en la depositacin de un material de relaves, depender de las caractersticas de los relaves que produce la planta (cantidad suficiente de material tamao arena), del costo del agua (si es escasa, se justifican inversiones en equipos para optimizar su recuperacin) y, de las caractersticas del lugar de emplazamiento del depsito de relaves.

Para conseguir estructuras estables con los relaves, deben determinarse sus

caractersticas, similares a lo que se hace con los suelos (granulometra, densidad

relativa, razn de vacos, relaciones de fase, etc.). Estas determinaciones permiten

tambin evaluar el cumplimiento de las disposiciones legales contenidas en el D.S.

N248 (2006) Reglamento para la Aprobacin de Proyectos de Diseo.Opciones para la Descarga de los Relaves

Opcin A: Descarga del Relave Completo

Se requiere disponer de un volumen suficientemente grande para permitir almacenar todos los relaves que se producirn durante la vida til de la planta. Pueden utilizarse cavidades "pre- existentes" como: rajos mineros abandonados, depresiones naturales en superficie, cavernas naturales, antiguas minas subterrneas abandonadas, etc. En cualquiera de estos casos, si bien en el pasado en Chile pudieron darse la posibilidad de ser considerados, hoy debido a la legislacin ambiental vigente resulta difcil de ser aceptados por su alta connotacin ambiental y deberan realizarse estudios muy completos y detallados para demostrar que no se afectar el medio ambiente. Por esto, para la descarga de relaves completos, resulta tcnica y ambientalmente ms aceptable construir un muro perimetral con talud interno impermeabilizado hecho con material

grueso de emprstito y generar as una cubeta de depositacin. Este tipo de depsito de relaves se denomina Embalses de Relaves y han sido aceptados como alternativa de depositacin de relaves en nuestro pas.

Opcin B: Construccin del Muro Resistente con Parte del RelaveEsta opcin corresponde a tratar los relaves provenientes de la planta, de manera de separar la fraccin gruesa (arenas de relaves) de la fraccin fina (lamas), para poder utilizar la primera como material para la construccin del muro perimetral y descargar la segunda a la cubeta de embalse. Al construir el muro utilizando las arenas de los relaves, es posible hacerlo de 3 formas o mtodos de crecimiento distintas: Crecimiento del muro hacia aguas arriba (no lo contempla la legislacin actual en Chile), crecimiento del muro hacia aguas abajo y crecimiento del muro segn el mtodo llamado eje central o mixto. (ver fig. 3). Cualquiera de estos mtodos constructivos conforman finalmente a los denominados en Chile Tranques de Relaves

Opcin C: Material de Relaves Equivalente a un Suelo Hmedo

Esta opcin requiere tratar los relaves provenientes de la planta, de manera de extraerle la mayor cantidad de agua, obteniendo as un material equivalente a un suelo hmedo el cual puede ser depositado sin necesidad de un muro perimetral para su contencin.

Para este propsito existen distintos mtodos: Espesar los Relaves, Filtrar los

Relaves y la alternativa ms reciente es la de crear lo que se denomina Pasta de

Relaves.

Efectos de la Razn Slido/Agua (S:A)

Una pulpa de relaves con suficiente agua se comportar como una suspensin acuosa, cuya viscosidad aumenta si disminuye el agua, hasta que, para contenidos de agua suficientemente bajos se comportar como un lodo espeso y eventualmente, como un suelo hmedo.

Experimentalmente podemos sealar que:

Si la razn S:A es menor que 50%, la pulpa de relaves se comporta como

suspensin acuosa, y escurrir incluso con pendiente menores al 2% y se produce

segregacin de las partculas con la distancia al punto de descarga.

Si la razn S:A es mayor o igual que 55% la pulpa de relaves comienza a tener

comportamiento de un lodo viscoso; disminuye fuertemente la segregacin de

partculas y se necesitar pendientes mayores al 2% para escurrir.

La siguiente tabla nos indica la pendiente lmite que admite un pulpa de relaves para

distintas concentraciones de slidos en peso (pendientes mayores producirn su

escurrimiento) Permeabilidad de los Suelos.-

Se dice que un material es permeable cuando tiene huecos continuos e interconectado de modo tal que el agua pueda escurrir por ellos. Al movimiento del agua a travs del material se le denomina Infiltracin o filtracin y a su medida Permeabilidad.

La circulacin del agua a travs del suelo se debe a la diferencia de presin hidrosttica entre dos puntos.

En forma muy resumida podemos decir que se cumple la relacin

= k. i

Donde = es la velocidad de descarga

i = es el gradiente hidrulico

k = es el coeficiente de permeabilidad.

Las unidades en que k se expresa, comnmente son cm/seg.

Determinando el coeficiente de permeabilidad se puede determinar el volumen de las filtraciones, el que depende del tamao y granulometra de las partculas gruesas, de la cantidad de finos y de la densidad de la muestra.

El coeficiente de permeabilidad vara en un amplio margen para los distintos suelos

naturales, desde 102 cm/seg. (permeable) hasta 10-9 cm/seg (impermeable).

Los especialistas clasifican los suelos con respecto a la permeabilidad de la siguiente manera:

102 10 10-2 10-4 10-6 10-8 cm/seg

Grava Arena

Zona de semipermeabilidad

Arenas finas y Limos y Arcillas

Permeable Limite Impermeable

Densidad Relativa.-

El grado de compactacin que se requiere para una arena de relave, con el fin de

minimizar el riesgo de licuefaccin, es expresado en trminos de la llamada densidad relativa Dr., la que se define segn la siguiente expresin:

(emx - e)

Dr = ----------------- x100%

(emx - e mn)

Donde Dr = densidad relativa

emx = relacin de vacos de la arena en la condicin ms suelta.

emx = relacin de vacos de la arena en la condicin ms densa.

Otra forma de calcular la densidad relativa es mediante la expresin:

mx (in situ - mn)

Dr = ---------------------------- x100%

in situ (mx - mn)

Siendo mx = densidad mxima de las arenas

mn = densidad mnima de las arenas

in situ = densidad en el lugar de las arenas

Nota.- Todos los parmetros indicados en las expresiones anteriores se deben

determinar a nivel de laboratorio mediante ensayos normalizados.

Adems, cuando las arenas poseen entre el 10% y de 20% de finos (-200 malla

Tyler) las medidas de densidad relativa pueden dejar de ser representativas y

es ms conveniente la utilizacin de densidades expresadas como porcentaje

de la densidad mxima alcanzada en ensayos de compactacin Prctor

(estndar y modificado).

Depsitos de Relaves

Dentro de la disposicin de relaves existen diferentes y variadas formas de depositacin de relaves, que dependiendo de diversos factores como son las cercanas al concentrador, capacidad de almacenamiento de relaves, topografa del lugar, produccin del yacimiento se deber seleccionar la forma ms apropiada para disponer estos relaves.

Atendiendo a lo indicado anteriormente, los distintos tipos de Depsitos de Relaves que se consideran en la actualidad en Chile indicados en el Reglamento para la Aprobacin de Proyectos de Diseo, Construccin, Operacin y Cierre de Depsitos de

Relaves , son los siguientes:

Tranques de Relaves

Embalses de Relaves

Depsito de Relaves Espesados

Depsito de Relaves Filtrados

Depsito de Relaves en Pasta

A continuacin se realiza una breve descripcin general de estas formas de

depositacin de relaves.

Tranques de Relaves

A continuacin se describen brevemente las alternativas de construccin del muro de arenas de Los Tranques de Relaves

Construccin del Muro Mtodo Aguas Arriba

El Mtodo Aguas Arriba.- consiste en un muro inicial (starter dam) construido con

material de emprstito compactado sobre el cual se inicia la depositacin de los relaves, utilizando clasificadores denominados Hidrociclones; la fraccin ms gruesa o arena, se descarga por el flujo inferior del hidrocicln (Underflow) y se deposita junto al muro inicial, mientras la fraccin ms fina o lamas, que sale por el flujo superior del hidrocicln (Overflow) se deposita hacia el centro del tranque en un punto mas alejado del muro, de modo tal que se va formando una especie de playa al sedimentar las partculas ms pesadas de lamas y gran parte del agua escurre, formando el pozo de sedimentacin o laguna de sedimentacin, la que una vez libre de partculas en suspensin es evacuada mediante un sistema de estructura de descarga, que pueden ser las denominadas torres de evacuacin, o bien, se utilizan bombas montadas sobre una balsa flotante. Una vez que el depsito se encuentra prximo a llenarse, se procede al levante del muro, desplazando los hidrociclones a una mayor elevacin en la direccin hacia aguas arriba y comenzando una nueva etapa de descarga de arenas, y peralte del muro; se contina sucesivamente la construccin en la forma indicada.

Con este mtodo, en la prctica, se pueden alcanzar alturas de hasta 25 metros (ver

figura1). Si bien este mtodo es el que requiere un menor volumen de material arenoso, por lo que ha sido utilizado en la pequea minera para construir numerosos tranques, es el que produce el tipo de muro menos resistente frente a oscilaciones ssmicas, es por ello que en la actualidad en Chile, no est contemplado aprobar este tipo de proyecto de tranques de relaves en la legislacin vigente.

Figura 1: Mtodo de aguas arriba.

Construccin del Muro Mtodo Aguas Abajo

El Mtodo Aguas Abajo.- La construccin se inicia tambin con un muro de partida de material de emprstito compactado desde el cual se vaca la arena cicloneada hacia el lado del talud aguas abajo de este muro y las lamas se depositan hacia el talud aguas arriba. Cuando el muro se ha peraltado lo suficiente, usualmente 2 a 4 m., se efecta el levante del muro, desplazando los hidrociclones a una mayor elevacin en la direccin hacia aguas abajo y comenzando una nueva etapa de descarga de arenas y peralte del

muro. A veces se dispone tambin de un segundo muro pre-existente aguas abajo (ver fig.2). Las arenas se pueden disponer en capas inclinadas, segn el manteo del talud del muro de partida, o bien, disponerlas en capas horizontales hacia aguas abajo del muro de partida.

Este mtodo de aguas abajo requiere disponer de un gran volumen de arenas y permite

lograr muros resistentes ms estables del punto de vista de la resistencia ssmica.

Figura 2: Mtodo Aguas Abajo (capas de arenas inclinadas)Construccin del Muro Mtodo Eje Central o Mixto

El Mtodo Eje Central o Mixto.- se inicia al igual que los mtodos anteriores con un

muro de partida de material de emprstito compactado, sobre el cual se depositan las arenas cicloneadas hacia el lado de aguas abajo y las lamas hacia el lado de aguas arriba. Una vez completado el vaciado de arenas y lamas correspondiente al muro inicial, se eleva la lnea de alimentacin de arenas y lamas, siguiendo el mismo plano vertical inicial de la berma de coronamiento del muro de partida. Lo que permite lograr un muro de arenas cuyo eje se mantiene en el mismo plano vertical, cuyo talud de aguas arriba es ms o menos vertical, y cuyo talud de aguas abajo puede tener la inclinacin que el diseo considera adecuada.

Este mtodo requiere disponer de un volumen de arenas intermedio entre los 2

mtodos anteriores, y permite lograr muros suficientemente estables.

Estos mtodos constructivos del muro de arenas de los Tranques de Relaves

mencionados anteriormente son sobradamente conocidos en Chile, siendo los mtodos de aguas abajo y eje central los que contempla hoy nuestra legislacin en los proyectos de Tranques de Relaves que se presentan al Servicio Nacional de Geologa (SERNAGEOMIN) para su aprobacin.

La inseguridad que muchas veces despiertan los tranques de arenas de relave no

deben atribuirse al material con que se construyen, sino al sistema de construccin por relleno hidrulico que puede inducir elevadas presiones de poros e incluso la

licuefaccin total en caso de un sismo. Sin embargo, las tcnicas modernas de diseo, construccin y control permiten obtener estructuras seguras a base de buenos sistemas de drenaje, de un eficiente sistema de ciclonaje y disposicin de las arenas, y tambin de una buena compactacin de la arena que permita alcanzar una elevada densidad, utilizando un equipo adecuado para ello. Lo anterior, complementado con un control piezomtrico en el cuerpo del prisma resistente, deja al tranque de arenas de relave en condiciones de estabilidad semejante al de otras obras de Ingeniera de Importancia.

Figura 3.- Mtodos Constructivos del Muro de Arenas de Tranques de Relaves

Embalses de Relaves

Este tipo de depsito de relaves consiste en construir un muro resistente hecho

totalmente de material de emprstito, compactado e impermeabilizando el talud interior del muro y tambin parte o todo su coronamiento; los relaves se depositan completos en la cubeta sin necesidad de clasificacin, pero tambin deben disponer, de un sistema de evacuacin de las aguas claras de la laguna que se forma. Los embalses de relaves no se diferencian esencialmente de las presas de embalse de aguas, las que constituyen una tcnica ampliamente desarrollada en todo el mundo. Es interesante destacar, no obstante, que las tcnicas de diseo evolucionan con gran rapidez y cada da se descubren nuevos mtodos.

Tal vez, la diferencia fundamental entre un embalse destinado a la acumulacin de

agua y uno destinado a relaves es que mientras el embalse para agua se construye de una vez con su capacidad definitiva, el embalse para relaves se puede ejecutar por etapas a medida que se avanza con el depsito de los relaves, a fin de no anticipar inversiones y reducir a un mnimo su valor presente. La construccin por etapas obliga a que la zona impermeable de la presa se disee como una membrana inclinada cercana y en la direccin del talud de aguas arriba. Un perfil como ste, limita los grados de libertad en el diseo de las presas de tierra, cuando estn destinadas a contener relaves (Ver Figura 4).

Figura 4: Muro construido con material de emprstito

Del punto de vista ssmico, los Embalses de Relaves son ms resistente que cualquiera de los mtodos indicados para los Tranques de Relaves.Depsitos de Relaves Espesados

El Ingeniero canadiense Eli I. Robinsky ha desarrollado un sistema de depsito que no requiere de un dique o muro contenedor para su construccin. El procedimiento se basa en la mayor viscosidad que alcanza la pulpa de relave al aumentar la concentracin de slidos. El autor propone una curva en que relaciona el ngulo de reposo del relave con el contenido de slidos de la pulpa. Para concentracin del orden de 53% en peso, la pendiente de reposo es del 2% y sta aumenta hasta un 6% s la concentracin sube a 65%. De esta manera pueden disponerse los relaves en forma de un cono cuya pendiente ser la que corresponde a la respectiva concentracin de slidos. Si se trata, por ejemplo, de depositar relaves en un valle plano desde la ladera que limita dicho valle, se puede iniciar el depsito desde pequea altura con una pulpa relativamente diluida para luego elevar el punto de descarga simultneamente con un aumento de la concentracin a fin de disponer para las capas siguientes de una pendiente mas pronunciada. El punto de descarga puede luego ser desplazado lateralmente con el objeto de formar un depsito de base ovoidal.

No obstante que este tipo de depsito no requiere la construccin de un dique para

limitar el rea comprometida, se recomienda la construccin de un pequeo terrapln algo alejado del borde exterior del depsito, el cual sirve para contener un volumen para el depsito del agua desalojada por el relave, la cual es captada por un vertedero u otro dispositivo para ser bombeada y recirculada. Este pequeo terrapln sirve a la vez para colectar las aguas lluvias y conducirlas hacia cauces naturales.

Otro principio bsico de este tipo de depsito se deriva de la diferencia en lo que a

segregacin del material se refiere, entre una pulpa diluida y otra concentrada.

En efecto, si la concentracin de slidos es baja, el escurrimiento de la pulpa produce una segregacin de materiales, depositndose en primer lugar los granos mayores y a continuacin y separadamente, los ms finos. Es el fenmeno usual en el depsito de lamas en un tranque y ms an el que ocurre en los tranques construidos por el mtodo de aguas arriba. Si por el contrario, la pulpa es concentrada (del orden del 50% o ms), la pulpa escurre como un todo sin ocasionar segregacin. Es el caso que ocurre con el escurrimiento de relaves por tuberas, en que es conveniente evitar la segregacin mediante el uso de concentraciones del orden del 50% ya que con el uso de pulpas ms diluidas, los granos gruesos se separan y ruedan por el fondo aumentando la abrasin de la tubera, segn el autor, en un escurrimiento libre ocurre el mismo fenmeno, y al evitarse la segregacin se obtiene una mayor densidad que impide que el relave depositado sea erosionado por el agua desalojada por el propio relave, por las aguas lluvias o por el viento.

El procedimiento propuesto por Robinsky resulta aparentemente muy atractivo

especialmente en aquellos casos en que la topografa es favorable. La relativa baja

altura de los depsitos al tener estos una pendiente mxima del tipo 6%, ocupan

grandes extensiones relativamente planas o de poca inclinacin. Existen sin embargo algunas interrogantes que no estn claramente especificados por su autor. En efecto, la obtencin de concentraciones de pulpa tan alta como 65% de slidos es un problema que el autor no ha explicado como se puede obtener. Solamente ha sugerido en forma general, que podran usarse espesadores cnicos profundos, mtodos centrfugos y de filtracin y vaco. Por otra parte, si las pulpas as concentradas tienen un ngulo de reposo de 6%, su escurrimiento por tubera desde el concentrador hasta el vrtice del cono, implica una prdida de carga hidrulica superior a dicho 6% en forma que una conduccin, por ejemplo, a 2 Km., significara una perdida de energa del orden de 150 m, lo que resultara muy costoso si el relave debe ser bombeado. No siempre es posible la instalacin del espesador junto al vrtice del depsito.

En resumen el mtodo de depositacin de relaves espesados es una posibilidad muy interesante que merece ser investigada en profundidad para resolver los interrogantes que se plantean. Es posible que puedan ser utilizados en forma experimental con un grado de espesamiento del orden de 53% de slidos el que puede ser alcanzado por mtodos corrientes, usando para el depsito un terreno casi horizontal ya que el talud de reposo del relave as espesado sera del tipo 2%.

Figura 5: Disposicin de Relaves Espesados (Mtodo Robinsky)Depsitos de Relaves Filtrados

Este tipo de depsitos de relaves es muy similar al de los relaves espesados, con la

diferencia de que el material contiene menos agua debido al proceso de filtrado

utilizando equipos similares a los que se emplean para filtrar concentrados, como son los filtros de prensa o de vaco.

El relave una vez filtrado se transporta al lugar de depsito mediante cintas

transportadoras o bien mediante equipos de movimiento de tierra y/o camiones. En el primer caso, se logra un domo de material similar al mtodo de Robinsky; mientras que en el segundo caso se utiliza el equipo de movimiento de tierras para ir construyendo mdulos de material compactado, los cuales permiten conformar un depsito aterrazado de gran volumen. Es importante sealar que en este mtodo, aunque el contenido de humedad que se logra (20% a 30%) permite su manejo con equipos de movimiento de tierra, es suficientemente alto como para tener un relleno prcticamente saturado, por lo que es posible que se produzcan infiltraciones importantes de las aguas contenidas en estos relaves si el suelo de fundacin es relativamente permeable. Tambin es necesario sealar que la presencia de algunas arcillas, yeso, etc. en los materiales de relaves pueden reducir significativamente la eficiencia de filtrado.

Depsito de Relaves Filtrados

7.5 Depsitos de Relaves en Pasta

Los relaves en pasta corresponden a una mezcla de agua con slido, que contiene

abundante partculas finas y un bajo contenido de agua, de modo que esta mezcla

tenga una consistencia espesa, similar a una pulpa de alta densidad.

Una buena pasta de relaves requiere tener al menos un 15% de concentracin en peso de partculas de tamao menor a 20 micrones. La mejor propiedad de las pastas de relaves es que pueden ser eficientemente trasportadas en tuberas sin los problemas de segregacin o sedimentacin que ocurren normalmente en las pulpas de relaves y permiten una gran flexibilidad en el desarrollo del concepto del sitio de emplazamiento; una vez depositados los relaves, se dejan secar, luego acopiar, permitiendo as minimizar la superficie de suelo cubierto con relaves.

La consistencia alcanzada permite que una pasta permanezca estable an cuando est varias horas sin moverse. La pasta puede formarse a partir de una gran variabilidad de componentes como cuarzo,feldespato, arcillas, micas y sales

Es posible producir materiales con la consistencia de pasta a partir de un amplio rango de concentracin de slidos en peso y sobre la base de la variacin de la distribucin de tamao de las partculas. Es decir, la produccin de pasta es especfica para cada tipo de material.

Cuando se dispone pasta de relaves en superficie, una muy pequea fraccin de agua podr drenar o infiltrarse, ya que la mayor parte de la humedad es retenida en la pasta debido a la tensin superficial de la matriz de suelo fino.La flexibilidad que permiten las pastas en cuanto al desarrollo del lugar de emplazamiento del depsito, puede ser extendida al uso de tcnicas de construccin aguas arriba, donde las consideraciones de diseo antissmicos de otra manera sera prohibida. Con la alternativa de pasta no se requiere una solucin tipo embalse.

Para faenas de pequea escala, la pasta puede ser transportada en camiones desde las instalaciones de operacin y descargadas en el lugar de disposicin final. Una vez depositada, se deja secar y se puede acopiar. Esta forma de acumular, permite minimizar la superficie de suelo cubierto con relaves, realizar un cierre progresivo y al cese de operaciones, el depsito puede ser dejado sin requerir medidas adicionales de cierre.

Para faenas de mayor tamao, por economa de escala para el manejo de materiales, el sistema considera el uso de bombas o cintas transportadoras hasta un repartidor que realiza la disposicin final. Cabe destacar que debido a su alta densidad, las pastas son transportadas mediante el uso de bombas de desplazamiento positivo.

i) En los depsitos de relaves en pasta se reducen significativamente lo siguiente:

La necesidad de disear y construir grandes depsitos.

El volumen de materiales involucrados en la construccin de depsitos.

Los riesgos de falla geomecnica asociados a los tranques convencionales.

Los riesgos de generacin de aguas cidas y lixiviacin de metales.

El manejo del volumen de agua clara.

Las prdidas de agua por infiltracin y evaporacin.

La superficie de suelo para disponer los relaves, optimizando el uso del suelo.

La emisin de material particulado.

ii) En los depsitos de relaves en pasta se incrementa significativamente lo siguiente:

La recuperacin de aguas desde los relaves

La aceptacin ambiental de la comunidad.

La posibilidad de co-depositar junto a otros residuos mineros (estriles o lastre)

La flexibilidad operacional.

iii) Adems:

Se pueden desarrollar actividades de vegetacin o de remediacin en forma

paralela a la operacin.

Permite la encapsulacin de contaminantes en el depsito

Depsito de Relaves en Pasta

Otros Depsitos de Relaves

Nota: A continuacin se mencionan otros tipos de Depsitos de Relaves que en otros pases son factibles de desarrollar. Sin embargo, en Chile en la actualidad existen grandes restricciones de las autoridades competentes; del punto de vista legal, de la Seguridad de la Personas y del Medio Ambiente, para otorgar permisos a los proyectos que pudieren presentarse, de modo tal que no los contempla nuestra legislacin, aunque se debe reconocer que en el pasado se realizaron proyectos en Chile que utilizaron las tcnicas de Depsitos de Relaves que nombraremos a continuacin:

A) Depsitos en Minas Subterrneas en Explotacin

B) Depsitos en Minas Subterrneas Abandonadas

C) Depsitos en Minas Explotadas a Cielo Abierto

D) Depsitos Relaves Radiactivos

E) Depsitos costeros

F) Depsitos submarinos

Descripcin de los Componentes Principales de un Depsito de Relaves y

Algunos Otros Conceptos Importantes

Cubeta.- Corresponde al volumen fsico disponible donde de depositan las lamas

(finos) y gran parte del agua de los relaves de tal modo que se forma en ella la

laguna de aguas claras debido a la sedimentacin de las partculas finas. La cubeta

es la componente ms importante en relacin con la vida til del depsito.

Muro o Prisma Perimetral o Prisma Resistente.- Este muro delimita la cubeta y

permite contener los residuos que en ella se descargan. Por lo tanto, el muro

perimetral generalmente es la componente ms importante en lo que dice relacin

con la estabilidad o grado de seguridad del depsito. En los tranques de relaves este muro se va construyendo con el material grueso (arenas) de los relaves a lo largo de la vida til del depsito.

Sistema de Descarga y/o Clasificacin y Seleccin de los Relaves.- El sistema

de descarga de residuos mineros permite depositar estos en la cubeta, por lo que

una falla de este sistema se traduce en la detencin de la operacin eficiente del

depsito. Adems, muchas veces, este sistema se utiliza tambin para clasificar y

seleccionar los residuos, de modo de utilizar parte de los mismos como material para la construccin del muro perimetral (uso de ciclones)

Zona de descarga de los Residuos o Zona de Playa .- La zona donde se

descargan los residuos a la cubeta se le llama zona de playa porque usualmente

est seca en la superficie y se asemeja a una playa de arenas finas. Es la parte del

depsito de relaves o lamas situada en las cercanas de la lnea de vaciado, esta

playa de forma junto al prisma resistente.

Poza de Aguas Claras o Laguna de Decantacin.- Corresponde a la laguna de

aguas clarificadas que se forma en la cubeta debido a la sedimentacin o

decantacin de las partculas slidas. Esta poza permite la recuperacin de aguas y

al mismo tiempo la evacuacin de estas desde la cubeta. Esta laguna debe

mantenerse lo mas alejada posible del muro de arenas o prisma resistente y su

evacuacin debe hacerse siempre para no disminuir el grado de estabilidad del muro.

Sistema de Recuperacin de Aguas.- El sistema de recuperacin de aguas permite

devolver a la planta, las aguas claras que se han recuperado desde la poza o laguna de aguas clara, mediante bombeo desde balsas y/o descargas de torres de

evacuacin o decantacin que son obras destinadas a la descarga gravitacional de

las aguas claras desde la poza de decantacin de un tranque o embalse de relaves.

Sistema de Drenaje.- Es el sistema (por ejemplo dedos o lechos drenantes) utilizado para deprimir al mximo el nivel fretico en el interior del cuerpo del muro,

usualmente protegido por filtros para evitar que el flujo de aguas arrastre las

partculas finas y produzca la colmatacin del sistema.

Sistema de Impermeabilizacin de la Cubeta.- Si los relaves en la cubeta

contienen sustancias txicas debe evitarse la infiltracin de aguas al subsuelo, ya

que estas podran provocar la contaminacin de los recursos de aguas subterrneas

y/o de superficie de la zona de emplazamiento del depsito. En este caso, es preciso que se disponga de un sistema de impermeabilizacin del piso y paredes de la cubeta, usualmente construido en base a una serie de "estratos" impermeables y

"permeables-drenantes"

Canales de Desvo.- Son las zanjas construidas o tneles construidos en las laderas para captar y desviar las escorrentas superficiales, impidiendo su ingreso a la cubeta del tranque o embalse de relaves.

Berma de Coronamiento.- Es la faja horizontal de mayor cota del talud externo del

prisma resistente o muro de contencin.

Revancha.- Es la diferencia de cota entre la lnea de coronamiento y la superficie

inmediatamente vecina de la fraccin aguas adentro del tranque, generalmente

lamosa o de arena muy fina. Se denomina como revancha mnima al desnivel entre

el coronamiento del prisma resistente y el punto ms alto de las lamas; y se

denomina revancha mxima al desnivel entre el coronamiento y la superficie de la

poza de decantacin.

Nivel Fretico.- Es la cota de los puntos en que el agua de poros tiene presin nula.

Muro de Partida o Muro Inicial.- Muro construido con material grueso de emprstito al inicio del depsito de relaves. En los sistemas constructivos del muro resistente de aguas abajo y eje central, las arenas se vacan hacia aguas abajo del muro inicial y las lamas hacia aguas arriba. La altura del muro de partida queda determinada por el avance en altura del prisma de arenas, en relacin al avance en altura del nivel de lamas. El muro inicial debe permitir mantener una revancha mnima a lo largo del perodo de operacin del tranque.

Muro de Pi.- Es el que se construye, generalmente de enrocados en el extremo de

aguas abajo del prisma resistente en los mtodos constructivos de eje central y de

aguas abajo. Este muro tiene por objeto dar un lmite fsico al muro de arenas y evitar el escape de material fuera de la traza del prisma.

Muro de Cola.- Se suele construir para limitar el depsito por el extremo de aguas

arriba. Puede construirse de tierra o por alguno de los sistemas de construccin

empleados para el muro resistente.

Licuefaccin.- Perdida total de la resistencia al corte de un suelo saturado por

incremento de la presin de poros. El caso ms frecuente de licuefaccin ocurre por

accin ssmica sobre materiales areno-limosos saturados. Los relaves saturados son altamente susceptibles a licuefaccin ssmica, en especial, si la permeabilidad y

densidad son bajas. Es el fenmeno ms preocupante que ocurra en un tranque de

relaves.

Piezometra .- Es el sistema de control de las presiones hidrostticas en el interior

del prisma resistente para detectar la presencia de sectores saturados. Los

instrumentos utilizados se llaman piezmetros y con ellos se detecta el nivel fretico

del subsuelo.

Vertederos de emergencia.- Son vertederos de umbral variable destinados a

evacuar el exceso de aguas acumuladas en la cubeta de un tranque al crecer la

laguna de decantacin por lluvias intensas.

Medidas de Control Operacional y de Mantencin en Tranques de Relaves

A continuacin se recomiendan una serie de medidas que deben tenerse

presente principalmente por los operadores de la pequea y mediana minera en

el control operacional y mantencin de los depsitos tranques de relaves. Estas

medidas constituyen el principal objetivo de esta gua. Se deben realizar peridicamente controles de la densidad in-situ en el muro de

arenas y determinar de la densidad relativa (las muestras se deben tomar a 1/3 y

2/3 de la altura total del muro) Estas medidas son importante porque indican en

cierta medida, el grado de compactacin con que cuenta el muro de arenas en la

operacin. Controlar el nivel fretico con piezmetros en el muro de arenas, comparar la

cota que se obtiene de este nivel, con la cota del nivel del coronamiento del

muro de partida impermeabilizado. El nivel fretico debe ser ms bajo que dicha

cota, esto tiene gran relevancia especialmente en aquellos tranques que no

cuentan con un buen sistema de drenaje en el muro de arenas.

Cuando el nivel fretico es alto, se debe proceder rpidamente a bajarlo,

evacuando el agua clara de la laguna en la cubeta. Es importante adems medir

el nivel fretico en algunos puntos aguas abajo del tranque y mantener una

estadstica grfica con los datos obtenidos.

Establecer un control peridico de la granulometra de las arenas de relave. Un

aumento repentino y significativo del % de finos compromete las condiciones de

seguridad de la obra (formacin de bolsones saturados y superficies localizadas

menos resistentes al corte). La exigencia actual del contenido de finos en las

arenas de relave de los muros de contencin en los tranques de relaves, es que

debe estar constituida por no ms de un 20% de partculas menores de 200

mallas (74 micrones)

Las partculas de las arenas de los relaves son muy angulares y heterogneas, lo

cual es favorable del punto de vista de la estabilidad ya que ayuda a lograr una

buena compactacin, pues las partculas en dicha operacin de compactacin,

se traban unas con otra de modo que se necesitan grandes esfuerzos de corte

para romper este entrabamiento.

Se debe medir el % de slidos en peso de la pulpa de relaves, el cual debe

mantenerse en un rango no tan alto para que se permita un buen escurrimiento

de esta pulpa por la tubera de transporte, evitando su embancamiento, y

tampoco muy bajo para no saturar rpidamente de aguas la cubeta. (un rango

bien aceptado en la prctica es entre 35% a 45%)

Mantener una buena revancha con el fin de evitar posibles escurrimientos de

agua a travs del muro de arenas producindose as su erosin.

Se deben verificar peridicamente el ngulo de talud operacional comprometido

en el proyecto y el ancho del coronamiento del muro de arenas. Este ltimo en la

actualidad se exige como mnimo de 2 metros.

Controlar peridicamente el nivel y posicin de la laguna de aguas claras, la cual

debe mantenerse siempre lo ms alejada posible del muro de arenas en los

casos de tranques de relaves, con el fin de evitar humectar demasiado el muro y

que se sature de agua, trayendo el consecuente aumento de la presin de poros

entre las partculas y el eventual colapso.

Mantener siempre operativas las torres colectoras o bien las balsas con las

bombas de impulsin, para la evacuacin de las aguas de la laguna de

clarificacin asegurndose as la continuidad de esta operacin.

Verificar en forma peridica el estado de las tuberas de conduccin de los

relaves y tambin las vlvulas y bombas de impulsin de la pulpa de relaves.

Adems, se debe programar con antelacin el traslado de las tuberas a las

posiciones de descarga siguientes.

Una medida importante a tener presente en la construccin en los muros de

algunos tranque es la de evitar conformar esquinas en ngulo recto ya que

constituyen uno de los puntos estructuralmente ms dbiles frente a las

solicitaciones ssmicas, debido a bajo confinamiento. Es por ello aconsejable

establecer uniones redondeadas. Es muy importante en un tranque de relaves en operacin, mantener la prctica

de compactar el talud exterior a lo largo del muro de arenas, usando equipos

adecuados como por ejemplo rodillos lisos vibratorios, tractores o bulldozer

pesados. Esto se hace con el fin de mantener una compactacin adecuada del

muro, ayudando as a una mejor estabilidad ssmica de la obra.

Cuando la compactacin es deficiente, los tranques de relaves tienen mayor

probabilidad de colapsar frente a una solicitacin ssmica significativa. Es por ello

que la operacin de compactacin en el muro resistente debe hacerse en forma

regular junto con todas aquellas otras medidas que tienen incidencia con la

estabilidad del tranque.

Durante la operacin se deben reparar todas las fisuras o grietas que se

pudieren producir, pues si no son cerradas dejan puntos dbiles sobre los cuales

al ser tapados con material de relaves, la compactacin posterior no ser

eficiente en dichos sectores.

Cuando durante la operacin de un tranque de relaves no hay suficiente arenas

de una calidad adecuada, es conveniente considerar agregar una o ms capas

intermedias de material de emprstitos bien compactado, para continuar la

construccin del muro resistente y as se tendr una mejor estabilidad fsica.

Es importante mantener despejados los muros de arenas de cualquier objeto

extrao puesto que los relaves sedimentan a la altura de los obstculos que

encuentran en el trayecto.

Los operadores de los depsitos de relaves deben tener, claro conocimiento, del

Manual de Emergencia del depsito de relaves, con que obligatoriamente debe

contar la Empresa, de modo que les permita enfrentar en forma exitosa las

situaciones adversas, climticas, hidrolgicas, ssmicas, volcnicas o falla delsistema de captacin de aguas claras o situaciones de emergencias de otra

naturaleza que pudieren presentarse.

Si la causa de la emergencia se debe a fenmenos naturales extremos

imprevistos, como sismos, nevazones, lluvias intensas, erupciones volcnicas u

otros, que impidan una normal operacin o pongan en peligro la vida de las

personas o el medio ambiente, debern suspenderse las operaciones de

depositacin de relaves, hasta que las condiciones de seguridad del depsito se

restablezcan.

En caso de precipitacin de nieve o granizo sobre el prisma resistente y en que,

a la vez, se produzca la posibilidad de que debido a bajas temperaturas puedan

intercalarse capas de agua a estado slido, que puedan crear planos de falla en

el muro, deber paralizarse la depositacin de arenas en el muro, hasta que

pase la situacin de riesgo.

Medidas que deben considerarse entre otras al Cierre y Posterior Abandono

de un Tranque de Relaves

Desmantelamiento de las instalaciones (ductos de relaves, bombas,

hidrociclones, lneas elctricas, muelles de acceso).

Secado de la laguna de aguas claras.

Dejar operativos los canales perimetrales interceptores de aguas de laderas.

Mantencin del sistema de evacuacin de aguas lluvias.

Estabilizacin de taludes (considerando mximo sismo probable de ocurrencia

en la zona de emplazamiento).

Cercado en torno a las torres colectoras y en algunos casos se justifica el

sellado de estas torres.

Instalacin de cierres de acceso al lugar donde se encuentran los relaves.

Instalacin de sealizaciones preventivas.

Instalacin de cortavientos.

Habilitacin de vertederos de seguridad (diseado considerando el evento de

mxima crecida probable).

Compactacin de la berma de coronamiento.

Recubrimiento con material adecuado para evitar la erosin elica o tambin

para posibilitar la forestacin del tranque en aquellos lugares en donde es

factible hacerlo.

Algunos conceptos que se deben conocer y recordar: Un buen diseo y una buena operacin de un depsito de relaves desde su

inicio los transformar en obras amigable con el medio ambiente.

Los depsitos de relaves son formas geolgicas artificiales que deben

permanecer en el tiempo y por ello no se debe escatimar en esfuerzos para

garantizar la seguridad de las personas y el medio ambiente.

Todo plan de abandono de un depsito de relaves debe tener como objetivos

los siguientes conceptos: Estabilidad Fsica, Estabilidad Qumica y uso

posterior del suelo.

En la construccin de un tranque de relaves es obligatorio considerar una

buena impermeabilizacin del muro de partida para evitar infiltraciones en la

base del muro de arenas y ayudar as a la estabilidad de ste.

Es importante tener presente en el diseo del muro de arenas que en el caso

de un sismo en el coronamiento del muro se pueden producir aceleraciones

del orden de un 40% - 50% mayores que en la base, de all la importancia de

tener siempre una buena compactacin del muro.

Los tranques de relaves tienen una mayor probabilidad de colapsar cuando la

compactacin del muro resistente es deficiente.

Las aceleraciones ssmicas pueden producir un mecanismo de cua

deslizante en los muros y tambin producir zonas de licuefaccin.

Los taludes pueden fallar por inestabilidad a causa de:

- El peso que tiende a deslizar el talud por mala compactacin.

- Erupcin volcnica.

- Nieve al derretirse.

- Hielo fundido.

- Sismos.

- Crecida de un ro cercano.

Con la construccin de los Depsitos de Relaves se protege el medio

ambiente, al desecharlos en estas obras adecuadas, recuperando el agua que

en algunos sectores es prioritario hacerlo y adems (en algunos casos) existe

una buena potencialidad futura de retratamiento de estos materiales.

A continuacin se incluyen algunos anexos que incluyen datos tcnicos especficos

existentes en la literatura que son de utilidad en el tema de Depsitos de Relaves.V. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Tneles y diseo de excavaciones subterrneas UNAP Ing. Esteban Aquino Alanoca.

Sostenimiento y relleno de labores mineras UNAP Ing. Jorge Durant Broden

Conferencia de apertura I CONEIMIN 2005 Arequipa (Rmulo Mucho Mamani)

Conferencia 6 congreso peruano de minera 2006. (Guido del castillo Echegaray)

Conferencia del director de energa y minas de la regin puno 2007 en inauguracin del jueves

minero FIM-UNAP (Ernesto Sagua Alanguia).

Revista Teora y accin del mundo minero ediciones 246- 249, director: Luciano C. Deliot

XVII convencin minera Arequipa setiembre 2005.

Congresos de estudiantes de ingeniera de minas realizadas en el Per: I, II CONEIMIN

Arequipa05 e Ica06; VI, VII CONEINGEMET Tacna05 y Puno06.UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA

FACULDAD DE INGENIERIA DE MINAS

ESCUELA PROFESIONALDE INGENIERIA DE MINAS

TEMA : APLICACIONES DE LA MECANICA DE FLUIDOS EN MINERIA

CURSO: MECANICA DE FLUIDOS E HIDRAULICA

DOCENTE : ING. LUIS SAAVEDRA FRIAS

ESTUDIANTE : CARRION BACA ANTHONY FRANCOIS

CODIGO : O602005022

VARIACION DE LA PENDIENTE LIMITE CON LA CONCENTRACIN DE SLIDOS EN UNA PULPA DE RELAVES Pendiente Lmite Porcentaje de Slido en Peso % % < 2 < 50 2-3 55-66 3-5 60-63 4-6 63-65 > 6 > 65