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REVEGETACIÒN DE UN DEPOSITO DE RELAVES USANDO GEOSINTETICOS.

Ing. Roberto Santiago Castillo

Gerente de Minería CIDELSA-Ingeniería en Geosintèticos.

rsantiago@cidelsa.com.pe www.cidelsa.com.pe

RESUMEN El uso de geosintèticos en el abandono o cierre de residuos tóxicos o no tóxicos se viene aplicando en los últimos años con el objetivo de tener una cobertura estable y revegetada que evite la contaminación ambiental. Para la revegetaciòn de un depósito de Relaves se considero primeramente una Geomembrana de PVC como barrera impermeable para evitar el contacto del agua, oxígeno y suelo orgánico con la escoria. Se eligió este tipo de Geomembrana debido a su flexibilidad, elongación y a su elevado ángulo de fricción en la interfase Escoria-Geomembrana. Seguidamente se evaluó la resistencia que debería tener una Geomalla biaxial o uniaxial para soportar la tensión originada por el peso de la cobertura revegetada. Para la evaluación de la Geomalla consideramos las fuerzas de equilibrio límite involucradas en un análisis de un talud finito con una cobertura de suelo orgánico de espesor uniforme. Finalmente se evaluó el uso de un manto de control de erosión tridimensional para evitar el deslizamiento y erosión del espesor de suelo orgánico. Para la elección de este Manto se consideró la longitud y el ángulo de inclinación del talud de relaves, el sistema de drenaje, el espesor del suelo orgánico necesario para la revegetaciòn, su posible deslizamiento y la susceptibilidad a la erosión debido a las gotas de lluvia. Los beneficios obtenidos al usar geosintèticos fueron varios resaltando la reducción de movimiento de tierras y relaves en la conformación de los taludes del depósito y la garantía de obtener una cobertura revegetada totalmente estable.

SUMMARY The use of geosintèticos in closing of toxic or not toxic waste landfills has been used with success in la past few years in order to have a stable cover and green areas to avoid environmental impacts. For the revegetaciòn waste deposit a PVC Geomembrana was primary consider as a barrier to avoid contact of water, air and soil with waste. This Geomembrane was chosen due to its flexibility, elongation and high angle of friction in the interface waste-Geomembrana. Subsequently the resistance of a Geogrid was tested to support the tension originated by the weight of the cover vegetated. For the evaluation of the Geogrid it was consider a limited balance forces involved in an analysis of a finite slope with a cover of an even thickness organic soil. Finally the use of a three-dimensional erosion control material was tested to avoid any slide and erosion of the thickness organic soil. It was also considered to choose this erosion control material length and friction angle, thickness of the organic soil necessary to vegetate, possible slide and susceptibility of erosion due to rain. The benefits obtained when using geosintèticos were several standing out the reduction of movement of waste and soil in conformation of slopes of this deposit and the guarantee of having a stable vegetated cover.

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1.1- Suelo Natural y Geosintèticos. Los Geosintèticos son utilizados como elementos o sistemas alternativos a los suelos naturales, siempre y cuando la equivalencia técnica pueda ser demostrada. Usualmente, se usa la Geomembrana alternativo a la arcilla o GCL, Geomallas para un sistema estructural, Georedes para ser utilizados para drenaje y Geotextiles como alternativo a los suelos filtrantes. Existen sistemas que combinan geosintèticos y suelos naturales como es este caso de la revegetaciòn del depósito de relaves. 1.2- Selección de la Geomembrana. Las ventajas de instalación y comportamiento a largo tiempo frente a factores de degradación hacen que la elección de la Geomembrana de recubrimiento para residuos sea mas critica que para cualquier otro uso o aplicación. Según la Environmental Protection Agency (EPA) de los EE.UU. legislación 40CFR se considera las siguientes geomembranas para coberturas de residuos con sus respectivos espesores mínimos.

• PVC 0.50 – 0.75mm • CPE 0.75mm • CSPE 0.90mm • PE* 1.50mm (*HDPE, LLDPE, VLDPE, VFPE)

1.2.1- Diseño del espesor de la Geomembrana de PVC. Se verifico el espesor recomendado por EPA mediante el modelo básico de presiones ejercidas sobre la Geomembrana considerando que ocurra una tensión movilizada por deformación de la escoria.

Figura No 1. Modelo de diseño utilizado para calcular espesor de la Geomembrana.

σnx (tan δU + tan δL ) σadm (cos β - sen � tan δL )

FS = t instalada/t requerida Donde: t = Espesor de la Geomembrana. σn = Esfuerzos aplicados por el material de relleno.

x = Distancia de movilización de la deformación de la Geomembrana. δu = Angulo de fricción entre la Geomembrana y el material superior. δL = Angulo de fricción entre la Geomembrana y el material inferior. σadm = Esfuerzo admisible de la Geomembrana. β = Angulo que forma el movimiento de la Geomembrana a tensión con la horizontal. FS = Factor de seguridad. 1.3- Diseño de estabilidad del suelo orgánico de cobertura. El método de diseño para prevenir que suceda una falla de la cobertura se basa en condiciones de equilibrio Iìmite. La Figura No 2 muestra el segmento del terreno, Geomembrana, y suelo de cobertura, con un espesor uniforme. Para estas condiciones, se puede escribir la suma de fuerzas en función del ángulo del talud, resultando en un factor de seguridad contra la falla.

Figura No 2. Fuerzas actuantes del suelo de cobertura con espesor uniforme sobre la Geomembrana.

a = (WA –NA cosβ ) cos β

b = -[( WA –NA cosβ) sen β. tanΦ + (NA tanδ + CA). .cos β.sin β + sen β (C + WP tan Φ)

c = ( NA tan δ + CA ) sin2 β. tan Φ

-b + (b 2 – 4a.c )1/2

2a WA = peso total de la cuña activa. WP = peso total de la cuña pasiva, NA = fuerza normal efectiva al pIano de falla de la cuña activa, Np = fuerza normal efectiva al pIano de falla de la cuña pasiva, γ = peso unitario del suelo de cobertura, h = espesor del suelo de cobertura, L = longitud del talud medido con la Geomembrana

t =

FS =

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β = Pendiente del suelo bajo la Geomembrana Φ = ángulo de fricción del suelo de cobertura, δ = ángulo de fricción en la interfase suelo de cobertura y la Geomembrana CA = fuerza de adhesión entre el suelo de cobertura de la cuña activa y la Geomembrana C = Adhesión entre el suelo de cobertura de la cuña activa y la Geomembrana. FS = Factor de seguridad. 1.4- Refuerzo laminar de la cobertura (veneer reinforcement). Se eligió una determina Geomalla biaxial de polipropileno con el fin que se tensione y aporte su resistencia a la tensión para resistir el esfuerzo gravitacional del suelo orgánico de cobertura.

Figura No 3. Fuerzas actuantes del suelo de cobertura con profundidad uniforme sobre la Geomalla (Geogrid).

a = (WA –NA cosβ –Tsen β) cos β

b = -[( WA –NA cosβ –Tsen β) sen β. tanΦ + (NA tanδ + CA) cos β.sin β

+ sen β (C + WP tan Φ

c = ( NA tan δ + CA " ) sin2 β. tan Φ T = Resistencia ultima a la Tensión de la Geomalla.

-b + (b 2 – 4a.c )1/2

2a 1.5- Control de erosión y Refuerzo de la estabilidad del suelo orgánico de cobertura. La cobertura tiene, lamentablemente, la tendencia a descender por el talud por efecto de la gravedad. El suelo se acumula al pie del talud y queda expuesta una parte del terreno sin proteger. Esta situación es

aun mas probable que ocurra con suelos de cobertura colocados sobre geomembranas, las cuales son generalmente mas "bajas en fricción que el terreno del cual esta hecho el talud. Además existe la posibilidad de erosión del suelo debido al impacto de agua de lluvia y acción del viento. Considerando estas razones y otras se consideró el uso de un Geosintético tri-dimensional (Geobolsa) capaz de mantener el suelo estable y a la vez controlar la erosión hasta que dure el crecimiento de las plantas. El aporte mecánico de esta Geobolsa no fuè evaluado exhaustivamente debido a que se espera que se fotodegrade en un tiempo mayor al tiempo de revegetaciòn. Además se realizo una comparación de estabilidad con la ayuda de un software de Geoceldas del fabricante Tenax.

Figura No 4. Fuerzas actuantes del suelo de cobertura con profundidad uniforme sobre la Geobolsa (Geocelda). 2.0- Instalación Se conformaron 02 taludes de 20 a 25m de longitud

con 23 grados de inclinación aproximadamente.

. Figura No 5. Talud de la cancha de relaves sin geosinteticos y sin cobertura Además se conformó 01 banqueta entre los taludes con su respectivo drenaje de derivación de aguas. La plataforma de la cancha de relaves no necesito movimiento de relaves solamente fue perfilada y acondicionada para recibir la Geomembrana de PVC.

FS =

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Figura No 6. Plataforma de la cancha de relaves sin geosinteticos y sin cobertura

Figura No 7. Banqueta entre los 02 taludes. 2.1- Instalación de la Geomembrana de PVC. La Geomembrana de PVC de 0.75mm fuè fabricada en Paneles por el método de sellado por alta frecuencia con el objetivo de actuar como una barrera impermeable.

Figura No 8. Instalación de la Geomembrana de PVC sobre la plataforma. Cada panel fue identificado con etiquetas que proporcionaron información del espesor, largo,

ancho, número de panel. Todos los paneles tuvieron un control de calidad al sellado con pruebas destructivas y no destructivas realizadas por laboratorio del fabricante de paneles. La unión de los paneles sobre los taludes fue mediante un sellado químico (Solvente THF) y por sellado a fusión efectuada por el Fabricante de paneles de acuerdo a los planos de distribución.

Figura No 9. Instalación de la Geomembrana de PVC sobre los taludes.

Figura No 10. Cancha de Relaves totalmente impermeabilizada con la Geomembrana de PVC de 0.75mm de espesor. 2.2- Control de Calidad del sellado de paneles en obra La pruebas de control de calidad del sellado consistió de pruebas destructivas (corte y pelaje) y no destructivas (lanza de aire a presión). 2.2.1- Pruebas No Destructivas (Prueba de

lanza de aire a presión) La prueba de la lanza de aire a presión consiste en forzar el aire a través de una boquilla 2.44 mm (3/32 pulgada) a 4.88 mm (3/16 pulgada) de diámetro a 345 kPa (50 psi), sostenido a no más de 5cm (2 pulgadas) del borde de la soldadura y dirigido al borde de la soldadura. Cualquier área mal sellada fuè detectada por un sonido y manifestada por el desprendimiento de la Geomembrana.

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Esta prueba fue realizada inmediatamente después de finalizar el sellado de cada panel.

Figura No 11. Prueba de lanza de aire a presión 2.2.2- Pruebas Destructivas de Corte. Conforme a la norma ASTM D 882 este ensayo consistió en someter a un espécimen (con la soldadura centrada) de 1´´ (25 mm.) de ancho y 8´´ (200 mm.) de largo, a una tasa de esfuerzo constante de 2 pulg./min. (50 mm/min.), con el fin de determinar su resistencia. El esfuerzo al corte así obtenido, fuè igual o mayor al 90% del esfuerzo de tensión a la cedencia mínimo especificada para la Geomembrana. Adicionalmente, se analizó el tipo de rotura, la cual ocurrió al exterior del área soldada y fuè del tipo FTB (Film Tear Bond) como lo define la norma National Sanitation Foundation (NSF) Standard 54. 2.2.3- Pruebas Destructivas de Pelaje. De igual forma que el ensayo de corte y conforme a la norma ASTM D 882 este ensayo de pelaje se diferenció por que la ruptura ocurrió al exterior del área soldada y la resistencia fuè igual o superior al 60% de la resistencia a la tensión especificado. El criterio fuè aplicado para ambos lados del sellado.

Figura No 12. Tensiómetro Kratos utilizado en las Pruebas de corte y pelaje. 2.2- Instalación de la Geomalla.

La Geomalla instalada en la misma trinchera de anclaje de la Geomembrana de PVC actúa como elemento estructural aportando su resistencia a la tracción necesaria para evitar el deslizamiento masivo del suelo orgánico de cobertura.

Figura No 13. Despliegue de la Geomalla. Además servirá como elemento de apoyo para la parte inferior de la Geobolsa y para las raíces de las plantas.

Figura No 14. Geomalla instalada sobre el Talud. 2.3- Instalación de la Geobolsa. La Geobolsa fuè anclada cada 50cm aprox. a la Geomalla mediante cordones de polipropileno.

Figura No 15. Instalación de Geobolsas en el talud.

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El anclaje superior fue conjuntamente con la Geomembrana y Geomalla. Esta Geobolsa es fotodegradable con una vida útil de un año expuesto completamente a los rayos UV, pero su vida de servicio se acorta significativamente una vez cubierta por el suelo orgánico. Se asume que mientras la parte superior de la Geobolsa se fotodegrade la especie seleccionada ya se encontrará enraizada entre la Geobolsa inferior y la Geomalla manteniendo así toda la cobertura estable. Además debe tenerse en consideración el ángulo de fricción en la interfase suelo-Geomembrana en caso de ocurrir la degradación total de la Geobolsa.

Figura No 16. Anclaje de la Geobolsa sobre la Geomalla. 2.4- Colocación del suelo de Cobertura. Antes de colocar el suelo que cubrirá toda la cancha de relaves se realizo una prueba para comprobar los factores de seguridad para las fuerzas gravitacionales actuantes hallados al inicio del diseño

Figura No 17. Prueba de deslizamiento de la cobertura. El espesor del suelo orgánico de 20cm aprox. fuè colocado dentro del sistema tridimensional de la

Geobolsa por los trabajadores de la Empresa Minera supervisados por Ingenieros forestales. La revegetación se realizara mediante la especie nativa del lugar.

Figura No 18. Instalación del suelo de cobertura dentro de la Geobolsa. 2.5- Taludes de escoria en proceso de

revegetaciòn. Actualmente los ingenieros forestales encargados de la revegetaciòn se encuentran monitoreando el crecimiento de las especies.

Figura No 19. Cancha de Relaves totalmente cubierta y en proceso de revegetación. 2.6- Documentación a entregar. Concluida la instalación la entrega de datos del Instalador incluye lo siguiente:

• Informe de Instalación y control de calidad de los Geosinteticos.

• Certificados de control de calidad de la fabricación de paneles de Geomembrana de PVC Fabricados por alta frecuencia.

• Certificados de control de calidad y ISO de los geosinteticos.

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CONCLUSIONES La remediación de la cancha de relaves combinando suelos naturales y geosintèticos contribuye a lograr que las áreas impactadas por la actividad minera sean rehabilitadas, eliminando así un futuro pasivo ambiental y a la vez garantiza la sostenibilidad del área de influencia una vez concluidas sus operaciones y aseguran el cumplimiento de sus compromisos asumidos. Esta combinación de capas consiste de lo siguiente: Una Geomembrana de PVC de 0.75mm colocada sobre el talud de escoria con el fin de actuar como pantalla hidráulica. Para su selección influyo mucho el alto ángulo en la interfase escoria-Geomembrana-suelo orgánico, sumada a su flexibilidad y elongación. Sobre la Geomembrana se instaló una Geomalla biaxial capaz de soportar todo el peso del suelo orgánico originado a lo largo de los 15 a 20m de talud. Su selección se definió mediante un análisis de fuerzas actuantes en la estabilidad de la cobertura de suelo orgánico. La Geobolsa fuè el ultimo de los geosintèticos instalado para controlar la erosión y contribuir un poco mas a la estabilidad de la cobertura de suelo orgánico. Finalmente los ingenieros forestales fueron los encargados de elegir el suelo orgánico y la especie adecuada para el proceso de revegetaciòn. Finalmente los geosintèticos se han desempeñado bien en el pasado y actualmente lo hacen bien en instalaciones de cierre depósitos de residuos resultando una alternativa confiable y económica. Basándose en estas observaciones, así como también en sus excelentes propiedades físicas, mecánicas, químicas y su Control de Calidad y Aseguramiento de Calidad inherentes a ellos, se puede concluir fácilmente que estos materiales son una excelente elección para ser utilizado como barreras de contención dentro de un sistema de de remediación de residuos tóxicos y no tóxicos.

AGRADECIMIENTO. Cidelsa – Ingeniería en geosintèticos agradece a la Cia Minera Casapalca S.A. por darnos la confianza y oportunidad de participar en esta remediación de cancha de relaves suministrando e instalando los geosintèticos y en especial al Ing. Carlos Gubbins, Ing. Edgardo Ponzoni, y Ing. Alfredo Aguedo. REFERENCIAS 1. Robert Koerner “Designing With Geosynthetics”, Edicion IV. 1999. 2. EPA. Design and construction of CRA/CERCLA Final Covers. 1991. 3. EPA. Guide to Technical Resources for the Design of Land Disposal Facility 1988. 4. EPA. Requirements for Hazardous Waste Landfill Design, Construction and Closure. 1989. 5. EPA. Federal Register. 40CFR Parts 264 Standards for Owners and Operators of Hazardous Waste Treatment, Storage, and Disposal Facilities 6. EPA. Quality Assurance and Quality Control for Waste Containment Facilities. 1993. 7. EPA. Federal Register. 40CFR Parts 257 and 258. Solid Waste Disposal Facility Criteria; Final Rule. 1991. 8. EPA. Technical Guidance Document Construction Quality Assurance for Hazardous Waste Disposal Facilities. 1987. 9. PVC Geomembrane Institute “Constructing with PVC Geomembranes”. 2000 10. Tenax. “Design Method for Three- Dimensional Geocells on slopes” 1994.